CN100452692C - 用于数据传输的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于单通道地在自动化系统内的总线系统(1)上传输信息的方法和系统，利用其可在降低硬件花费的条件下实现满足IEC 61508安全级2的数据传输。通过总线系统(1)传输的信息包括纯数据，其在处理单元(4)中按照第一数据集(2)和第二数据集(3)的形式双通道地出现，该第二数据集(3)至少与第一数据集(2)不同类型。处理单元(4)从两个数据集(2，3)中产生适合于单通道地在总线系统(1)上传输的传输电文(5)，其中，-在传输电文(5)的第一数据区(6)中放置按照第一数据集(2)的形式出现的纯数据，以及-在传输电文(5)的第二数据区(7)中放置在第二数据集(3)的基础上产生的校验和。

Description

用于数据传输的方法
技术领域
本发明涉及用于单通道地在总线系统上传输信息的一种方法和一种系统，其中，待传输的信息包括纯数据，该纯数据按照第一数据集和第二数据集的形式双通道地出现，该第二数据集至少与第一数据集不同类型。
背景技术
这种系统和方法例如在其中引导可靠性重要的数据的工业自动化系统中得到使用。
除了其它的之外，公知的防故障系统例如在标准IEC 61508“FunctionalSafety of Electrical/Electronic/Programmable Electronic Safety-Related Systems”中进行了描述。按照IEC 61508必须在防故障自动化系统中采取避免故障的措施并且对应于安全综合水平(SIL)的安全级别进行故障管理。
为了在总线系统上传输可靠性重要的数据，要产生电文，该电文除了纯粹待传输的纯数据之外还包括校验和，根据该校验和接收器可以检验被传输的纯数据中可能的错误。校验和必须始终与纯数据匹配。如果不存在这种一致性，则其向接收器表明出现了错误。为了传输该校验和例如进行所谓的循环冗余校验(CRC)。
为了在自动化系统中实现按照IEC 61508的安全级别2，将所有可靠性重要的数据、特别是IO数据进行加倍地引导。为了在总线系统上传输数据，按照现有技术由双通道的通信驱动装置产生其中使用两个通道中的数据的电文。为此，通过由两个通道之一的控制器准备数据，并且借助于第二控制器根据另一个通道的数据计算并提供校验和。当数据离开通信驱动装置进入总线时，通过对校验和以及纯数据的一致性的检验、根据该电文可以识别在这两个相互冗余的控制器中出现的错误。通过这种方式，尽管双通道数据只能在硬件技术上的单通道系统上显示/存在，却可以在通信协议中实现安全级别2。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种方法和一种系统，利用其在降低硬件花费的条件下实现满足IEC 61508安全级别2的数据传输。
所述技术问题是通过一种用于在自动化系统内的总线系统上传输信息的方法解决的，其中，通过总线系统传输的信息包括纯数据，该纯数据在处理单元中按照第一数据集和第二数据集的形式双通道地出现，该第二数据集至少是与第一数据集不同类型的，并且该处理单元从两个数据集中产生适合于单通道地在所述总线系统上传输的传输电文，其中，
-在该传输电文的第一数据区中放置按照第一数据集的形式出现的纯数据，以及
-在该传输电文的第二数据区中放置在第二数据集的基础上产生的校验和。
此外，上述技术问题还通过一种在具有总线系统和处理单元的自动化系统中传输数据的系统解决，其中，该处理单元用于从第一数据集和第二数据集中产生适合于单通道地在总线系统上传输的传输电文，其中，待传输的信息包括纯数据，该纯数据在处理单元中按照第一数据集和第二数据集的形式双通道地出现，该第二数据集至少与第一数据集不同类型，其中，
-在该传输电文的第一数据区包括按照第一数据集的形式出现的纯数据，以及
-在该传输电文的第二数据区包括在第二数据集的基础上产生的校验和。
按照本发明的方法使得可以利用仅仅一个处理单元产生保证安全的传输电文，尽管如此仍然实现了安全级别2。这是这样实现的：直到产生电文，不仅加倍地引导可靠性重要的数据，而且还以两种不同的表示形式来引导。如果数据直到产生电文为止一直按照两种不同的表示形式出现，则可以将其在一个共同处理单元、例如处理器中共同进行引导。存储或处理错误(例如在一个比特位置上命令“倒置”没有倒置)可以通过纯数据的不同类型的表示形式得到识别，而不需要为两个表示形式提供各自的处理单元。
为了产生传输电文，将纯数据通过第一数据集表示而在第二数据集的基础上形成校验和。因此，本发明的方法使得可以利用单通道硬件按照安全级别2形成校验和。
该方法的一种优选的实施方式的特征在于，两个数据集之一对应于纯数据的按比特倒置的表示，并且如下产生所述校验和：从倒置的纯数据形成第二校验和，并将该第二校验和与一个其中所有比特被置为1且其长度根据纯数据确定的比特流的校验和进行异或运算。
待传输的纯数据的两种表示类型在该实施方式中这样给出：即，将纯数据按照正常形式和按照倒置的形式分别引导一次。纯数据的校验和的形成在倒置的数据的基础上进行。为此，首先建立倒置的纯数据的校验和。此外，建立一个其中所有比特被置为1且其长度根据纯数据确定的比特流的校验和。然后，将该比特流的校验和与倒置的纯数据的校验和进行异或(XOR)运算。该XOR运算的结果最终是实际纯数据的校验和。
这种方式具有这样决定性的优点：即，被双倍引导的纯数据直到产生电文为止从不在处理单元中以同样的表示形式出现。例如，假如为了产生纯数据的校验和将被倒置的纯数据倒置并且然后从中确定校验和，则该可靠性重要的数据将在一定的时间长度上在两个通道上以同样的形式出现。由此，可能无法识别一系列可能的存储和处理错误(例如命令“倒置”在一个比特位置上没有倒置)。优选地，分别利用循环冗余校验(CRC)建立各校验和。这里，在建立校验和时既可以使用正常的CRC，也可以使用附带有零的CRC的变形。
为了实现所描述的方法步骤，可以将微控制器作为处理单元使用。或者，也可以通过连接的移位寄存器以硬件技术实现CRC算法。
该方法的一种典型的应用领域是工业自动化系统中的安全数据传输，其中纯数据是对于可靠性重要的数据。
附图说明
下面对照附图所示的实施方式对本发明作进一步的描述和说明。图中：
图1示出用于安全数据传输的方法的原理图，以及
图2示出借助单通道通信驱动装置从以双通道出现的数据中产生传输电文的算法。
具体实施方式
图1示出用于通过总线系统1进行安全数据传输的方法的原理图。在处理单元4中，通过总线系统待传输的纯数据按照其不同的两种表示类型的形式以数据集2、3双通道地出现。在此，例如可以是纯数据的正常表示和纯数据的倒置表示。数据集2、3例如由两个相互独立测量量相同的的传感器来采集，并通过分离的数据通道被送至处理单元4。
处理单元4将两个数据集2、3结合为一个通过总线系统1发送的单通道传输电文5。为此，将通过第一数据集2表示的纯数据放置在传输电文5的第一数据区6。而该纯数据的校验和则根据第二数据集3、即倒置的纯数据来确定并将被放置在传输电文5的第二数据区7。按照这种方式，两个通道的数据集2、3均参与了形成传输电文5。通过在两个通道中纯数据的不同表示类型，通信驱动器可以在单通道硬件中、特别是在使用单微控制器的条件下实现。
图2示出借助单通道通信驱动装置(例如在处理单元4上实现的那样)从双通道存在的数据中产生传输电文5的算法表示。对于可靠性重要的纯数据，一方面按照正常的形式ND、另一方面还按照倒置的形式INV(ND)出现。
在第一方法步骤8中，借助循环冗余校验(CRC)从倒置的纯数据INV(ND)中确定校验和FCS(INV(ND))。在此以及下面的描述中，将通过循环冗余校验(CRC)确定的校验和缩写为FCS()(帧校验序列)。
在第二方法步骤9中，将倒置的纯数据的校验和FCS(INV(ND))与一个其中所有比特被置1的比特流BS的校验和FCS(BS)进行异或运算(XOR)。比特流BS的长度取决于纯数据ND的长度。作为该XOR运算9的结果形成了纯数据的校验和FCS(ND)。
由此，为了从倒置的纯数据INV(ND)中产生纯数据的校验和FCS(ND)，不对倒置的纯数据INV(ND)进行倒置。这样的方法步骤起到如下作用：在处理单元4中两个通道的数据按照同样的表示形式保持一定的时间，并因此而可能出现不可识别的存储器或者处理错误的危险。
在第三方法步骤10中，将从倒置的纯数据INV(ND)中产生的校验和FCS(ND)附加在纯数据ND上，以便产生传输电文5。该传输电文5通过总线系统1进行传输。
接收器11接收与通过总线系统1防故障传输的传输电文5对应的第二传输电文12。在第四方法步骤13中接收器建立传输电文12中的纯数据校验和，并且将该校验和与在传输电文12中放置的校验和进行比较。在两个校验和一致的条件下，接收器可以认为数据是没有错误地通过总线传输的。此外，校验和的一致性表明待传输的安全重要的数据既通过纯数据ND也通过倒置的纯数据INV(ND)得到正确的描述。
总之，本发明涉及用于将信息单通道地在自动化系统内的总线系统1上进行传输的一种方法和一种系统，利用其在降低硬件花费的条件下实现满足IEC61508安全级别2的数据传输。通过总线系统1传输的信息包括纯数据，该纯数据在处理单元4中按照第一数据集和第二数据集的形式双通道地出现，该第二数据集至少与第一数据集不同类型。该处理单元4从两个数据集2、3中产生适合于单通道地在总线系统1上传输的传输电文5，其中，
-在传输电文5的第一数据区6放置按照第一数据集2的形式出现的纯数据，以及
-在传输电文5的第二数据区7放置在第二数据集3的基础上产生的校验和。

Claims (8)

1.一种用于在自动化系统内的总线系统(1)上传输信息的方法，其中，通过所述总线系统(1)传输的信息包括纯数据，该纯数据在处理单元(4)中按照第一数据集(2)和第二数据集(3)的形式双通道地出现，该第二数据集(3)是与第一数据集(2)不同类型的，并且该处理单元(4)从两个数据集(2，3)中产生适合于单通道地在所述总线系统(1)上传输的传输电文(5)，其中，
-在所述传输电文(5)的第一数据区(6)中放置按照第一数据集(2)的形式出现的纯数据，以及
-在所述传输电文(5)的第二数据区(7)中放置在第二数据集(3)的基础上产生的校验和，
其中，所述两个数据集(2，3)之一对应于所述纯数据的按比特倒置的表示，并且如下产生所述校验和：从按比特倒置的纯数据形成第二校验和，并将该第二校验和与这样一个比特流的校验和进行异或运算并且将从中产生的校验和作为最终的校验和，即，该比特流中所有比特被置为1且该比特流的长度是根据该纯数据确定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用循环冗余校验建立校验和。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用微控制器作为所述处理单元(4)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法用于在工业自动化系统中的安全数据传输，其中，所述纯数据是可靠性重要的数据。
5.一种用于在自动化系统中传输信息的系统，该自动化系统具有总线系统(1)和处理单元(4)，其中，所述处理单元(4)用于从第一数据集(2)和第二数据集(3)中产生适合于单通道地在所述总线系统(1)上传输的传输电文(5)，其中，传输的信息包括纯数据，该纯数据在处理单元(4)中按照所述第一数据集(2)和第二数据集(3)的形式双通道地出现，该第二数据集(3)是与第一数据集(2)不同类型的，其中，
-所述传输电文(5)的第一数据区(6)包括按照所述第一数据集(2)的形式出现的纯数据，以及
-所述传输电文(5)的第二数据区(7)包括在所述第二数据集(3)的基础上产生的校验和，
其中，所述处理单元(4)用于建立所述第二数据区中放置的校验和，其中所述第一数据集(2)和第二数据集(3)之一对应于所述纯数据的按比特倒置的表示，并且如下产生所述校验和：从按比特倒置的纯数据形成第二校验和，并将该第二校验和与这样一个比特流的校验和进行异或运算并且将从中产生的校验和作为最终的校验和，即，该比特流中所有比特被置为1且该比特流的长度是根据该纯数据确定的。
6.根据权利要求5所述的传输信息的系统，其特征在于，所述处理单元(4)用于分别利用循环冗余校验建立各校验和。
7.根据权利要求5所述的传输信息的系统，其特征在于，将所述处理单元(4)实施为微控制器。
8.根据权利要求5所述的传输信息的系统，其特征在于，所述传输信息的系统用于在工业自动化系统中进行安全数据传输，其中所述纯数据是可靠性重要的数据。
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