具有主从结构的自动化系统、分配器和电报传输方法技术方案

一种具有通过数据总线连接的多个用户的自动化系统包括作为用户的第一主单元1、第一分配器3、第二主单元2、第二分配器4和至少一个从单元5。第一分配器3和第二分配器4的第一发送/接收装置31，41通过环形数据总线6连接。第一分配器3和第二分配器4的第二发送/接收装置32，42通过环形数据总线6连接。在第一运行模式中，第一分配器3将第一主单元1接收的电报转发到第一发送/接收装置31。此外，第一分配器3将第二发送/接收装置32接收的电报转发到第一主单元1。此外，第二分配器4将第一发送/接收装置41接收的第一电报转发到第二发送/接收装置42。在第二运行模式中，第二分配器4将第二主单元2接收的电报转发到第二发送/接收装置42。此外，第二分配器2将第一发送/接收装置41接收的电报转发到第二主单元2。此外，第一分配器3将第二发送/接收装置32接收的电报转发到第一发送/接收装置31。送/接收装置31。送/接收装置31。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有主从结构的自动化系统、分配器和电报传输方法


[0001]本专利技术涉及一种具有主从结构的自动化系统、一种用于自动化系统中的分配器以及一种用于在这种自动化系统中传输电报的方法。

技术介绍

[0002]该专利申请要求于2020年10月22日提交的标题为具有主从结构的自动化系统、分配器和电报传输方法的德国专利申请DE 10 2020127 804.7的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
[0003]串行网络系统通常用于制造和自动化技术，其中机器外围装置的分散布置的设备，如I/O模块、变送器、驱动器、阀门和运行员终端与自动化、工程或可视化系统通信。在此，所有用户通过串行数据总线，优选地通过现场总线彼此联网，其中通过数据总线的数据交换通常基于主从原理以也称为电报的数据包的形式执行。
[0004]数据总线上的主单元，通常是控制设备，具有总线访问权限并且确定数据总线上的数据传输。数据总线上的从单元、通常机器外围设备没有总线访问权限，这意味着其只能确认接收的电报或根据主单元的请求将电报传送给主单元。
[0005]电报，也称为帧，由控制数据和有效载荷数据组成。用于控制数据总线上的数据交换的协议通常是以太网标准，其允许长度高达1500字节的电报，同时传输速度高达10Gbit/sec。
[0006]主从自动化系统的数据总线通常具有环形结构，其中各个从单元在传输路径上连接成环，其中每个用户与两个邻居连接，并且环中的第一个和最后一个用户与主单元连接。在这种情况下，电报在一个方向上从主单元出发通过其发送单元传输到连接的第一个从单元，并从那里传输到下一个从单元，直到在数据传输方向上到达环中的最后一个从单元，然后从最后一个从单元返回到主单元的接收单元。
[0007]对主从自动化系统的要求，尤其是在制造和过程自动化中使用时的要求是高的容错性，即自动化系统尽管发生故障仍能确保所要求的功能，即例如工件的制造的能力。在此，除了电报中的故障之外，在自动化系统中必须在没有损害的情况下被克服的故障也是传输路径中的用户的失效或传输路径的中断，例如通过传输介质的物理切断。
[0008]由EP 1 869 836 B1已知一种主从自动化系统，其中数据总线具有双环拓扑结构，所述双环拓扑结构具有两个分开的通信路径，所述通信路径将主单元与从单元连接。主单元生成具有相同有效载荷数据块的两个电报，这两个电报在两个通信路径上反向运行。在故障的情况下，在数据总线中的路线故障的情况下，在两个与中断点邻接的从单元中，两个分开的通信路径被短接。通过在主单元中循环之后叠加两个电报的有效载荷数据块，可以生成组合数据字段，其中包含所有待由从单元传输的所有数据，而不考虑电报如何通过通信路径反馈到主单元。
[0009]为了补偿主单元的失效，在EP 3 072 262 B1中描述了主从自动化系统的扩展，其中在数据总线上设置有两个主单元。在一个主单元失效时，第二备用主单元可以接管通信。
为了能够执行这种切换，第二备用主单元需要附加硬件，因此备用主单元不能在任意的工业PC中实现或仅以附加的耗费实现。
[0010]由DE 10 2006 055 889 B3已知一种自动化系统，其具有冗余的主单元、至少一个从单元和环形数据总线，其中，此外设置有两个分配器，所述分配器分别具有交换装置，主单元通过所述交换装置与环形数据总线连接。
[0011]由DE 10 2008 037 610 A1已知一种自动化系统，其具有冗余的主单元、至少一个从单元和环形数据总线，其中，通过切换开关或者第一主单元或者第二主单元与环形数据总线连接。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是提供一种具有主从结构的自动化系统、一种用于这种自动化系统的分配器和一种用于在这种自动化系统中传输电报的方法，其允许在主单元运行改变时更好地重新配置电报传输路径。
[0013]该目的通过根据权利要求1所述的自动化系统、根据权利要求7所述的分配器和根据权利要求8所述的方法来实现。优选的改进方案在从属权利要求中给出。
[0014]具有多个用户和环形数据总线的自动化系统包括作为用户的第一主单元、第一分配器、第二主单元、第二分配器和至少一个从单元。
[0015]第一主单元和第二主单元分别具有控制装置，所述控制装置被设计成产生电报，其中，所述电报分别包括具有单独标识符的控制数据块和有效载荷数据块。
[0016]第一分配器具有交换装置、第一发送/接收装置和第二发送/接收装置，其中，交换装置与第一主单元的控制装置以及第一和第二发送/接收装置连接，以便在基于交换装置中确定的第一交换规则评估包含在电报中的单独标识符之后，在第一主单元的控制装置、第一发送/接收装置和第二发送/接收装置之间传输电报。
[0017]第二分配器具有交换装置、第一发送/接收装置和第二发送/接收装置，其中，交换装置与第二主单元的控制装置以及第一和第二发送/接收装置连接，以便在基于交换装置中确定的第二交换规则评估包含在电报中的单独标识符之后，在第二主单元的控制装置、第一发送/接收装置和第二发送/接收装置之间传输电报。
[0018]第一分配器和第二分配器的第一发送/接收装置通过环形数据总线连接，以便在第一分配器和第二分配器的第一发送/接收装置之间传输电报。此外，第一分配器和第二分配器的第二发送/接收装置通过环形数据总线连接，以便在第一分配器和第二分配器的第二发送/接收装置之间传输电报。
[0019]从单元包括处理单元、第一发送/接收装置和第二发送/接收装置，其中，处理单元连接到第一发送/接收装置和第二发送/接收装置，并且被设计为处理在第一发送/接收装置和第二发送/接收装置之间交换的电报，并且其中，第一发送/接收装置连接到数据总线，以便在数据总线上与第一分配器的第一发送/接收装置交换电报，其中，第二发送/接收装置连接到数据总线，以便在数据总线上与第二分配器的第一发送/接收装置交换电报。
[0020]在第一运行模式中，在第一分配器的交换装置中确定的第一交换规则将第一主单元接收的电报转发到第一发送/接收装置。此外，在第一分配器的交换装置中确定的第一交换规则将通过第二发送/接收装置接收的电报转发到第一主单元。此外，在第二分配器的交
换装置中确定的第二交换规则将第一发送/接收装置接收的第一电报转发到第二发送/接收装置。
[0021]在第二运行模式中，在第二分配器的交换装置中确定的第二交换规则将第二主单元接收的电报转发到第二发送/接收装置。此外，在第二分配器的交换装置中确定的第二交换规则将第一发送/接收装置接收的电报转发到第二主单元。此外，在第一分配器的交换装置中确定的第一交换规则将第二发送/接收装置接收的电报转发到第一发送/接收装置。
[0022]主从自动化系统的这种设计能够以少量的附加硬件耗费实现在两个运行模式之间切换时，例如由于当前负责控制自动化系统的主单元的失效而自动地实时地重新配置电报传输路径。容错功能通过两个附加地设置在自动化系统中的分配器或通过其预先存储的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种自动化系统，具有多个用户和环形数据总线，其中，所述用户具有第一主单元(1)、第一分配器(3)、第二主单元(2)、第二分配器(4)和至少一个从单元(5)，其中，所述第一主单元(1)和所述第二主单元(2)分别具有控制装置(11，21)，所述控制装置被设计成生成电报，其中，所述电报分别具有包括单独标识符的控制数据块和有效载荷数据块，其中，所述第一分配器(3)具有交换装置(33)、第一发送/接收装置(31)和第二发送/接收装置(32)，其中，所述交换装置(33)与所述第一主单元(1)的控制装置(11)以及所述第一和第二发送/接收装置(31，32)连接，以便在基于在所述交换装置(33)中确定的第一交换规则评估包含在所述电报中的单独标识符之后，在所述第一主单元(1)的控制装置(11)、所述第一发送/接收装置(31)和所述第二发送/接收装置(32)之间传输