CN102571271B - 自动生成动态帧封装组的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于自动生成用于自动化***的动态帧封装组(150;206‑212)的利用电脑执行的方法,其中该自动化***具有多个现场设备(100‑108;198‑204),其中该现场设备(100‑108;198‑204)能被分配给不同的控制器(100),其中自动化***设计用于在应用动态帧封装时进行现场设备(100‑108;198‑204)和控制器(100)的通信,其中,该方法包括以下步骤:接收对于现场设备(100‑108;198‑204)的和控制器(100)的配置的说明;通过分析配置自动生成动态帧封装组(150;206‑212)并将现场设备(100‑108;198‑204)分配给封装组(150;206‑212)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自动生成用于自动化***的动态帧封装组的利用电脑执行的方法、一种用于自动生成用于自动化***的动态帧封装组的装置以及一种计算机程序产品。
背景技术
为了在自动化***中提高从现场设备到控制器的数据传输速率,引入了动态帧封装(Dynamic Frame Packing(DFP))的概念。此外在使用容器帧的情况下实现数据传输。在此过程中,被分配给封装组的终端装置在上述的容器帧的内部传输其数据。由此得到的优点是,所使用以太网帧的开销在进行规定传输时只产生一次作用,这是因为由于使用容器帧而只使用例如前同步码帧首定界符和帧头。这种方法允许增加封装厚度,以便可以在一个时钟周期内通过多个现场设备进行数据传输,其中,和未使用DFP的数据传输相比,在传输方面的更新率得到显著提升。
图1示出了典型的实时帧的结构,其中为了进行以太网传输而将该帧本身在使用目的地址、源地址、以太网类型和CRC等元素的情况下相应于RFC894封装。在使用优先级标识(Priority Tagging)的情况下,相应于具有被设置为0×8100的以太网类型的IEEE802.1Q,接下来是优先级栏/VLAN栏,然后是被设置为0×8892并显示实时帧的以太网类型。
帧标识符用于标记帧本身,其中C_SDU被用于传输IO数据的内容,并且APDU状态说明了帧的状态。
在此,C_SDU可以构造为携带单个现场设备的IO数据,或者携带多个现场设备的IO数据。在第二种情况下,一部分C_SDU(即所谓的“子帧”)携带特定的现场设备的IO数据-在这种情况下,帧被划分为多个子帧。
使用帧划分的原因在于:最小化所需带宽,并以一致的方式优化效率。如图1所示,帧的开销、即除C_SDU之外的待传输的字节数为28字节。然而,因为还有12字节的帧间隙(InterFrameGap)、7字节的前同步码、和1字节的帧首定界符、还必须要考虑到这些方面,帧的开销总量可累计达到48字节(或者如果前同步码被缩减到1字节,则为42字节,)。如果C_SDU附加地小于40字节,则必须另外添加该差值。
由此可见,使用划分的帧通过组合子帧110和112减小了所需带宽,这是因为如图2所示,子帧的开销仅为6字节。通过将多个子帧组合到一个单个的帧中,所使用帧的开销因此只计算一次。
上述的每一个子帧110和112都分配有位置、校验位、描述C_SDU长度的数据长度、循环计数器(Cycle Counter)、数据状态和CRC。所谓位置,指的是对于给定的子帧的明确的标识符,其中子帧的列表以一个具有位置号0的特定子帧结束。
校验位用于说明是否应忽略子帧的CRC和循环计数器。
子帧的数据状态说明子帧的数据状态。帧的APDU状态内的数据状态说明帧的数据状态。如果帧由子帧构成,则可忽略帧的数据状态。此外,将帧的数据状态分配给一个静态值是有益的。
发明内容
相应地,本发明的目的在于实现一种优化的、自动生成动态帧封装组的方法以及一种自动生成动态帧封装组的设备和一种相应的计算机程序产品。
要说明的是一种在电脑控制下为一套自动化***自动生成动态帧封装组的方法,其中,自动化***具有多个现场设备,现场设备可以分配给各个控制器,自动化***的目标作用是在使用动态帧封装时服务于现场设备和控制器的传输,此方法分为以下几个步骤:
-接收现场设备和控制器的结构说明,
-通过分析结构自动生成动态帧封装组并将现场设备分配给封装组。
本发明的实施方式的优点在于能够自动生成优化的动态帧封装组。不把生成DFP组的负担推到用户身上,而是采用另一种无需用户行为的不需设计的方法。
