CN102402212B - 用于运行网络的方法和网络 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行具有两个控制设备(12，14)和至少一个外围设备(16)的网络(10)的方法，其中每个控制设备相关于外围设备或处于激活运行状态中或处于空闲运行状态中，在激活运行状态中其会向外围设备发送控制指令，而在空闲运行状态中其不会向外围设备发送控制指令。相关于外围设备处于激活运行状态中的那个控制设备以规律的间隔向另一个控制设备发送同步信号并且向外围设备发送激活信号。当同步信号消失时，未激活的控制设备检查外围设备是否仍然从激活的控制设备接收激活信号。如果不是这种情况，则未激活的控制设备承担控制外围设备的任务。由此可以在放弃冗余的同步线路的情况下可靠地确保不会发生两个控制设备同时激活的情况。

Description

用于运行网络的方法和网络
技术领域
本发明涉及一种用于运行网络的方法，该网络具有两个控制设备和至少一个外围设备，本发明还涉及这样一种网络。
背景技术
为了控制生产设备和类似设备，以公知的方式使用的是那些通常基于所谓的现场总线标准的网络。为了避免发生网络失灵或者甚至发生可能由于生产设备失控而造成的事故以至于造成巨大的经济损失，在此具有重大意义的是，要确保网络和其组件的特别高的可用性。因此，通常提供两个冗余控制设备，分别用其中一个作为激活的控制设备向网络的其余组件发送控制信号，其中，另一个控制设备用作后备控制设备，并且仅仅在第一个控制设备发生故障时才承担对设备进行控制的任务。
在设备复杂的情况下重要的是，让后备控制设备也在任何时候获知设备的状态，从而在主控制设备失灵时能够无缝地承担控制的任务。为了实现这个目的，在控制设备之间发生同步作用。此外，后备控制设备还可以通过同步来确认主控制设备是否还是激活的。
然而在此存在以下问题，即，当控制设备之间的同步失灵时，后备控制设备不能确定，是否真的是主控制设备失灵还是仅仅同步失灵。如果主控制设备在同步失灵时还是激活的，那么后备控制设备不需要试图承担对设备进行控制的任务，这是因为否则两个控制设备可能向网络的组件发送相互矛盾的控制信号。这样一来，网络可能进入一种未定义的状态，这同样可能导致设备失灵或者甚至导致损坏设备。因此，通常在两个控制设备之间冗余地设计有同步装置和同步线路。
但是，这样以不利的方式增加了这种网络的生产成本。此外，在一个冗余的同步线路或者同步装置中也可能发生这种情况，即，主控制设备仍是激活的，而与此同时，两个同步线路或者同步装置失灵。在这种情况下也再次出现以下问题，即，两个控制设备可能同时试图承担对设备进行控制的任务。
发明内容
因此本发明的目的是，提供开头所述类型的一种方法以及一种网络，它们使得具有两个控制设备的网络能够特别可靠地并且无冲突地运行。
该目的通过一种用于运行网络的方法以及通过一种具有两个控制设备和至少一个外围设备的网络得以实现。
在这样一种用于运行具有两个控制设备和至少一个外围设备的网络的方法中，每个控制设备相关于外围设备或处于激活运行状态中或处于空闲运行状态中，在激活运行状态中会向外围设备发送控制指令，而在空闲运行状态中不会向外围设备发送控制指令。这些控制设备在此相关于外围设备总是处于分别不同的运行状态中。换句话说，其中一个控制设备相关于外围设备总是作为主控制设备起作用，而另一个控制设备承担后备功能。此外，这些控制设备中的相关于外围设备处于激活运行状态中的那个控制设备以规律的间隔向另一个控制设备发送同步信号。由此就确保了两个控制设备处于相同的内部状态中，从而当在激活运行状态中工作的控制设备失灵时，另一个控制设备能够无缝地承担控制外围设备的任务。
此外，这些控制设备中的相关于外围设备处于激活运行状态中的那个控制设备还以规律的间隔向外围设备发送同步信号。该外围设备于是能够不取决于另一个控制设备就确认，当前激活的主控制设备是否仍然能够起作用，为此，它会控制激活信号的有规律的接收情况。这可以被用来避免两个控制设备意外地被同时激活。此外，如果在一个预定时间段内没有由激活的控制设备接收到至少一个同步信号，那么相关于外围设备处于空闲状态的那个控制设备就检查外围设备是否在另一个预定的时间段内从在激活运行状态中的控制设备那里接收到激活信号。处于空闲运行状态中的控制设备就可以确定，没有接收到至少一个同步信号是因为处于激活运行状态中的控制设备失灵还是仅仅因为两个控制设备之间的同步失灵。
如果在这次检查中发现，即外围设备在另一个预定的时间段内实际上接收到了来自处于激活运行状态中的控制设备的激活信号，那么控制设备就保持在其空闲运行状态中，这是因为激活的控制设备仍然能够起作用，并且仅仅是同步失灵。但是，如果外围设备在另一个预定的时间段内没有接收到来自激活运行状态中的控制设备的激活信号，那么处于空闲运行状态中的控制设备就可以转换到激活运行状态中，因为现在明确了，同步信号的消失实际上是因为处于激活运行状态中的控制设备失灵。由此可靠地避免两个控制设备同时转换到激活运行状态中并且由此引起外围设备中发生冲突。同时在这种方法中可以放弃在控制设备之间冗余地设计对同步信号的传输，从而可以成本特别低廉地安装一种用于执行这个方法的网络。
在这个方法的一个优选实施方式中使用了多个外围设备。相关于第一组外围设备，第一控制设备处于激活运行状态中，并且第二控制设备处于空闲运行状态中。与之相对地，相关于第二组外围设备，第一控制设备处于空闲运行状态中，并且第二控制设备处于激活运行状态中。于是，在这个方法的该设计方案中，不一定要用其中一个控制设备作为主控制设备用于所有外围设备，而另一个控制设备仅用作为后备。而是将对外围设备的控制任务分配给两个控制设备，其中，每个控制设备都用作为控制那些正在被另一个控制设备控制的外围设备的后备。因此例如可以优化地充分利用这两个控制设备的计算能力，使得利用这种方法运行的网络的性能特别好。当其中一个控制设备失灵时，就以所述方式，将对之前由失灵的控制设备负责控制的外围设备进行控制的任务转移给另一个控制设备，然后这个控制设备控制所有的外围设备。
在本发明的另一个优选实施方式中，只有当控制设备相关于它们处于空闲运行状态中的所有那些外围设备在另一个预定时间段内没有从相关于这些外围设备处于激活运行状态中的控制设备接收到激活信号时，控制设备才会从空闲运行状态转换到激活运行状态中。于是确保了，即使一个或多个外围设备具有关于激活的控制设备的状态的错误信息，也不会让在空闲运行状态中工作的控制设备发生错误激活的情况。
然而也可以符合目的的是，当控制设备相关于它们处于空闲运行状态中的至少一个外围设备在另一个预定的时间段内没有接收到激活信号时，让其中一个控制设备相关于所有外围设备已经转换到激活状态中。借此可以确保，其它外围设备的相关于接收激活信号的错误信息不会导致控制损耗。
优选地，至少一个外围设备还将关于其运行状态的信号发送给两个控制设备。由此确保了，处于空闲状态中的控制设备也在任何时候都具有关于设备和所有外围设备的当前状态的信息，从而在主控制设备失灵时能够立刻承担控制任务，而不会发生冲突。
在此特别符合目的的是，处于空闲运行状态中的控制设备以和处于激活运行状态中的控制设备相同的方式处理。因此，空闲运行状态与激活运行状态的区别仅在于，在空闲运行状态中，没有控制信号发送给外围设备。此外，这两个控制设备的内部状态一致，从而在处于空闲运行状态中的控制设备承担控制功能时不会发生时间延迟。
在本发明的一个特别优选的实施方式中，控制设备和外围设备之间的信号通过单独的并且配属于各个控制设备的线路传输。换句话说，不仅冗余地设计控制设备，也冗余地设计配属于它们的线路，即整个网络。这就确保了网络的可用性特别高，这是因为借此不仅可以补偿一个控制设备中的失灵，还可以补偿网络的线路系统中的失灵。
优选地，为了在控制设备和该至少一个外围设备之间传输信号，使用现场总线。在此涉及一种标准化的、有实时能力的以太网，以具有优点的方式，它需要接的电缆数量特别少，特别抗干扰，并且由于标准化使得不仅数据线路而且所使用的协议都允许各种各样的外围设备和控制设备合作。
在本发明的另一个优选实施方式中，为了在控制设备之间传输同步信号，使用了区别于现场总线的数据线路。由此可以确保，即使在网络中发生干扰时，或者网络负载特别高时，两个控制设备的同步作用也能够顺畅地运行。
更有利的是，当控制设备之间的同步信号消失时，预定的、设计为主控制设备的控制设备相关于所有外围设备转换到激活运行状态中，并且另一个设计为后备控制设备的控制设备相关于所有外围设备转换到空闲运行状态中。特别符合目的的是，当同步失灵时，在这两个控制设备之间分配控制任务。在同步失灵时，通过将所有控制任务转交给唯一一个控制设备，使得要控制的设备能够无冗余地继续运行，而不会由于同步失灵就发生冲突。
