用于工业自动化系统的无线电通信系统及其运行的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于工业自动化系统的无线电通信系统及其运行方法，在该系统中至少一个第一和第二通信设备冗余联接到工业通信网络上。第一通信设备与连接到网络基础结构设备上的序列化单元连接。网络基础结构设备上连接有第一和第二无线电基站。第二通信设备间接或直接地与第一和第二无线电用户站连接。第一无线电用户站与第一无线电基站连接，而第二无线电用户站与第二无线电基站连接。序列化单元以第一或第二无线电用户站的地址替代在经由第一通信设备传输的数据帧中的目标地址。无线电用户站以在序列化单元中被替代的原始的目标地址各自替代在经由无线电基站传输的数据帧中的与其地址一致的目标地址。

【技术实现步骤摘要】
用于工业自动化系统的无线电通信系统及其运行的方法
本申请涉及一种用于工业自动化系统的无线电通信系统以及一种用于运行用于工业自动化系统的无线电通信系统的方法。
技术介绍
工业自动化系统尤其是在制造、处理和楼宇自动化领域中用于监视、控制和调节工程过程，并且实现控制装置、传感器、机器和工业设施的运行，应尽可能自动地且与人的干预无关地进行所述运行。由于信息技术对于自动化系统的重要性日益增加，该自动化系统包括大量联网的控制或计算机单元，对于提供监视、控制和调节功能而言，用于可靠地提供经由自动化系统分配的功能的方法越发重要。在工业自动化系统的计算机单元之间或自动化设备之间的通信连接中断会导致不期望地或不必要地重复传输服务请求。在工业自动化系统中，特别的问题通常出现在从具有比较多的、但是相对短的消息的信息通信中，由此扩大了上述问题。为了能够补偿通信连接或通信设备的故障，开发了用于在高可用性工业通信网络中无干扰地冗余传输消息的通信协议。属于此的是在IEC62439-3标准中定义的高可用性无缝冗余(HSR)和并行冗余协议(PRP)，并且在网络受干扰的情况下实现以极短的恢复时间无切换干扰地传输消息。根据高可用性无缝冗余和并行冗余协议，每个消息由发送通信设备复制并以两种不同的途径发送到接收器。通过接收侧的通信设备，从接收的数据流中滤除表示副本的冗余消息。在IEC62439-3标准中，由于无线通信系统中的延迟运行时间相对长以及由此决定的非确定性传输行为，对于并行冗余协议(PRP)而言，至今为止仅规定了有线传输链路。在“TowardsaReliableParallelRedundantWLANBlackChannel”，MarkusRentschler,PerLaukemann,IEEE2012中，研究了WLAN传输链路在PRP通信网络中的适用性。借助于对用于例如空间、时间和频率的不同分集技术的并行应用，可以在WLAN通信网络中充分补偿随机信道衰落的影响。从EP2712124A1中公开了一种冗余运行的工业通信系统，其具有冗余地联接到工业通信网络上的通信设备，在其中，至少分部段无线地进行消息传输。在工业通信网络中，设有多个缓冲存储器单元，其用于在网络节点处以线缆连接的方式接收的且由此待无线发送的消息元素。在超过最大缓冲大小时，删除位于相应的缓冲存储器单元中的最早的消息元素。在超过最大的缓冲大小之前，将最早的消息元素选择作为下一个待无线发送的消息元素。在DE102012209509A1中描述一种用于在具有至少一个传输装置的移动用户与固定接收器之间安全地进行数据传输的装置。在此，移动用户可以在多个无线电单元之间切换。每个无线电单元具有至少一个传输设备，其以有线连接的方式连接到至少一个网络上。固定接收器同样以有线的方式连接到该至少一个网络上。不仅冗余地进行在移动用户与其各自所属的传输装置之间的无线传输，还冗余地进行在传输设备和至少一个所属的网络之间的有线的数据传输。固定接收器冗余的，并且以有线连接的方式连接到网络上。申请号为16157779.6的早期欧洲专利申请涉及一种可冗余运行的工业通信网络，其中将具有冗余功能的第一通信设备经由第一通信网络端子和第二通信网络端子冗余地连接到第一交换机上。与之相应地，具有冗余功能的第二通信设备经由第一通信网络端子和第二通信网络端子冗余地连接到第二交换机上。将从第一通信设备和第二通信设备的第一通信网络端子传输给相应的交换机的数据帧分配给第一虚拟局域网，而将从第一通信设备和第二通信设备的第二通信网络端子传输给相应的交换机的数据帧分配给第二虚拟局域网。借助于相应的第一无线电收发信机站将分配给第一虚拟局域网的数据帧经由第一无线电网络发送，而借助于相应的第二无线电收发信机站经由第二无线电网络将分配给第二虚拟局域网的数据帧发送。从申请号为16157795.2的早期欧洲专利申请中，公开了一种用于工业自动化系统的无线通信系统，其中有至少一个第一通信设备和第二通信设备冗余地联接到工业通信网络中。第一通信设备和第二通信设备各自经由其第一信网络端子和其第二通信网络端子直接地或间接地与相应的第一无线电收发信机站连接和与相应的第二无线电收发信机站连接。第一无线电收发机站和第二无线电收发机站根据分配给待发送的数据帧的目标MAC地址确定在预设的时间间隔内待发送的数据帧的顺序。