根据本发明的一种实施方式,按照拓扑顺序从控制器开始分配给封装组。其优点在于可以准确无误地自动考虑所有的现场设备和控制器。取代不加选择地分析将现场设备分配给哪个封装组,而采用结构说明中给出并确定的拓扑顺序将现场设备分配给封装组。
根据本发明的一种实施方式,一个封装组中现场设备的最大数量为63个。这一限制使得能够全兼容使用DFP记录。
根据本发明的另一种实施方式,当一个封装组中的现场设备达到最大数量时,就开始一个新的封装组。
根据本发明的另一种实施方式,将为按照拓扑顺序跟随在一个现场设备后面的现场设备检验其是否能够纳入按拓扑顺序处在前面的现场设备所在的封装组。DFP记录仅为按拓扑顺序彼此跟随的现场设备而被定义;因此,一个封装组不应通过一个不属于该封装组的现场设备来引导。
根据本发明的另一种实施方式,当一个现场设备之下存在拓扑分支时,只通过拓扑分支的一个分支,对按照拓扑顺序跟在后面的现场设备进行分配,其中,为一个不延伸的分支中的现场设备以按照拓扑顺序跟在分支后面的现场设备为起点开始新的封装组。
在这里同样适用的是,如前文所述,DFP记录仅为按拓扑顺序彼此跟随的现场设备而被定义。此外,DFP记录仅为一种线性结构而被定义;所以一个封装组不应具有分支。
根据本发明的另一种实施方式,当一个现场设备在使用DFP的条件下不支持传输时,这一现场设备不被一个当前的封装组所接受。取而代之,以按照拓扑顺序跟随在这个不支持此DFP的现场设备后面的那个现场设备开始一个新的封装组。
在这里同样适用的是,如前文所述,DFP记录仅为按拓扑顺序彼此跟随的现场设备而被定义;因此,一个封装组不应通过一个不属于该封装组的现场设备来引导。
根据本发明的另一种实施方式,对于一个当前的封装组,当一个按照拓扑顺序跟在这个封装组后面的现场设备受另一个与当前封装组中的现场设备不同的控制器支配时,跟在后面的现场设备不被当前封装组所接受。在这种情况下,以这个跟在后面的现场设备开始一个新的封装组。
其原因在于,一个封装组始终最好是分配给一个IO控制器。这样,也为DFP记录的使用保证了最大兼容性。
根据本发明的另一种实施方式,只将具有相同的更新时间和工作监控时间(Ansprechüberwachungszeit)的现场设备分配给一个共同的封装组。对于一个当前的封装组,当一个按照拓扑顺序跟在这个封装组后面的现场设备的更新和工作监控时间与当前封装组的现场设备不同时,以这个跟在后面的现场设备开始一个新的封装组。
其原因在于,一个封装组应具有一个共同的更新和工作监控时间。因为从应用角度看,各个现场设备处都设计了更新和工作监控时间,所以只有具有相同设计的现场设备被合并到具有相同特性的一个封装组中。
根据本发明的另一种实施方式,对于一个当前的封装组,当一个按照拓扑顺序跟在这个封装组后面的现场设备的监控因数(Watchdog-Faktor)大于31时,这个跟在后面的现场设备不被当前封装组所接受。在这种情况下,以这一跟在后面的现场设备的下一个现场设备开始一个新的封装组。
其原因在于,根据DFP记录,一个封装组的工作监控时间的因数(不同于一个单独设计的现场设备的因数)不得大于31。因为从应用角度看,各个现场设备处都设计了更新和工作监控时间,所以一个工作监控时间过高的现场设备不应成为一个封装组的组成部分。
另一方面,本发明涉及一种计算机程序产品,它具有可以由一个信息处理器执行的、用于实施上述方法各个步骤的指令。
另一方面,本发明涉及一种用于自动生成动态帧封装组并服务于一套自动化***的计算机***,其中自动化***具有多个现场设备,现场设备可以分配给各个控制器,自动化***的目标作用是在使用动态帧封装时服务于现场设备和控制器的传输,同时,该计算机***用于实施以下步骤:
-接收现场设备和控制器的结构说明,
-通过分析结构自动生成动态帧封装组并将现场设备分配给这一封装组。
附图说明
下面借助图纸对优选实施方式作进一步说明。图纸内容是:
图1典型的实时帧的结构,
图2将多个子帧组合到一个单个的帧中的示意图,
图3使用DFP时,一种数据传输方法的流程,
图4生成封装组的一个示例。
以下采用相同的参考标号来标识相似的元件。
具体实施方式
图3示出使用DFP时的一种数据传输方法。以下示例的出发点是一套自动化***中除了一个控制器(IOC)100之外,按照拓扑学顺序依次布置了4个现场设备(IO装置)102、104、106和108。此时,在使用动态帧封装的条件下,从IOC 100出发直至各个现场设备实现了一次数据传输,使得IOC 100将一个程序包传输给现场设备102,其中,这个程序包包含多个分帧110、112、114和116,它们分别具有现场设备102、104、106或108的用户数据。为数据传输而使用的容器150除了包含分帧110–116还包含一条以太网头信息120和一个以太网填充件118。
