用于能冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡的通信設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于能冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡的通信設備。
【背景技術】
[0002]工業(yè)自動化系統(tǒng)通常包括多個經(jīng)由工業(yè)通信網(wǎng)絡相互聯(lián)網(wǎng)的自動化設備并且在制造或生產(chǎn)自動化的范圍中用于控制或調(diào)節(jié)裝置、機器或者設備。由于在借助于工業(yè)自動化系統(tǒng)自動化的技術系統(tǒng)中的時間重要的幀條件，在工業(yè)通信網(wǎng)絡中主要應用實時通信協(xié)議，如Profinet、Profibus或?qū)崟r以太網(wǎng)來在自動化設備之間進行通信。
[0003]在工業(yè)自動化系統(tǒng)或者自動化設備的計算單元之間的通信連接的中斷能夠?qū)е路照埱蟮膫鬏數(shù)牟黄谕蛘卟槐匾闹貜汀＿@造成工業(yè)自動化系統(tǒng)的通信連接的附加的負荷，這可能會導致進一步的系統(tǒng)故障或系統(tǒng)錯誤。此外，沒有被傳輸?shù)幕驔]有完全地傳輸?shù)南⒗缱璧K工業(yè)自動化系統(tǒng)過渡到安全的操作狀態(tài)下或者留在安全的操作狀態(tài)下。這最終可能會導致整個生產(chǎn)裝置的故障和成本高昂的生產(chǎn)停工狀態(tài)。在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，常常由具有相當多的、但是相對短的消息的訊息流量而引起特殊困難，由此加劇了上述問題。
[0004]為了能夠補償通信連接或通信設備的故障，通信協(xié)議(例如媒體冗余協(xié)議、高可用性無縫冗余或并行冗余協(xié)議)被開發(fā)用于高可用性的、可冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡。在IEC標準62439中定義媒體冗余協(xié)議(MSR)，并且在具有簡單的環(huán)形拓撲的網(wǎng)絡中在有擾動地冗余傳遞數(shù)據(jù)包的情況下實現(xiàn)對各個連接故障進行補償。根據(jù)媒體冗余協(xié)議，冗余管理器在環(huán)形拓撲之內(nèi)與具有兩個端口的交換機相關聯(lián)，所述冗余管理器監(jiān)視網(wǎng)絡的連接故障，并且必要時導入用于閉環(huán)的開關措施。在標準的操作狀態(tài)中，冗余管理器根據(jù)測試數(shù)據(jù)包來檢查:在環(huán)形拓撲之內(nèi)是否出現(xiàn)中斷。然而，與冗余管理器相關聯(lián)的交換機通常不將具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包從一個端口轉(zhuǎn)發(fā)到其他的端口。因此，防止具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包永久地在環(huán)形拓撲之內(nèi)循環(huán)。如果在環(huán)形拓撲之內(nèi)交換機或連接故障，那么不再在相應的其他端口上接收由端口發(fā)送的測試數(shù)據(jù)包。據(jù)此，冗余管理器能夠識別故障并且在故障時不同于標準的操作狀態(tài)而將具有有效數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包從端口轉(zhuǎn)發(fā)到其他的端口并且反之亦然。此外，冗余管理器命令通知其余的交換機關于由故障所引起的拓撲變化。以這種方式避免:數(shù)據(jù)包經(jīng)由故障的連接進行傳輸。
[0005]原則上，能夠用相對小的耗費實現(xiàn)有擾動的媒體冗余法。然而缺點是，一方面在故障情況下信息可能丟失并且另一方面在重新配置通信網(wǎng)絡期間首先存在干擾狀態(tài)。這種故障狀態(tài)必須通過疊加的通信協(xié)議，例如借助于傳輸或運輸層面上的TCP/IP進行保護，以便避免通信連接的中斷。
