CN102970194A

CN102970194A - 用于在自动化***中传输电报的方法

Info

Publication number: CN102970194A
Application number: CN2012103139784A
Authority: CN
Inventors: 卡尔·韦伯
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: US20130232222A1; EP2566110A1; CN102970194B; EP2566110B1; US8984092B2; JP6222905B2; JP2013051684A

Abstract

本发明涉及一种用于在自动化***（10）中传输电报（14,18）的方法，在该自动化***中，多个网络元件（12）连接成为一个网络，其中，在电报（14,18）的每个电报中为网络元件（12）中的每个网络元件分配有数据报（16），并且其中，由网络元件（12）中的每个网络元件实施以下步骤：接收第一电报（14），将分配给网络元件（12）的数据报（16）从第一电报（14）中清除，和将第二电报（18）传输至网络的网络元件（12）中的至少一个网络元件，其中，将经过更新的、被分配给网络元件（12）的数据报（16）***第一电报（14）中，从而形成第二电报（18）。

Description

用于在自动化***中传输电报的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在自动化***中传输电报的方法。此外，本发明还涉及一种自动化***。

背景技术

在自动化***中优选地使用实时***作为通信连接，这是因为该实时***确保了对于通信的优越的性能和高度的可使用性。其中，在一些情况下，这些数据不仅对于自动化***的单个的网络元件具有重要意义，而且对于一系列的应用具有重要意义。在此种情况下，如果通信将必要的数据以尽可能小的延迟输送至其目的地，那么该通信则是自动化***的单个的网络元件之间的理想的通信。在此种情况下，存在通过通信连接的数据传输率而产生的自然界限。但是，数据传输的延迟不应在很大程度上受到其它的影响因素的限制。这也应当适用于此种情况：当位于数据源和目的地之间的路径上的单个的网络元件发生故障时。

在自动化***中，数据被例如以电报的形式在单个的网络元件之间传输。通常将在现场总线标准IEC 61158中定义的现场总线作为数据线路使用。为此例如应用具有相应的交换机的以太网-连接，其中，借助于电报的开头处的地址形成，将数据直接从数据源输送至目的地。在此种情况下必须考虑交换机的最小延迟。为了能在发生故障的情况下确保相应地解除连接，通常使用所谓的“存储和转发原理”（“store-and-forward-Prinzip”），即将单个的电报中间存储在每个网络元件中。由此产生了总传输时间，该总传输时间通常在几毫秒的范围内。以太网-连接原则上是一种主动式的网络，在该网络中，当网络元件或者说网段中的某个元件或者网段发生故障时，通过冗余的路径选择实现必要的可使用性。这例如在结构上这样实现，即直线式的拓扑结构联合成为一个环。

在一系列的应用情况下，一个数据源对应多个数据宿（组播）。这例如是此种情况，即为了不同的保护功能需要数据流量强度的测量值。此类组播-通信连接的前提是，由于效率的原因，数据仅被发送一次。其中，另外一个重要的方面是数据的同步性。如果数据随时间的推移而失真，那么连接的结果则是不可靠的。同样需要：非时间临界的数据也能够在同一通信信道上传输。

其它的实时***、如EtherCAT使用打包传输。但是在此种情况下，组播-连接只能够以主机为出发点而实现。在此种情况下，顺序同样由于和方向的关系而起着决定性的作用。

许多实时***、如Profinet为循环工作预留一定的数据传输率。其余的数据则能够通过标准-以太网-连接进行交换。由此，虽然原则上没有改变数据传输的效率，但是却为此限制了最短的周期时长。另外一个棘手的方面是所谓的帧开销（Frame Overhead）。这一问题在客户端-服务器-通信关系中通过动态的打包行为这样解决，即挑选出的元件或者是数据源，或者是数据宿。在组播-连接中通常也可以应用单个传输的方式，其中，在此情况下，数据传输率和***负荷均受到限制。

WO 2008/092805A2在一个实施方式中说明了一种自动化***，在该自动化***中通过一个唯一的电报到达了多个网络元件。在此情况下，在接收电报时，包含在其中的用于网络元件的有效数据、即数据报，被提取出来并且电报被缩减了所提取出的数据报。通过这种方式能够实现数据流量的提升。