本发明还涉及一种具有两个控制设备和至少一个外围设备的网络。每个控制设备相关于外围设备或处于激活运行状态中或处于空闲运行状态中，在激活运行状态中控制设备会向外围设备发送控制指令，而在空闲运行状态中控制设备不会向外围设备发送控制指令。这些控制设备在此相关于外围设备总是处于分别不同的运行状态中。这些控制设备还设计用于在激活运行状态中以规律的间隔向各个另外的控制设备发送同步信号，并且在激活运行状态中以规律的间隔向外围设备发送激活信号。
此外，这些控制设备还设计用于，如果在空闲运行状态中在一个预定时间段内没有从各个另外的控制设备接收到至少一个同步信号，那么检查外围设备在另一个预定时间段内是否从处于激活运行状态中的控制设备接收到激活信号，如果不是这种情况，控制设备就相关于外围设备从空闲运行状态转换到激活运行状态中。正如已经借助根据本发明的方法描述的那样，在一个这种网络中可以确保当控制设备之间的同步信号消失时，不会发生两个控制设备同时转换为激活运行状态这种让人不希望发生的情况。因此，这种网络运行特别安全并且同时可用性高。
附图说明
接下来，借助附图更详尽地阐述本发明及其实施方式。其示出：
图1示出了用于执行根据本发明的方法的一个实施例的网络的示意方块图。
图2示出了在执行该根据本发明的方法的一个实施例中，一个网络中的信息流的示意图，以及
图3示出了根据本发明的网络的一个实施例。
具体实施方式
在一个整体上用10标注的、对于工业自动化来说可用性高的网络中设有两个可编程的控制单元12，14，它们用于控制外围设备16。控制单元12在此处于激活运行状态中，即作为主机，而处于空闲状态中的控制单元14承担后备功能。通过那些仅示意示出的网络连接18，激活的控制单元12通过逻辑连接20与外围设备16通信，并且向它发送控制信号。反之，激活的控制单元12从外围设备16接收状态信息。
后备控制单元14同样通过逻辑连接22与外围设备16连接，然而不向它发送控制信号，但是同样从外围设备16接收状态信息。后备控制单元14设计用于在激活的控制单元12失灵的情况下承担控制外围设备16的任务。
为了能够无缝地实现在控制单元12，14之间的控制功能的交接，控制单元12，14通过同步连接24相互连接。由此确保了控制单元14随时处于如同激活的控制单元12一样的内部的运行状态中。控制单元14的运行状态由此与控制单元12的运行状态的区别仅仅在于，控制单元14不向外围设备发出控制信号。控制单元12，14之间的同步在此可以通过事件同步，时钟同步或者周期同步的自身已知的方法得以实现。
如果控制单位14不再从激活的控制单元12接收到同步信号，那么一开始还不清楚控制单元12是否真的失灵，或者是否只是同步连接24出故障。如果是同步连接出故障，后备控制单元14就不能承担控制功能，这是因为在这种情况下，这两个控制单元12，14就都可能会向外围设备16发送激活的控制信号。由此就可能在网络10中或者外围设备16中发生冲突并且出现未定义的状态，这些可能会导致要控制的设备受损。
为了避免这种情况，如图2中所示，在控制单元12，14和外围设备16之间交换额外的信号。激活的控制单元12通过它的网络接口26通过逻辑连接20以规律的间隔向外围设备16发送激活信号。在接收这些激活信号时，外围设备16设定一个状态位(PrimaryPresent原始现时位)，它显示出该控制设备12仍在运行。在控制设备12一开始承担控制外围设备16的任务时，还设定另一个状态位(selbstPrimary自身原始位)，它显示出外围设备16现在对应于控制设备12。在正常运行期间，通过逻辑连接20，控制设备12的控制信号和外围设备16的状态信息在控制设备12和外围设备16之间传输，从而使得外围设备16执行所希望的功能。
控制设备14一直保持在它的后备状态中，直到其不再从激活的控制设备12接收到同步信号。这时必须检查，激活的控制设备12是否真的失灵了，或则只是同步连接24不再起作用。此外，控制设备14还为所有外围设备16检查Primary-Present-Bit是否被设定。如果其未被设定，那么后备控制设备14就得知，实际上是激活的控制设备12失灵，而不是同步连接24失灵。这时，控制设备14自身成为主控制设备，并且承担控制设备16的控制任务。与此同时，它将配属给它的Selbst-Primary-Bit设定在外围设备16中，从而让外围设备得知，它现在对应于控制设备14。控制设备14现在规律地向外围设备16发送激活信号，从而使外围设备16再次设定它的Primary-Present-Bit，并且相关于外围设备16的控制再次使得网络正常运行。
最后，图3还示出一个具体网络的示意图，该网络用于执行所述方法。该网络10中的控制设备12和控制设备14通过它们的网络控制设备26，28分别与本身的现场总线线路30，32连接，这些线路又与直接连线的外围设备16连接，该外围设备以上述方法被控制。
除了直接连接在现场总线线路30，32上的外围设备16之外，还存在另一个外围设备16’，它通过Y形开关34间接地与现场总线线路30，32连接。因此，外围设备16’的连接不是冗余的，而只有开关34是冗余连接的，并且同样以上述方式和方法被控制。通过转换器36，来自现场总线线路30，32的信号最终仍然可以传输给其它的，不冗余的外围设备38。根据关于外围设备的可用性的权利要求，这些外围设备也就可以直接地或者间接地与现场总线线路30，32连接。当间接连接时，在开关34，36的级别上执行所述方法，这些开关将控制信号传输给非冗余地连接的控制设备16’和38。

Claims (15)

1.一种用于运行网络(10)的方法，所述网络具有两个控制设备(12，14)和至少一个外围设备(16)，其中：
-每个所述控制设备(12，14)相关于所述外围设备(16)或处于激活运行状态中或处于空闲运行状态中，在所述激活运行状态中所述控制设备向所述外围设备(16)发送控制指令，而在所述空闲运行状态中所述控制设备不向所述外围设备(16)发送控制指令；
-所述控制设备(12，14)相关于所述外围设备(16)总是处于分别不同的运行状态中；
-相关于所述外围设备(16)处于所述激活运行状态中的那个所述控制设备(12)以规律的间隔向另一个所述控制设备(14)发送同步信号；
-相关于所述外围设备(16)处于所述激活运行状态中的那个所述控制设备(12)以规律的间隔向所述外围设备(16)发送激活信号；
-如果相关于所述外围设备(16)处于所述空闲运行状态中的另一个所述控制设备在一个预定时间段内没有从相关于所述外围设备(16)处于所述激活运行状态中的所述控制设备(12)接收到至少其中一个同步信号，那么另一个所述控制设备(14)检查所述外围设备(16)在另一个预定时间段内是否从处于所述激活运行状态中的所述控制设备接收到激活信号，如果不是这种情况，另一个所述控制设备就相关于所述外围设备从所述空闲运行状态转换到所述激活运行状态中。
2.根据权利要求1所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，设有多个外围设备(16，16’，38)，其中，相关于第一组外围设备(16，16’，38)，第一控制设备(12)处于所述激活运行状态中，并且第二控制设备(14)处于所述空闲运行状态中，以及相关于第二组外围设备(16，16’，38)，所述第一控制设备(12)处于所述空闲运行状态中，并且所述第二控制设备(14)处于所述激活运行状态中。
3.根据权利要求2所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，只有当所述控制设备(12，14)相关于它们处于所述空闲运行状态中的所有那些外围设备(16，16’，38)在另一个预定时间段内没有从相关于所述外围设备处于所述激活运行状态中的所述控制设备(12，14)接收到激活信号时，控制设备(12，14)才会从所述空闲运行状态转换到所述激活运行状态中。
4.根据权利要求2所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，当所述控制设备(12，14)相关于它们处于所述空闲运行状态中的至少一个外围设备(16，16’，38)在另一个预定时间段内没有从相关于所述外围设备处于激活运行状态中的所述控制设备(12，14)接收到激活信号时，则控制设备(12，14)相关于所有外围设备(16，16’，38)从所述空闲运行状态转换到所述激活运行状态中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，至少一个外围设备(16，16’，38)将关于其运行状态的信号发送给两个控制设备。
