用于能冗余操作的工業通信網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通信網絡的通信設備。
【背景技術】
[0002]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制造或生產自動化的范圍中用于控制或調節裝置、機器或者設備。由于在借助于工業自動化系統自動化的技術系統中的時間重要的幀條件，在工業通信網絡中主要應用實時通信協議，如Profinet、Profibus或實時以太網來在自動化設備之間進行通信。
[0003]在工業自動化系統或者自動化設備的計算單元之間的通信連接的中斷能夠導致服務請求的傳輸的不期望或者不必要的重復。這造成工業自動化系統的通信連接的附加的負荷，這可能會導致進一步的系統故障或系統錯誤。此外，沒有被傳輸的或沒有完全地傳輸的消息例如阻礙工業自動化系統過渡到安全的操作狀態下或者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故障和成本高昂的生產停工狀態。在工業自動化系統中，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，通信協議(例如媒體冗余協議、高可用性無縫冗余或并行冗余協議)被開發用于高可用性的、可冗余操作的工業通信網絡。在IEC標準62439中定義媒體冗余協議(MSR)，并且在具有簡單的環形拓撲的網絡中在有擾動地冗余傳遞數據包的情況下實現對各個連接故障進行補償。根據媒體冗余協議，冗余管理器在環形拓撲之內與具有兩個端口的交換機相關聯，所述冗余管理器監視網絡的連接故障，并且必要時導入用于閉環的開關措施。在標準的操作狀態中，冗余管理器根據測試數據包來檢查: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數據包從一個端口轉發到其他的端口。因此，防止具有有效數據的數據包永久地在環形拓撲之內循環。如果在環形拓撲之內交換機或連接故障，那么不再在相應的其他端口上接收由端口發送的測試數據包。據此，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而將具有有效數據的數據包從端口轉發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:數據包經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絡期間首先存在干擾狀態。這種故障狀態必須通過疊加的通信協議，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法。相反地，計劃地復制媒體冗余(MRPD)提供用于無擾動地傳輸等時的實時數據的擴展。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)和并行冗余協議(PRP)，并且以極短的恢復時間實現無擾動地冗余傳輸數據包。根據高可用性無縫冗余和并行冗余協議，由進行發送的通信設備復制每個數據包，并且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數據包。
[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絡的方法，所述通信網絡包括第一子網和第二子網。在第一子網中應用第一網絡協議時，而在第二子網中應用不同于第一網絡協議的第二網絡協議。兩個子網通過至少三個冗余的數據鏈相互連接，分別僅激活所述三個冗余的數據鏈中的一個以用于有效數據交換。在此，主數據鏈預先設定地是激活的，而至少兩個從數據鏈預先設定地是禁用的。通過第二子網的與主數據鏈連接的主橋來監視主數據鏈或者從數據鏈的失效。在這樣的失效的情況下，主橋生成第一數據包并且將其傳送給第二子網的與從數據鏈連接的從橋。根據可預設的選擇規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據包。第一數據包包括邏輯信息，根據所述邏輯信息至少部分地執行在從橋的與從數據鏈連接的端口上的第一網絡協議并且通過在從橋的端口上執行的第一網絡協議來激活從數據鏈。
[0009]在EP 2 343 857 Al中說明了一種用于通信網絡的網絡節點，所述通信網絡包括第一子網和與所述第一子網連接的第二子網。在第一子網中應用生成樹協議，而在第二子網中應用與第一子網的協議不同的第二協議。網絡節點設立為用于第二子網的元素并且構造成用于在第二子網內進行通信。此外，網絡節點借助于生成樹功能構造和設立為用于監視和控制第二子網的生成樹主節點。因此，第二子網被在第一子網中應用的生成樹協議視作為虛擬的網絡節點，其方式為:作為生成樹主節點的網絡節點對第二子網的其他網絡節點進行生成樹協議應用。
[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絡的方法，所述通信網絡具有環形網絡拓撲。在通信網絡內，通信設備經由數據線以其數據端口相互連接并且基于通信協議經由數據線交換控制數據以及有效數據。為了避免消息在通信網絡的網中無限地循環，除用于控制或者監視媒體冗余的消息以外，借助于通信協議阻止消息經由各個通信設備的所選定的數據端口進行傳輸。在通信網絡內將兩個不同的通信協議彼此并行地應用在通信設備中。例如通過將待阻塞的數據端口的監控分配給單獨的通信協議來實現不同的通信協議的并行應用。替選于此，能夠為通信協議選擇參數，使得通過第一通信協議不阻擋根據第二通信協議視為激活的連接。
[0011]在申請號為12177233.9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和第二子網的、能冗余操作的通信網絡中傳輸消息的方法。在第一子網中根據生成樹協議傳輸消息。在此，為了形成樹狀拓撲，與第一子網的網絡節點相關聯的通信設備相互交換具有拓撲信息的消息。在第二子網中，根據并行或環形冗余協議傳輸消息。與第二子網的網絡節點相關聯的通信設備根據并行或環形冗余協議相互交換具有第一子網的拓撲信息的消息并且將所述消息與第一子網的存在于本地的拓撲信息進行比較。根據比較結果，與第二子網的網絡節點相關聯的通信設備確定第一子網的所得出的拓撲信息。
[0012]從申請號為12178677.6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和第二子網的、能冗余操作的通信網絡中傳輸消息的方法。在第一子網中，根據生成樹協議傳輸消息。在此，與第一子網的網絡節點相關聯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。在第二子網中，根據并行或環形冗余協議傳輸消息。將虛擬的網絡節點配置為第一子網的網絡根節點，所述虛擬的網絡節點經由各不能由于故障而中斷的虛擬連接而與第二子網的所有網絡節點連接。
【實用新型內容】
[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通信網絡中傳輸消息的通信設備，所述工業通信網絡具有至少一個生成樹子網和并行或環形冗余子網，所述通信設備一方面實現兩個子網之間的可靠的分離并且另一方面實現兩個子網之間的相互的可訪問性。
[0014]根據本實用新型，所述目的通過根據本文的通信設備實現。本實用新型的有利的改進方案在下文中說明。
[0015]根據本實用新型，在具有樹狀拓撲的第一子網中根據生成樹協議傳輸消息。在此，與第一子網的網絡節點相關聯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。根據所交換的拓撲信息，通過與第一子網的網絡節點相關聯的通信設備確定作為樹狀拓撲的基本元素的網絡根節點。從網絡根節點起建立到第一子網的其余的網絡節點的無環路的連接。在第二子網中，根據并行或環形冗余協議傳輸消息。第一子網和第二子網經由多