在待发送到所选择的目标MAC地址处的数据帧之内的顺序通过其输入顺序确定。此外，第一无线电收发机站和第二无线电收发机站协调待发送的数据帧的顺序，使得两个无线电收发机站总是将数据帧发送给不同的目标MAC地址。在用于WLAN收发机站传输PRP数据帧的基于VLAN的方法中，该WLAN收发机站连接在受限的有VLAN功能的交换机上，尽管分配给不同的VLAN，在这种交换机之内可靠地转发具有相同的源地址和目标地址的PRP数据帧也会产生问题。这种问题经常只能通过两个完全彼此分开的子网来解决。即使在利用经由共同的WLAN控制器驱控的无线电模块的解决方案中，对于用于传输PRP数据帧的基于VLAN的方法总是确保：并不跨越VLAN地获悉MAC地址。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种用于工业自动化系统的故障安全的无线电通信系统，所述无线电通信系统可以容易地集成到现有的通信网络中，并且实现无线电资源的有效使用，并且给出一种用于其运行的方法以及适合的系统部件。根据本专利技术，所述目的通过根据本专利技术的无线电通信系统和方法来实现。根据本专利技术的无线电通信系统包括至少一个冗余地联接到工业通信网络上的第一通信设备和第二通信设备，所述第一通信设备和第二通信设备各自具有至少一个第一和第二通信网络端子和与第一和第二通信网络端子连接的信号处理单元。处理单元具有多路复用单元和冗余处理单元，所述多路复用单元用于将待发送的数据帧并行转发给两个通信网络端子，冗余处理单元用于处理由两个通信网络端子接收的数据帧。冗余处理单元设计和设置用于检测所接收的冗余的数据帧。此外，设有至少一个网络基础结构设备，其具有多个通信网络端子和将通信网络端子彼此连接的耦合元件。根据本专利技术，第一通信设备经由其第一通信网络端子并且经由其第二通信网络端子与序列化单元连接，序列化单元经由刚好一个线路连接来连接到网络基础结构设备上。在网络基础结构设备上连接有第一无线电基站和第二无线电基站。第二通信设备经由其第一通信网络端子并且经由其第二通信网络端子间接地或直接地与第一无线电用户站和第二无线电用户站连接。第一无线电用户站经由第一无线电连接与第一无线电基站连接，而第二无线电用户站经由第二无线电连接与第二无线电基站连接。无线电用户站和无线电基站例如能够分配给无线局域网、WiMAX移动无线网、UMTS移动无线网、LTE移动无线网或其他的移动无线网。此外，根据本专利技术，序列化单元设计和设置用于：以第一无线电用户站的地址各自替代在经由第一通信设备的第一通信网络端子传输的数据帧中的目标地址。附加地，根据本专利技术，序列化单元设计和设置用于：以第二无线电用户站的地址各自替代在经由第一通信设备的第二通信网络端子传输的数据帧中的目标地址。第一无线电用户站设计和设置用于：以在序列化单元中被替代的原始目标地址各自替代在经由第一无线电连接传输的数据帧中的、与第一无线电用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于工业自动化系统的无线电通信系统，所述无线电通信系统具有：至少一个冗余地联接到工业通信网络上的第一通信设备和第二通信设备，所述第一通信设备和所述第二通信设备各自具有：至少一个第一通信网络端子和第二通信网络端子，和与所述第一通信网络端子和所述第二通信网络端子连接的信号处理单元，所述信号处理单元具有多路复用单元和冗余处理单元，所述多路复用单元用于将待发送的数据帧并行转发给两个通信网络端子，所述冗余处理单元用于处理由两个通信网络端子接收的数据帧，其中，所述冗余处理单元设计和设置用于检测接收的冗余的数据帧；至少一个网络基础结构设备，所述网络基础结构设备具有：多个通信网络端子，和将这些所述通信网络端子彼此连接的耦合元件，其特征在于，所述第一通信设备经由所述第一通信设备的第一通信网络端子并且经由所述第一通信设备的第二通信网络端子与序列化单元连接，所述序列化单元经由刚好一个线路连接来连接到网络基础结构设备上，在所述网络基础结构设备上连接有第一无线电基站和第二无线电基站，所述第二通信设备经由所述第二通信设备的第一通信网络端子并且经由所述第二通信设备的第二通信网络端子间接地或直接地与第一无线电用户站和第二无线电用户站连接，所述第一无线电用户站经由第一无线电连接与所述第一无线电基站连接，并且所述第二无线电用户站经由第二无线电连接与所述第二无线电基站连接，所述序列化单元设计和设置用于：以所述第一无线电用户站的地址各自替代在经由所述第一通信设备的所述第一通信网络端子传输的数据帧中的目标地址，以所述第二无线电用户站的地址各自替代在经由所述第一通信设备的所述第二通信网络端子传输的数据帧中的目标地址，所述第一无线电用户站设计和设置用于：以在所述序列化单元中被替代的原始目标地址各自替代在经由所述第一无线电连接传输的数据帧中的、与所述第一无线电用户站的地址一致的目标地址，所述第二无线电用户站设计和设置用于：以在所述序列化单元中被替代的原始目标地址各自替代在经由所述第二无线电连接传输的数据帧中的、与所述第二无线电用户站的地址一致的目标地址。...

