[發明專利]能冗余操作的工業通信系統和用于操作所述工業通信系統的方法

有效

• 申請號: 201310431934.6
• 申請日: 2013-09-22
• 公開（公告）號: CN103684954B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 赫爾曼·昂斯特;斯特凡·凱勒;西格弗里德·屈內爾;亨德里克·隆普;馬丁·沙伊德爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H04L12/437
• 分類號: H04L12/437
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;李德山

在具有冗余地連接到工業通信網絡上的通信設備和與工業通信網絡相關聯的網絡基礎設施設備的能冗余操作的工業通信系統中至少部分地進行無線消息傳輸。在工業通信網絡中，設有多個用于在網絡節點上有線地接收到的且由所述網絡節點待無線發送的消息元素的緩沖存儲單元。在超過最大緩存大小時，將存在于相應的緩沖存儲單元中的最舊的消息元素刪除。在超過最大緩存大小之前，將最舊的消息元素選作下一個待無線發送的消息元素。

技術領域

本發明涉及一種能冗余操作的工業通信系統和用于操作所述工業通信系統的方法。

背景技術

在分布式工業自動化系統中，在采集、評估和傳輸測量和控制數據時要確保：完整的和未經更改的數據尤其在對時間要求嚴格的工業生產過程中實時可用。工業自動化系統通常包括多個經由工業通信網絡相互聯網的自動化設備并且在生產或過程自動化的范圍中用于控制或調節裝置、機器或設備。沒有被傳輸的或沒有被完整傳輸的訊息例如能夠阻止工業自動化系統轉入安全的操作狀態下或留在安全的操作狀態下。這最終可能會導致整個生產裝置的失效和成本高昂的生產停機狀態。在工業自動化系統中，通常由具有比較多的、但是相對短的消息的訊息流量而引起特殊的問題，由此加劇上述問題。

為了能夠補償通信連接或通信設備的失效，通信協議，如媒體冗余協議、高可用性無縫冗余協議或并行冗余協議被研發用于高可用性的、能冗余操作的工業通信網絡。媒體冗余協議（MSR）在IEC62439標準中定義并且能夠實現在有擾動地冗余傳輸消息的情況下對在具有簡單的環形拓撲的網絡中的各個連接失效進行補償。根據媒體冗余協議，具有兩個在環形拓撲之內的端口的交換機分配有冗余管理器，所述冗余管理器監控網絡的連接失效并且必要時引入用于環路閉合（Ringschluss）的交換措施。在正常的操作狀態下，冗余管理器借助于測試消息來檢查，在環形拓撲之內是否出現中斷。然而，與冗余管理器相關聯的交換機通常不將具有有效數據的消息從一個端口轉發給其他端口。因此防止了具有有效數據的消息在環形拓撲之內持續地循環。如果在環形拓撲之內交換機或連接失效，那么從端口發出的測試消息不再在相應的其他端口上被接收。據此，冗余管理器能夠識別出失效并且在失效的情況下將具有有效數據的消息以不同于正常的操作狀態的方式從一個端口轉發給其他端口并且反之亦然。此外，冗余管理器安排通知其余的交換機關于由失效所引起的拓撲改變。以這種方式避免：消息經由失效的連接進行傳輸。

原則上，能夠以相對小的耗費實現有擾動的媒體冗余方法。然而不利的是，一方面在錯誤情況下消息可能會丟失，并且另一方面在重新配置通信網絡期間首先存在故障狀態。這種故障狀態必須通過更高級別的通信協議，例如借助于網絡層或傳輸層上的TCP/IP（傳輸控制協議/因特網互聯協議）來進行保護，以便避免通信連接的中斷。

PROFINET（IEC61158類型10）也引用媒體冗余協議作為在具有環形拓撲的通信網絡之內的有擾動的媒體冗余方法。與此相對，有計劃地復制媒體冗余（MRPD）提供了對無擾動地傳輸同步的實時數據的擴展。然而，有計劃地復制媒體冗余不是與應用無關的無擾動的媒體冗余方法，而是PROFINET的特殊擴展。

在IEC 62439-3標準中定義高可用性無縫冗余協議（HSR）和并行冗余協議（PRP），并且能夠以極短的恢復時間實現消息的無擾動冗余傳輸。根據高可用性無縫冗余協議和并行冗余協議，由進行發送的通信設備復制每個消息，并且將其以兩種不同的路徑發送到接收器。通過接收器側的通信設備，從接收數據流中過濾掉代表副本的冗余消息。