发明内容

本发明的目的是，在开头所述类型的、包括多个网络元件的自动化***中实现单个网络元件之间的更加有效的数据传输。

根据本发明，该目的通过一种根据权利要求1所述的方法实现。根据该权利要求提出了一种用于在自动化***中传输电报的方法，在该自动化***中，多个网络元件连接成为一个网络，其中，在电报中的每个电报中为网络元件中的每个网络元件分配有数据报，并且其中，由网络元件中的每个网络元件实施以下步骤：

-接收第一电报，

-将分配给网络元件的数据报从该第一电报中清除，

-将第二电报传输至网络的网络元件中的至少一个网络元件，和

-将经过更新的、分配给网络元件的数据报***第一电报中，从而形成第二电报。

在根据本发明的方法中，该自动化***包括多个权限相同的网络元件，这些网络元件连接成为一个网络。在此情况下，单个的网络元件之间不需要分级结构。单个的网络元件布置在组播-连接中。首先由每个网络元件生成具有自身的数据报的相应的帧。与此并行地，由网络元件中的每个网络元件接收第一电报，该第一电报对于每个网络元件而言均包括相应的数据报。每个网络元件可以清除被分配给它的数据报并且***被分配给它的、经过更新的数据报。由此形成的第二电报被传输至网络的其它的网络元件。所接收的数据可以供每个网络元件任意使用。

此类数据报例如可以包括数据帧、数据包或者数据段。在自动化***中，此处可以包含相应的测量值或者表明单个网络元件的运行状态的数值。通过这种方式能够实现单个网络元件之间的快速的数据传输并且提高可使用度。

由网络元件接收的第一电报优选地包括由网络元件在较早的时间点上***的数据报，并且该数据报被该网络元件清除并且***经过更新的数据报。单个的网络元件在网络中这样彼此连接，即由网络元件在较早的时间点上***的数据报再一次由该网络元件接收。在此情况下，可以由该网络元件-如果必要的话-相应地更新自身的数据报并且***电报中。因此每个网络元件只监控并且相应地更新自身的数据报。通过这种方式能够实现自动化设备的单个网络元件之间的特别有效的数据传输。

在一个优选的实施方式中，由网络元件在第一电报中接收的、网络的其它的网络元件的数据报通过该网络元件继续传输至第二电报中。每个网络元件在第一电报中接收网络的其它的网络元件的相应的数据报。通过这种方式，相应的数据报能够特别容易地在单个的网络元件之中交换并且可供使用。由相应的网络元件接收的、其它的网络元件的数据报例如相应地被中间存储在网络元件的存储元件中并且被传输至第二电报中。在此过程中，该数据报未发生改变。其它的网络元件的数据报的传输可以和自身的网络元件的经过更新的数据报的***共同进行。因此，数据报能够特别容易和高效地在单个网络元件之间交换。

在另一个设计方案中，对于网络元件中的每个网络元件而言，为接收第一电报和传输第二电报之间的时间段预设最短时长。当数据报在单个的网络元件之间受时间控制地（zeitgesteuert）传输时，可能出现这种情况，即：在已经传输了第二电报之后，第一电报才到达。为了避免这一情况，可以预设相应的最短时长。通过这种方式能够实现数据报在单个的网络元件之间的特别安全和可靠的传输。同样地可以考虑在接收第一电报和传输第二电报之间的最大延迟。为此而预设的时长可以或者静态地在配置自动化***时确定，或者动态地通过测量相应的延迟时间确定。

在一个优选的实施方式中，电报通过所有的网络元件同步地传输。在此情况下，电报的传输在预设的时间点通过所有的网络元件发起并且从而使相应的循环成为可能。通过电报的同步传输能够使相应的延迟时间最小化并且由此使数据能够特别安全地和可靠地传输。

在另一个实施方式中，电报的传输由网络元件中的一个网络元件取决于事件而发起。用于在自动化***中传输电报的方法同样地可以受事件控制地（ereignisgesteuert）实施。其中，该过程能够由网络元件中的一个网络元件启动，该网络元件首先将其自身的数据报发送至其余的网络元件。在此情况下，例如在第一个传输过程中，相应的网络元件的单个的数据报被接收至电报中，并且在第二个传输过程中能实现单个的数据报的分配。因此自动化***能够取决于某一特定的事件受控制并且从而开始单个的网络元件之间的数据交换。由此使自动化***能够特别有效地运行。

此外，根据本发明提出了一种具有多个网络元件的自动化***，这些网络元件连接成为一个网络，其中，网络元件中的每个网络元件设计用于：接收第一电报，其中，在第一电报中为网络元件中的每个网络元件分配有数据报；将分配给相应的网络元件的数据报从第一电报中清除；和将第二电报传输至网络的网络元件中的至少一个网络元件，其中，网络元件中的每个网络元件设计用于：将经过更新的、分配给相应的网络元件的数据报***第一电报中，从而形成第二电报。当前的与根据本发明的、用于在自动化***中传输电报的方法相联系所说明的改进方案同样可以在根据本发明的自动化***上应用。

在一个优选的实施方式中，第一和第二电报中的相应的数据报包括预先规定的数据量。通过预先规定的数据量能够避免这种情况，即在第二电报被发出之前，第一电报被网络元件接收。这样便能够实现单个的网络元件之间的特别安全的和可靠的通信。同样地，数据报例如能够被划分为两个或者多个帧。这可以例如在这种情况中应用：超过了所使用的数据连接的最大的帧数值。在此情况下也可以考虑相应的延迟时间，从而保证单个的帧被可靠地传输至网络元件。

网络中的网络元件优选地以环形结构布置。在该拓扑结构中，第二电报的传输能够通过相应的网络元件分别在定义的时间点启动。从而能够通过简单地方式实现数据报在单个的网络元件之间的交换。

在另一个实施方式中，网络中的网络元件以直线结构布置。单个的网络元件同样可以布置在直线拓扑结构中。在这种布置中，电报的传输的启动可以例如通过位于直线末端的网络元件发起。同样地，利用该自动化***可以实现相应的分级***。

附图说明

现在通过附图详细地说明本发明。图中示出：

图1是包括多个以环形结构布置的网络元件的自动化***的示意图；

图2是根据图1的自动化***的另一个实施方式的示意图；

图3是自动化***的示意图，其中，网络元件以直线结构布置；

图4是自动化***的示意图，其中，网络元件布置在分级结构中；和

图5是对数据报在网络元件的电报中的布置进行说明的表格的示意图。

随后进行详细说明的实施例是本发明的优选的实施方式。

具体实施方式

图1示出自动化***10的示意图，在该自动化***中，多个网络元件12连接成为一个网络。在本发明中，网络元件12以环形结构布置。图1中示出的环形结构包括八个在示意图中被相应地编号的网络元件12。网络元件12中的每个元件包括两个用X1和X2标出的端口。

在单个的网络元件12之间进行数据交换。这在本发明中通过以序号1标出的网络元件12的例子进行说明。以序号1标出的网络元件12通过它的端口X1接收第一电报14。该第一电报14包括分别用于网络元件12中的每个元件的数据报16。在图1中的示意图中，数据报16通过网络元件12的相应的数字进行说明，这些数字由逗号彼此隔开。在此，数据报16中的每个数字均对应相应的网络元件12。数据报16可以在下文中被理解为相应的数据帧、数据包或者数据段。该数据报16可以例如包含单个的网络元件12的相应的测量值，和/或在数据报16中能够存储表明相应的网络元件12的运行状态的数值。

以序号1标出的网络元件12接收第一电报14。以序号1标出的网络元件12清除被分配给它的、以数字1代表的数据报16。第二数据报18通过以序号1标出的网络元件12传输，在该第二数据报中***经过更新的、被分配给该网络元件12的数据报16。该第二数据报18被继续传输至以序号2标出的网络元件12。

在此处示出的实施例中，电报14,18在单个的网络元件12之间沿顺时针方向交换。在此情况下，分配给网络元件12的数据报16相应地通过相应的网络元件12更新。其中，其余的网络元件12的数据报16保持不变地被继续传输至第二电报18中。因此，在接收第一电报14时，网络元件12中的每个网络元件均只更新被分配给相应的网络元件12的数据报16。为实现该目的，包含在数据报16中的数据能够相应地被清除和重新***以及覆盖。

在图5中，在表格22,24,26和28中示出了相应的网络元件12的相应的电报14,18。在第一个表格20中从上至下示出了单个网络元件12的序号。在另外的表格22中，网络元件12的第一电报14用序号1至8在各行中示出。在表格24中，分别示出了相应的网络元件12的第二电报18。表格22至24适用于此种情况，即电报14,18在8个网络元件12之间沿顺时针方向交换。图5中示出的表格26至30适用于此种情况，即电报14,18在之前说明的环形结构中沿逆时针方向交换。其中，表格26的各行示出了相应的网络元件12的第一电报14，并且表格28的各行示出了网络元件12的相应的第二电报18，网络元件的序号在表格30中示出。

在图1中示出的例子中，第二电报18由相应的网络元件12在预先确定的时间点上同步地传输至相应的相邻的网络元件12。同样可以设想，电报14,18在单个网络元件12之间的传输受事件控制地进行。图2中示出了此类例子。在此情况下，电报14,18的传输由以序号1标示的网络元件12启动。电报14,18分别沿顺时针方向在单个的网络元件12之间继续传输，其中，在第一个传输过程中，单个网络元件的数据报16被写入相应的第二电报18中。如果在完成一个传输过程后，电报14,18再一次到达用序号1标出的网络元件中，那么数据交换便能够如之前所描述地一样进行。

图3是自动化***10的示意图，在该自动化***中，单个的网络元件12以直线结构布置。在此种情况下，电报14,18的传输能够受时间控制地、或者受事件控制地进行。在此种情况下，电报14,18的传输能例如由网络元件12中的一个位于直线结构的起始处或者末尾处的网络元件发起。

图4是自动化***10的示意图，在该自动化***中，单个的网络元件12布置在分级结构中。在此种情况下，上方的直线中的、用序号4标出的网络元件12设计为上级的网络元件12。此处，电报14,18也能够如之前说明地一样在网络元件12之间交换。

Claims

1.一种用于在自动化***（10）中传输电报（14,18）的方法，在所述自动化***中，多个网络元件（12）连接成为一个网络，其中，在所述电报（14,18）中的每个电报中为所述网络元件（12）中的每个网络元件分配有数据报（16），并且其中，由所述网络元件（12）中的每个网络元件实施以下步骤：

-接收第一电报（14），

-将分配给所述网络元件（12）的所述数据报（16）从所述第一电报（14）中清除，和

-将第二电报（18）传输至所述网络的所述网络元件（12）中的至少一个网络元件，

其特征在于，

-将经过更新的、分配给所述网络元件（12）的数据报（16）***所述第一电报（14）中，从而形成所述第二电报（18）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述网络元件（12）接收的所述第一电报（14）包括由所述网络元件（12）在较早的时间点上***的数据报（16），并且所述数据报被所述网络元件（12）清除并且***经过更新的数据报（16）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述网络元件（12）在所述第一电报（14）中接收的、所述网络的其它网络元件（12）的数据报（16）通过所述网络元件（12）继续传输至所述第二电报（18）中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述网络元件（12）中的每个网络元件而言，为接收所述第一电报（14）和传输所述第二电报（18）之间的时间段预设最短时长。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电报（14,18）通过所有的网络元件（12）同步地传输。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电报（14,18）的传输由所述网络元件（12）中的一个网络元件取决于事件而发起。

7.一种自动化***（10），具有

-多个连接成为一个网络的网络元件（12），其中

-所述网络元件（12）中的每个网络元件设计用于：

·接收第一电报（14），其中，在所述第一电报（14）中为所述网络元件（12）中的每个网络元件分配有数据报（16），

·将分配给相应的网络元件（12）的所述数据报（16）从所述第一电报（14）中清除，和

·将第二电报（18）传输至所述网络的所述网络元件（12）中的至少一个网络元件，

其特征在于，

-所述网络元件（12）中的每个网络元件设计用于：将经过更新的、分配给相应的网络元件（12）的数据报（16）***所述第一电报（14）中，从而形成所述第二电报（18）。

8.根据权利要求7所述的自动化***（10），其特征在于，在所述第一和第二电报（14,18）中的相应的数据报（16）包括预先规定的数据量。

9.根据权利要求7或8所述的自动化***（10），其特征在于，所述网络中的所述网络元件（12）以环形结构布置。

10.根据权利要求7或8所述的自动化***（10），其特征在于，所述网络中的所述网络元件（12）以直线结构布置。