專利名稱：實時過程控制系統的高性能存儲圖象網絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及以多個通信網絡提供實時過程控制的方法和裝置。更具體地講，本發(fā)明涉及這樣的一種過程控制裝置，對于用多個、獨立的通信網絡控制的過程這種裝置取得極快的響應時間，每個網絡配置后相對任何其他的通信網絡來說以非?？斓姆绞焦ぷ鳌?br> 在過程控制系統領域中，在工業(yè)自動化中最近的發(fā)展已包含從單個監(jiān)視計算機控制的過程的自動化到使用專用的多個微處理機的分布系統的自動化，每個微處理機負責整個控制系統工作的一個小的方面。由于依靠這種更好分布的過程控制的方法，就產生了對在多個微處理機之間開發(fā)與改進通信方案的相當的需求，以保證該過程以及時的方法完成或執(zhí)行。這樣的一種分布過程控制的配置例子是WesfinghouseWDPF系統，該系統已廣泛應用于工業(yè)過程控制操作，并在歐洲專利申請EP0132069和0130802號的說明書中討論了。在這類系統應用到一種工業(yè)過程控制配置中，可以足夠地提供0.1至1.0秒的響應時間。但是，對其他的工業(yè)過程控制配置，緊密地耦合的控制系統要求25毫秒或更少的響應時間是不能足夠提供的。這種情況的產生是由于典型的數據庫管理網絡不太涉及原始通信速度，而涉及與數據庫管理操作有關的總開銷和與通信網絡有關的通信規(guī)程。當然，在每個分布的過程控制單元，或者是利用微處理機，小計算機或者其它設備，控制算法或主控制程序將以它存取本地數據相同的方法從其他的單元中直接存取遠端的數據;即直接從存儲器中存取數據而沒有時延或必須考慮該數據的實際源或目的地。
在要求提供相對快的響應時間過程控制系統中，在正被處理的該類數據和在該數據的使用中通常存在著很大的差異。而這種大的差異產生很寬頻譜的數據傳送速率。一般地，單個通信網絡對于有限數量的數據可進行很高數據速率的尋址，或對于大量的數據以按比例減少的數據速率尋址。
過程控制系統的一個例子可以是用于軋鋼操作的軋鋼機過程控制系統，該系統在定時限制中對不同類型的數據可要求這樣一個很大的差異。在這樣的一個系統中，加工件，在本例子中加工件是鋼板，從一個軋機組輸送到另一個軋機組，鋼板變成所要求的鋼的確切規(guī)格的軋制過程要求在這些軋機組上的各個軋輥組件的速度和定位信息之間準確的配合，除了速度和定位信息迅速地配合之外整個軋鋼機的操作也處理定時不是嚴格的信息;這種信息的一個例子是歷史記錄，該記錄提供從整個系統的觀點看該過程已如何操作的記錄。
公認這一點需要對一些信息進行快速處理，可適用的現有技術的過程控制系統的一個例子用一個通信方案，因而接收和發(fā)送站的初始化是由連接鏈路而不是主控制單元完成的，這種例子在美國專利4177450號的說明書中敘述了。在這一專利中，所敘述的通信裝置提供在連接鏈路上的活動由各個站監(jiān)視，并根據預定的定時方案，當在鏈路上已沒有活動時可以發(fā)送一個初始信號。此外，該發(fā)明公開了預定定時方案允許根據各個站的優(yōu)先性對于不同的站倒換多次不同的置位。雖然這種方法在各個站之間提供某些數據通信的快速處理，但是建立定時方案所需的努力是大大地減小除了可能希望為了修改整個站的裝置的靈活性之外，該方案看來是煩麻的。除外，這種方法只提供一種類型的通信處理方法而且不提供以不同的方法處理不同類別的數據，以便可進行對某些操作的更準確的數據處理。
在分配處理系統中使用多個處理機由于所取得的進展實現的另一個優(yōu)點是以各種方法構成整個系統的能力，這些方法允許在工作特性和實際距離中獨立的過程功能的有效互連。例如，多個處理機系統以在環(huán)形網絡中公知的方法構成了，在該網絡中許多處理機取下裝置(drop)或站圓形地安排接到環(huán)形通信系統中?？梢粤私庠诠I(yè)應用的分布過程控制系統中，構成環(huán)形通信系統的電纜的實際長度可以是減少發(fā)送信息的效率這樣的一個長度。因此，雖然在工業(yè)操作使用多個處理機結構可能復蓋工廠的占地面積，但是必須注意實際的具體安排并不反過來影響在各個處理單元之間信息的有效通信，這些處理單元組成該系統。
另一個已經實現的多處理機分布處理結構通常稱為星形結構，它的特點可以是用一個中央處理單元和多個衛(wèi)星處理單元，衛(wèi)星處理單元沿著不同的通信鏈路向外輻射延伸。一般地，在這種結構中，在星形中心的處理單元被指定為主處理機，通信和所有信息的處理必須通過主處理機協調。除了需要包括長的通信線路外，這樣的結構通過主處理機傳送信息必定減慢了在各個處理機單元之間的有效的信息通信。
由分布處理機過程控制系統組成的多處理機單元之間傳輸信息要求的時間可以認為至少部分地是實際的處理機器件或CPU使用原始數據速率的效率的函數，處理機器件或CPU構成各個處理機單元?？梢粤私猓捎陧憫獣r間已變得更快，如果較好地利用該更快的響應時間，更多的處理機操作如指令或數據轉送可以在較短的時間期間內完成。因此，如果多處理機分布處理控制系統的通信裝置可以盡可能接近處理器件的原始數據速率，因而增加系統各個處理單元之間傳輸數據的速度，這是有好處的。通過較好地利用各個處理機單元之間傳輸數據的處理器器件的原始數據速率，在錯誤檢測和校正技術方面可以獲得進一步的優(yōu)點。當取得了更快的通信裝置，很明顯，在需要準確執(zhí)行過程的嚴格時間內，可以傳送更多的數據。因此，通過提供固有的錯誤檢測與校正技術的優(yōu)點可以進行冗余通信。另外，在嚴格的時間期間內發(fā)送更多數據的能力也允許包括和被傳送的基本數據一起的數據檢驗信息。
因此，本發(fā)明的目的是提供分布過程控制系統的通信裝置，因而信息可被指定為優(yōu)先的數據，并可在非?？斓臅r間期間內傳輸到各個地點，該時間期間是相對于不指定為優(yōu)先信息的信息或沒有優(yōu)先數據那樣關鍵的信息而言的。
考慮這個目的，本發(fā)明提供用于傳輸數據的一種裝置，該數據更新分布過程控制系統的多個處理機控制的站之間這種數據的預定定時優(yōu)先性的功能至少已分為第一和第二類，上述通信裝置包括在多個站的每個站的通信處理機，它與通信總線進行信號通信，多個站是配置在該通信總線上;在多個站的每個站的雙端口存儲主件并連接至上述通信處理機的一個端口;與上述雙端口存儲元件的第二端口進行信號通信的控制處理機，并由此有效地進行分布過程控制系統的過程;其特征在于上述通信處理器包括用于組裝這種數據幀的裝置，其中第一類數據指定為定時優(yōu)先，以致所有的第一類數據在第二類數據之前傳送;用于計算傳送全部第一類數據的實際時間和從預選的定時目標中減去這個實際時間以確定定時差別的裝置;和用于確定可在定時差別中傳送的第二類數據的剩余部分的數量和將這些剩余量加到第一類數據中傳送的裝置。
該通信裝置還可包括用于每次指定一個站的串行總線控制并允許以預定的優(yōu)先順序轉送該總線控制到下一站的裝置。該通信裝置還可進一步提供用于檢驗從任何站始發(fā)的數據的新鮮和在一個預選的超時期間終止之后，確定總線控制的指定是否應從總線分配表中的第一站從新開始。
結合附圖閱讀優(yōu)選實施例的敘述將更充分地了解本發(fā)明，其中

圖1是可應用本通信系統的過程示意圖，部分以方框圖的形式表示。
圖2是根據本發(fā)明構成的過程控制系統的一個通信系統的功能方框圖。
圖3是在本發(fā)明的通信系統中使用的共享存儲量分配格式的表格表示。
圖4是在本發(fā)明的通信系統上傳送的信息幀的數據格式的表格表示。
圖5是本發(fā)明的通信系統的幀控制格式的表格表示。
本發(fā)明涉及具有多個相互關連的取下裝置或站的分布過程控制系統的一個通信裝置，其中不同類型的數據在不同的通信信道上傳輸，通信信道是根據由通信控制處理機實現的預定定時優(yōu)先方案決定的。
在圖1中所示的滾軋機過程設備配置僅是可應用本發(fā)明的工業(yè)過程的一個例子。用于這樣一種設備配置中的過程控制系統必須對整個過程進行監(jiān)視控制和對參數如滾軋部件12的速度和定位進行特別的、緊回路控制。用于滾軋機工作的現有規(guī)格控制系統的一個例子可在美國專利3892112號的說明書中找到。
在滾軋機工作中，在相鄰的滾軋機組的控制參數之間要求精確的協調這是公知的。為了避免鋼板2的伸長，緊壓或彎曲，當鋼板從一個滾軋機組20輸送到下一個滾軋機組30時，需要快速校正那些控制參數測量值與預選值的任何偏差?？梢粤私猓跐L軋機的過程中，如果第二套滾軋機32的速度比希望的速度高，后果將是鋼板2的伸長，以致于在該鋼板中產生結構損傷，如果速度偏差繼續(xù)下去或實際上更壞，在該段鋼中產生更明顯的損傷。類似地，如果第二套滾軋機32的速度低于所希望的速度，則第一套滾軋機12實際上推鋼板2，使該鋼板彎曲，因為第二套滾軋機不能以所希望快的方法接受鋼板2。
除了速度控制信號的精確控制之外，還需要精確地協調滾軋機的位置信號以便獲得合適規(guī)格的鋼。實際上，任何信息都可認為是控制數據;即在緊回路控制裝置50的控制下必須包括直接影響滾軋機工作的控制的信息，該裝置考慮在盡量短的時間期間內，一般在30毫秒數量級或更少，響應在期望值內的偏差。
因此，正如在圖1中所看到的，常規(guī)的滾軋機系統具有很多滾軋機組，在本附圖中指定為第一滾軋機組20和第二滾軋機組30，該滾軋機系統還包括傳感器設備以測量被緊控制的數據的值，和控制設備以實現所希望的控制。第一馬達14控制第一套滾軋機12的速度，如圖所示，滾軋機12在常規(guī)的方法中包括一對后備滾軋機12a和一對工作的滾軋機12b。第一馬達14可以是一大的直流馬達，在滾軋機組20經速度控制設備18可控地激勵以獲得滾軋機12所需的速度。第一速度傳感器16接到馬達14，用于對緊回路控制裝置50提供反饋信號，這是第一套滾軋機12速度的測量結果。第一滾軋位置控制設備22控制第一套滾軋機12的開口，工件，即鋼板2，通過該開口傳送。第一滾軋位置檢測器24給緊回路控制裝置50提供代表第一套滾軋機12的位置的測量信號。
類似于第一滾軋機組20的裝置，第二滾軋機組30包括第二馬達34，第二速度控制設備38和第二速度傳感器36分別用于控制和監(jiān)視第二套滾軋機32的速度。另外，第二滾軋機組30包括第二滾軋位置控制設備42和第二滾軋位置檢測器44，分別控制和監(jiān)視第二套滾軋機32的位置。
在圖1中表示的緊回路控制裝置50僅是本發(fā)明的通信裝置的例子，它考慮把數據分成幾類，以便可以根據發(fā)送該數據的定時優(yōu)先性對一些數據予優(yōu)先處理。雖然對滾軋機組的整個排在圖1中以單個方框部件表示，但必須懂得，這個表示法表明該通信裝置是在各站之間的一個共用的系統，在本例中以滾軋機組表示。正如下文將要更詳細地討論的，該通信裝置包括在每個單個站的相似又不同的部件。
在圖2中看出，本發(fā)明的通信裝置包括一條串行通信總線60，構成分布過程控制系統的所有的站都接到該總線上。雖然說明了單個冗余通信總線60，但是本發(fā)明的意圖是這條串行通信總線60是一條專用總線;即，這條串行鏈路只接受一定類型的數據，而所有其他數據必須在另一條通信總線上傳輸。在一個典型的過程控制系統中，應懂得有不同類型的數據，它們對定時及處理該數據的方法有不同的要求。舉例來說，處理數據有非常不同的要求，該數據可以分類為控制數據，從中它又可分類為歷史數據。在該控制數據的例子中，即，數據實現過程本身的控制或指示過程本身工作情況，時間，以更新分配處理機的存儲設備內的數據，該數據必須是這樣的，使得過程的操作不是反向地影響。另一方面，數據可用于更新顯示信息，一個操作人員通過它監(jiān)視過程的操作，該數據不必像控制數據那樣在同樣的時幀內更新。實際上，已經確定一些控制數據必須在5毫秒時間期間內更新，而另外的控制數據僅需要在30毫秒時幀內更新。但是歷史或顯示信息僅需要在響應時間100毫秒至1秒的時幀內更新，在該時間內在前提供的分布過程控制系統已工作。因此，從控制信息中分出顯示信息是有好處的。這可以通過將傳輸這兩類信息的通信總線分開來實現;但是目前公開的僅僅是說明傳輸控制數據的通信總線60。有關一個系統用于根據該數據分類為控制數據或歷史數據來把信息分流到不同的通信總線的說明和工作可以在同時申請的分開的專利申請，名稱為“使用多通信網絡的實時過程控制”中找到。
圖2中表示的串行通信總線60作為一個冗余系統示出;即，實際上提供了第一和第二串行總線60。第一串行總線60a和第二串行總線60b是相同的，并且在串行總線60a或60b中的這個或那個出現故障情況時僅提供相互備用。
為了實現雙通信總線結構的益處，必須提供雙收發(fā)裝置62，它包括放置在每站的冗余的第一和第二收發(fā)設備62a和62b。冗余收發(fā)設備62接到冗余串行通信總線60a和60b，并提供各站至該通信網絡的實際連接。如已說明的，收發(fā)設備62以同軸方式接到串行通信總線60;可以知道在收發(fā)設備62和通信總線60之間也可用光纖鏈路。
與每個收發(fā)設備62相連的是一個雙通信調制解調器64，如圖2所示，調制解調器也是一個冗余系統;即，在分布過程控制系統的每個站提供雙數據通信調制解調器，用于將數據變換為或從串行格式變換，在串行通信總線60上使用串行格式。雙數據通信調制解調器64包括第一和第二通信調制解調器64a和64b，而且還可配置以提供裝置，用該裝置從每個站發(fā)出的消息可被分離成像成幀信息的信息和循環(huán)冗余信息，成幀信息定出消息的邊界，循環(huán)冗余信息提供對消息傳輸的錯誤檢驗能力。
從雙通信調制解調器64，該數據被傳輸到通信控制處理機66，在本實施例中該處理機是一個高速、位片處理機，它控制串行通信總線60的分配，用作錯誤恢復和消息編格式，除外，控制在串行通信總線60a和60b上數據的實際傳輸和接收。
在通信控制處理機66的控制下，在串行通場總線60上發(fā)送和/或接收的信息被裝入雙端口共用存儲設備68的第一端口68a，該共用存儲設備對每個站是共用的。存儲設備68提供裝置，用該裝置本發(fā)明可用于維持多個公共存儲區(qū)的分布復份，下文將結合圖3進行更仔細的說明。
接在存儲設備68的第二端口68b的是一個功能處理機70，該處理機提供一個裝置，分布過程控制系統的全過程由該裝置執(zhí)行的。為了這個公開，僅僅需要懂得，功能處理機70是編程的，根據控制數據執(zhí)行預定的過程，控制數據從共用存儲設備的第二端口68b可得到。另外，應該懂得，該功能處理機70也向存儲設備的第二端口68b輸出信息;在這個方向傳送的信息包括指示該過程的狀態(tài)的控制數據和正執(zhí)行的控制操作。為了更詳細地理解功能處理機70的工作情況，可以參考上述歐洲專利申請EP0132069號，其中敘述了具有一個功能處理機的分布過程控制系統的工作情況。
正如圖2中所表示的，由分布過程控制系統執(zhí)行的過程與本發(fā)明的通信裝置的工作基本上不相關。雖然圖1以軋鋼機的工作說明該過程，但是可可知道，本發(fā)明的通信裝置對其他類型的工業(yè)過程可以同等有效，這些過程認為根據該信息的定時優(yōu)先性需要分開傳輸某些類型的信息?？蓱帽景l(fā)明的另一個工業(yè)過程的例子是自動焊接工作，焊頭相對于待焊的焊縫的定位必須根據響應時間跟蹤到一個精確的程度。
結合圖2以物理術語敘述的雙端口存儲設備68通過存儲區(qū)的預選的結構可以使用一個公共存儲區(qū)的多個分布副本。換句話說，存儲的每個副本是相同結構的，并由本發(fā)明的通信裝置不斷地更新。用這種方法，本發(fā)明的通信裝置可以不需要包括數據庫管理信息和在該通信總線60上的數據濾波能力，因而只給通信總線60保留控制信息的通信。另外，與其說是以控制信息包括指示該控制數據的源和/或目的地為條件，倒不如說控制信息是以廣播方式傳輸;即，在每個站提供相同地構成的存儲副本，僅僅控制數據和代表數據必須裝入的存儲位置的存儲偏移需要在串行通信總線60上傳送。這種存儲共用方法提供在每個站的存儲設備68中保持相同的存儲圖。換句話說，每個站都有預選的特定的存儲位置為所有的站保留在特定站發(fā)出的控制信息，而且該特定的存儲位置都有相同的存儲在其中的控制數據。
在圖3中存儲空間分配的表格圖中可知道，存儲設備68內存儲空間的結構從具有零的存儲偏移標志的存儲空間開始。該存儲偏移標志在圖3右欄說明，而且只作為在雙端口存儲設備68內存儲位置可指定的典型說明。在任何給定存儲偏移位置從該存儲區(qū)的開始來的控制數據在所有的站中是同樣可變的。通信控制處理機66把控制數據從該站的存儲設備中轉移，該站向所有的其他站相同的有關的存儲偏移位置發(fā)出該值?？梢灾溃鎯ζ茦酥究梢愿鶕豢刂频倪^程的應用需要和根據所用的存儲設備的容量及類型而改變。
從存儲偏移值零開始的存儲空間留給指定參考號T100的控制表的，它給接到串行通信總線60的所有站提供共用的編格式的方法，控制表T100占用共用存儲器的一個相連的存儲塊，包含控制和狀態(tài)寄存器，這些寄存器用于初始化通信控制處理機60和在下文將要儲細說明的診斷通信故障。該控制表T100還包含一個總線分配表(BAL)，該表確定各站之間串行通信總線60的控制傳遞的順序。另外，該控制表T100包含一個幀控制表，規(guī)定在每個消息幀中被廣播的數據，并相對于圖4進行說明。
在留作每個站的控制表T100的存儲區(qū)之后，其空間是留作存儲控制數據本身。如圖3中結構的控制數據存儲區(qū)由128個控制數據存儲塊構成的，其中每個數據塊由128字的控制數據信息組成的。該數據塊在各個站之間成對地分配，而且，包含由該站廣播的所有數據和從所有的其他站接收的數據。應該知道，對于分布過程控制系統的不同應用，本發(fā)明的通信裝置可以構成，使得一些站只接收控制數據，它們不向串行通信總線60返回廣播任何控制數據。在這種情況下，單收站應包括和在圖2中說明的相同的系統部件，并也應使用在圖3中所示的相同的共用存儲裝置。
與一個特定站有關的控制數據被構成，以便占用存儲空間的一對相連的存儲塊。正如在圖3中看到的，控制數據的第一存儲塊從存儲偏移(800X)開始，被指定為快速(FAST)控制數據的“n”字的第一存儲塊T101，這里n只代表一個整數值。控制數據的第二存儲塊T102代表控制數據的“m”字，指定為“不那么快”(notquiteasfast)數據(后面稱為NQAF數據)，這里m代表不同于FAST數據字的整數值n的一個整數值。正如前面已討論的，本發(fā)明提供數據的每塊包括128字的數據，如在圖3中所示，它以每塊數據的第一和最后一字表示。為了這個公開，假定可有兩類控制數據，它們被稱為FAST數據和NQAF數據。已經確定了，對典型的分布過程控制系統，在這兩類控制數據之間的區(qū)別有一個有效的假設，由于需要更新FAST數據，典型地是在5毫秒時間期間內而更新NQAF數據，典型地是在30毫秒時間期間內。為了后面的討論，5毫秒時間期間應認為是一個定時目標;即它是一個預定的時間，大多數關鍵的數據必須根據這時間對接到串行通信總線60的所有站的存儲位置進行更新。
用一種方法來構成存儲區(qū)，因而控制數據的相連塊的各對留給特定的站，本發(fā)明提供一個簡單的方法，用這方法可對整個系統進行修改，而對每個站的存儲偏移標志不要求重大的修改。換句話說，存儲空間留在將來使用，在對該系統加上附加的站時不需要轉移已規(guī)定的數據。還應該懂得，各個站不限在每個單個控制數據塊;對于一個單獨的站，如果需要一個以上的控制數據塊，應該給該站預先指定與在先指定的控制數據塊有相連關系的數據塊。但是給單個站指定多個數據塊，必須懂得，可以處理控制數據的分布過程控制系統的站的數目不再等于可處理控制數據的數據塊的數目。
把FAST數據T101的第一數據塊和NQAF數據T102的第一數據塊隔開的是FAST數據T101a的保留空間，它考慮控制數據的每塊擴展到128字的最大容量。另外，把NQAF數據T102的第一數據塊和FAST數據T103的第二數據塊隔開的是NQAF數據T102a的一個保留空間。FAST數據的一個數據塊的這種結構之后是FAST數據的一個保留空間，然后NQAF數據的下一數據塊在該存儲區(qū)內重復，直到數據的全部128數據塊被指定，如圖3中看到的，實際上產生了每類型數據的最塊數據塊是第64數據塊。
在靜態(tài)情況下，已經建立了每個站根據數據內容和存儲器偏移標志保持一個相同的存儲區(qū)，現在就關于圖4討論動態(tài)工作條件，以及每個站，以相同的方法匯編控制數據的幀?？刂茢祿潜景l(fā)明的通信裝置數據傳輸的單位，其中每個控制數據幀給定特別的固定的數據長度，根據總線判決的令牌傳輸法經串行通信總線60傳送。令牌通過裝置構成使得在該令牌必須傳輸到控制數據的下一幀之前，如在總線分配表(BAL)中指定的那樣，只有一幀控制數據被傳送。換句話說，總線控制限于一個傳輸幀;占有該令牌的站被認為是臨時的控制總線，當該站占有該令牌時它將傳送一幀且僅僅一幀的控制數據。在傳送那一幀控制數據的操作中，暗示著將該令牌轉交給總線分配表(BAL)中的下一站。
總線分配表(BAL)是一個表格驅動的表，規(guī)定該令牌的一個邏輯循環(huán)。一旦本發(fā)明的通信裝置已經啟動，總線分配表(BAL)的內容就不能修改，因為在啟動之后通信控制處理機66執(zhí)行從公共存儲區(qū)向與通信控制處理機66有關的在電路板上的存儲器復制總線分配表(BAL)的操作。控制表T100占用公共存儲區(qū)的第一區(qū)，它包括初始化總線分配表(BAL)的信息。為了這個討論，假定總線分配表可容納256幀時隙，雖然根據分布過程控制系統使用的存儲設備的容量和類型可以用其他數量的幀時隙。256幀時隙相應于在一個令牌循環(huán)期間可以傳送的最多的幀數。令牌循環(huán)從站的ID號碼為總線分配表(BAL)的時隙1的站開始，該站將傳送一幀的控制數據，然后將該令牌傳給在總線分配表(BAL)的下一站。這個令牌傳送操作將隨著順序的時隙繼續(xù)下去，直到該表的結束，如以第256時隙或對時隙255的一個無效站ID表示。然后下一個令牌循環(huán)在該站開始之后立即就開始，那個站是在總線分配表(BAL)中指定時隙1的站。必須指出，一個站的ID號碼進入總線分配表每個令牌循環(huán)多于一次，因此允許它作為控制總線每個令牌循環(huán)多于一次。已經確定實現5毫秒的定時目標對所有站更新FAST數據，每幀應包括60個控制數據字;因此，如果一個特別的站要求每幀控制數據多于分配的60字，該站要求每個令牌循環(huán)進入總線分配表應多于一次。
控制數據的幀的大小和格式是固定的，并在圖4中說明了。通信控制處理機66根據幀控制表中提供的參數來構成控制數據幀，幀控制表將在下文結合圖5詳細說明。由幀控制表提供的信息連同總線分配表(BAL)提供的信息一起允許通信控制處理機66確定FAST和NQAF數據的位置，指定的傳輸時隙的數目和控制數據字的數目和類型，這些控制數據被組裝到控制數據的每一幀。
在圖4中可看到，控制數據幀從前顯碼開始，它占用整個第一幀部分T200和第二幀部分T201的一部分。前置碼包括預先安排傳輸控制數據幀的串行通信總線60的信息。前置碼考慮在所有的接收站通信調制解調器64的正確同步。同時占用第二幀部分T201的部分是打開標記信息，對本例以包括數據串(01111110)表示。打開標記表示傳輸一幀控制數據的開始。在該幀控制數據中的打開標記信息之后是第三幀部分T202，它包括令牌接收和傳輸信息。
該幀控制數據的下一部分包括FAST數據在幀部分T203的存儲器偏移值，它指示在多個站的各個存儲設備把FAST數據裝入適應的偏移位置的開始位置。類似于在幀部分T203指示FAST數據的存儲器偏移值，該幀控制數據還包括指示在NQAF數據的各個存儲設備上開始的存儲器偏移值的幀部分T204。幀控制數據的幀部分T205包括通信控制處理機66可以確定FAST和NQAF數據的字數的信息，這信息包括在這個特定幀的控制數據中。在這一點，必須指出，可以在單幀內傳送的控制數據的字數被限制在60;因此，在確定FAST和NQAF數據的字數時，該數據應進入該幀控制數據中，給出用FAST數據填充該分布的字的優(yōu)先選擇，在所有的FAST數據都已存入以后，開始傳輸NQAF數據。在該幀中的控制數據的下一區(qū)專用于實際控制數據本身，幀部分T206至T208留作這個目的，如由幀部分T205的值確定的這個控制數據是FAST數據或NQAF數據。
在留給實際控制數據使用的幀部分之后，下一幀部分T209允許包括在該幀控制數據中的循環(huán)冗余檢驗(CRC)。循環(huán)冗余檢驗(CRC)是一種方法，用這種方法可以檢驗控制數據的完整性，因而可包括故障檢測標志和實際幀的控制數據。填充入該幀控制數據的剩余幀部分T210是閉合標記(01111110)，它可用來指示這幀控制數據的結束，因而可以把令牌轉移到總線分配表(BAL)的下一站。
為了以圖4所示的方式組成控制數據幀，本發(fā)明的通信裝置使用在圖5中提出的幀控制表。這個表是根據該通信裝置可以容納的控制數據塊的數目構成的，而且說明提供包括在該幀部分中的信息所需要的數據總數?？刂茢祿臄的亢蛿祿K的數目之間的關系是隨該站發(fā)出的FAST和NQAF數據字的數目而定。正如前面討論的，每站計算相連的2個控制數據塊，每數據塊包含128控制字。除了前面討論的以外，一個控制數據幀可容納多達60控制字。因此，如果一站只發(fā)出總共60字的FAST和NQAF數據，每個令牌循環(huán)可以傳送一幀。在這個例子中，指定給這個站的二個數據塊有相當數量的未用的存儲空間，該空間將留著用于這個站的未來擴展。如果一站發(fā)出相當大數目的FAST和NQAF數據字，當然，這個站將傳送更多幀的控制數據，并且必須從總線分配表中給這個站一個以上的令牌，其規(guī)定前面已討論了。
對確定任何給定站控制數據幀的結構的上述考慮在幀控制表提出了，如圖5所說明的。例如，發(fā)出該控制數據幀的站的識別和該站發(fā)出的字的數目和類型是由該幀控制表提供的。另外，該幀控制表還提供信息，需要該信息指示該特定的站在工作，而且還指示可包括在每個控制數據幀中的NQAF數據字的總數。如在圖5看到的，這個信息是由適量的數據提供，如在右欄所說明的。幀控制表包括64數據塊對的每一對的相同數量的信息。另外，幀控制表包括所有的64數據塊對的這種信息，在每個站重復，因而每個站知道在每個站發(fā)出的控制數據幀結構所進行的考慮。
本發(fā)明的數據通信裝置提供有關差錯恢復技術的附加特點。通過指定，具有總線分配表(BAL)中的前三時隙的所有站還包括特有的超時值，這個裝置允許在三個不同的預定時間期間的一個期間在串行通信總線60上已是不工作的情況，令牌的循環(huán)將重新開始。如果三個站的超時期間的一個期間終止，稱為重新開始傳遞。
(restarthandoff)的特別幀將被發(fā)送，該特別幀重新產生取下令牌(droppedtoken)。對于被啟動的本發(fā)明的數據通信裝置至少前三個站的一個站必須是工作的。
在本結構中，數據通信裝置支持具有64站的分布過程控制系統，這些站發(fā)出控制數據;但是，這個裝置還支持總共254站ID號碼，數據而不是控制數據也可以從本發(fā)明的串行通信總線經單獨的通信總線傳輸。以這種方式，指定站的ID號碼可以與該站是否發(fā)出控制數據無關。
在工作狀態(tài)，本發(fā)明的通信裝置用于在每個站監(jiān)視通信控制處理處66。每個通信控制處理機66保持一組64計數器，每對數據塊一個計數器。每次處理一個令牌傳遞(handoff)，響應發(fā)送站數據塊的計數器將預置在3。每個令牌循環(huán)一次，這些計算器遞減1。如果計算器轉變到零，則相應的“站在使用中”標記將復位，指示該站在最后三個令牌循環(huán)中沒有發(fā)送。這意味著期望的數據是陳舊的而且使用時應適當注意。如果該計數器從零轉變到三，“站在使用中”標記將置位，指示該站是存在的且在傳送該令牌。這些“站在使用中”標記對功能處理機70是可用的，并可作為控制戰(zhàn)略的一部分進行檢驗。
在工作中，一旦本發(fā)明的數據通信裝置起動了，在每個站的通信控制處理機66計算在總線分布表(BAL)中分配給它的時隙數量。使用這個數目和這個站發(fā)出的FAST數據字的數量，通信控制處理機66計算FAST數據字的數量，這數目可放進控制數據的每幀中。另外，承認這個計算很可能在控制數據的最后一幀產生，該幀將具有一個額外的FAST數據字，通信控制處理機66也執(zhí)行這個計算。其次，使用圖5的幀控制表，通信控制處理機66把指定的NQAF數據字的號碼放進控制數據的每一幀，直到剩下待發(fā)送的NQAF數據字少于在一個控制數據幀中允許字數。這剩余部分的NQAF數據字將和包括FAST數據的控制數據的下一幀一起發(fā)送。
用可以理解的例子可以更好地說明本發(fā)明的數據通信裝置的工作情況，性能是以要求更新或翻新整個存儲圖的時間表示。根據更新時間是對FAST數據或NQAF數據，性能時間可被分開，而且可根據幀控制表中的信息測定。實際結果隨計算結果變化僅僅很小，這個偏差是由于實際的信號傳播時間產生的，對于本目的該時延只能估計。為計算FAST數據的更新時間(Rt)，使用下列公式Rt＝(Bd＊Oh)+((Fd+Sd)＊Dt)+(Bd＊Pd)+(Bn＊To)(1)式中Bd＝在該BAL中使用的幀時隙的總數;
Oh＝每幀的總開銷對非冗余系統為97.4微秒或對冗余系統為110.3微秒;
Fd＝每個令牌循環(huán)被更新的FAST數據字的總數(所有的FAST數據);
Sd＝每個令牌循環(huán)被傳送的NQAF數據字的總數;
Dt＝在2MBps允許零插入的數據傳輸時間(8.12微秒);
Pd＝傳播時延估計0.15微秒(假定站之間為100英尺和1.5毫微秒/英尺);
Bn＝保留的幀時隙的總數(備用-不能用);
To＝無響應超時期間(110微秒)應該指出，對上面的一個術語，數據傳輸時間(Dt)，零插入損耗總開銷的估計是根據在1040比特的10000偽隨機比特流(最長的幀)進行模擬的。平均計算，零插入增加幀長度0.789%。這意味著經常串行通信總線60傳送每個數據字需要附加0.06微秒。為了上面的計算，用二倍的這個值來增加差錯容限。另外，對上面的另一術語，被傳送的NQAF數據字的數量(Sd)，必須根據下面的公式進行另一個計算Sd＝(B1×M1)+(B2×M2)+…+(Bn×Mn)(2)式中B1，B2，…，Bn＝指定給站1，站2，…站n的幀時隙的數量;
M1，M2，…Mn＝在站1，站2，等站中允許的NQAF數據字的數量。
為了計算NQAF數據的更新時間，應使用下面的公式
Nt＝(Nm/Bm)×Rt(3)式中Nm＝這個站傳送所有的NQAF數據字需要的整數幀數;
Bm＝在BAL表分配給這個站的幀時隙的數量。
一個特別站傳送所有的NQAF數據字需要的整數幀數可由下列公式計算Nm＝(Wm+Mm-1)/Mm(4)式中Wm＝這個站NQAF字的數量;
Mm＝這個站每幀允許的NQAF字的數量。
這是一個整數運算而且將這個數向上取整數。
根據上面這些公式，可以對一個系統計算FAST數據和NQAF數據的更新時間，這個系統具有五個站和5毫秒的FAST數據的更新時間目標。另外對這個例子，將假設在總線分配表(BAL)中沒有不用的站。這些站具有在下面列出的表1的第二和第三欄中所示的數據要求。每個站發(fā)送其FAST數據及其一些NQAF數據要求的時隙數如表1的第四欄所示。然后進行計算以確定在沒有廣播NQAF數據時FAST數據的更新時間。這個分布過程控制系統網絡要求3.925毫秒去更新FAST數據圖。
根據更新FAST數據5毫秒的定時目標，則將使用附加的時間(1.075毫秒)更新NQAF數據。然后這些附加的NQAF數據字盡可能均勻地分配，不超出60字幀的限制(見表1的第六欄)。對于每個站每個令牌循環(huán)更新的NQAF數據字的總數示于第八欄。重新計算存儲器圖更新值表明FAST數據存儲器圖每4.997毫秒更新一次，而每個站NQAF數據存儲器圖以第九欄指示的時間進行更新。
使用公式(1)與(2)和表1的數值，使用下列可變量來確定4.997毫秒的FAST數據更新時間Bd＝1+2+3+1+2＝9幀;
Fd＝40+80+121+30+90＝361字(FAST)Sd＝(1×15)+(2×15)+(3×15)+(1×14)(2×14)＝132字(NQAF)Pd＝0.15微秒/幀Oh＝110.3微秒/幀Dt＝8.12微秒/數據字Bn＝0(沒有保留的幀)To＝每保留幀110微秒對公式(1)得到下列結果Rt＝(9×110.3)+〔(361+132)×8.12〕+(9×0.15)+(0×110)＝4.997毫秒。
附圖中使用的編號的表示法圖例編號圖M141T161速度控制181滾軋位置控制221滾軋位置控制241M341
T361速度控制381滾軋位置控制421滾軋位置控制441緊回路控制501雙收發(fā)器622雙通信調制解調器642信息通路控制器662共用存儲器682功能處理機70權利要求
1.在分布過程控制系統中多個站之間有效地傳輸數據的一種方法，包括下列步驟在每個站至少把數據分為第一類和第二類數據；把上述第一類數據指定為快速數據；其特征在于預選一個定時目標，以這個定時目標至少必須對多個站的一部分站的所有的這種快速數據進行更新；計算一個實際的時間，這種快速數據以這個時間進行更新；確定這種定時目標和這種實際時間之間的時間差別；計算可在這個時間差別期間傳送的上述第二類數據的剩余部分的數量；和把上述第二類數據的這個剩余部分數量加到在這個預定的定時目標期間傳送的這種快速數據。
2.根據權利要求1的數據傳輸方法，其中上述數據在上述第一類數據和上述第二類數據之間被分開，作為出現在多個站的每一站的所有數據的預定的優(yōu)先性指定的功能。
3.根據權利要求1的數據傳輸方法，進一步包括給多個站的一個站指定一條控制召線的步驟，用于傳輸一個數據幀，在這個傳輸之后，把這個控制總線傳輸總線分配表確定的下一站。
4.根據權利要求1的數據傳輸方法，進一步包括至少給多個站中的第一和第二站指定一個不同的超時期間的步驟，該第一和第二站是由該總線分配表中所列的多個站的順序確定的，該不同的超過期間相應一個時間，在該時間之后如果已沒有工作的通信總線，將出現數據傳輸的重新開始。
5.根據權利要求1的數據傳輸方法，進一步包括把從多個站的任何站發(fā)出的數據指定為陳舊的數據的步驟，如果一個節(jié)點在使用中標記置位指示在多個站的特定的一站的計數器已遞減為計零零而沒有從該站發(fā)出的更新的數據。
6.根據權利要求5的數據傳輸方法，其中上述計數器從計數3開始而且每次在所有的多個站的該數據的數據傳輸完成沒有新的數據從一個特定的站發(fā)出時遞減一個計數。
7.一種傳輸數據的裝置，該數據至少已被分為第一類和第二類，作為分布過程控制系統的多個多理機控制的站之間更新這種數據的預定的定時優(yōu)先性的功能，上述傳輸裝置包括在多個站的每個站的一個通信處理機，它與配置多個站的通信總線單個通信，在多個站的每個站的雙端口存儲器單元，而且一個端口接到上述通處理機;與上述雙端口存儲器單元的第二端口單個通信的控制處理機，因而分布過程控制系統的過程有效的執(zhí)行;其特征在于上述通信處理機包括用于組合這種數據幀的裝置，其中第一類數據被指定一個定時基準，使得全部第一類數據在第二類數據之前傳送;用于計算傳送全部第一類數據的實際時間和從預定的定時目標減去這個實際時間以確定定時差別的裝置;和用于確定在定時差別中可傳送的第二類數據剩余部分的數量和把這個剩余部分數量加到被傳送的第一類數據的裝置。
8.根據權利要求7的數據傳輸裝置，其中上述數據在上述第一類數據和上述第二類數據之間被分開，作為出現在多個站的每個站的所有數據的預定的優(yōu)先性指定的功能。
9.根據權利要求7的數據傳輸裝置進一步包括用于給多個站的一個站指定控制總線以便傳輸一個數據幀的裝置，在這個傳輸之后，把這個控制總線傳給總線分配表確定的下一站。
10.根據權利要求7的數據傳輸裝置進一步包括用于至少給多個站中的第一和第二站指定一個不同的超時期間的裝置，第一和第二站是由讀總線分配表中所列的多個站的順序確定的，該不同的超過期間相應一個時間，在該時間之后，如果已沒有工作的通信總線，將出現數據傳輸的重新開始。
11.根據權利要求7的數據傳輸裝置進一步包括用于把從多個站的任何站發(fā)出的數據指定為陳舊的數據的裝置，如果一個節(jié)點在使用中標記置位指示在多個站的特定的一站的計數器已遞減為計數零而沒有從該站發(fā)出的更新的數據。
12.根據權利要求11的數據傳輸裝置，其中上述計數器從計數可開始而且每次在所有的多個站的該數據的數據傳輸完成而沒有新的數據從一個特定的站發(fā)出時遞減一個計數。
全文摘要
用于具有可發(fā)送和接收控制數據的很多站(12，32)的分布處理機控制系統的數據傳輸裝置，包括在每站有效的控制串行通信總線上的控制數據的流通的通信處理機。該通信處理機(66)與功能處理機(70)一起接到雙端上存儲設備(68)，功能處理機執(zhí)行該過程的實際操作是有效的。該通信控制處理機根據預定的安排組合控制數據幀(圖4)也是有效的，該預定安排給出第一類數據對第二類數據的定時參考。
文檔編號G06F13/36GK1038739SQ89104070
公開日1990年1月10日 申請日期1989年6月9日 優(yōu)先權日1988年6月10日
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