網(wǎng)絡(luò)、首用戶及數(shù)據(jù)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明與具有控制節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)及經(jīng)由封閉環(huán)形數(shù)據(jù)路徑而連接至控制節(jié)點(diǎn)的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶有關(guān)，數(shù)據(jù)路徑通過(guò)出站路程與入站路程兩者上的網(wǎng)絡(luò)用戶。本發(fā)明另外與形成從節(jié)點(diǎn)開(kāi)始的網(wǎng)絡(luò)用戶鏈路終端的首用戶有關(guān)。此外，本發(fā)明與這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法有關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)自動(dòng)化中，使用串行總線系統(tǒng)于傳感器/致動(dòng)器能級(jí)和控制能級(jí)之間的通信。在工業(yè)自動(dòng)化中也稱(chēng)為場(chǎng)總線的這種類(lèi)型的串行總線系統(tǒng)承受關(guān)于傳輸速度與無(wú)誤率的高通信要求。傳感器/致動(dòng)器級(jí)和控制器級(jí)具有在它們之間實(shí)時(shí)傳輸?shù)倪^(guò)程狀態(tài)，亦即傳感器數(shù)據(jù)與致動(dòng)器指令。這種數(shù)據(jù)交換通常都是周期性發(fā)生。然而，除了這種類(lèi)型的周期性數(shù)據(jù)交換以外，在傳感器/致動(dòng)器級(jí)和控制器級(jí)之間也傳輸非周期性數(shù)據(jù)，以例如為了將參數(shù)傳送至傳感器/致動(dòng)器級(jí)，或?yàn)榱瞬樵儬顟B(tài)數(shù)據(jù)。
[0003]在場(chǎng)總在線的數(shù)據(jù)交換通常是基于主/從式原理來(lái)執(zhí)行。主動(dòng)總線用戶(一般為控制級(jí)的控制節(jié)點(diǎn))具有總線接入權(quán)限并且確定數(shù)據(jù)傳送。對(duì)比地，傳感器與致動(dòng)器通常是被動(dòng)總線用戶，它們不被提供有總線接入權(quán)限，亦即，它們僅能應(yīng)答接收到的信息信號(hào)、或在有來(lái)自控制節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求時(shí)將信息信號(hào)傳送至控制節(jié)點(diǎn)。
[0004]信息信號(hào)一般由控制節(jié)點(diǎn)以數(shù)據(jù)消息的形式發(fā)送，數(shù)據(jù)消息是由控制數(shù)據(jù)與有用數(shù)據(jù)構(gòu)成，數(shù)據(jù)消息優(yōu)選地基于以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)。與總線連接的傳感器與致動(dòng)器處理控制節(jié)點(diǎn)饋送至總在線的數(shù)據(jù)消息中的各自的裝置所要的有用數(shù)據(jù)。
[0005]具有主/從結(jié)構(gòu)的場(chǎng)總線系統(tǒng)通常是利用環(huán)形拓樸來(lái)設(shè)計(jì)，以避免復(fù)雜的布線，其中所有網(wǎng)絡(luò)用戶都連接至環(huán)形數(shù)據(jù)路徑?？刂乒?jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)消息是通過(guò)控制節(jié)點(diǎn)饋送至數(shù)據(jù)路徑中、并依次地中轉(zhuǎn)通過(guò)與數(shù)據(jù)路徑連串連接的其他網(wǎng)絡(luò)用戶，以接著由控制節(jié)點(diǎn)再次接收。
[0006]為了在網(wǎng)絡(luò)中有高數(shù)據(jù)傳輸率，優(yōu)選地是執(zhí)行全復(fù)用模式。在這個(gè)情況中，環(huán)形數(shù)據(jù)路徑是由出站路程與入站路程構(gòu)成，它連接網(wǎng)絡(luò)用戶，且因此允許網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)行同時(shí)發(fā)送及接收。網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)為使得網(wǎng)絡(luò)用戶從控制節(jié)點(diǎn)開(kāi)始形成鏈路，其中以首用戶作為終端，環(huán)形數(shù)據(jù)路徑是在出站路程和入站路程兩者上中轉(zhuǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶。網(wǎng)絡(luò)用戶可接著在出站路程及入站路程兩者上執(zhí)行與控制節(jié)點(diǎn)饋送至數(shù)據(jù)路徑上的數(shù)據(jù)消息的數(shù)據(jù)交換。
[0007]由于在以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸率的增加，不斷增加使用lGbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率來(lái)替代一般的數(shù)據(jù)傳輸率(100Mbit/S)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)據(jù)消息的延遲時(shí)間在傳感器/致動(dòng)器能級(jí)和控制能級(jí)之間的數(shù)據(jù)交換速度上更為顯著地增益。
[0008]在工業(yè)自動(dòng)化中，使用經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換的控制通常會(huì)發(fā)生，使得控制節(jié)點(diǎn)周期性地執(zhí)行控制過(guò)程，以基于傳感器/致動(dòng)器級(jí)的輸入數(shù)據(jù)來(lái)確認(rèn)傳感器/致動(dòng)器級(jí)的輸出數(shù)據(jù)。在控制過(guò)程周期終止之后，控制節(jié)點(diǎn)以數(shù)據(jù)消息的形式發(fā)送輸出數(shù)據(jù)，其中網(wǎng)絡(luò)用戶讀取與各自的網(wǎng)絡(luò)用戶相關(guān)聯(lián)的輸出數(shù)據(jù)，然后使用這些輸出數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行本地網(wǎng)絡(luò)用戶過(guò)程。以這些本地網(wǎng)絡(luò)用戶過(guò)程確認(rèn)的數(shù)據(jù)接著通過(guò)由網(wǎng)絡(luò)用戶返回至控制節(jié)點(diǎn)，然后由控制節(jié)點(diǎn)使用作為下個(gè)控制過(guò)程周期的輸入數(shù)據(jù)。
[0009]在這個(gè)情況中，來(lái)自控制節(jié)點(diǎn)輸出的數(shù)據(jù)消息的輸出數(shù)據(jù)是由網(wǎng)絡(luò)用戶于數(shù)據(jù)路徑的出站路程上讀入。網(wǎng)絡(luò)用戶提供的輸入數(shù)據(jù)是在入站路徑上被讀入到控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的這個(gè)或另一個(gè)數(shù)據(jù)消息，并被反饋至控制節(jié)點(diǎn)。由于讀出及讀入數(shù)據(jù)期間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶的中轉(zhuǎn)時(shí)間無(wú)法縮短至與網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸增加達(dá)相同程度，控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的控制過(guò)程的最短周期時(shí)間由環(huán)形數(shù)據(jù)路徑上數(shù)據(jù)消息的周期時(shí)間而被漸增地確定，所述周期時(shí)間是基于通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶的中轉(zhuǎn)時(shí)間來(lái)取得。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種網(wǎng)絡(luò)和用于此網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方法，所述網(wǎng)絡(luò)具有全復(fù)用模式的環(huán)形數(shù)據(jù)路徑，所述數(shù)據(jù)傳輸方法可使控制過(guò)程的周期時(shí)間縮短。
[0011]上述目的是利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的網(wǎng)絡(luò)、根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于此網(wǎng)絡(luò)中的首用戶、及根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳輸方法而實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的改良則于從屬權(quán)利要求中具體指定。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，在網(wǎng)絡(luò)中，控制節(jié)點(diǎn)是經(jīng)由封閉環(huán)形數(shù)據(jù)路徑而連接至多個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶，其中網(wǎng)絡(luò)用戶形成鏈路，從控制節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，以首用戶作為所述鏈路的終端。環(huán)形數(shù)據(jù)路徑于出站路程和入站路程上中轉(zhuǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶，其中網(wǎng)絡(luò)用戶被設(shè)計(jì)為在出站路程上與在入站路程上執(zhí)行與環(huán)形數(shù)據(jù)路徑上周期性傳送的數(shù)據(jù)消息的數(shù)據(jù)交換。控制節(jié)點(diǎn)是另外被設(shè)計(jì)為使得它于數(shù)據(jù)路徑上輸出具有標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)消息，其中鏈路中的首用戶具有過(guò)濾功能，以使用規(guī)定的標(biāo)識(shí)符于數(shù)據(jù)消息在出站路程上中轉(zhuǎn)通過(guò)首用戶之后阻擋具有對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)消息在入站路程上的進(jìn)一步輸送。首用戶還具有傳輸功能，以在規(guī)定的時(shí)刻于入站路程上另外輸出數(shù)據(jù)消息。
[0013]利用以全復(fù)用模式操作的網(wǎng)絡(luò)中的首用戶的設(shè)計(jì)(具有兩種附加功能:用以在數(shù)據(jù)路徑的出站路程上中轉(zhuǎn)之后從數(shù)據(jù)路徑中移除特定數(shù)據(jù)消息的過(guò)濾功能、以及用以在規(guī)定時(shí)刻將附加數(shù)據(jù)消息輸出至數(shù)據(jù)路徑的入站路程上的傳輸功能)可縮短網(wǎng)絡(luò)中控制周期的處理數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)時(shí)間。
[0014]用以將控制周期中的處理數(shù)據(jù)從控制節(jié)點(diǎn)傳輸至傳感器/致動(dòng)器級(jí)的網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)據(jù)消息不再反饋至控制節(jié)點(diǎn)，理由是在數(shù)據(jù)路徑的出站路程上中轉(zhuǎn)之后，首用戶基于數(shù)據(jù)消息的標(biāo)識(shí)符而過(guò)濾出數(shù)據(jù)消息。首用戶輸出至入站路程上的獨(dú)立數(shù)據(jù)消息被使用來(lái)收集數(shù)據(jù)路徑的入站路程上的網(wǎng)絡(luò)用戶的處理數(shù)據(jù)，而非使用控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)消息。
[0015]將處理數(shù)據(jù)寫(xiě)入傳感器/致動(dòng)器級(jí)、及從傳感器/致動(dòng)器級(jí)讀取處理數(shù)據(jù)可因此而彼此獨(dú)立地進(jìn)行，因?yàn)橄嚓P(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)消息是獨(dú)立的，且由傳感器/致動(dòng)器級(jí)的網(wǎng)絡(luò)用戶在數(shù)據(jù)路徑的不同路程上處理。這造成了可在最佳時(shí)刻于傳感器/致動(dòng)器能級(jí)中對(duì)處理數(shù)據(jù)執(zhí)行讀取與寫(xiě)入操作的選擇，例如包括利用覆蓋，并且因此縮短了控制過(guò)程周期的處理數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)時(shí)間，這允許在工業(yè)自動(dòng)化中的控制過(guò)程有更快速的性能。
[0016]當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)被設(shè)計(jì)為周期性執(zhí)行控制過(guò)程以在網(wǎng)絡(luò)用戶的輸入數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確認(rèn)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)用戶的輸出數(shù)據(jù)時(shí)，特別可得到這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其中，在控制過(guò)程終止之后，控制節(jié)點(diǎn)將具有寫(xiě)入數(shù)據(jù)消息形式的輸出數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)路徑的出站路程上。在寫(xiě)入數(shù)據(jù)消息于數(shù)據(jù)路徑的出站路程上中轉(zhuǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)用戶接著從寫(xiě)入消息中讀取與各自的網(wǎng)絡(luò)用戶相關(guān)聯(lián)的輸出數(shù)據(jù)。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶依序取得輸出數(shù)據(jù)作為周期性執(zhí)行本地網(wǎng)絡(luò)用戶過(guò)程的基礎(chǔ)，其中，接著從這個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶過(guò)程得到控制節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)控制過(guò)程周期的輸入數(shù)據(jù)。
[0017]在寫(xiě)入數(shù)據(jù)消息中轉(zhuǎn)之后，在鏈路中的首用戶阻擋寫(xiě)入數(shù)據(jù)消息、并防止數(shù)據(jù)路徑的入站路程上的進(jìn)一步輸送。此外，首用戶在規(guī)定時(shí)刻于數(shù)據(jù)路徑的入站路程上輸出讀取數(shù)據(jù)消息，其中，在讀取數(shù)據(jù)消息于數(shù)據(jù)路徑的入站路程上中轉(zhuǎn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)用戶將針對(duì)下一個(gè)控制過(guò)程周期的網(wǎng)絡(luò)用戶輸入數(shù)據(jù)寫(xiě)入讀取數(shù)據(jù)消息中。由于寫(xiě)入數(shù)據(jù)消息并不阻擋數(shù)據(jù)路徑的入站路程，首用戶傳輸讀取數(shù)據(jù)消息時(shí)的合適定時(shí)允許利用覆蓋來(lái)于傳感器/致動(dòng)器級(jí)中讀入及讀出數(shù)據(jù)。因此可縮短控制節(jié)點(diǎn)的控制過(guò)程所需的處理數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)時(shí)間，并且可減少該控制過(guò)程的周期時(shí)間。
[0018]首用戶將讀取數(shù)據(jù)消息輸出至數(shù)據(jù)路徑的入站路程上的時(shí)刻優(yōu)選地選擇為使得與讀取數(shù)據(jù)消息中的網(wǎng)絡(luò)用戶相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)區(qū)域僅在網(wǎng)絡(luò)用戶過(guò)程終止之后才運(yùn)行通過(guò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)用戶。這種由首用戶以時(shí)間協(xié)作形式進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)消息的傳輸可確保針對(duì)控制節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)控制過(guò)程周期的輸入數(shù)據(jù)被可靠地取出。
[0019]為控制節(jié)點(diǎn)的控制過(guò)程縮短處理數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)時(shí)間可另外地通過(guò)控制節(jié)點(diǎn)將輸出數(shù)據(jù)設(shè)置在寫(xiě)入數(shù)據(jù)消息中而實(shí)現(xiàn)，使得網(wǎng)絡(luò)用戶的輸出數(shù)據(jù)是以沿?cái)?shù)據(jù)路徑上的鏈路中的網(wǎng)絡(luò)用戶順序相反的順序來(lái)分類(lèi)，其中首先是首用戶的輸出數(shù)據(jù)。利用輸出數(shù)據(jù)在寫(xiě)入數(shù)據(jù)消息中的這種分類(lèi)，與各別網(wǎng)絡(luò)用戶相關(guān)聯(lián)的輸出數(shù)據(jù)在實(shí)質(zhì)相同時(shí)間中轉(zhuǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶。網(wǎng)絡(luò)用戶可因此實(shí)質(zhì)上同時(shí)地讀入他們的輸出數(shù)據(jù)，并開(kāi)始本地網(wǎng)絡(luò)用戶過(guò)程。在那樣的情況下，從網(wǎng)絡(luò)用戶過(guò)程得到的控制節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)控制過(guò)程周期的輸入數(shù)據(jù)也為早期可用，并可利用首用戶傳輸?shù)淖x取數(shù)據(jù)消息而取出。
[0020]控制節(jié)點(diǎn)還另外被設(shè)計(jì)為使得單獨(dú)的查驗(yàn)總和可針對(duì)來(lái)自每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶的輸出數(shù)據(jù)而被確立，并與來(lái)自