【技术特征摘要】
2016.12.29 EP 16207274.81.一种用于工业自动化系统的无线电通信系统，所述无线电通信系统具有：至少一个冗余地联接到工业通信网络上的第一通信设备和第二通信设备，所述第一通信设备和所述第二通信设备各自具有：至少一个第一通信网络端子和第二通信网络端子，和与所述第一通信网络端子和所述第二通信网络端子连接的信号处理单元，所述信号处理单元具有多路复用单元和冗余处理单元，所述多路复用单元用于将待发送的数据帧并行转发给两个通信网络端子，所述冗余处理单元用于处理由两个通信网络端子接收的数据帧，其中，所述冗余处理单元设计和设置用于检测接收的冗余的数据帧；至少一个网络基础结构设备，所述网络基础结构设备具有：多个通信网络端子，和将这些所述通信网络端子彼此连接的耦合元件，其特征在于，所述第一通信设备经由所述第一通信设备的第一通信网络端子并且经由所述第一通信设备的第二通信网络端子与序列化单元连接，所述序列化单元经由刚好一个线路连接来连接到网络基础结构设备上，在所述网络基础结构设备上连接有第一无线电基站和第二无线电基站，所述第二通信设备经由所述第二通信设备的第一通信网络端子并且经由所述第二通信设备的第二通信网络端子间接地或直接地与第一无线电用户站和第二无线电用户站连接，所述第一无线电用户站经由第一无线电连接与所述第一无线电基站连接，并且所述第二无线电用户站经由第二无线电连接与所述第二无线电基站连接，所述序列化单元设计和设置用于：以所述第一无线电用户站的地址各自替代在经由所述第一通信设备的所述第一通信网络端子传输的数据帧中的目标地址，以所述第二无线电用户站的地址各自替代在经由所述第一通信设备的所述第二通信网络端子传输的数据帧中的目标地址，所述第一无线电用户站设计和设置用于：以在所述序列化单元中被替代的原始目标地址各自替代在经由所述第一无线电连接传输的数据帧中的、与所述第一无线电用户站的地址一致的目标地址，所述第二无线电用户站设计和设置用于：以在所述序列化单元中被替代的原始目标地址各自替代在经由所述第二无线电连接传输的数据帧中的、与所述第二无线电用户站的地址一致的目标地址。2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述序列化单元设计和设置用于：将在经由所述第一通信设备的所述第一通信网络端子和所述第二通信网络端子传输的数据帧中的被替代的原始目标地址作为附加信息添加到相应的所述数据帧的预设范围中。3.根据权利要求2所述的通信系统，所述第一无线电用户站和所述第二无线电用户站设计和设置用于：根据相应的所述数据帧的预设范围中的所述附加信息，以所述原始目标地址各自替代经由所述第一无线电连接和所述第二无线电连接传输的数据帧中的、与所述第一无线电用户站和所述第二无线电用户站的地址一致的目标地址。4.根据权利要求1至3中任一项所述的通信系统，其中，通过统一的序列号表示彼此冗余的数据帧，并且其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备的所述信号处理单元设计和设置用于将序列号配发给待冗余传输的数据帧。5.根据权利要求4所述的通信系统，其中，根据并行冗余协议进行对待冗余传输的数据帧的传输。6.根据权利要求5所述的通信系统，其中，所述序列化单元设计和设置用于：将在经由所述第一通信设备的所述第一通信网络端子和所述第二通信网络端子传输的数据帧中的被替代的原始目标地址作为附加信息添加到相应的所述数据帧的PRP尾部中。7.根据权利要求6所述的通信系统，其中，所述第一无线电用户站和所述第二无线电用户站设计和设置用于：根据相应的所述数据帧的PRP尾部中的所述附加信息，以所述原始目标地址各自替代在经由所述第一无线电连接和所述第二无线电连接传输的数据帧中的、与所述第一无线电用户站和所述第二无线电用户站的地址一致的目标地址。8.根据权利要求5至7中任一项所述的通信系统，其中，所述第一通信设备和所述第二通信设备是PRP冗余盒，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：约尔格·米勒，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE