CN102047188B - 用于在上级和下级网络之间交换数据的方法、系统和总线耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将来自外部网络(20)的特定于网络的报文转换为从特定于网络的报文中只传输有效数据的内部数据报文的总线耦合器(30)。内部数据报文还包含至少一个用于内部控制信息的状态信息字段。内部数据报文被总线耦合器(30)传输到串行连接多个总线用户(40-70)的内部总线系统(15)。每个连接到内部总线系统(15)的总线用户可分布且优选自主地借助总线耦合器(30)接收的内部控制信息、借助相应总线用户生成的内部控制信息和/或借助直接相邻总线用户接收的内部控制信息监视下级总线系统的通信质量，尤其是与其相邻总线用户的通信，并根据实现触发动作。总线用户的分布式监视在传输有效数据期间不降低传输带宽地进行。

Description

用于在上级和下级网络之间交换数据的方法、系统和总线耦合器
技术领域
本发明一般地涉及自动化技术，尤其涉及用于实时控制下级总线系统的方法、总线耦合器以及通信系统。
背景技术
在自动化技术中，越来越多地使用基于以太网的现场总线系统。基于以太网协议，这些系统使用以太网数据帧以便查询所连接的设备。但是，以太网数据帧具有不可忽略的数据开销，其尤其是对于控制基于以太网的网络上的以太网报文是需要的。
基于以太网的现场总线系统的另一缺点在于以下必要性，即每个总线用户必须物理地配备有以太网接口，尽管经常只必须覆盖小的距离。这导致不必要的高的费用。
从EP 1590927B1中已知，为了实时地执行控制任务，将设置用于实时应用的总线用户连接到下级总线系统的环形传输路径，其中该环形传输路径经由网络耦合器与在其上能传输以太网报文的上级网络连接。其中，网络耦合器被设计为使得经由网络耦合器的外部接口从网络接收的以太网报文被转发到网络耦合器的内部接口上并在环形传输路径上被输出，其中每个连接到环形传输路径的总线用户在以太网报文在环形传输路径上传输时用在环形传输路径上流转的以太网报文交换为各个总线用户确定的有效数据。通过以下方式可以符合实时要求，即各个总线用户的响应时间通过由所连接的总线用户流转地处理环形传输路径上的以太网报文而减小。
但是，EP 1590927B1中所介绍的方法的缺点在于，在环形传输路径上流转的以太网报文包含上述数据开销，其在对于下级总线系统而言没有用处的情况下仅仅被一同传输。由此不必要地浪费了下级总线系统的传输带宽，而不能实现对于下级总线系统的管理和/或控制任务。此外，环形传输路径的使用导致对实时要求的符合产生限制的抖动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于经由总线耦合器在外部网络和下级总线网络之间交换数据的总线耦合器、通信系统以及方法，利用它们可以在不对传输带宽产生限制的情况下，即在正常运行期间，也就是说在传输有效数据期间实现对下级总线系统的分布式的自主的监视。而且使得能够实现两个总线用户之间的通信中快速的错误识别，在可能的情况下还有对所识别的错误的快速反应以及准确的错误定位。
本发明的核心思想在于提供一种总线耦合器，其将来自外部的、因此上级的网络的特定于网络的报文转换为内部的数据报文，内部的数据报文从特定于网络的报文中只传输有效数据。此外，内部的数据报文包含至少一个用于内部控制信息的状态信息字段。内部的数据报文被总线耦合器传输到下级的、因此内部的总线系统，多个总线用户串行地连接到这个内部的总线系统。连接到内部的总线系统的每个总线用户可以分布式地、并且优选自主地借助于由总线耦合器接收的内部的控制信息，借助于由相应总线用户产生的控制信息，和/或借助于由直接相邻的总线用户接收的内部的控制信息监视下级总线系统的通信质量以及尤其是与其相邻总线用户的通信，并且根据实现而触发动作。由总线用户进行的分布式的自主的监视在有效数据传输期间，并且在不减小传输带宽的情况下实现。这是通过以下方式实现的，即包含在特定于网络的报文的首标中的控制信息被总线耦合器移除，并且由用于内部控制信息的附加信息字段代替。
本发明的另一观点在于，下级总线系统的分布式的、并且优选自主的通信监视和/或诊断也可以在总线耦合器中不存在任何有效数据要传输到下级总线系统时被执行。为此，每个总线用户生成内部控制报文本身，并且经由本地的独立的通信循环直接与其两个相邻的总线用户进行交换。
可选地，总线耦合器生成被总线用户传递的内部控制报文，而不是生成包含有效数据的内部数据报文。每个总线用户可以从控制报文中读出内部控制信息，并且写入其自己的控制信息。
在此应该指出，不同于“内部数据报文”，术语“内部控制报文”被理解为其中不包含特定于网络的报文的有效数据的报文。因此，内部控制报文可以比内部数据报文短，使得在传输内部控制报文时可以实现总线用户中更短的处理时间或延迟时间。
本发明的另一观点在于，借助于在总线耦合器中生成的内部数据报文能够实现在特定于网络的报文中所接收的有效数据的经由或到上级总线系统的抖动少的实时传输或传递。这通过特殊的数据报文起始标记和控制报文起始标记来实现。
对下级总线系统上的通信的分布式的且优选自主的建设一是指，每个总线用户可以随时快速且独立地识别下级总线系统、并且尤其是其相邻总线用户的当前状态，并且在可能的情况下对存在错误的运行进行反应。
上述技术问题一方面由具有以下特征的总线耦合器解决，即：总线耦合器具有：用于连接到外部网络的外部接口，在所述外部网络上能够传输特定于网络的报文；内部接口，用于将多个总线用户串行地连接到下级总线系统的环形传输路径；以及转换装置，所述转换装置能够将经由所述外部接口接收的特定于网络的报文转换为用于经由所述环形传输路径传输的内部数据报文，所述内部数据报文不包含所述特定于网络的报文的控制数据，其中所述内部数据报文被转发到所述内部接口并被输出到所述环形传输路径上，所述内部数据报文包含用于内部控制信息的至少一个状态信息字段，其中每个连接到所述内部接口的所述总线用户在所述内部数据报文在所述环形传输路径上通过相应的总线用户时利用在所述环形传输路径上流转的内部数据报文交换为该总线用户确定的有效数据，其中所述总线用户能够从所述内部数据报文的数据字段中分配给该总线用户的数据块中提取有效数据以及从所述内部数据报文的所述至少一个状态信息字段中提取内部控制信息，并且能够在其一侧将有效数据插入到所述内部数据报文的数据字段的分配给该总线用户的数据块中以及将其内部控制信息插入到所述内部数据报文的所述至少一个状态信息字段中。
依此提供一种总线耦合器，其具有用于连接到上级的、即外部的网络的外部接口，在该外部网络上可以传输特定于网络的报文。“特定于网络”意味着特定于网络的报文根据被外部网络使用的网络或通信协议被生成。总线耦合器还具有内部接口，用于将多个总线用户串行地连接到内部的、即下级的总线系统的环形传输路径上。此外还设置转换装置，其可以将经由外部接口接收的特定于网络的报文转换为内部数据报文用于经由环形传输路径传输。术语“内部的”是指数据报文是为下级总线系统确定的。内部数据报文不包含特定于网络的报文的控制数据，而是优选只包含其中所包含的有效数据。代替特定于网络的报文的控制数据，内部数据报文包含至少一个用于内部控制信息的状态信息字段。内部数据报文被转发到内部接口并被输出到环形传输路径上。每个连接到内部接口的总线用户在内部数据报文在环形传输路径上通过相应总线用户时利用在传输路径上流转的内部数据报文交换为该总线用户确定的有效数据，其中总线用户可以从内部数据报文的数据字段中分配给该总线用户的数据块中提取有效数据，并且从内部数据报文的所述至少一个状态信息字段中提取内部控制信息，并且在其一侧将有效数据嵌入到内部数据报文的数据字段的分配给该总线用户的数据块中以及将其内部控制信息嵌入到内部数据报文的所述至少一个状态信息字段中。
内部控制信息可以包含涉及总线耦合器的管理和/或状态信息以及/或者涉及总线用户的管理和/或状态信息，这些信息用于分布式且自主地监视下级总线系统，尤其用于监视两个相邻总线用户之间的通信。内部控制信息被总线耦合器和/或被相应的总线用户写入到相应的状态信息字段中，并且被从该相应的状态信息字段中读出并分析。B
优选地，外部网络是基于以太网的网络，通过该网络传输以太网报文。其他外部网络(如例如Profibus、Profinet或CAN总线)同样可以连接到总线耦合器的外部接口。
总线耦合器的转换装置可以被构造为使得其将可以中间存储在总线耦合器中的多个经由外部接口接收的特定于网络的报文转换为内部数据报文，内部数据报文不包含特定于网络的报文的控制数据。优选地，只有使得不必扩大数据字段的那么多的特定于网络的报文被转换为内部数据报文。由此保证了不降低传输带宽。
当然，转换装置可被构造为使得它可以将经由内部接口接收的内部数据报文转换为至少一个特定于网络的报文以在外部接口上传输。此外，多个内部数据报文也可以被转换为一个特定于网络的报文。
总线耦合器可以具有用于生成内部控制报文的装置。如果不存在特定于网络的报文、即不存在用于经由下级总线系统的总线耦合器的有效数据，则内部控制报文可以经由下级总线系统被传输。内部控制报文包含总线耦合器可以在其中写入标识内部控制报文的标记的起始标记字段和至少一个用于写和读涉及总线耦合器和/或涉及总线用户的控制信息的状态信息字段，这些控制信息尤其用于分布式地监视和诊断相应两个总线用户之间的通信。内部数据报文也包含用于标识内部数据报文的起始标记的起始标记字段。涉及总线用户的内部控制信息被相应总线用户写入到内部控制报文的该至少一个状态信息字段中或从中读出。由此确保了不仅在正常工作期间，即在经由下级总线系统传输有效数据期间，而且在不活动的工作状态期间，可以在两个总线用户之间交换用于分布式监视通信的内部控制信息。为此，有利地，在总线耦合器中设置控制装置，其中如果不存在用于在环形传输路径上传输的有效数据，则该控制装置经由内部接口在环形传输路径上发起内部控制报文的传输。
为了使得能够经由下级总线系统进行实时的有效数据传输，控制装置可以响应于标识内部数据报文的起始标记以指定的方式中断或结束内部控制报文的传输，使得可以实时地经由下级总线系统进行内部数据报文的传输。
在此要指出，经由下级总线系统传输的内部数据报文有利地可以不被内部控制报文中断或结束。
为了改善总线用户对下级总线系统的通信质量的分布式地且优选还是自主的监视，总线耦合器具有报文计数器，该报文计数器持续地对经由内部接口实际发送的内部数据报文和/或控制报文进行计数。内部数据报文和/或控制报文因此各自具有另一状态信息字段，其中总线用户可以将总线计数器的当前值写入到该另一状态信息字段中。要指出的是，这个另一状态信息字段只能被总线用户读取，但是不能被总线用户覆写。也就是说，被总线耦合器经由内部接口发出的内部数据报文和/或控制报文包含连续的号。
上述技术问题同样也通过具有以下特征的通信系统解决，所述通信系统具有：前面描述的按本发明的总线耦合器；和多个总线用户，所述总线用户串行地经由环形传输路径连接到所述总线耦合器的内部接口；所述总线用户分别被设计为解释在所述环形传输路径上流转的内部数据报文以及进行数据交换。
每个总线用户优选地具有以下特点：
第一接口和第二接口，其中第一接口具有用于向或从一相邻总线用户发送和接收内部数据和/或控制报文的第一发送接收装置，第二接口具有用于向或从第二相邻总线用户发送和接收内部数据和/或控制报文的第二发送接收装置。
为了使得经由相应两个相邻总线用户之间的独立通信周期分布式地且优选自主地监视下级总线系统内的通信质量，每个总线用户具有用于生成内部控制报文的装置，这些内部控制报文分别包含用于标识内部控制报文的起始标记的起始标记字段以及至少一个状态信息字段。相应的总线用户可以从这样的状态信息字段中读出其相邻总线用户的状态信息，或者其可以将自己的状态信息写入到这样的状态信息字段中。由相应总线用户生成的控制报文只被传输到其相邻的第一和/或第二总线用户。以这样的方式使得能够实现对于下级总线系统关于下级总线系统中每个单独的点到点连接的分布式且自主的诊断，而不需要中央控制装置。
因为每个总线用户可以识别与之通信的其相邻总线用户的接口是否正确地连接和/或是否在至少一个相邻总线用户中出现串扰或短路，所以每个总线用户的第一和第二接口分别被分配给不同的接口标记。因此，内部的数据和/或控制报文优选分别包含用于接口标记的另一状态信息字段。每个总线用户具有用于从该另一状态信息字段读出接口标记和向该另一状态信息字段写入接口标记的装置。相应总线用户借助于所接收的接口标记识别例如由于串扰或由于短路而在相邻总线用户中进行的控制或数据报文的不正确的传输。
为了能够更好地监视相邻总线之间的传输质量，每个总线用户可以具有用于确定其第一和第二接口处接待质量的装置。这样的确定装置是已知的。例如，接收质量可以借助于所接收和分析的内部数据和/或控制报文的所确定的误码率而被确定。为了能够传输关于接收质量的信息，内部的数据和/或控制报文分别包含用于接收状态信息的另一状态信息字段。此外，每个总线用户具有用于从该另一状态信息字段读出接收状态信息和向该另一状态信息字段写入接收状态信息的装置。
有利地，每个总线用户具有可以响应于至少一个在内部数据或控制报文中接收的状态信息锁闭各自的第一或第二接口的装置。以该方式保证了位于所采集的故障位置之前的总线用户可以关闭其相应的接口，使得其余下级总线系统可以进一步运行。
每个总线用户可以具有中断装置，其响应于包含在所接收的内部数据报文中的起始标记以指定的方式中断或结束内部控制报文的生成和/或传输，使得能够实时地保证当前存在的内部数据报文的传输。如果两个相邻总线用户应当在独立的通信周期中交换其自己生成的控制报文并应实时地传输内部数据报文，则这样的中断装置有利地在每个总线用户中。
因为如果不传输有效数据，总线用户、尤其是其接收和/或发送装置也可以同步，所以标识内部控制报文的起始标记可以包含相应的位模式。这样的位模式可以例如在使用编码的双相编码或曼彻斯特编码的情况下被生成。为了使得能够经由下级总线系统实现内部数据报文的无抖动的实时传输，标识内部数据报文的起始标记和标识控制报文的起始标记分别包含不同的位模式，使得内部控制报文的传输可以以指定的方式、优选在一个位周期内被中断或结束。由此，具有小“抖动”的在内部控制报文中传输的指定的时间基准可以直接被分配到下级总线系统中的所有总线用户。以这种方式，可以以简单的方式实现高的同步精度。
优选地，标识内部数据报文的起始标记和标识控制报文的起始标记分别包含第一和第二位模式。总线用户被构造为使得其通过第一位模式就已经可以完全识别接收的起始标记。由于起始标记在其完全到达之前就已经可以被识别，所以总线用户中的处理或延迟时间可以被缩短。第二位模式可以被使用以便能够在随后短的时间以更高的可靠性确定所接收的位模式是否实际上是完全的有效的起始标记。如果第二位模式不对应于期望值，则中断或结束内部控制或数据报文的进一步传输。
如果外部网络和/或总线耦合器工作有故障，则在由总线用户生成的内部控制报文中可以传输与安全相关的数据。为此，在内部控制报文中设置用于传输与安全相关的数据的附加数据字段。总线耦合器和/或每个总线用户被构造为从该附加数据字段中读出与安全相关的数据以及将与安全相关的数据写入到该数据字段中。
为了进一步改善对下级总线系统的通信质量的分布式且自主的诊断或监视，每个总线用户具有分配给第一和第二接口之一的错误识别装置，其可以检查和确定在第一和/或第二接口上是否接收了有错误的内部数据和/或控制报文和在第一和/或第二接口上接收了多少有错误的内部数据和/或控制报文，以及/或者在相应总线用户上发送的内部数据和/或控制报文是否未被识别或丢失了和在相应总线用户上发送的多少内部数据和/或控制报文未被识别或丢失了。为了能够向相邻总线用户通知内部数据或控制报文的有错误的接收和/或未识别或丢失的数据或控制报文，内部数据和/或控制报文分别包含其他状态信息字段，在该其他状态信息字段中可以传输错误识别装置的相应结果。
为了采集未识别或丢失的内部数据和/或控制报文，每个总线用户的错误识别装置优选具有分配给第一和第二接口的第一报文计数装置，该第一报文计数装置持续地对经由第一接口发送的内部数据和/或控制报文进行计数，并且其同样持续地对经由第二接口发送的内部数据和/或控制报文进行计数。内部的数据和/或控制报文可以分别具有一个报文号字段作为另一状态信息字段，在其中可以写入第一报文计数装置的相应值。通过将当前由总线耦合器传输的指示迄今向下级总线系统传输了多少内部数据和/或控制报文的计数值消息与相应报文计数装置的在数据或控制报文的报文号字段中传输的计数值进行比较，相应总线用户可以确定其相邻总线用户是否还没有识别内部的数据和/或控制报文，其中相应报文计数装置的在数据或控制报文的报文号字段中传输的计数值与总线耦合器的计数值一起在数据或控制报文中被传输。
为了采集未识别或丢失的内部数据和/或控制报文，错误识别装置可以附加地或替代地具有分配给第一和第二接口的第二报文计数装置，该第二计数装置对在第一接口上接收的内部数据和/或控制报文进行计数，并且还对在第二接口上接收的内部数据和/或控制报文进行计数。相应总线用户的错误识别装置通过以下方式识别自己的有错误的接收装置，即其将指示各自的相邻总线用户已经传输了多少内部数据和/或控制报文的计数值与关于第一或第二接口的指示第一或第二接收装置已经接收了多少内部数据和/或控制报文的相应计数值进行比较。根据相应的比较结果，对于第一和第二接口确定未识别的控制和/或数据报文的实际数量。该数量在分别包含两个其他状态信息字段的内部数据或控制报文中被相应的总线用户传输到其相邻的总线用户。每个总线用户因此可以被提供以最多六个数值，即两个自己的值以及两个相邻总线用户各自的两个值。借助于所提供的值，每个总线用户可以独立地将其两个接收装置的状态与其相邻总线用户的接收装置的状态进行比较。以这种方式，每个总线用户可以识别错误是否只在自己的接收装置中(例如由于数据线的单个有缺陷的触点)出现及多少错误只在自己的接收装置中(例如由于数据线的单个有缺陷的触点)出现，或者错误是否在多个总线用户中(例如由于过高的EMV干扰)出现及多少错误在多个总线用户中(例如由于过高的EMV干扰)出现。
为了识别在总线用户的第一和/或第二接口上是否错误地接收了内部的数据和控制报文，每个总线用户可以生成校验和。为此，每个总线用户具有用于生成校验和的装置，其校验和由每个发出的内部数据或控制报文构成。校验和可以由报文的特定段构成。对于一个内部的控制或数据报文，校验和优选只根据位于校验和字段前的数据被计算。校验和表示另一状态信息。为了能够将校验和传输到相邻的总线用户，内部的数据或控制报文分别具有校验和字段作为另一状态信息字段，相应的总线用户可以在该另一状态信息字段中写入所生成的校验和。此外，每个总线用户包含用于读出和分析在数据和/或控制报文中接收的校验和的装置。在分析在数据或控制报文中接收的校验和时，总线用户优选首先用所接收的数据或控制报文或者所接收的数据或控制报文的特定段构成校验和，并将所计算的校验和与包含在所接收的数据或控制报文中的校验和进行比较。错误识别的控制和/或数据报文被持续地计数。而且，在每个总线用户中对所有错误识别的和未识别的控制和/或数据报文进行求和。
由于错误识别装置，内部的总线系统中偷偷出现的错误被每个总线用户分布式且自主地识别并独立地报告给上级控制装置。如果相应总线用户确定在由其监视的六个接口上错误识别的和/或丢失的数据和/或控制报文随着时间流逝而累计，则其可以生成相应的错误信息，并且在数据报文传输期间在数据报文中将其传输到总线耦合器。错误信息不必立即被传输。相反，识别和解释在较长时间段上出现的错误。错误信息可以包含错误识别和/或未识别的数据和/或控制报文的数量、接口标记和关于相关总线用户的说明。替代地或附加地，错误信息可以包含说明明显有缺陷的接口的错误识别和/或未识别的控制和/或数据报文的数量与由其余接口的错误和/或未识别的控制和/或数据报文计算的平均值之差的差值。借助于该错误信息，总线耦合器、并且因此维护人员可以了解连接的总线用户的接口的状态。维护人员于是可以及时地在总线用户完全停止运转之前将其更换。
上述技术问题也由具有以下特征的用于经由总线耦合器在能够传输以太网报文的网络与多个总线用户之间交换数据的方法步骤来解决，即：其中所述网络连接到所述总线耦合器的外部接口，所述多个总线用户经由所述总线耦合器的内部接口串行地连接到环形传输路径，其中经由所述总线耦合器的外部接口接收的以太网报文在转换装置中被转换为不包含所述以太网报文的控制数据的内部数据报文，所述内部数据报文被转发到所述总线耦合器的内部接口并输出到所述环形传输路径上，所述内部数据报文包含用于内部控制数据的至少一个状态信息字段，每个连接到所述内部接口的总线用户在内部数据报文在所述环形传输路径上通过相应的总线用户时利用在所述环形传输路径上流转的内部数据报文交换为该总线用户确定的有效数据，所述总线用户能够从所述内部数据报文的数据字段中分配给该总线用户的数据块中提取有效数据以及从所述内部数据报文的所述至少一个状态信息字段中提取内部控制信息，并且能够在其一侧将有效数据插入到所述内部数据报文的数据字段的分配给该总线用户的数据块中以及将内部控制信息插入到所述内部数据报文的所述至少一个状态信息字段中。
据此提供了一种用于经由总线耦合器在能传输以太网报文的网络与多个总线用户之间交换数据的方法。该网络连接到总线耦合器的外部接口。该多个总线用户经由总线耦合器的内部接口串行连接到一个环形的传输路径。经由总线耦合器的外部接口接收的以太网报文在转换装置中被转换为不包含以太网报文的控制数据的内部数据报文。内部数据报文包含至少一个用于内部控制数据的状态信息字段。内部数据报文被转发到总线耦合器的内部接口，并且输出到环形传输路径上。每个连接到内部接口的总线用户在内部数据报文在环形传输路径上通过相应总线用户时用在传输路径上流转的内部数据报文交换为该总线用户确定的有效数据。其中总线用户可以从内部数据报文的数据字段中为该总线用户分配的数据块中提取有效数据以及从内部数据报文的该至少一个状态信息字段中提取内部控制数据，并且可以在其一侧将有效数据插入到内部数据报文的数据字段的为该总线用户分配的数据块中以及将内部控制数据插入到内部数据报文的该至少一个状态信息字段中。
有利地，内部控制数据包含涉及总线用户的状态信息。每个总线用户可以生成内部控制报文，该内部控制报文分别包含用于标识内部控制报文的起始标记的起始标记字段和至少一个用于涉及总线用户的状态信息的状态信息字段。状态信息字段用于分布式且自主地监视和/或诊断相应两个总线用户之间的通信。如果在总线耦合器中不存在用于传输的内部数据报文，则相应的相邻总线用户可以经由独立的通信路径交换内部控制报文，该内部控制报文用于分布式且自主地监视相应两个总线用户之间的通信。
附图说明
以下结合附图借助于一些实施例详细介绍本发明。
附图中：
图1显示了经由总线耦合器连接到外部网络的一个示例性的下级总线系统以及总线用户的详细构造，
图2显示了具有两个自主监视通信周期的图1中示出的下级总线系统的一部分，
图3a显示了以太网报文的示意图，
图3b示出了一个在总线耦合器中生成的示例性的内部数据报文，
图3c示出了在总线耦合器或总线用户中产生的一个示例性的内部控制报文，
图3d示出了在总线耦合器或总线用户中产生的一个可选的缩减的内部控制报文，
图4a示出了内部数据报文的一个示例性的起始标记，
图4b示出了内部控制报文的一个示例性的起始标记。
具体实施方式
图1显示了一个示例性的通信系统10，其可以是一个自动化系统。自动化系统10具有上级的，即外部的网络20，该网络在这个例子中是基于以太网的网络。经由外部网络20可以传输以太网报文。在图3中示出了以太网报文170的一个已知结构。上级网络20经由总线耦合器30与下级的，即内部的总线系统15连接。内部总线系统15在这个例子中具有环形传输路径。总线耦合器30具有接口(未显示)，外部网络20连接到该接口。此外，总线耦合器具有内部接口，该内部接口包括总线系统15的总线用户40连接到的发送装置34和接收装置35。下级总线系统15例如具有n个串行连接的总线用户40至70。
在总线耦合器30中还实现报文转换装置33，该报文转换装置将来自上级网络20的以太网报文20转换为内部的数据报文。在图3b中示出了一个示例性的内部数据报文180。在此应当指出，在图3b中示出的状态信息字段中的一些不是被总线耦合器30，而是被总线用户写、读和处理。
在一种有利实施方式中，报文转换装置33从所接收的每个以太网报文170中移除包含控制数据的以太网首标，并且尤其地只将在数据字段中传输的有效数据写入到内部数据报文的数据字段211中。以太网报文170优选被转换为长度相等的内部数据报文。数据报文180被经由发送装置34传输到下级总线系统15，并且经由总线用户40至50并又传输回接收装置35。此外，在总线耦合器30中实现报文计数器32，该报文计数器32持续地对经由发送装置34发出的内部数据报文180进行计数。连续的号被记录到每个要发送的数据报文180的字段240中。字段240被称为计数器读数BK。
代替内部的数据报文，总线耦合器30也可以生成内部的控制报文，该内部的控制报文不包含以太网报文的有效数据。在这种情况下，报文计数器32持续地对要传输的数据和控制报文进行计数。在图3c和图3d中示出了两个示例性的内部控制报文。在下面还将对它们进行详细描述。
在此应该指出的是，在一种优选实施方式中，每个总线用户可以生成这样的内部控制报文，即该总线用户可以经由独立的通信周期与其相邻的总线用户交换该内部控制报文以分布式地且自主地监视下级总线系统15。
示例性地借助于总线用户50详细介绍总线用户40至70的一个示例性的结构。
总线用户50具有第一接口80，总线用户50经由第一接口80与相邻的第一总线用户、在本例中与总线用户40连接。第一接口80包含接收器82和发送器81。将接收器82和发送器81标记为接收器1和发送器1说明了总线用户50经由接收线Rx1和发送线Tx1与第一总线用户40连接。此外，总线用户50具有第二接口装置100，总线用户50经由第二接口装置100与相邻的第二总线用户、在本例中与总线用户60连接。第二接口100包含发送器102和接收器101。发送器102和接收器101也被称为发送器2和接收器2，以便表明总线用户50经由发送线Tx2和接收线Rx2与相邻的第二总线用户60连接。在此应当指出，可以为为每个总线用户的第一接口分配接口标记1，以及可以为每个总线用户的第二接口分配接口标记2。此外，每个接口标记可以还包含相应总线用户的个体标记，以便能够明确地指定相应接口。数据处理和控制装置90既与第一接口80、也与第二接口100连接。此外，数据处理和控制装置90可以具有发送计数器93，发送计数器持续地对要经由发送器102传输到总线用户60的内部的控制和/或数据报文进行计数，而第二发送计数器92持续地对要经由发送器81传输到总线用户40的内部的数据和/或控制报文进行计数。此外，数据处理和控制装置90可以包含接收计数器94，该接收计数器对在总线用户40的接收器82接收的内部的数据和/或控制报文进行计数。第二接收计数器91对到达总线用户60的接收器101的内部的数据和/或控制报文进行计数。需要说明的是，数据处理和控制装置90以及发送计数器91和93与接收计数器91和94也可以构造为单独的部件。此外，数据处理和控制装置90可以被构造用于根据内部控制和/或数据报文的预定数据计算校验和以及用于将内部计算的校验和与在控制或数据报文中接收的校验和进行比较，以便能够识别错误接收的数据或控制报文。此外，数据处理和控制装置90可以将接收计数器91和94的当前计数器读数与相邻总线用户40和60的发送计数器的当前计数器读数进行比较，以便识别未识别或丢失的数据或控制报文。发送和接收计数器也被称为报文计数装置。该功能将在下面详细地描述。发送计数器92和93、接收计数器91和94、用于计算校验和的装置以及比较装置也可以被统称为错误识别装置。
现在观察图3b，图3b显示了能由总线耦合器30产生的内部数据报文180的一个示例性结构。这样的数据报文可以包含可选的字段200至212，这些字段在本例中按照顺序用于以下标志、控制、管理和/或状态信息：
数据报文起始标记；标记总线用户的第一或第二接口的总线用户接口标记；关于总线用户的第一或第二接口的接收状态的信息；例如确定字段的数量、大小和内容，表明上级网络类型和/或下级总线系统类型等以及/或者标记控制报文或数据报文的模式标记(这些信息也可以存在于单独的字段中)；在总线耦合器30中生成的用于要传送的数据报文的连续编号；由总线用户生成的用于要经由其第一或第二接口发送的数据报文的连续编号；关于总线用户的第一接口的错误信息，该错误信息说明数据报文是否被错误识别或甚至未被识别；关于总线用户的第二接口的错误信息，该错误信息说明数据报文是否被错误识别或甚至未被识别；指明计数器何时可以不按规定更新或复位的计数器状态信息；例如CRC校验和，其保护位于其前的数据并且被每个总线用户在发送数据报文之前重新计算；CRC状态信息，其指明先前在相邻的总线用户中出现的错误，使得在字段203和204中存在的不改变地从总线用户转发到总线用户的信息不再被分析；从以太网报文提取的有效数据以及数据报文结束标记。要说明的是，在图3a中示出的以太网报文170和在图3b中示出的内部数据报文可以是相同长度的。由于特殊的内部数据报文，内部总线系统15的通信质量也可以在运行期间、即在有效数据传输期间分布式地且自主地被所连接的总线用户40至70监视。因此，中央的控制装置是不必要的。
图3c显示了示例性的第一内部控制报文190，它可以由总线耦合器30、但是尤其地可以由总线用户生成。控制报文190可以包含数据报文180的相同字段201至210和212。但是，控制报文也包含起始标记字段195。当然，控制报文不包含有效数据字段211，在该有效数据字段中可以传输以太网报文的有效数据。此外，控制报文的起始标记不同于数据报文的起始标记，如图4a和4b中所示。其原因是，如下面还将描述的那样，数据报文可以以指定的方式并因此可以准确地中断或结束控制报文的传输。
图3d显示了一种可选的相对于控制报文190缩减了的控制报文220，其只包含控制报文190的起始标记字段95和字段201、202和212。由于缩减的控制报文220，可以在总线用户中实现更短的处理或延迟时间，并且因此，控制信息可以更快地在相邻总线用户之间交换。
如果在图3c和3d示出的控制报文的传输应当可以被中断或结束，如先面还将描述的那样，则有效信息字段(201至210或201和202)的各个位被固定的位串或单个位分开。该措施防止了由中断的控制报文可以错误地生成数据报文的有效的起始标记。
再次返回到图1。数据处理和控制装置90可以能够读出数据报文的起始标记字段200、控制报文的起始标记字段195、以及控制或数据报文的状态信息字段201至212，并且分析所读出的信息，以便执行可能实现的功能。此外，数据处理和控制装置90按照系统实现可以将相应的涉及用户的状态信息写入到相应的状态信息字段中，例如字段201、202、204至210中。此外，数据处理和控制装置90可以从数据字段211的分配给总线用户40的数据块中读出数据报文的为总线用户40确定的有效数据，并且在可能的情况下将涉及用户的有效数据写入到该数据块中。并且，数据处理和控制装置90可以被构造为使得其可以确定第一接口80的接收质量和第二接口100的接收器101的接收质量，第一接口80的接收质量反映由接收器82、接收线Rx1和发送器132构成的组合的质量，第二接口100的接收器101的接收质量反映由接收器101、接收线Rx2和发送器141构成的组合的质量。此外，以这种方式确定总线用户50的接收器82与总线用户40的发送器132之间的线路Rx1的传输质量以及总线用户50的接收器101和总线用户60的发送器141之间的线路Rx2的传输质量。
现在观察图2。为了简单地表示，只示出了三个总线用户40、50和60。此外，总线用户50和它的两个相邻总线用户40和60之间的通信周期被示意性地示出，在该通信周期上可以分布式地且相互独立地在总线用户40和50以及总线用户50和60之间的控制报文。以该方式，即使总线耦合器在数据报文中不传输任何有效数据时，也可以分布式地且自主地监视和诊断内部总线系统15的通信质量，尤其是相邻总线用户40和50及50和60之间的通信。
如前已经所述的那样，所有总线用户可以相同地构造。因此，总线用户40包含具有接收器112和发送器111的第一接口装置110、数据处理和控制装置120以及具有发送器132和接收器131的第二接口装置。数据处理和控制装置120与第一和第二接口装置连接。同样地，总线用户60具有包含接收器142和发送器141的第一接口装置140。此外，数据处理和控制装置150在总线用户中实现。第二接口装置160包含发送器162和接收器161。如从图2中看出的那样，总线用户50经由其第一接口80与总线用户40的第二接口130连接，并且经由其第二接口60与总线用户60的第一接口140连接。以类似的方式，其他总线用户与其各自相邻的总线用户连接。
下面详细地介绍图1中的通信系统10的工作模式。
1.本地的独立的通信周期中控制报文的优选传输
假设这样一种情形，其中单前经由外部网络20不传输任何为总线耦合器30确定的基于以太网的报文。因此，在总线耦合器30中不存在任何必须经由下级总线系统15传输的有效数据。为了尽管如此也能够执行下级总线系统15的分布式且自主的监视，总线用户40至70例如在各自的数据处理和控制装置中生成内部的控制报文，该内部的控制报文在相互独立构造的通信周期中在相邻的总线用户之间被交换。下面借助于在总线用户40和50及50和60之间构造的独立的通信连接详细介绍控制报文的这种交换。
总线用户40的数据处理和控制装置120现在生成内部的控制报文，该内部的控制报文例如可以具有在图3d中所示的格式。首先，起始标记被写入到要生成的控制报文的起始标记字段220中，该起始标记可以由图4b所示的位串“111101110101”构成。因为内部的控制报文应当经由第二接口装置130的发送器132发送到总线用户50，所以在无故障的情况下，在图3d所示的字段201中写入指定总线用户40的第二接口130的数字“2”。数据处理和控制装置120可以被构造为使得其可以确定关于第一接口110、即由接收器112、总线耦合器15的发送器和接收线Rx2构成的组合的接收质量以及关于第二接口130、即由接收器131、发送线Tx1和发送器81构成的组合的接收质量。假定数据处理和控制装置120已经确定了关于接口30的足够的接收质量。因此，数据处理和控制装置120在图3d中示出的字段202中例如写如逻辑“1”，其表明接收器状态良好。如上所提到的那样，字段201和202的各个位例如分别由固定的位串相互分隔开。控制报文不以图3d中所示的结束标记结束。还包含关于由接收器131、发送线Tx1和发送器81构成的组合的接收状态的信息的内部控制报文现在被总线用户40的发送器132传输到总线用户50的接收器82。其他控制报文以类似的方式被传输到总线用户50。
以类似的方式，但是与总线用户40无关地，总线用户50的数据处理和控制装置90生成控制报文。尤其地，数据处理和控制装置90在按照规定的运行中将第一接口80的接口标记“1”写入到要传输的控制报文的相应字段201中。数据处理和控制装置90可以被构造为使得其可以确定由接收器82、接收线Rx1和发送器132构成的组合以及由接收器101、接收线Rx2和发送器141构成的组合的接收质量。假定数据处理和控制装置90也已经确定了对于接收器81足够的接收质量。因此，数据处理和控制装置90例如将逻辑“1”写入到图3d中所示的字段202中，逻辑“1”表明接收状态良好。如前面所述，字段201和202的各个位例如分别由固定的位串相互分隔开。控制报文不以图3d中所示的停止标记结束。
现在，发送器81与总线用户40无关地发送所生成的控制报文及其他控制报文到总线用户40的接收器131。
以类似的方式，所有总线用户40至70的数据处理和控制装置90可以相互无关地生成控制报文，并将其传输到各自的相邻总线用户。
因此，总线用户总是可以重新生成自己的控制报文，并且由于其长度短而可以快速地相互将其进行交换，也就是说，尤其是只要不存在来自总线耦合器30的用于下级总线系统的数据报文。如所述的那样，总线用户40的发送器132发送关于第二接口130的接收状态的信息到总线用户50的接收器82，而总线用户50的发送器81在其所生成的内部控制报文中传输关于第一接口80的接收状态的信息到总线用户40。
现在假定这样的情形，即数据处理和控制装置90确定关于由接收器82、接收线Rx1和发送器132构成的组合的接收质量恶化并且下降到预定的阈值之下。响应于所确定的质量下降，数据处理和控制装置90在当前生成的控制报文的字段202中例如写入表示接收器82处的接收质量太差的逻辑“0”。该控制报文被发送器81传输到总线用户40的接收器131。数据处理和控制装置120读取所接收的控制报文的字段202并借助于逻辑“0”识别到与相邻总线用户50的连接受到干扰。由此，数据处理和控制装置120可以关闭第二接口130。由于能够经由独立的通信周期在相邻总线用户之间交换定期的控制报文，所以总线用户可以非常快速地识别错误并对其进行反应，以便例如关闭其位于错误位置之前的第二接口。下级总线系统15的位于干扰源之前的部分于是可以进一步运行。由于通过相邻总线用户之间独立的通信周期实现对下级总线系统15的分布式的监视，所以在故障情形下，总线系统15可以快速地被改造。所述措施还使得总线用户即使在持续运行中也可以被更换或者接通或关断(热插拔)。
现在观察这样的情形，即在该情形中，总线用户50可以识别总线用户40的错误的控制报文到达了。如上所述，被传输到总线用户50的总线用户40的控制报文在无错误的情况下在字段201中包含第二接口130的接口标记“2”。但是，现在，最后接收的控制报文包含总线用户40的第一接口110的接口标记“1”。如果数据处理和控制装置120有故障，例如在发送器132和接收器131之间发生内部短路，和/或在接口内发生接收线Rx1对发送线Tx1的串扰，则这样的错误可能出现。总线用户50可以通过以下方式对所识别的错误进行反应，即其在另一为总线用户40确定的控制报文的字段202中写入逻辑“0”，其表明关于接收器82的坏的接收。相应控制报文被发送器81传输到接收器131。总线用户40据此可以将其第二接口装置130或还有第一接口110关闭。附加地，总线用户30可以生成控制报文并将其传输到总线耦合器30或上级控制装置(未示出)，以便向操作人员通知总线用户40有故障。以类似的方式，每个总线用户可以将内部控制报文传输到各自的相邻总线用户，以便借助于接口标记和关于与相应总线用户通信的各个接口的接收质量的信息向相邻总线用户通知其当前状态。
现在假设总线用户经由独立的通信周期交换可以具有图3c中所示结构的控制报文。但是，字段204、210和212不被生成。
下面将再次借助于在图2中所示的总线用户40和50以及50和60之间的独立的通信周期来介绍适用于所有总线用户的工作原理。但是，只观察由总线用户40传输到总线用户50以及从总线用户60传输到总线用户50的控制报文。
现在假设总线用户40已经经由发送器132向总线用户50发送了五个控制报文，但是还没有发送数据报文。从发送器132发送到总线用户50的控制报文的数量借助于发送计数器被持续地计数并被写入到相应控制报文的字段205中。这样的发送计数器在图1中被显示在总线用户50的例子处，并且用“93”标记。第一控制报文因此在字段205中携带连续编号1，而最后传输的5个控制报文的字段205包含数字5。还假定，这5个迄今传输到总线用户50的控制字段的状态信息字段206和207包含计数器读数“0”。这意味着，总线用户40识别了所有在其第一接口110接收的控制报文和所有迄今在其第二接口130从总线用户50接收的控制报文，并且没有接收到被篡改的控制报文。下面结合总线用户50说明总线用户如何能够识别和计数错误接收的控制报文和被篡改的控制报文。传输到总线用户50的开头5个控制报文的计数器状态字段208包含关于所有计数器具有有效值的通知。总线用户40在每个要传输的控制报文的字段209中记录对位于数据字段209之前的所有数据字段计算的校验和。总线用户40或数据处理和控制装置120以正确地方式已经在这5个要传输到总线用户50的控制报文中每一个控制报文的字段201中写入第二接口130的标记“2”。接收器131的接收状态在传输这5个控制报文期间是足够的，这由这5个迄今传输的控制报文中每一个控制报文的字段202中的相应记录来表示。此外还假定，总线用户50已经从总线用户60接收了6个控制报文，但是还没有接收控制报文。所有6个控制报文在字段206、207中包含计数器读数“0”，在字段208中包含关于计数器提供有效值的说明。从发送器142发送到总线用户50的控制报文借助于发送计数器被持续地计数。相应的连续编号被写入到相应控制报文的字段205中。这样的发送计数器在图1中被表示在总线用户50的例子处并且用92标记。发送的第一个控制报文因此在字段205中获得连续编号1，而最后传输的6个控制报文的字段205包含连续编号6。在字段209中记录相应的校验和。在传输到总线用户50的6个控制报文中每一个的字段201中，总线用户60或数据传输和控制装置150以正确的方式写入第一接口140的标记“1”。关于接口140的接收状态在这6个控制报文传输期间是足够的，这通过这6个迄今传输的控制报文中每一个的字段202中的相应记录来表示。
因为总线用户50可以确定指向它的控制报文是否未被识别或丢失了，所以接收计数器94对所有到达接收器94的控制报文进行计数，而接收计数器91对所有到达接收器101的控制报文进行计数。然后，数据处理和控制装置90将相应计数器的计数器值与包含在控制报文的字段205中的计数器值进行比较。假定接收计数器94在其已经从总线用户40接收了第5个控制报文后具有值“4”。还假定，接收计数器91在其已经从总线用户60接收了第6个控制报文后同样具有值“4”。数据处理和控制装置90现在将在第5个控制报文中接收的连续编号“5”与接收计数器94的计数值进行比较，并将在第6个控制报文中接收的连续编号“6”与接收计数器91的计数值进行比较。其因此确定迄今在第一接口80上有一个控制报文未被识别，在第二接口100上有两个控制报文未被识别。在第一错误计数器中持续地针对第一接口对未识别的控制和/或数据报文进行计数，在第二错误计数器中持续地针对第二接口对未识别的控制和/或数据报文进行计数。第一和第二错误计数器可以是数据处理和控制装置的部件。
这样的错误监视通常在较长的时间段上在每个连接到总线系统15的总线用户、即借助于所有接收和发送的控制和/或数据报文来进行。
数据处理和控制装置90现在生成两个控制报文，其中之一应当被传输到总线用户40，另一个应当被传输到总线用户60。此外，其将对于第一接口80未识别的控制报文的数量写入到这两个控制报文的字段206中，将对于第二接口未识别的控制报文的数量写入到这两个控制报文的字段207中。
此外，附加地或替代地，总线用户50的数据处理和控制装置90可以确定指向其的数据和/或控制报文是否被错误地识别及多少指向其的数据和/或控制报文被错误地识别。这种方式的错误监视通常是优选的。为此，数据处理和控制装置90对每个接收的控制报文的预定字段计算校验和，并且将所计算的校验和与相应控制报文的字段209中的校验和进行比较。如果所有校验和一致，则来自总线用户40和60的控制报文原样地在总线用户处被接收。如果数据处理和控制装置90但是识别到在接收器82被接收的被篡改的控制报文，则在例如在数据处理和控制装置90中实现的第三错误计数器中将错误值提高1。第一和第三错误计数器的错误值然后被相加。这两个错误计数器的和被写入到分配给第一接口80的字段206中。如果数据处理和控制装置90但是例如识别到在接收器101处接收的被篡改的控制报文，则在第四错误计数器中，当前错误值被提高1。爹人和第四错误计数器的错误值被相加。这两个错误值之和被写入到分配给第二接口100的字段207。总线用户50因此能够识别关于由接收器82、接收线Rx1和发送器132构成的以及由接收器101、接收线Rx2和发送器141构成的传输路径的错误。
此外，总线用户50在其从总线用户40或从总线用户60接收的控制报文的字段206和207中被通知以关于总线用户40的接口110和130或者总线用户60的接口140和160的错误和/或未识别的控制报文的数量。这也适用于其他总线用户。
以这种方式，每个总线用于可以监视其自己的两个接口的行为和其相邻总线用户的两个接口的行为。如果总线用户对于6个被监视的接口之一识别到错误累积，则其可以在任意时刻将相应的错误信息写入到所接收的数据报文中并经由总线系统15将其传输回总线耦合器30。
此外，数据处理和控制装置90在无错误的情况下在为总线用户40确定的控制报文的字段201中写入用于第一接口80的标记“1”，在为总线用户60确定的控制报文的字段201中写入用于第二接口100的标记“2”。此外，数据处理和控制装置90在为总线40确定的控制报文的字段202中写入关于接口80的接收状态，在为总线用户60确定的控制报文的字段202中写入关于接口100的接收状态。此外，数据处理和控制装置90还为指向总线用户40的控制报文计算校验和，为指向总线用户60的报文计算校验和，并将该校验和记录到相应控制报文的字段209中。最后，还将由发送计数器93确定的连续编号写入到指向总线用户60的控制报文的字段205中，并将由发送计数器92确定的连续编号写入到指向总线用户40的控制报文的字段205中。最后，在独立的通信周期中，总线用户50将指向总线用户40的控制报文经由发送器81传输到接收器131，并将指向总线用户60的控制报文经由发送器102传输到接收器142。总线用户40和60然后可以以前面所述的方式分析所接收的控制字段，并将进一步的控制报文传输到总线用户50并由其接收。
在根据图3c或3d的控制报文中所使用的起始标记具有使得每个总线用户能够同步的位模式。
再次应该提到，在图3c和3d中所示的控制报文的字段仅仅是例子，并且可以被任意地组合和删除。控制报文的字段可以分别容纳一个位、多个位或甚至多个字节。
2.在本地的独立的通信周期中控制报文的传输的中断
现在假设至少一个以太网报文到达总线耦合器，该以太网报文的有效数据应当经由内部总线系统15被传输。
正如前面所述，在图3a中所示的以太网报文170被报文转换器33例如转换为在图3b中示出的内部数据报文180。根据一种有利的实施变体，报文转换器33仅仅将以太网报文的有效数据插入到内部数据报文180的数据字段211中。在图3b中示例性地示出的报文结构的其余字段如下地被总线耦合器30写：
-在字段200中写入在图3b中所示的起始标记。
-字段201和202只被总线用户写。
-字段203例如包含关于字段数量、其内容，所连接的外部网络20和下级总线系统的类型的说明。
-在字段204中，总线耦合器30写入实际经由下级总线系统15传输的内部数据报文的连续编号。在本例中，字段204包含编号1。
-字段205至208只由总线用户写。
-总线耦合器在字段209中写入校验和。
-如果数据或控制报文被传送，则字段210被总线用户写。
-字段212包含预给定的停止标记。
如果总线耦合器30接收到其他以太网报文，则这些以太网报文可以以类似的方式分别被转换为内部数据报文，该内部数据报文在字段204中包含实际传输的数据和/或控制报文的当前连续编号，并且在字段209中包含相应的校验和。
为了总线耦合器30可以实时地以小的抖动经由下级总线系统15传输有效数据，使用起始标记，该起始标记使得相邻总线用户之间控制报文的传输可以在非常段的时间内、优选在一个位周期内被中断或结束。为此，例如使用图4中所示的起始标记。
由总线耦合器30生成的第一内部数据报文现在经由发送器34被传输到第一总线用户40。数据处理和控制装置120以及还有其他总线用户的数据处理和控制装置被构造为区分控制报文的起始标记和所接收的数据报文的起始标记。在总线用户40的数据处理和控制装置120分析所接收的数据报文的起始标记的第三起始位后，其知道数据报文到达了。其因此结束到总线用户5的控制报文的生成及传输。同时，其开始字段211的从分配给其的数据块中读出为总线用户40确定的有效数据，将自己的有效数据写入到该数据块中，并以前面介绍的方式方法将涉及用户的状态信息写入到字段201、202和205至209中。借助于在字段209中传输的校验和，其可以(如上面已经结合总线用户50介绍的那样)检查是否有被篡改的数据报文到达接收器112以及多少被篡改的数据报文到达接收器112。总线用户40内部地又连续地将对于第一接口110错误和未识别的控制和/或数据报文相加。因此，在总线用户40中总是存储表明迄今确定了多少错误识别和未识别的控制和数据报文的当前值。对于第一接口的相应和被写入到数据报文的字段206中，并且被传输到总线耦合器30。以相应的方式确定表明迄今确定了多少错误识别和未识别的控制和/或数据报文的关于第二接口130的当前数量。该和被写入到数据报文的字段207中。此外，数据处理和控制装置120将数“1”记录到字段205中，其表明发送器132将传输第一数据报文。以第三起始位开始，数据处理和控制装置120可以开始处理所接收的数据报文。由于在图4a至4b中所示的起始标记，因此其可以能够不仅随时中断或结束控制报文，而且还位准确地开始内部数据报文中有效数据的传输。此外，起始标记被选择为使得必须出现不止一个位错误以便将数据报文中的起始标记篡改为控制报文的起始标记或相反篡改。
包含涉及用户的状态信息的数据报文现在被发送器132传输到总线用户50的接收器82。如前面总线用户40的数据处理装置120那样，数据处理和控制装置90在最开始的三个起始位中识别数据报文到达。其因此结束到总线用户60的控制报文的生成和传输。此外，其现在已经也可以中断或结束到总线用户40的控制报文的生成和传输。但是，可替换地，到总线用户40的控制报文的生成和传输也可以在数据报文在从总线用户60返回到总线用户50后被传输时被中断或结束。同时，处理和控制装置90因此开始从字段211的分配给其的数据块中读出为总线用户50确定的有效数据，将自己的有效数据写入到该数据块中，并且为了上面已经说明的检查目的从字段201、202和205至210中读出总线用户40的状态信息并在可能的情况下对其进行分析和处理。总线用户在字段210中写入指示当前控制和/或数据报文中错误的信息。该字段然后可以覆写以总线用户50的状态信息。因为由总线用户40接收的数据报文仅经由第二接口100的发送器102被传输，所以在无错误的情况下，在字段201中写标记“2”。数据处理和控制装置90在字段202中写入关于由接收器101、接收线Rx2和发送器141构成的组合的接收质量。而且，包含在字段204中的总线耦合器30的报文计数器32的计数器读数可以被数据处理和控制装置90读出。
在数据报文被完全更新后，发送器102将数据报文传输到总线用户60的接收器142，该接收器以前面所述的方式对所接收的数据报文进行分析、更新并转发到总线用户70。
应当指出，如果通常是在较长的时间段上，对于其监视的接口80或100确定了数量相对大的关于附加监视的接口110、130、140或160错误或未识别的控制和/或数据报文，则总线用户50可以在该数据报文或特定的数据报文中也写入错误信息。该错误信息被传输到总线耦合器30。
总线用户70封闭环形总线系统15。以上面所述的方式，数据报文被总线用户70发送回到总线用户60的接收器161，然后经由发送器141传输到总线用户50的接收器101，并且然后经由总线用户40传输回总线耦合器30。以该方式，每个总线用户可以分布式且自主地使总线耦合器30了解分别由其监视的接口的状态，即其自己的接口和其相邻总线用户的接口。由此，维护人员能够识别工作有缺陷的总线用户，使得其可以在其完全停止运行之前被及时地更换。
应当指出，在回传数据报文时，每个总线用户在无故障的情况下将用于第一接口的标记“1”代替标记“2”记录到字段201中，并将由接收器、发送线和相应第一接口的发送器构成的传输路径的接收质量记录到字段202中。那么，数据报文被相应的第一接口的发送器传输回相邻的总线用户。只要在总线耦合器30上存在应当经由下级总线系统15传输的有效数据，数据报文以所述方式经由总线用户被转发、计数和分析。以该方式，每个总线用户可以除了有效数据之外还在数据报文中接收相邻总线用户的状态信息并将其自己的状态信息在数据报文中发送到其相邻的总线用户。因此，下级总线系统15即使在有效数据传输期间也可以分布式且自主地被所连接的总线用户40至70监视和诊断。
每个总线用户可以以上面所述的方式识别自己的错误和相邻总线用户中的错误。总线用户对所识别的错误的反应也可以以那里介绍的方式进行。
在传输有效数据时，数据报文通常以固定的时间栅格被总线耦合器30发送。每个总线用户、优选是各自的数据处理和控制装置因此可以被构造用于计算每个时间单位必须接收多少数据报文。借助于在字段204总传输的表明多少数据报文被总线耦合器传输的发送计数器值，每个总线用户自己已经可以识别数据报文是否在上级网络中、在总线耦合器中或在下级总线系统15中丢失。
如果总线用户40至70现在确定在能预设的时间内不再有数据报文到达，则其可以重新开始生成控制报文并以前面描述的方式方法与相邻总线用户进行交换，以便保持对下级总线系统的分布式且自主的监视。可替换地，也可以由总线耦合器30经由相应的数据或控制报文向其通知不再有有效数据被传输。不进行总线用户的发送计数器、接收计数器和错误计数器的复位。
3.由总线耦合器提供的控制报文的传输
根据另一实施方式，替代地或附加地，如果没有提供有效数据，则总线耦合器30例如也可以生成在图3c和3d中所示的控制报文并将其传送给下级总线系统15。在这种情况下，控制报文不在独立的通信周期中在相邻总线用户之间(如在图2中所示的那样)被交换。相反，在由总线耦合器30生成的控制报文以前面所述的方式被分析并通过涉及总线用户的状态信息被更新之后，由总线耦合器30生成的控制报文(如前面的数据报文那样)从总线用户传输到总线用户，并且传输返回到总线耦合器30。
尤其地，总线耦合器30生成的第一内部控制报文以在图3c中所示的结构经由发送器34被传输到第一总线用户40的接收器112。要指出的是，控制报文在该情形下可以对应于没有数据字段211的数据报文。
重要的要说明的是，在图4a中所示的数据报文的起始标记可以分为两种位模式，例如“0010”和“000”。数据处理和控制装置120以及还有其他总线用户的数据处理和控制装置被构造为借助于第一位模式已经识别出数据报文的起始标记。第二位模式被用于识别可能的位错误。如果数据处理和控制装置借助于第二位模式识别到有错误的起始标记，则阻止对相应数据报文的进一步处理和传输。
在总线用户40的数据处理和控制装置120正确识别第一位模式之后，其知道控制报文到达。其于是开始将涉及用户的状态信息以前面所述的方式方法写入到字段201、202和205至210中。尤其地，数据处理和控制装置120可以借助于包含在字段204中的连续编号检查到达接收器112的控制报文是否未被识别。如上面已经结合总线用户50说明的那样，其可以借助于在字段209中传输的校验和检查被篡改的控制报文是否到达接收器112。对于第一接口，错误识别和/或未识别的控制报文的实际数量被写入到字段206中。以相应的方式，对于第二接口的错误识别和/或未识别的控制报文的实际数量被写入到字段207中。此外，数据处理和控制装置120将数字“1”写入到字段205中，其表明发送器132将传输第一数据报文。数据处理和控制装置120可以在识别起始标记的第一位模式后就已经使发送器132将所接收的控制报文传输给总线用户50。
此外，起始标记被选择为使得为了将数据报文的起始标记篡改为控制报文的起始标记或相反篡改，必须出现不止一个位错误。
包含涉及用户的状态信息的控制报文现在被发送器132传输到总线用户50的接收器82。如前面总线用户40的数据处理装置120已经借助于所接收的起始标记的第一位模式那样，数据处理和控制装置90识别控制报文到达。数据处理和控制装置90现在因此开始为了上面已经介绍的检查目的从字段201、202和205至210中读出总线用户40的状态信息，并在可能的情况下进行分析、存储和/或处理。该字段然后覆写以总线用户50的状态信息。因为由总线用户40接收的控制报文只经由第二接口100的发送器102传输，所以在无错误的情况下，在字段201中写有标记“2”。数据处理和控制装置90在字段202中写入接收器101的接收质量。而且，包含在字段204中的总线耦合器30的报文计数器32的计数器读数可以被数据处理和控制装置90读出。
再一次要强调，每个总线用户在较长的时间段上、即在传输上百万的控制和/或数据报文期间监视其接口及其相邻总线用户的接口，方法是其确定错误识别和/或未识别的控制和/或数据报文的数量。如果总线用户例如确定对于其两个接口错误和/或未识别的控制报文的数量相比于其相邻总线用户的接口而言明显增加，则其可以在数据报文中传输相应的错误报告给总线耦合器30。
在控制报文被完全更新后，发送器102传输控制报文到总线用户60的接收器142，该接收器142以前面所述的方式对所接收的控制报文进行分析、更新并转发给总线用户70。总线用户70封闭环形的总线系统15。以前面所述的方式，控制报文被总线用户70传输回总线用户60的接收器161，然后经由发送器141传输给总线用户50的接收器101，然后经由总线用户40传输回总线耦合器30。
还要注意的是，在传输回控制报文时，每个总线用户在无错误的情况下将用于第一接口的标记“1”代替标记“2”记录到字段201中，并将相应的第一接口的接收器的接收状态记录到字段202中。于是，控制报文被相应的第一接口的发送器传输回相邻的总线用户。只要在总线耦合器上不存在应当经由下级总线系统15传输的有效数据，则控制报文以所述方式经由总线用户被转发、分析和/或处理。
以该方式，即使在不传输有效数据时，下级总线系统15也可以分布式且自主地通过所连接的总线用户40至70监视和诊断。
每个总线用户可以以上面在第1部分和第2部分中描述的方式识别自己的错误和相邻总线用户中的错误。而且，可以以那里介绍的方式进行总线用户对所识别的错误的反应。
在此要说明的是，每个总线用户在可能的情况下可以将错误报告写入到控制报文或数据报文的字段208中。该报告指示可能不能按规定更新发送计数器和接收计数器，因为例如相应总线用户的电源电压被中断或者该总线用户被重新启动。
代替生成具有在图3c中所示的结构的控制报文，总线耦合器30也可以生成缩减的控制报文(如在图3d中所示)，并且经由下级总线系统15进行传输。在该情形下，只有包含接口标记及关于总线用户的相应接收质量的信息的两个字段201和202被总线用户读出并覆写。在总线耦合器传输控制报文到总线用户70时，每个总线用户在无错误的情况下将第二接口的标记“2”写入到相应控制报文的字段201中，以及将第二接口的接收器的接收质量写入到相应控制报文的字段202中，而在总线用户70将控制报文传输回总线耦合器30时，每个总线用户在无错误的情况下将第一接口的标记“1”写入到相应控制报文的字段201中，以及将第一接口的接收器的接收质量写入到相应控制报文的字段202中。对字段201和202中的状态信息的分析及对该分析的系统反应以上面已经描述的方式进行。
4.由总线耦合器提供的控制报文的传输的中断
如果其有效数据应当传输给下级总线系统15的涉及以太网的电文经由网络20到达总线耦合器30，则由总线耦合器30进行的控制报文经由下级总线系统15的传输可以以指定的方式并且快速地中断或结束。通过为数据报文和控制报文使用合适的不同的起始标记，使得能够实现数据报文的位准确的传输。
如果在图3c和3d中所示的控制报文的传输应当可以被中断或结束，则有效信息字段(201至210或201和202)的各个位通过固定的位串或单个位分隔开。该措施防止了可以从中断的控制报文错误地生成数据报文的有效起始标记。
首先假定，只要总线耦合器30已经获得了以太网报文，总线耦合器30就不再生成控制报文。
如上面已经说明的那样，在图3a中所示的以太网报文170被报文转换器33例如转换为图3b中所示的内部数据报文180。根据一优选实施变体，只有以太网报文的有效数据被报文转换器33插入到内部数据报文180的数据字段211中。其他数据以适当的方式未被接收。
如果其他以太网报文被总线耦合器30接收了，则这些以太网报文可以以类似的方式分别被转换为内部数据报文。于是，字段204包含当前的连续编号，字段209包含相应计算的校验和，字段211包含相应以太网报文的要传输的有效数据。
为了有效数据能够被总线耦合器30以小的抖动实时地经由下级总线系统15传输，又使用起始标记，其使得相邻总线用户之间控制报文的传输可以以非常短的时间、优选在一个位周期内被中断或结束。为此，例如使用在图4a中所示的起始标记。
由总线耦合器生成的第一内部数据报文现在经由发送器34被传输到第一总线用户40的接收器112。数据处理和控制装置120以及还有其他总线用户的数据处理和控制装置被构造为区分控制报文的起始标记和所接收的数据报文的起始标记。在总线用户40的数据处理和控制装置120分析所接收的数据报文的起始标记的第二起始位之后，其知道数据报文到达。其因此以下一个所接收的起始位结束到总线用户50的控制报文的传输。其余总线用户在分析所接收的第一数据报文时以类似的方式进行反应。
其他方法流程对应于在第2部分“在本地的独立的通信周期中控制报文的传输的中断”中所述的流程。

Claims (26)

1.一种总线耦合器(30)，具有：
用于连接到外部网络(20)的外部接口，在所述外部网络(20)上能够传输特定于网络的报文，
内部接口，用于将多个总线用户串行地连接到下级总线系统(15)的环形传输路径，以及
转换装置(33)，所述转换装置能够将经由所述外部接口接收的特定于网络的报文(170)转换为用于经由所述环形传输路径传输的内部数据报文(180)，所述内部数据报文不包含所述特定于网络的报文的控制数据，其中所述内部数据报文(180)被转发到所述内部接口并被输出到所述环形传输路径上，所述内部数据报文包含用于内部控制信息的至少一个状态信息字段(201)，其中每个连接到所述内部接口的所述总线用户在所述内部数据报文在所述环形传输路径上通过相应的总线用户时利用在所述环形传输路径上流转的内部数据报文(180)交换为该总线用户确定的有效数据，其中所述总线用户能够从所述内部数据报文(180)的数据字段(211)中分配给该总线用户的数据块中提取有效数据以及从所述内部数据报文(180)的所述至少一个状态信息字段(201)中提取内部控制信息，并且能够在其一侧将有效数据插入到所述内部数据报文的数据字段的分配给该总线用户的数据块中以及将其内部控制信息插入到所述内部数据报文(180)的所述至少一个状态信息字段(201)中。
2.根据权利要求1所述的总线耦合器，其特征在于，所述外部网络是基于以太网的网络(20)，并且所述特定于网络的报文是以太网报文。
3.根据权利要求1或2所述的总线耦合器，其特征在于，所述转换装置(33)被构造为使得其能够将多个经由所述外部接口接收的特定于网络的报文转换为不包含所述特定于网络的报文的控制数据的内部数据报文。
4.根据权利要求1所述的总线耦合器，其特征在于，所述转换装置(33)被构造为使得其能够将经由所述内部接口接收的内部数据报文(180)转换为至少一个用于经由所述外部接口传输的特定于网络的报文(170)。
5.根据权利要求1所述的总线耦合器，其特征在于，设置用于生成内部控制报文(190，220)的装置，所述内部控制报文分别包含用于标识内部控制报文的起始标记的起始标记字段(195)和用于涉及总线耦合器和/或涉及总线用户的状态信息的至少一个状态信息字段(201-210)，所述涉及总线耦合器和/或涉及总线用户的状态信息用于分布式地监视相应两个总线用户之间的通信，其中所述内部数据报文(180)包含用于标识内部数据报文的起始标记的起始标记字段(200)，并且所述内部控制信息包含用于分布式地监视相应两个总线用户之间的通信的涉及总线用户的状态信息，其中所述标识内部控制报文的起始标记和所述标识内部数据报文的起始标记是不同的。
6.根据权利要求5所述的总线耦合器，其特征在于，设置控制装置，其中如果不存在用于在所述环形传输路径上传输的有效数据，则所述控制装置发起经由所述内部接口在所述环形传输路径上内部控制报文(190，220)的传输。
7.根据权利要求6所述的总线耦合器，其特征在于，所述控制装置能够响应于标识内部数据报文的起始标记以指定的方式中断或结束内部控制报文的传输，使得能够实时地进行内部数据报文的传输。
8.根据权利要求1所述的总线耦合器，其特征在于，设置报文计数器(32)，所述报文计数器持续地对要经由所述内部接口发送的内部数据报文和/或内部控制报文进行计数，其中所述内部数据报文和/或内部控制报文分别包含第一状态信息字段(204)，所述总线耦合器能够将所述报文计数器的相应值写入到所述第一状态信息字段中。
9.一种通信系统(10)，具有：
根据前述权利要求之一的总线耦合器(30)，和
多个总线用户，所述总线用户串行地经由环形传输路径连接到所述总线耦合器的内部接口，
所述总线用户分别被设计为解释在所述环形传输路径上流转的内部数据报文(180)以及进行数据交换。
10.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，每个总线用户具有以下特征：
第一接口，具有用于向或从总线耦合器或相邻的第一总线用户发送和接收内部数据报文或内部控制报文的第一发送和接收装置，和
第二接口，具有用于向或从相邻的第二总线用户发送和接收内部数据报文或内部控制报文的第二发送和接收装置。
11.根据要求9或10所述的通信系统，其特征在于，每个总线用户具有用于生成内部控制报文的装置，所述内部控制报文分别包含用于标识内部控制报文的起始标记的起始标记字段(195)和至少一个用于涉及总线用户的状态信息的状态信息字段(201，202)，其中由相应总线用户生成的内部控制报文只被传输到其相邻的第一和/或第二总线用户。
12.根据权利要求10所述的通信系统，其特征在于，为每个总线用户的第一和第二接口(80，100)分别分配接口标记，所述内部数据报文和/或内部控制报文分别包含用于接口标记的另一状态信息字段(201)，其中每个总线用户具有用于从所述另一状态信息字段(201)读出接口标记以及将接口标记写入到所述另一状态信息字段(201)的装置。
13.根据权利要求11所述的通信系统，其特征在于，为每个总线用户的第一和第二接口(80，100)分别分配接口标记，所述内部数据报文和/或内部控制报文分别包含用于接口标记的另一状态信息字段(201)，其中每个总线用户具有用于从所述另一状态信息字段(201)读出接口标记以及将接口标记写入到所述另一状态信息字段(201)的装置。
14.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，每个总线用户具有用于确定所述第一和第二接口(80，100)的接收质量的装置，所述内部数据报文和/或内部控制报文分别包含用于接收状态信息(202)的另一状态信息字段，其中每个总线用户具有用于从所述用于接收状态信息(202)的另一状态信息字段读出接收状态信息以及将接收状态信息写入到所述用于接收状态信息(202)的另一状态信息字段的装置。
15.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，每个总线用户具有能够响应于包含在内部数据报文或内部控制报文中的至少一个接收状态信息锁闭相应的第一或第二接口的装置。
16.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，每个总线用户具有响应于包含在所接收的内部数据报文中的起始标记(200)以指定的方式中断或结束内部控制报文(190，220)的生成和/或传输使得能够实时地进行内部数据报文(180)的传输的装置。
17.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，标识内部数据报文或内部控制报文的起始标记包含能够用于同步相应总线用户的位模式。
18.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，标识内部数据报文的起始标记(200)和标识内部控制报文的起始标记(195)分别包含不同的位模式，使得内部控制报文的传输能够以指定的方式在一个位周期内被中断或结束。
19.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，标识内部数据报文的起始标记和/或标识内部控制报文的起始标记分别包含第一和第二位模式，其中每个总线用户被构造为使得其已经通过第一位模式识别所接收的起始标记。
20.根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，所述内部控制报文包含用于传输安全相关数据的数据字段，并且所述总线耦合器和/或每个总线用户被构造为从该数据字段中读出安全相关数据及将安全相关数据写入到该数据字段中。
21.根据权利要求10所述的通信系统，其特征在于，每个总线用户具有分配给第一和第二接口的错误识别装置，用于采集在第一和/或第二接口被错误接收和/或未被识别的内部数据报文和/或内部控制报文，其中所述内部数据报文和/或内部控制报文分别具有另外两个状态信息字段(206，207)，所述采集装置的相应结果能够被写入到所述另外两个状态信息字段中。
22.根据权利要求21所述的通信系统，其特征在于，所述错误识别装置具有分配给第一和第二接口的第一报文计数装置(92，93)，所述第一报文计数装置持续地对要经由第一接口发送的内部数据报文和/或内部控制报文进行计数并且持续地对要经由第二接口(100)发送的内部数据报文和/或内部控制报文进行计数，并且所述内部数据报文和/或内部控制报文分别包含报文号字段(205)作为另一状态信息字段，第一报文计数装置(92，93)的相应值能够被写入到所述报文号字段(205)中并被传输到相邻的第一和/或第二总线用户。
23.根据权利要求22所述的通信系统，其特征在于，所述错误识别设备还具有：
分配给第一和第二接口的第二报文计数装置(91，94)，所述第二报文计数装置对在第一接口接收到的内部数据报文和/或内部控制报文进行计数并且对在第二接口接收到的内部数据报文和/或内部控制报文进行计数，以及
比较装置，用于将在内部数据报文和/或内部控制报文中接收的计数值与由第二报文计数装置确定的计数值进行比较，所述在内部数据报文和/或内部控制报文中接收的计数值说明相邻的总线用户迄今已经经由相应的第一或第二接口发送了多少内部数据报文和/或内部控制报文。
24.根据权利要求21所述的通信系统，其特征在于，每个总线用户具有用于生成校验和的装置，所述内部数据报文和/或内部控制报文分别具有校验和字段(209)作为另一状态信息字段，相应的总线用户能够将所生成的校验和写入到校验和字段中，每个总线用户具有用于读取和分析在内部数据报文和/或内部控制报文中接收的校验和的装置。
25.一种用于经由总线耦合器(30)在能够传输以太网报文的网络(209)与多个总线用户之间交换数据的方法，其中所述网络连接到所述总线耦合器(30)的外部接口，所述多个总线用户经由所述总线耦合器(30)的内部接口串行地连接到环形传输路径，其中经由所述总线耦合器(30)的外部接口接收的以太网报文在转换装置(33)中被转换为不包含所述以太网报文(170)的控制数据的内部数据报文(180)，所述内部数据报文被转发到所述总线耦合器(30)的内部接口并输出到所述环形传输路径上，所述内部数据报文(180)包含用于内部控制数据的至少一个状态信息字段(201)，每个连接到所述内部接口的总线用户在内部数据报文在所述环形传输路径上通过相应的总线用户时利用在所述环形传输路径上流转的内部数据报文交换为该总线用户确定的有效数据，所述总线用户能够从所述内部数据报文(180)的数据字段(211)中分配给该总线用户的数据块中提取有效数据以及从所述内部数据报文(180)的所述至少一个状态信息字段(201)中提取内部控制信息，并且能够在其一侧将有效数据插入到所述内部数据报文的数据字段(211)的分配给该总线用户的数据块中以及将内部控制信息插入到所述内部数据报文的所述至少一个状态信息字段(201)中。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述内部控制数据包含涉及总线用户的状态信息，每个总线用户能够生成内部控制报文(190，220)，所述内部控制报文分别包含用于标识内部控制报文的起始标记的起始标记字段(195)和用于分布式且自主地监视相应相邻的两个总线用户之间通信的涉及总线用户的状态信息的至少一个状态信息字段(201)；如果在所述总线耦合器(30)中不存在任何内部数据报文(180)用于传输，则相应相邻的两个总线用户经由独立的通信路径交换用于分布式且自主地监视相应相邻的两个总线用户之间通信的内部控制报文(190，220)。
CN2009801190833A 2008-04-11 2009-04-14 用于在上级和下级网络之间交换数据的方法、系统和总线耦合器 Active CN102047188B (zh)

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Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007051657A1 (de) * 2007-10-26 2009-04-30 Robert Bosch Gmbh Kommunikationssystem mit einem CAN-Bus und Verfahren zum Betreiben eines solchen Kommunikationssystems
JP5419493B2 (ja) * 2009-03-03 2014-02-19 キヤノン株式会社 データ処理装置、データ処理装置の制御方法、およびプログラム
DE102009045901A1 (de) * 2009-10-21 2011-04-28 Endress + Hauser Process Solutions Ag Prozesskontrollanordnung für eine Anlage der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik
EP2466406B1 (de) * 2010-12-15 2016-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur automatischen Erzeugung von Dynamic Frame Packgruppen
EP2466803B1 (de) 2010-12-15 2013-04-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Datenübertragung in einem Automatisierungssystem unter Verwendung von Dynamic Frame Packing
EP2506502B1 (de) * 2011-03-31 2013-10-23 Siemens Aktiengesellschaft Redundantes Automatisierungssystem
DE102011115431B4 (de) * 2011-10-08 2022-07-28 Robert Bosch Gmbh Feldbusnetzwerkadapter und Feldbusnetzwerkteilnehmer mit Feldbusanschlüssen
DE102011084364A1 (de) * 2011-10-12 2013-04-18 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Verfahren zur telegrammweisen Datenübertragung
JP5035480B1 (ja) * 2012-01-27 2012-09-26 オムロン株式会社 データ中継装置、データ送信装置、ネットワークシステム
US9438471B1 (en) * 2012-02-20 2016-09-06 F5 Networks, Inc. Multi-blade network traffic management apparatus with improved failure handling and methods thereof
DE102012206272A1 (de) * 2012-04-17 2013-10-17 Beckhoff Automation Gmbh Feldbus-Datenübertragung
WO2016132530A1 (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 三菱電機株式会社 通信装置、通信方法及びプログラム
JP2017063273A (ja) * 2015-09-24 2017-03-30 富士通株式会社 伝送装置及び伝送システム
AT517778B1 (de) * 2015-10-01 2021-10-15 B & R Ind Automation Gmbh Verfahren zur Datenkommunikation mit reduziertem Overhead in einem echtzeitfähigen Ethernet-Datennetzwerk
DE102015121104A1 (de) * 2015-12-03 2017-06-08 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Kopplung zweier Bussysteme
DE102016107629A1 (de) * 2016-04-25 2017-10-26 Schaffner International AG Gerät zur Synchronisation über eine Ethernetschnittstelle
EP3264097B1 (de) * 2016-07-01 2020-05-27 Siemens Healthcare Diagnostics Products GmbH Verfahren und messsystem zur überwachung des verschleisses von schleifkontakten
DE102016223795A1 (de) * 2016-11-30 2018-05-30 Siemens Aktiengesellschaft Befehls- und Meldesystem für die Automatisierungstechnik
US10268173B2 (en) 2017-03-17 2019-04-23 Eaton Intelligent Power Limited Distributed logic control apparatus
US10089276B1 (en) 2017-03-17 2018-10-02 Eaton Intelligent Power Limited Distributed logic control apparatus
DE102017002806B4 (de) 2017-03-23 2018-10-04 WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Koppler für ein Automatisierungssystem
DE102017002804B4 (de) 2017-03-23 2018-10-04 WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Koppler für ein Automatisierungssystem
DE102017002805B4 (de) 2017-03-23 2018-10-04 WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betrieb eines Bussystems eines Automatisierungssystems
DE102017208824B4 (de) 2017-05-24 2022-12-29 Wago Verwaltungsgesellschaft Mbh Busumsetzer
DE102017208825B4 (de) 2017-05-24 2019-01-17 Wago Verwaltungsgesellschaft Mbh Übertragen von Daten auf einem Lokalbus
DE102017208833B4 (de) 2017-05-24 2018-12-13 Wago Verwaltungsgesellschaft Mbh Moduleinheit
DE102017008945B3 (de) 2017-09-23 2018-12-13 WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Schaltung zur Kopplung eines Feldbusses und eines Lokalbusses
DE102018101103A1 (de) * 2018-01-18 2019-07-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Computerprogramme für eine Überwachungsinstanz und eine Kommunikationskomponente, Überwachungsinstanz, Kommunikationskomponente, System und Fahrzeug
DE102018106871A1 (de) * 2018-03-22 2019-09-26 Thyssenkrupp Ag Verfahren zur Diagnose einer Funktionalität mit diskreten Werten oder diskreten Klassen von Werten auf der Eingangs- oder Ausgangsseite
US10735218B2 (en) * 2018-05-23 2020-08-04 Beckhofff Automation GmbH Data transmission method and automation-communication network
DE102018115100A1 (de) * 2018-06-22 2019-12-24 Krohne Messtechnik Gmbh Verfahren zur Fehlerbehandlung bei Buskommunikation und Buskommunikationssystem
DE102018212399A1 (de) 2018-07-25 2020-01-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Übermittlung zeitkritischer Daten innerhalb eines Kommunikationssystems für ein industrielles Automatisierungssystem und Kommunikationssystem
US11537716B1 (en) 2018-11-13 2022-12-27 F5, Inc. Methods for detecting changes to a firmware and devices thereof
DE102019114303B3 (de) * 2019-05-28 2020-09-17 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum Erfassen von Netzwerkteilnehmer in einem Automatisierungsnetzwerk und Automatisierungsnetzwerk
DE102019208678A1 (de) * 2019-06-14 2020-12-17 Robert Bosch Gmbh Kommunikationsverfahren
LU101427B1 (de) 2019-10-02 2021-04-08 Phoenix Contact Gmbh & Co Ein/Ausgabe-Station für ein Feldbussystem, Feldbus-Koppler für die Ein/Ausgabe-Station, sowie Platzhaltermodul für die Ein/Ausgabe-Station
LU101428B1 (de) 2019-10-02 2021-04-02 Phoenix Contact Gmbh & Co Verfahren zur Datenübertragung zwischen einem Peipheriegerät und einer Datenerfassungseinheit, Peripheriegerät sowie Datenerfassungseinheit
DE102019126690A1 (de) 2019-10-02 2021-04-08 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Verfahren zur datenübertragung zwischen einem peripheriegerät und einer datenerfassungseinheit, peripheriegerät sowie datenerfassungseinheit
DE102019126668A1 (de) * 2019-10-02 2021-04-08 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Ein-/ausgabe-einheit zur datenerfassung bei einem feldbussystem
DE102019131622A1 (de) * 2019-11-22 2021-05-27 Beckhoff Automation Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Automatisierungssystems und Dateninfrastruktur
DE102020110753A1 (de) * 2020-04-21 2021-10-21 Turck Holding Gmbh Bus-Koppler für ein Netzwerk und Verfahren zum Betreiben eines Bus-Kopplers
CN111708313B (zh) * 2020-04-28 2021-11-09 北京骥远自动化技术有限公司 一种可实现高效传输plc系统及其数据传输方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1392711A (zh) * 2001-06-14 2003-01-22 日本电气株式会社 网络监视系统、数据量计数方法及用于系统的程序
US20060075009A1 (en) * 2004-08-31 2006-04-06 Watlow Electric Manufacturing Company Method of diagnosing an operations system

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4498168A (en) † 1982-12-13 1985-02-05 Trw Inc. Communication network and method for its use
US5251213A (en) † 1992-05-12 1993-10-05 Microcom Systems, Inc. Multiport source routing token ring bridge apparatus
FI90710C (fi) † 1992-05-29 1994-03-10 Icl Personal Systems Oy Menetelmä paikallisverkkoon tarkoitetun TCP/IP-ohjelmiston sovittamiseksi etäyhteydelle
US5604867A (en) † 1994-07-22 1997-02-18 Network Peripherals System for transmitting data between bus and network having device comprising first counter for providing transmitting rate and second counter for limiting frames exceeding rate
JP3531367B2 (ja) † 1996-07-04 2004-05-31 株式会社日立製作所 トランスレータ
US6574238B1 (en) † 1998-08-26 2003-06-03 Intel Corporation Inter-switch link header modification
DE19921359C2 (de) * 1999-05-10 2001-03-15 Systeme Helmholz Gmbh Datenübertragungssystem mit bidirektionaler Datenburstübertragung zwischen einer Zentrale und mindestens einer an einen Bus angeschlossenen Busstation
US7024257B2 (en) 2001-02-09 2006-04-04 Motion Engineering, Inc. System for motion control, method of using the system for motion control, and computer-readable instructions for use with the system for motion control
US6842454B2 (en) † 2001-03-14 2005-01-11 Schneider Automation Inc. Method and system for device addressing on a computer network
EP1435027B1 (de) † 2001-09-26 2006-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur übertragung eines datentelegramms zwischen einer echtzeit-domain und einer nicht-echtzeit-domain und koppeleinheit
KR100458373B1 (ko) 2002-09-18 2004-11-26 전자부품연구원 이기종 프로토콜과 멀티미디어 데이터의 통합처리 방법 및장치
DE10249851A1 (de) * 2002-10-25 2004-05-13 Elektro Beckhoff Gmbh Unternehmensbereich Industrie Elektronik Verfahren, Schnittstelleneinheit und Knoten zur parallelen Nutzung eines Kommunikationsnetzwerkes für Echtzeitanwendungen und Nicht-Echtzeitanwendungen
DE10300032B3 (de) 2003-01-03 2004-05-27 E. Braun Gmbh Pulverinhalator
DE10304637A1 (de) 2003-02-04 2004-08-19 Elektro Beckhoff Gmbh Unternehmensbereich Industrie Elektronik Netzwerk-Koppler, Netzwerk und Datenverarbeitungsverfahren für Ethernet-Telegramme
WO2005004437A1 (en) * 2003-06-25 2005-01-13 Hotspot Wireless Devices, Inc. Systems and metods using multiprotocol communication
DE10337699B4 (de) * 2003-08-16 2006-01-12 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Daten über ein Busnetz unter Verwendung des Broadcast-Prinzip
DE10349906A1 (de) 2003-10-25 2005-05-25 Abb Patent Gmbh Steuergerät
DE102004001435A1 (de) * 2004-01-09 2005-08-04 Elektro Beckhoff Gmbh Unternehmensbereich Industrie Elektronik Verfahren, Schnittstelle und Netzwerk zum zyklischen Versenden von Ethernet-Telegrammen
US20050228509A1 (en) * 2004-04-07 2005-10-13 Robert James System, device, and method for adaptively providing a fieldbus link
US7613783B2 (en) 2004-08-17 2009-11-03 Schneider Automation Inc. Gateway having an input/output scanner
DE102004050423A1 (de) * 2004-10-15 2006-04-20 Bosch Rexroth Ag Kommunikationssystem und Verfahren zur Synchronisation desselben
DE102004063213B4 (de) † 2004-12-24 2006-11-23 Pilz Gmbh & Co. Kg Steuerungssystem mit einer Vielzahl von räumlich verteilten Stationen sowie Verfahren zum Übertragen von Daten in einem solchen Steuerungssystem
KR100722271B1 (ko) 2005-03-15 2007-05-28 엘지전자 주식회사 빌딩관리시스템
DE102005025582B4 (de) † 2005-06-01 2011-08-18 Phoenix Contact GmbH & Co. KG, 32825 Vorrichtung und Verfahren zur kombinierten Übertragung von Ein-/Ausgabedaten in Automatisierungs-Bussystemen
EP1748338B1 (de) † 2005-07-28 2011-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Optimierung der Bandbreitenausnutzung bei Bussystemen
US7796589B2 (en) * 2005-08-01 2010-09-14 American Power Conversion Corporation Communication protocol
US20070186010A1 (en) † 2006-02-03 2007-08-09 Rockwell Automation Technologies, Inc. Extending industrial control system communications capabilities
US8332567B2 (en) † 2006-09-19 2012-12-11 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Apparatus and methods to communicatively couple field devices to controllers in a process control system
DE102007039427A1 (de) * 2007-08-21 2009-02-26 Beckhoff Automation Gmbh Steuerknoten für ein Netzwerk aus Steuerknoten

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1392711A (zh) * 2001-06-14 2003-01-22 日本电气株式会社 网络监视系统、数据量计数方法及用于系统的程序
US20060075009A1 (en) * 2004-08-31 2006-04-06 Watlow Electric Manufacturing Company Method of diagnosing an operations system

Also Published As

Publication number Publication date
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CN102047188A (zh) 2011-05-04
US20100211711A1 (en) 2010-08-19
WO2009124780A1 (de) 2009-10-15
EP2274655B2 (de) 2019-04-17
US8898364B2 (en) 2014-11-25
EP2109259B1 (de) 2016-06-08
DE102008018633A1 (de) 2009-10-22
EP2274655A1 (de) 2011-01-19
US8291142B2 (en) 2012-10-16
EP2274655B1 (de) 2015-08-05
ES2550161T5 (es) 2019-12-13

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