6.根据权利要求5所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，处于所述空闲运行状态中的所述控制设备(14)以和处于所述激活运行状态中的所述控制设备(12)相同的方式处理所述外围设备(16，16’，38)的信号。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，通过单独的、配属于各个控制设备的线路(30，32)在所述控制设备(12，14)和所述外围设备(16，16’，38)之间传输信号。
8.根据权利要求6所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，通过单独的、配属于各个控制设备的线路(30，32)在所述控制设备(12，14)和所述外围设备(16，16’，38)之间传输信号。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，为了在所述控制设备(12，14)和至少一个外围设备(16，16’，38)之间传输信号，使用现场总线。
10.根据权利要求8所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，为了在所述控制设备(12，14)和至少一个外围设备(16，16’，38)之间传输信号，使用现场总线。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，为了在所述控制设备(12，14)之间传输同步信号，使用区别于现场总线(30，32)的数据线路(24)。
12.根据权利要求10所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，为了在所述控制设备(12，14)之间传输同步信号，使用区别于现场总线(30，32)的数据线路(24)。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，如果相关于所述外围设备(16)处于所述空闲运行状态中的所述控制设备(12，14)没有接收到至少一个同步信号，并且如果同时由相关于所述外围设备(16)处于所述激活运行状态中的所述控制设备(12，14)接收到激活信号，则通过所述外围设备(16)，使得一个预先确定的控制设备(12，14)相关于所有外围设备(16)转换到所述激活运行状态中，并且使得另一个控制设备(12，14)相关于所有外围设备(16)转换到所述空闲运行状态中。
14.根据权利要求12所述的用于运行网络(10)的方法，其特征在于，如果相关于所述外围设备(16)处于所述空闲运行状态中的所述控制设备(12，14)没有接收到至少一个同步信号，并且如果同时由相关于所述外围设备(16)处于所述激活运行状态中的所述控制设备(12，14)接收到激活信号，则通过所述外围设备(16)，使得一个预先确定的控制设备(12，14)相关于所有外围设备(16)转换到所述激活运行状态中，并且使得另一个控制设备(12，14)相关于所有外围设备(16)转换到所述空闲运行状态中。
15.一种具有两个控制设备(12，14)和至少一个外围设备(16，16’，38)的网络(10)，其中：
-每个所述控制设备(12，14)相关于所述外围设备(16，16’，38)或处于激活运行状态中或处于空闲运行状态中，在所述激活运行状态中所述控制设备会向所述外围设备(16，16’，38)发送控制指令，而在所述空闲运行状态中所述控制设备不会向所述外围设备(16，16’，38)发送控制指令；
-所述控制设备(12，14)相关于所述外围设备(16，16’，38)总是处于分别不同的运行状态中；
-所述控制设备(12，14)设计用于在所述激活运行状态中以规律的间隔向另一个所述控制设备(12，14)发送同步信号；
-所述控制设备(12，14)设计用于在所述激活运行状态中以规律的间隔向所述外围设备(16，16’，38)发送激活信号；
-所述控制设备(12，14)还设计用于，如果在所述空闲运行状态中在一个预定时间段内没有从各个另外的控制设备(12，14)接收到至少一个同步信号，那么检查所述外围设备(16，16’，38)在另一个预定时间段内是否从处于所述激活运行状态中的所述控制设备(12，14)接收到激活信号，如果不是这种情况，所述控制设备就相关于所述外围设备(16，16’，38)从所述空闲运行状态转换到所述激活运行状态中。
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