所述电报，其中，所述第二分配器(4)具有交换装置(43)、第一发送/接收装置(41)和第二发送/接收装置(42)，其中，所述交换装置(43)与所述第二主单元(2)的控制装置(21)以及所述第一和第二发送/接收装置(41，42)连接，以便在基于在所述交换装置(43)中确定的第二交换规则评估包含在所述电报中的单独标识符之后，在所述第二主单元(2)的控制装置(21)、所述第一发送/接收装置(41)和所述第二发送/接收装置(42)之间传输所述电报，其中，所述第一分配器(3)和所述第二分配器(4)的所述第一发送/接收装置(31，41)通过所述环形数据总线(6)连接，以便在所述第一分配器(3)和所述第二分配器(4)的所述第一发送/接收装置(31，41)之间传输电报，其中，所述第一分配器(3)和所述第二分配器(4)的所述第二发送/接收装置(32，42)通过所述环形数据总线(6)连接，以便在所述第一分配器(3)和所述第二分配器(4)的所述第二发送/接收装置(32，42)之间传输电报，其中，所述从单元(5)包括处理装置(52)、第一发送/接收装置(50)和第二发送/接收装置(51)，其中，所述处理装置(52)连接到所述第一发送/接收装置(50)和所述第二发送/接收装置(51)，并且被设计为处理在所述第一发送/接收装置(50)和所述第二发送/接收装置(51)之间交换的电报，并且其中，所述第一发送/接收装置(50)连接到所述数据总线(6)，以便在所述数据总线(6)上与所述第一分配器(3)的所述第一发送/接收装置(31)交换电报，其中，所述第二发送/接收装置(51)连接到所述数据总线(6)，以便在所述数据总线(6)上与所述第二分配器(4)的所述第一发送/接收装置(41)交换电报，其中，在第一运行模式中，在所述第一分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第一交换规则将所述第一主单元(1)接收的电报转发到所述第一发送/接收装置(41)，在所述第一分配器(3)的所述交换装置(33)中确定的所述第一交换规则将所述第二发送/接收装置(32)接收的电报转发到所述第一主单元(1)，并且在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第一发送/接收装置(41)接收的第一电报转发到所述第二发送/接收装置(42)，其中，在第二运行模式中，
在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第二主单元(2)接收的电报转发到所述第二发送/接收装置(42)，在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第一发送/接收装置(41)接收的电报转发到所述第二主单元(2)，并且在所述第一分配器(3)的所述交换装置(33)中确定的所述第一交换规则将所述第二发送/接收装置(32)接收的电报转发到所述第一发送/接收装置(31)。2.根据权利要求1所述的自动化系统，其中，所述数据总线(6)包括第一通信路径(61)和第二通信路径(62)，其中，所述第一分配器(3)和所述第二分配器(4)的所述第一发送/接收装置(31，41)分别连接到所述数据总线(6)的所述第一通信路径(61)和所述第二通信路径(62)，以便在所述数据总线(6)的所述第一通信路径(61)和所述第二通信路径(62)上传输电报，其中，所述从单元(5)的所述第一发送/接收装置(50)连接到所述数据总线(6)的所述第一通信路径(61)和所述第二通信路径(62)，以便在所述数据总线(6)的所述第一通信路径(61)和所述第二通信路径(62)上与所述第一分配器(3)的所述第一发送/接收装置(31)交换电报，其中，所述从单元(5)的所述第二发送/接收装置(51)连接到所述数据总线(6)的所述第一通信路径(61)和所述第二通信路径(62)，以便在所述数据总线(6)的所述第一通信路径(61)和所述第二通信路径(62)上与所述第二分配器(4)的所述第一发送/接收装置(41)交换电报，其中，在所述第一运行模式中，所述第一主单元(1)的所述控制装置(11)生成具有第一标识符的第一电报和具有第二标识符的第二电报，所述第一电报和第二电报具有相同的有效载荷数据块，在所述第一分配器(3)的所述交换装置(33)中确定的所述第一交换规则将所述第一主单元(1)接收的所述第一电报转发到所述第一发送/接收装置(31)，并且将所述第一主单元(1)接收的所述第二电报转发到所述第二发送/接收装置(32)，在所述第一