【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于提供时间关键的控制应用、特别是工业自动化系统中的控制应用的方法以及一种系统，该系统适合用于该方法的执行。
技术介绍
1、工业自动化系统通常包括大量经由工业通信网络彼此联网的自动化设备，并且在制造或过程自动化的框架下服务于控制或调节设施、机器或设备。由于在工业自动化系统中时间关键的框架条件，用于自动化设备之间的通信，主要使用实时通信协议，例如profinet、profibus、实时以太网(real-time-ethernet)或时间敏感网络(tsn)。
2、在基于以太网的通信网络中由于通常使用非常不同的应用，可能会出现问题，例如，当为了传输具有实时要求的数据流或数据帧的网络资源被竞争性地用来传输具有大量用户数据内容而没有特殊的服务质量要求的数据帧时。这可能导致具有实时要求的数据流或数据帧不能根据所请求的或所要求的服务质量被传输。
3、在wo2019/001718a1中描述了一种用于数据传输的方法，该方法能够关联受保护的通信和较低的网络配置工作量。在此，当为从发送器到接收器的数据流(stream)的传输预留资源时，预留至少两个至少部分冗余的路径。通过扩展预留协议，在资源预留期间在分配到冗余路径部分的网络节点处自动配置副本过滤器。
4、由ep3674824a1已知，分配给在终端设备上运行的选定的控制应用的数据流，分别规定在预定的时间间隔内为单独的时间窗口。每个时间窗具有单独的周期持续时间，该周期持续时间符合一般周期持续时间的倍数或对应于一般周期持续时间。第一或第二通信设备为每个
5、在wo2017/064560a1中描述了一种用于提供软件定义的自动化系统(sda系统)的集中管理的方法。sda系统包括控制器节点的获取以及通过监控计算节点的活动来获取逻辑上集中但物理上分散的计算节点。在此，能够通过系统组件监控sda系统内的执行、网络和安全环境，以便在预订的环境中识别关键事件。作为对所识别的关键事件的响应来至少一个组件在预订定环境中被校正。在预定环境中的校正使得至少一个组件的校正在至少一个其他的环境内发生。
6、在工业自动化系统中，控制应用通常在实时系统(如可编程控制器)中执行，从而能够确保控制应用的确定性运行。在过程周期的范围内，首先从待控制或待调节的过程中查询测量变量和/或状态变量作为输入信号。然后，控制应用基于所查询的输入信号确定操纵变量作为输出信号。最后，输出信号经由理想地能够实时的通信系统传输到待控制或待调节的设备。
7、然而，在虚拟的控制系统或没有实时扩展的操作系统中，控制应用确实没有直接访问硬件和控制流环境。这意味着，例如，不能强制立即执行控制命令。特别是在虚拟的控制系统或没有实时扩展的操作系统中，高优先级的控制应用被替代或被延迟执行是可行。例如，这能够发生在，当两个控制应用在虚拟的环境中运行同时请求对同一资源的独占访问时。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种方法，用于在本身不具有实时能力的环境中提供时间关键的控制应用或者并且指定用于执行该方法的合适的装置。
2、该目的根据本专利技术通过具有在权利要求1中规定的特征的方法和通过具有在权利要求11中规定的特征的系统来实现。有利的改进方案在从属权利要求中给出。
3、根据本专利技术的方法，借助序列控制组件提供控制应用，所述序列控制组件能够分别加载到借助服务器装置形成的序列控制环境中并且能够在序列控制环境中执行。控制应用利用周期性获取的测量变量和/或状态变量来周期性地确定用于待控制或待调节的过程的操纵变量。
4、序列控制组件优选地是软件容器、java字节码或在操作系统上运行的应用程序，而序列控制环境能够是容器运行时环境，例如docker引擎、java虚拟机或没有实时扩展的操作系统。原则上，序列控制组件也能够使用替代的微虚拟化概念，例如snaps。相应地，序列控制环境也能够包括snap core。
5、优选地，软件容器分别被设计和设置为，在安装在服务器装置中的主机操作系统上与序列控制环境内的其他软件容器或容器组隔离地运行。特别地，软件容器分别与在服务器装置上运行的其他软件容器一起使用服务器装置的主机操作系统的内核。
6、根据本专利技术，相互冗余的多个序列控制组件彼此并行地执行。此外，相互冗余的序列控制组件将确定的操纵变量连同分配给相应的过程周期的序列号传输给执行器或控制单元。执行器或控制单元根据序列号识别传输的操纵变量的副本，并相应地对它们进行过滤。此外能够提供的是，一旦大多数相互冗余的序列控制组件发出对于相应的获取时间的测量变量和/或状态变量正确存在的信号，相互冗余的序列控制组件就确定用于相应的过程周期的操纵变量，该过程周期在测量变量和/或状态变量的相应的获取时间之后。
7、本专利技术使得能够在本身不具有实时能力的序列控制环境中执行时间关键控制应用，即通过上述相互冗余的序列控制组件的协调或通过协调地、冗余地传输确定的操纵变量来实现。因此，能够使用常规的it基础设施来实现通常需要实时能力的控制任务。当相互冗余的序列控制组件经由不相交的路径将被操纵变量传输到执行器或传输控制单元时或者当被操纵变量分别被传输到相互冗余的控制单元时，获得特别高的可用性。
8、根据本专利技术，相互冗余的序列控制组件分别一致地订阅包含周期性获取的测量变量和/或状态变量的数据流。以这种方式能够确保相互冗余的序列控制组件以一致的过程图像工作。优选地，由相应的数据源和/或传感器分别借助数据流公告来公布包括周期性获取的测量变量和/或状态变量的数据流，并且数据流被传输到多播地址，多播地址被分配到订阅相应的数据流的序列控制组件。
9、此外，测量变量和/或状态变量根据本专利技术连同分配给相应的获取时间的序列号被传输给相互冗余的序列控制组件。对此，相互冗余的序列控制组件将确定的操纵变量借助数据流传输给执行器或控制单元。为了传输用于相应的获取时间的测量变量和/或状态变量，使用与用于传输用于相应的过程周期的确定的操纵变量的序列号相同的序列号，过程周期在测量变量和/或状态变量的相应的获取时间之后。以这种方式，能够有效地利用分布式系统的随机特性结合通信系统功能，用于确定地和冗余地传输数据流，从而实现对于控制应用的随机确定性。
10、根据本专利技术，为数据流的传输指定了服务质量要求。根据这些服务质量要求，在转发数据流的通信设备中，例如在交换机、网桥或路由器中预留用于传输数据流的资源。在转发数据流的通信设备中根据服务质量要求，在足够的可用性的情况下保留用于传输数据流的资源，其中，资源包括在交换机或网桥中的可用的传输时间窗口、带宽、保证的最大时延、队列数量、队列缓存和/或地址缓存。
11、根据本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于提供时间关键的控制应用的方法，其中，
2.根据权利要求1所述的方法，其中，由相应的数据源和/或传感器(310)分别借助数据流公告来公布包括周期性获取的所述测量变量和/或所述状态变量(12)的所述数据流，并且所述数据流被传输到多播地址，所述多播地址被分配给订阅相应的数据流的序列控制组件。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，经由时间敏感网络，尤其根据IEEE802.3、IEEE802.1Q、IEEE802.1AB、IEEE802.1AS、IEEE802.1BA和/或IEEE802.1CB，转发所述数据流的所述通信设备(201-202)相互连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，尤其根据IEEE 802.1Q借助帧抢占，尤其根据IEEE802.1Q借助时间感知整形器，尤其根据IEEE 802.1Q借助基于信用的整形器，借助突发限制整形器、蠕动整形器和/或基于优先级的整形器，控制所述数据流的转发。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述序列控制组件是软件容器、Java字节码或在操作系统上运行的应用
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，相互冗余的所述序列控制组件将所述操纵变量经由分散的路径传输到所述执行器和/或所述控制单元。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述操纵变量分别被传输到相互冗余的控制单元。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，相互冗余的所述序列控制组件(113，123，133)分别借助向其他冗余的序列控制组件发出的确认消息(10)来发送所述测量变量和/或所述状态变量对于相应的获取时间正确存在的信号。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，如果所述测量变量和/或所述状态变量以延迟和/或错误的方式存在于大多数相互冗余的所述序列控制组件中，则发出错误信号和/或再次传输最后确定的所述操纵变量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，如果所述序列控制组件未在相应的获取时间的允许延迟内接收到所述测量变量和/或所述状态变量，则所述测量变量和/或所述状态变量以延迟的方式出现。
11.一种用于提供时间关键的控制应用的系统，所述系统具有
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于提供时间关键的控制应用的方法，其中，
2.根据权利要求1所述的方法，其中，由相应的数据源和/或传感器(310)分别借助数据流公告来公布包括周期性获取的所述测量变量和/或所述状态变量(12)的所述数据流，并且所述数据流被传输到多播地址，所述多播地址被分配给订阅相应的数据流的序列控制组件。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，经由时间敏感网络，尤其根据ieee802.3、ieee802.1q、ieee802.1ab、ieee802.1as、ieee802.1ba和/或ieee802.1cb，转发所述数据流的所述通信设备(201-202)相互连接。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，尤其根据ieee 802.1q借助帧抢占，尤其根据ieee802.1q借助时间感知整形器，尤其根据ieee 802.1q借助基于信用的整形器，借助突发限制整形器、蠕动整形器和/或基于优先级的整形器，控制所述数据流的转发。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述序列控制组件是软件容器、java字节码或在操作系统上运行的应用程序，并且其中，所述序列控制环境...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗茨约瑟夫·格茨，赖纳·希克弗，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：
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