容器150通过现场设备102完成接收后,现场设备102提取出为其规定的分数据帧110,然后在参考标号130标记的步骤中向现场设备104发送一个新的程序包。但这个新程序包就不再具有分数据帧110,而是只有为按照拓扑顺序跟在后面的现场设备104–108而规定的分数据帧112、114和116。以太网头信息120被原封不动地接收,但生成一个新的以太网填充件122,并附在数据程序包中。
如此生成的数据程序包通过现场设备104完成接收后,现场设备104提取出为其规定的分数据帧112,并在步骤132中再次生成一个新的程序包,其中只包含分数据帧114和116以及以太网头信息120。此外,这样生成的程序包还具有一个新的以太网填充件124。
然后,这个如此生成的程序包再次被现场设备106接收,该现场设备提取出分数据帧114,并在步骤134中将剩余的分数据帧116与以太网头信息120和一个新的以太网填充件126传输给最后一个现场设备108。
因此,总而言之,为每个IO装置(每个现场设备102、104、106和108)按照先后顺序从控制器100开始配备帧,其中,程序包每次接收完成后,上述现场设备将该程序包变换另一种形式转发给串联的现场设备。
此时,DFP的问题是将现场设备102–108以适当的形式归入DFP组,使得能够优化地实现对实时数据传输的要求,从而实现更高的数据传输效率,另外,也减轻用户优化结合的负担。
这一过程在下文中根据图4有更进一步的说明。图4示出如何能够生成封装组的各种示例。首先,图4示出的是按照***设计时选定的网络结构而形成的现场设备和控制器的一种结构。首先是两个现场设备202与一个控制器100拓扑串联,同时,另一个现场设备204跟在这两个现场设备后面。从这个现场设备204出发,一条拓扑分支一方面通向现场设备200,另一方面通向现场设备201。现场设备200的拓扑终点是一个现场设备203,但是另一套现场设备199按照拓扑顺序跟随在现场设备201后面。这些现场设备199的拓扑终点是另一个现场设备198。
为了实现图3所示的在使用DFP时的数据传输,必须将图4所示的现场设备以适当的形式归入封装组。通过分析图4所示的结构以及所示现场设备和控制器的准确结构自动生成动态帧封装组。
例如,可以按照下述过程进行:
按照拓扑顺序从控制器开始将现场设备分配给封装组。按照图4的实施方式,将两个现场设备202都归入一个封装组212。现场设备204不能集成到封装组212中,因为现场设备204具有为两个不同的网络分支而设的两个网络端口。
当然,此外还有一种很好的且优选的可替换方案,通过一个端口将封装组延长并在另一个端口处开始一个新的封装组。于是,现场设备204可以纳入一个封装组(如果不违背其它条件),封装组通过一个端口而延长(例如,向设备201方向)并在另一个端口处(向设备200方向)开始一个新的封装组。
反之,现场设备200可以再次归入一个封装组208,因为在这种情况下,现场设备的数量没有超过63个。现场设备203不属于封装组200的原因是多种多样的。例如,当封装组208中现场设备的数量不多不少正好是63个时,由于超出现场设备的最大数量,必须在集成到封装组208时为现场设备203开始一个新的封装组。但是也有可能是因为现场设备203在使用动态帧封装时不支持传输,使得这个现场设备203还是不能纳入封装组208。最后,也可能是因为现场设备203的更新和工作监控时间与现场设备200的更新和工作监控时间不同。如前文所述,在一个共同的封装组中,对现场设备进行分组的一个基本前提条件是这个封装组内部所有现场设备具有统一的更新和工作监控时间。
最后,现场设备203没有纳入封装组208还可能是因为现场设备203的监控因数大于31。
如前文所述,由于现场设备204具有为两个不同的网络分支而设的两个端口,因此可以按照一种特殊的实施方式在图4所示的右侧分支中先以现场设备201开始一个新的封装组。
可替换地,如前文所述,通过一个端口将封装组延长并在另一个端口处开始一个新的封装组。
之所以按拓扑顺序跟在现场设备201后面的现场设备199没有纳入封装组206,而是为现场设备199生成了一个单独的封装组210的原因在于,例如,如果额外将现场设备199集成到封装组206上,封装组206中现场设备的数量就会再次超过63个。另一个原因有可能例如还是因为组210内的现场设备中存在与组206中现场设备不同的更新和工作监控时间。
图4中右侧分支还是以现场设备198结束,因此该现场设备仍然没有集成到封装组210中,原因是例如现场设备198在使用DFP时不支持传输。
Claims (7)
1.一种用于自动生成用于自动化***的动态帧封装组(150;206-212)的利用电脑执行的方法,其中所述自动化***具有多个拓扑分支的现场设备(100-108;198-204),其中所述现场设备(100-108;198-204)能被分配给不同的控制器(100),其中所述自动化***设计用于在应用动态帧封装时在所述现场设备(100-108;198-204)和所述控制器(100)之间进行通信,其中,所述方法包括以下步骤:
-接收对于所述现场设备(100-108;198-204)的和所述控制器(100)的配置的说明,
-通过分析所述配置自动生成所述动态帧封装组(150;206-212)并将所述现场设备(100-108;198-204)分配给所述封装组(150;206-212),
其中,从所述控制器出发,按照拓扑顺序将所述现场设备(100-108;198-204)分配给所述封装组(150;206-212),
其中,对按照拓扑顺序跟在一个现场设备后面的现场设备检验其是否能纳入按照拓扑顺序处在前面的现场设备(100-108;198-204)所在的封装组(150;206-212)中,其中,当在一个现场设备处存在拓扑分支时,只通过所述拓扑分支的一个分支对按照拓扑顺序跟在后面的现场设备(100-108;198-204)继续进行分配,其中,对于在一个不继续进行的分支中的现场设备(100-108;198-204),以按照拓扑顺序跟在这个分支后面的那个现场设备为起点开始新的封装组(150;206-212)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,在一个封装组(150;206-212)中的现场设备(100-108;198-204)的最大数量为63。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,在达到所述最大数量的情况下开始一个新的封装组(150;206-212)。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,当一个现场设备在应用所述动态帧封装的情况下不支持通信时,所述现场设备不被纳入当前的封装组(150;206-212)中,并且取而代之的是,以按照拓扑顺序跟在这个现场设备后面的那个现场设备为起点开始新的封装组(150;206-212)。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,如果相关于当前的封装组(150;206-212),按照拓扑顺序跟在这个封装组(150;206-212)后面的那个现场设备被分配给不同于当前的封装组(150;206-212)中的现场设备(100-108;198-204)的另一个控制器(100),那么跟在后面的那个现场设备不被纳入当前的封装组(150;206-212)中,其中,在这种情况下,以这个跟在后面的现场设备为起点开始新的封装组(150;206-212)。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,只将具有相同的更新时间和工作监控时间的现场设备(100-108,198-204)分配给一个共同的封装组(150;206-212),其中,如果相关于当前的封装组(150;206-212),按照拓扑顺序跟在这个封装组(150;206-212)后面的那个现场设备具有与当前的封装组(150;206-212)中的现场设备(100-108;198-204)相比不同的更新时间和工作监控时间,那么以这个跟在后面的现场设备为起点开始新的封装组(150;206-212)。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,如果相关于当前的封装组(150;206-212),按照拓扑顺序跟在这个封装组(150;206-212)后面的那个现场设备具有大于31的监控因数,那么这个跟在后面的现场设备不被纳入当前的封装组(150;206-212)中,其中,在这种情况下,以这个跟在后面的现场设备的下一个现场设备为起点开始新的封装组(150;206-212)。
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