工业自动化系统通讯网络中数据传输方法和耦合通讯设备技术方案

为了在工业自动化系统的通讯网络中传输数据，通过通讯网络的耦合通讯设备仅在周期性的第一时间区间内传输第一数据帧，其包括用于自动化系统的控制数据。在周期性的第二时间区间内传输第二数据帧和/或第三数据帧，第二数据帧分配给包括数据帧的顺序的数据流，对于第二数据帧和/或第三数据帧的传输而言不规定或规定一个低于预设的阈值的服务质量。第一时间区间分为第一和第二子区间。要转发的数据帧以子区间交替的方式插入到第一或第二队列中并且交替地从队列中取出以用于转发。

【技术实现步骤摘要】

.本专利技术涉及一种在工业自动化系统的通讯网络中数据传输的方法和耦合通讯设备。
技术介绍
工业自动化系统通常包括多个经由工业通讯网络彼此网连的自动化设备，并且在制造或者过程自动化的范畴中用于设施、机械或设备的控制或调节。由于在借助工业自动化系统自动化的技术系统中的时间关键的帧条件，在用于在自动化设备之间进行通讯的工业通讯网络中主要使用实时通讯协议，如现场总线(PROFINET)，过程现场总线系统(PROFIBUS)，或者实时以太网(Real-Time-Ethernet)。在工业自动化系统或自动化设备的计算单元之间的通讯连接的中断能够引起不期望地或者不必要地重复传输服务请求。这造成工业自动化系统的通讯连接的附加的负荷，该负荷能够引起进一步的系统故障或者系统错误。在工业自动化系统中，特别的问题通常由具有比较多的、但较短的报文的报告产生，由此加剧了上述问题。基于对于通常极其不同的应用场合的应用，当具有实时请求的短数据帧传输的网络资源与具有大量有效数据内容的数据帧传输的网络资源相竞争时，在基于实时(Ethernet)的通讯网络中例如能够产生问题。这能够导致延迟具有实时请求的数据帧传输或者甚至造成一些这种数据帧的丢失。例如基于虚拟本地网络或者虚拟局域网(VLAN)根据标准IEEE802.1Q，数据帧的优先传输基本上借助相应地在数据帧中插入标签是可行的。为了在通讯网络上同步和优先地传输声音和视频数据流(声音/视频桥接)，相应的标准IEEE802.1Qav设有用于各个通讯连接的带宽预留，其分配有最高的优先权。对于传输声音和视频数据流所需要的资源在此保留在通讯设备中、例如交换机中。然而，对高优先级的数据帧的传输在一次成功的保留后才进行。在带宽监控的范畴中保证，在实际所使用的带宽方面存在足够的预留带宽。使用的带宽多于保留带宽的通讯连接，在其他方面引起对整个通讯网络的干扰，在最坏的情况下由于过载引起通讯网络停机。根据标准IEEE802.1Qbv，为了经由基于实时的通讯网络可靠地传输音频和视频数据流，将令牌整形(CBS)定义为用于带宽监控的尺度。通过令牌整形在每个所传输的数据帧之后限定传输间隔，以保证在预留带宽方面的带宽界定。然而，在工业自动化系统中，这类强制间隔在传输多个具有用于控制数据的很小有效数据内容的数据帧时是非常有问题的，该控制数据更确切地说能看成数据包或分帧(Bursts)。控制数据通常必须在处理周期内传输和处理。例如在处理周期开始时，控制数据由所有的传感器发出到所分配的存储器可编程的控制装置中。在以由传感器接收的控制数据为基础随后进行的计算后，存储器可编程的控制装置发出控制数据到工业自动化系统的执行器处。此后在下一个处理周期内实现了重新的传感器数据询问。为了在处理周期内保持用于处理控制数据的充裕时间，具有控制数据的数据帧应当尽可能地在处理周期开始时传输，尤其是在使用分散的外围设备或者分散的输入和输出设备时。从WO2014/072374A1已知一种用于在工业自动化系统中借助链路状态路由协议(Link-State-Routing-Protokollen)传输组播数据流的方法，其中路由表(Routing-Tabellen)不是对于所有可行的点对点连接进行计算，而是仅对于所选择的时间关键的路径，特别是在工业自动化系统中在作为数源的“说话者(Talkers)”和作为数据源的订阅者的“倾听者(Listeners)”之间。为了计算在这类通讯网络中的路由路径，描述了通讯关系的信息借助于链路状态路由协议(Link-State-Routing-Protokollen)分布在通讯网络的内部。关于通讯关系的信息例如包括对在组播路径内部的通讯参与者的组成的详细说明或对“说话者(Talkers)”和分配给与其的倾听者(Listeners)的详细说明。在申请号为13176454.0的在先欧洲专利申请中描述了一种用于借助工业自动化系统的通讯设备来传输数据帧的方法，其中借助通讯设备要传输的数据帧分别分配有传输优先级。对于经由通讯设备的至少一个所选择的端口来传输的、具有高于预设的优先级阈值的传输优先级的数据帧，检测所传输的数据量。在至少一个监控周期内周期性地检测所传输的数据量。对于每个监控周期过程所检测的数据量在是否超过预设的数量阈值方面进行监控。在对于一次监控周期过程而言超过数量阈值时，所选择的接口在相应的监控周期过程的直到结束为止的闭锁时间期间针对传输具有高于优先级阈值的传输优先级的数据帧进行闭锁。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种在工业自动化系统的通讯网络中传输数据的方法，该方法实现了在传输控制数据时间减小运行时间和运行抖动(Jitter)，以及提供了一种适用于执行该方法的耦合通讯设备。根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1提供的特征的方法和具有权利要求19提供的特征实现。有利地，根据本专利技术方法的改进方案在从属权利要求中提供。按照根据本专利技术的用于在工业自动化系统的通讯网络中传输数据的方法，通过通讯网络的耦合通讯设备仅在周期性的第一时间区间内传输第一数据帧，该第一数据帧包括用于自动化系统的控制数据。该耦合通讯设备能够例如是交换机或者桥接器(Bridge)，其优选地互相时间同步。第一时间区间分别至少分为第一子区间和第二子区间。优选地，第一和第二时间区间互相补充。此外，第一时间区间能够分别分为多个周期性的第一和第二子区间，其中第一和第二子区间分别交替地互相跟随。根据本专利技术，在第一子区间期间通过耦合通讯设备接收的要转发的第一数据帧插入到相应的耦合通讯设备的第一队列中。在第二子区间期间通过耦合通讯设备接收的要转发的第一数据帧插入到相应的耦合通讯设备中的第二队列中。此外，在插入第一数据帧之后的相应的第二子区间期间，从第一队列中取出第一数据帧以用于转发。在插入第一数据帧之后的相应的第一子区间期间，从第二队列中取出第一数据帧以用于转发。此外，通过耦合通讯设备仅在周期性的第二时间区间内传输第二数据帧和/或第三数据帧，第二数据帧分配给包括数据帧的顺序的数据流，对于第三数据帧的传输而言不规定或规定一个低于预设的阈值的服务质量。通过这种方式，控制数据能够利用最小的运行时间并且利用在相位长度上减小的抖动(Jitter)传输。在此，运行时间能够尤其是基于跳数(Hops)和相位长度来确定。按照根据本专利技术的方法的有利的改进方案，在空的第一和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在工业的自动化系统的通讯网络中数据传输的方法，其中通过所述通讯网络的耦合通讯设备仅在周期性的第一时间区间内传输第一数据帧，该第一数据帧包括用于所述自动化系统的控制数据，所述第一时间区间分别至少分为第一子区间和第二子区间，在所述第一子区间期间通过所述耦合通讯设备接收的、要转发的所述第一数据帧插入到相应的所述耦合通讯设备的第一队列中，在所述第二子区间期间通过所述耦合通讯设备接收的、要转发的所述第一数据帧插入到相应的所述耦合通讯设备的第二队列中，在相应的跟随插入所述第一数据帧之后的所述第二子区间期间，从所述第一队列中取出所述第一数据帧以用于转发，在相应的跟随插入所述第一数据帧之后的所述第一子区间期间，从所述第二队列中取出所述第一数据帧以用于转发，通过所述耦合通讯设备仅在周期性的第二时间区间内传输第二数据帧和/或第三数据帧，所述第二数据帧分配给包括数据帧的顺序的数据流，对于所述第三数据帧的传输而言不规定或规定一个低于预设的阈值的服务质量。