分配器(3)的所述交换装置(33)中确定的所述第一交换规则将所述第一发送/接收装置(31)接收的第二电报和所述第二发送/接收装置(32)接收的第一电报转发到所述第一主单元(1)，在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第二发送/接收装置(42)接收的第二电报转发到所述第一发送/接收装置(41)，并且在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第一发送/接收装置(41)接收的第一电报转发到所述第二发送/接收装置(42)，其中，在所述第二运行模式中，所述第二主单元(2)的所述控制装置(21)生成具有第三标识符的第三电报和具有第四标识符的第四电报，所述第三电报和第四电报具有相同的有效载荷数据块，在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第二主单元(2)接收的所述第三电报转发到所述第二发送/接收装置(42)，并且将所述第二主单元(2)接收的所述第四电报转发到所述第一发送/接收装置(41)，在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第一发
送/接收装置(41)接收的所述第三电报和所述第二发送/接收装置(42)接收的所述第四电报转发到所述第二主单元(2)，在所述第一分配器(3)的所述交换装置(33)中确定的所述第一交换规则将所述第二发送/接收装置(32)接收的第三电报转发到所述第一发送/接收装置(31)，并且在所述第一分配器(3)的所述交换装置(33)中确定的所述第一交换规则将所述第一发送/接收装置(31)接收的第四电报转发到所述第二发送/接收装置(32)。3.根据权利要求2所述的自动化系统，其中，所述从单元(5)还具有耦合装置(521)，所述耦合装置被设计为，在发生到与所述第一发送/接收装置(50)连接的用户的数据传输故障时，将所述第一发送/接收装置(50)中的所述第一通信路径(61)和所述第二通信路径(62)短接，并且在发生到与所述第二发送/接收装置(51)连接的用户的数据传输故障时，将所述第二发送/接收装置(51)中的所述第一通信路径(61)和所述第二通信路径(62)短接，其中，在所述第一运行模式中，在所述第一分配器(3)的所述交换装置(33)中确定的所述第一交换规则进一步将所述第一发送/接收装置(31)接收的所述第一电报和所述第二发送/接收装置(32)接收的所述第二电报转发到所述第一主单元(1)，并且在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第一发送/接收装置(41)接收的第二电报进一步转发到所述第二发送/接收装置(42)，并且其中，在所述第二运行模式中，在所述第一分配器(3)的所述交换装置(33)中确定的所述第一交换规则将所述第一发送/接收装置(31)接收的第三电报进一步转发到所述第二发送/接收装置(32)，并且在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的所述第二交换规则将所述第二发送/接收装置(42)接收的所述第三电报和所述第二发送/接收装置(42)接收的所述第四电报转发到所述第二主单元(2)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动化系统，其中，所述第一运行模式是所述标准运行模式，并且在所述第一运行模式中，通过所述第一发送/接收装置(41)接收的电报将在所述第二分配器(4)的所述交换装置(43)中确定的第二交换规则额外地转发给所述第二主单元(2)。5.根据权利要求4所述的自动化系统，其中，所述第二主单元(2)的所述控制装置(21)被设计为，监控所述标准运行模式，以便在确定所述标准运行模式中断时开始所述第二运行模式。6.根据权利要求5所述的自动化系统，其中，所述第二主单元(2)的所述控制装置(21)被设计为，在恢复所述标准运行模式时，将在所述第二运行模式下通过所述第二主单元(2)的所述控制装置(21)接收的电报传输到所述第一主单元(1)的所述控制装置(11)。7.分配器，其应用在根据权利要求1至6中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍尔格布特纳，德克，
申请(专利权)人：倍福自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：