[0006]PROFINETdEC 61158類型10)也提到將媒體冗余協(xié)議作為在具有環(huán)形拓撲的通信網(wǎng)絡之內(nèi)的有擾動的媒體冗余法。相反地，計劃地復制媒體冗余(MRPD)提供用于無擾動地傳輸?shù)葧r的實時數(shù)據(jù)的擴展。然而計劃地復制媒體冗余不是應用中性的無擾動的媒體冗余法，而是PROFINET特殊的擴展。
[0007]在IEC標準62439-3中定義高可用性無縫冗余(HSR)和并行冗余協(xié)議(PRP)，并且以極短的恢復時間實現(xiàn)無擾動地冗余傳輸數(shù)據(jù)包。根據(jù)高可用性無縫冗余和并行冗余協(xié)議，由進行發(fā)送的通信設備復制每個數(shù)據(jù)包，并且以兩種不同的路徑發(fā)送到接收器。通過接收器側(cè)的通信設備，從接收數(shù)據(jù)流中過濾掉代表副本的冗余數(shù)據(jù)包。
[0008]從WO 2008/119649 Al中已知一種用于重新配置分組交換的通信網(wǎng)絡的方法，所述通信網(wǎng)絡包括第一子網(wǎng)和第二子網(wǎng)。在第一子網(wǎng)中應用第一網(wǎng)絡協(xié)議時，而在第二子網(wǎng)中應用不同于第一網(wǎng)絡協(xié)議的第二網(wǎng)絡協(xié)議。兩個子網(wǎng)通過至少三個冗余的數(shù)據(jù)鏈相互連接，分別僅激活所述三個冗余的數(shù)據(jù)鏈中的一個以用于有效數(shù)據(jù)交換。在此，主數(shù)據(jù)鏈預先設定地是激活的，而至少兩個從數(shù)據(jù)鏈預先設定地是禁用的。通過第二子網(wǎng)的與主數(shù)據(jù)鏈連接的主橋來監(jiān)視主數(shù)據(jù)鏈或者從數(shù)據(jù)鏈的失效。在這樣的失效的情況下，主橋生成第一數(shù)據(jù)包并且將其傳送給第二子網(wǎng)的與從數(shù)據(jù)鏈連接的從橋。根據(jù)可預設的選擇規(guī)則通過主橋來選擇從橋。接下來，通過所選擇的從橋來處理第一數(shù)據(jù)包。第一數(shù)據(jù)包包括邏輯信息，根據(jù)所述邏輯信息至少部分地執(zhí)行在從橋的與從數(shù)據(jù)鏈連接的端口上的第一網(wǎng)絡協(xié)議并且通過在從橋的端口上執(zhí)行的第一網(wǎng)絡協(xié)議來激活從數(shù)據(jù)鏈。
[0009]在EP 2 343 857 Al中說明了一種用于通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡節(jié)點，所述通信網(wǎng)絡包括第一子網(wǎng)和與所述第一子網(wǎng)連接的第二子網(wǎng)。在第一子網(wǎng)中應用生成樹協(xié)議，而在第二子網(wǎng)中應用與第一子網(wǎng)的協(xié)議不同的第二協(xié)議。網(wǎng)絡節(jié)點設立為用于第二子網(wǎng)的元素并且構造成用于在第二子網(wǎng)內(nèi)進行通信。此外，網(wǎng)絡節(jié)點借助于生成樹功能構造和設立為用于監(jiān)視和控制第二子網(wǎng)的生成樹主節(jié)點。因此，第二子網(wǎng)被在第一子網(wǎng)中應用的生成樹協(xié)議視作為虛擬的網(wǎng)絡節(jié)點，其方式為:作為生成樹主節(jié)點的網(wǎng)絡節(jié)點對第二子網(wǎng)的其他網(wǎng)絡節(jié)點進行生成樹協(xié)議應用。
[0010]從WO 2010/105828 Al中已知一種用于操作具有冗余特性的通信網(wǎng)絡的方法，所述通信網(wǎng)絡具有環(huán)形網(wǎng)絡拓撲。在通信網(wǎng)絡內(nèi)，通信設備經(jīng)由數(shù)據(jù)線以其數(shù)據(jù)端口相互連接并且基于通信協(xié)議經(jīng)由數(shù)據(jù)線交換控制數(shù)據(jù)以及有效數(shù)據(jù)。為了避免消息在通信網(wǎng)絡的網(wǎng)中無限地循環(huán)，除用于控制或者監(jiān)視媒體冗余的消息以外，借助于通信協(xié)議阻止消息經(jīng)由各個通信設備的所選定的數(shù)據(jù)端口進行傳輸。在通信網(wǎng)絡內(nèi)將兩個不同的通信協(xié)議彼此并行地應用在通信設備中。例如通過將待阻塞的數(shù)據(jù)端口的監(jiān)控分配給單獨的通信協(xié)議來實現(xiàn)不同的通信協(xié)議的并行應用。替選于此，能夠為通信協(xié)議選擇參數(shù)，使得通過第一通信協(xié)議不阻擋根據(jù)第二通信協(xié)議視為激活的連接。
[0011]在申請?zhí)枮?2177233.9的早期的歐洲專利申請中描述一種用于在具有樹狀拓撲的第一子網(wǎng)和第二子網(wǎng)的、能冗余操作的通信網(wǎng)絡中傳輸消息的方法。在第一子網(wǎng)中根據(jù)生成樹協(xié)議傳輸消息。在此，為了形成樹狀拓撲，與第一子網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點相關聯(lián)的通信設備相互交換具有拓撲信息的消息。在第二子網(wǎng)中，根據(jù)并行或環(huán)形冗余協(xié)議傳輸消息。與第二子網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點相關聯(lián)的通信設備根據(jù)并行或環(huán)形冗余協(xié)議相互交換具有第一子網(wǎng)的拓撲信息的消息并且將所述消息與第一子網(wǎng)的存在于本地的拓撲信息進行比較。根據(jù)比較結(jié)果，與第二子網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點相關聯(lián)的通信設備確定第一子網(wǎng)的所得出的拓撲信息。
[0012]從申請?zhí)枮?2178677.6的早期的歐洲專利申請中已知一種用于在包括具有樹狀拓撲的第一子網(wǎng)和第二子網(wǎng)的、能冗余操作的通信網(wǎng)絡中傳輸消息的方法。在第一子網(wǎng)中，根據(jù)生成樹協(xié)議傳輸消息。在此，與第一子網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點相關聯(lián)的通信設備為了形成樹狀拓撲而相互交換具有拓撲信息的消息。在第二子網(wǎng)中，根據(jù)并行或環(huán)形冗余協(xié)議傳輸消息。將虛擬的網(wǎng)絡節(jié)點配置為第一子網(wǎng)的網(wǎng)絡根節(jié)點，所述虛擬的網(wǎng)絡節(jié)點經(jīng)由各不能由于故障而中斷的虛擬連接而與第二子網(wǎng)的所有網(wǎng)絡節(jié)點連接。
【實用新型內(nèi)容】
[0013]本實用新型基于下述的目，提出一種用于在能冗余操作的工業(yè)通信網(wǎng)絡中傳輸消息的通信設備，所述工業(yè)通信網(wǎng)絡具有至少一個生成樹子網(wǎng)和并行或環(huán)形冗余子網(wǎng)，所述通信設備一方面實現(xiàn)兩個子網(wǎng)之間的可靠的分離并且另一方面實現(xiàn)兩個子網(wǎng)之間的相互的可訪問性。
[0014]根據(jù)本實用新型，所述目的通過根據(jù)本文的通信設備實現(xiàn)。本實用新型的有利的改進方案在下文中說明。
[0015]根據(jù)本實用新型，在具有樹狀拓撲的第一子網(wǎng)中根據(jù)生成樹協(xié)議傳輸消息。在此，與第一子網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點相關聯(lián)的通信設備為了形成樹狀拓撲而相互交換具有拓撲信息的消息。根據(jù)所交換的拓撲信息，通過與第一子網(wǎng)的網(wǎng)絡節(jié)點相關聯(lián)的通信設備確定作為樹狀拓撲的基本元素的網(wǎng)絡根節(jié)點。從網(wǎng)絡根節(jié)點起建立到第一子網(wǎng)的其余的網(wǎng)絡節(jié)點的無環(huán)路的連接。在第二子網(wǎng)中，根據(jù)并行或環(huán)形冗余協(xié)議傳輸消息。第一子網(wǎng)和第二子網(wǎng)經(jīng)由多