【技术特征摘要】
2014.12.22 EP 14199774.21.一种在工业的自动化系统的通讯网络中数据传输的方法，其中
通过所述通讯网络的耦合通讯设备仅在周期性的第一时间区间
内传输第一数据帧，该第一数据帧包括用于所述自动化系统的控制
数据，
所述第一时间区间分别至少分为第一子区间和第二子区间，
在所述第一子区间期间通过所述耦合通讯设备接收的、要转发
的所述第一数据帧插入到相应的所述耦合通讯设备的第一队列中，
在所述第二子区间期间通过所述耦合通讯设备接收的、要转发
的所述第一数据帧插入到相应的所述耦合通讯设备的第二队列中，
在相应的跟随插入所述第一数据帧之后的所述第二子区间期
间，从所述第一队列中取出所述第一数据帧以用于转发，
在相应的跟随插入所述第一数据帧之后的所述第一子区间期
间，从所述第二队列中取出所述第一数据帧以用于转发，
通过所述耦合通讯设备仅在周期性的第二时间区间内传输第二
数据帧和/或第三数据帧，所述第二数据帧分配给包括数据帧的顺序
的数据流，对于所述第三数据帧的传输而言不规定或规定一个低于
预设的阈值的服务质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一时间区间和所述第二
时间区间互相补充。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一时间区间分别分
为多个周期性的第一子区间和第二子区间，其中，所述第一子区间
和所述第二子区间相应地彼此交替地跟随。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在空的第一队列
和第二队列的情况中，通过相应的所述耦合通讯设备基本上直接地
转发要转发的所述第一数据帧。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在空的所述第一队列和所述第
二队列的情况中，通过相应的所述耦合通讯设备没有延迟地转发要
转发的所述第一数据帧直到在所述第一队列的和所述第二队列的接
收时间点后跟随的子区间为止。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在空的和已填充
的队列的情况中，与通过所述第一子区间和所述第二子区间预设的
取出时间表无关地通过相应的所述耦合通讯设备从所述已填充的队
列中取出并转发要转发的所述第一数据帧。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，为所述第二数据
帧分别分配确定的用于所述第二数据帧的传输的服务质量，并且其
中，所述第二数据帧在所述第二时间区间内分别利用与分配给所述
第二数据帧的所述服务质量相对应的优先级和/或数据传输率来传
输。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，通过所述耦合通
讯设备对于所述第二数据帧检测相应的所传输的数据量，并且其中，
在监控周期内周期性地检测所传输的所述数据量，所述监控周期至
少包括第一时间区间和第二时间区间，并且其中，检查对于每个监
控周期过程所检测的所述数据量是否超过预设的数量阈值，并且其
中，在超过预设的数量阈值时，所述第二数据的传输中断、暂停、
和/或以减小的优先级继续。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，相应的所述数量阈值通过分别
分配给数据流的所述服务质量来预设。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在每个所述监控周期过程
开始时，分别回置所检测的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马塞尔·基斯林，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE