[發(fā)明專利]工業(yè)控制掃描器與工業(yè)控制器之間的多速率優(yōu)化連接

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710162617.3
• 申請(qǐng)日: 2007-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101154107A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·A·皮爾斯;A·J·卡徹特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 李玲

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)是2005年9月30日提交的美國(guó)申請(qǐng)11/239,947的接續(xù)專利，該申請(qǐng)被援引包含于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及工業(yè)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于在這類系統(tǒng)中傳送工業(yè)控制數(shù)據(jù)的方法和裝置。

背景技術(shù)

工業(yè)控制器是用于控制工業(yè)過(guò)程或制造設(shè)備的專用計(jì)算機(jī)。在所存儲(chǔ)的程序的引導(dǎo)下，工業(yè)控制器檢查反映受控過(guò)程的狀態(tài)的一系列輸入并改變實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的輸出。輸入和輸出可以是二進(jìn)制的(即“開(kāi)”或“關(guān)”)或者也可以使用在值的連續(xù)范圍上取的模擬輸入和輸出。二進(jìn)制輸入和輸出可以由數(shù)據(jù)的單個(gè)位來(lái)表示；模擬輸入和輸出可以由多位數(shù)據(jù)字來(lái)表示。

工業(yè)控制器的各種組件通常在空間上分布在通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)互連的工廠或制造設(shè)施周圍。這些通信網(wǎng)絡(luò)的特征在于高度可靠以及以最小并且明確的延遲來(lái)遞送數(shù)據(jù)，就象實(shí)時(shí)控制所要求的那樣。多個(gè)不同通信網(wǎng)絡(luò)常用于工業(yè)控制器領(lǐng)域中，包括不限于：ControlNet^TM、DeviceNET^TM以及EtherNet/IP^TM，其規(guī)范已被公開(kāi)并且其協(xié)議被許多制造商和供應(yīng)商廣泛使用。這些通信網(wǎng)絡(luò)在物理方面例如介質(zhì)的類型(例如，同軸電纜、雙絞線、光纖等)；其操作協(xié)議(例如，波特率、信道數(shù)、字傳輸大小、連接的消息接發(fā)的使用等)；以及數(shù)據(jù)如何格式化以及它如何被收集到標(biāo)準(zhǔn)消息中方面互不相同；

工業(yè)控制系統(tǒng)的常用組件是為工業(yè)控制器從受控過(guò)程或機(jī)器接受數(shù)據(jù)，并向受控過(guò)程或機(jī)器提供來(lái)自工業(yè)控制器的數(shù)據(jù)的輸入或輸出(I/O)模塊。I/O模塊通常遠(yuǎn)離工業(yè)控制器并通過(guò)如上所述的通信網(wǎng)絡(luò)連接。

在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用的各種I/O模塊可以用不同的間隔和頻率生成數(shù)據(jù)。如果控制器在每一I/O模塊生成其數(shù)據(jù)時(shí)與其異步相接，則控制系統(tǒng)會(huì)在同步其控制動(dòng)作方面遇到困難，并且網(wǎng)絡(luò)話務(wù)可能變得煩重。例如，控制器可能不以與模塊產(chǎn)生數(shù)據(jù)相同的頻率向特定I/O模塊要求數(shù)據(jù)。如果I/O模塊在每次其更新其數(shù)據(jù)時(shí)向控制器發(fā)送事務(wù)，則控制器會(huì)被要求處理其當(dāng)前控制決定所不需要的數(shù)據(jù)的事務(wù)。

掃描器可以用作I/O模塊與控制器之間的物理或邏輯中介，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)話務(wù)、不同網(wǎng)絡(luò)類型之間的翻譯和代理、并生成同步的數(shù)據(jù)傳輸幀。掃描器可與I/O模塊相接以用預(yù)定更新間隔收集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)合并到單個(gè)優(yōu)化連接包中，并在每個(gè)更新間隔使用單個(gè)事務(wù)將優(yōu)化連接包傳送至控制器。因此，控制器可能在當(dāng)它需要用于控制決定用途的數(shù)據(jù)時(shí)以受控的和預(yù)定的間隔接收數(shù)據(jù)。

優(yōu)化連接包一般按“連接的消息接發(fā)”協(xié)議傳送。如在本領(lǐng)域了解的，連接的消息接發(fā)在預(yù)先分配網(wǎng)絡(luò)帶寬和緩沖空間以及設(shè)備處的其它資源以確保數(shù)據(jù)的可預(yù)測(cè)和及時(shí)發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)設(shè)備(例如控制器和掃描器)之間建立邏輯連接。這可能與其中網(wǎng)絡(luò)話務(wù)中的變化能不可預(yù)測(cè)地影響消息的通信的非連接的消息接發(fā)系統(tǒng)形成對(duì)比。

在生成優(yōu)化連接包時(shí)，掃描器定期通過(guò)預(yù)先建立的連接向控制器發(fā)送優(yōu)化連接包。優(yōu)化連接包是表示從每一I/O模塊收集到的數(shù)據(jù)的一塊非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。來(lái)自各模塊的數(shù)據(jù)不經(jīng)格式化地以預(yù)定次序級(jí)聯(lián)。優(yōu)化連接包的結(jié)構(gòu)被預(yù)先確定。此預(yù)定結(jié)構(gòu)由控制器應(yīng)用程序和程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)在引用優(yōu)化連接包內(nèi)的數(shù)據(jù)時(shí)使用(即，用于開(kāi)發(fā)控制器應(yīng)用程序)。例如，如果特定I/O模塊的輸出駐留在優(yōu)化連接包的N至K位處，則控制器應(yīng)用程序中的程序指令嚴(yán)格地引用這些位用于生成控制決定。

在開(kāi)發(fā)控制應(yīng)用程序時(shí)，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者必須知道優(yōu)化連接包的映射。對(duì)優(yōu)化連接包的諸部分的固定引用包括在構(gòu)成控制應(yīng)用程序的程序命令中。如果優(yōu)化連接包的映射由于I/O模塊的添加或刪除、由掃描器服務(wù)的I/O模塊的次序變化等而改變，則固定引用必須在控制應(yīng)用程序中更新以使得控制器引用合適的數(shù)據(jù)。

如在本案的父申請(qǐng)中所述，編程者對(duì)優(yōu)化連接包的數(shù)據(jù)的引用可以通過(guò)使用其中將標(biāo)簽結(jié)構(gòu)用于將優(yōu)化連接包中的物理位置翻譯成可包含在程序中的方便的變量名而無(wú)需引用實(shí)際物理位置的類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換標(biāo)簽而變得更容易。

將所有I/O數(shù)據(jù)組合成單個(gè)優(yōu)化連接包提供了非常高效的I/O數(shù)據(jù)的通信，但它也迫使對(duì)所有I/O數(shù)據(jù)使用單個(gè)數(shù)據(jù)遞送的速率。通常可能需要以比其余I/O數(shù)據(jù)高得多的速率傳送某些I/O數(shù)據(jù)，例如快速變化或用于同步高速過(guò)程的數(shù)據(jù)。雖然可以加大優(yōu)化連接包的傳輸速率來(lái)匹配這一高速I/O數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)速率，但這一方法在可用網(wǎng)絡(luò)帶寬下可能并不實(shí)際，并且至少因以不必要的高速率傳送所有I/O數(shù)據(jù)而浪費(fèi)相當(dāng)?shù)膸挕?/p>