CN102611613B

CN102611613B - 自适应多冗余环形网络系统及用于选择绕行路线的方法

Info

Publication number: CN102611613B
Application number: CN201210022805.7A
Authority: CN
Inventors: 李寿康; 权永灿
Original assignee: LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN102611613A; US20120188869A1; KR20120084516A; DE102012000158B4; KR101720347B1; JP5431507B2; JP2012151850A; DE102012000158A1; US8780702B2

Abstract

本发明公开了一种自适应多冗余环形网络系统及用于选择绕行路线的方法，尤其公开了一种使用能够选择路径的双端口以太网通信模块的自适应多冗余环形网络系统，所述网络系统包括：主网络系统，其包括第一主控制单元和多个第一从属控制单元；以及子网络系统，其包括第二主控制单元和多个第二从属控制单元，其中，多个第一从属控制单元中的每个和多个第二从属控制单元中的每个均包括双端口以太网通信模块，并且多个第一从属控制单元中的每个、多个第二从属控制单元中的每个、第一从属控制单元和第二从属控制单元通过双端口以太网通信模块选择性地连接。

Description

自适应多冗余环形网络系统及用于选择绕行路线的方法

技术领域

本发明概括地涉及一种网络系统，更具体地涉及一种具有冗余扩展基板的自适应多冗余环形网络系统。

背景技术

工业环境中使用的传统自动化设备包括使用继电器和其他装置的机械设备。为了功能性地改变包括机械设备在内的自动化设备，在逐一校正设备内部电路的导线方面存在困难。为了解决该问题，已经提出了可编程序逻辑控制器(在下文中称为PLC)。

PLC是可编程序逻辑控制器。PLC通常执行与计算机的任务相同的任务，其被配置为接收来自设备的信号，并根据在其中编程的内容处理信号，然后将处理后的信号输出到设备。此外，PLC能够使用半导体器件如集成器件或晶体管在功能上替代控制单元如继电器、计时器和计数器。PLC包括由数值计算功能增加的、用于控制程序的基序列控制功能，并根据预先存储在内存储器中的程序来实施预定逻辑。PLC可用于各种操作，例如：器件控制操作、数值设置操作、时间控制操作、实时监控操作、实时数据收集操作和安全器件运行操作。

现今，使用PLC的PLC系统已经被广泛用于各种领域，包括水坝、电厂、半导体制造厂等。PLC系统用于处理工业上重要的数据，例如，用于基础工业如发电设施的数据。在这种情况下，如果PLC系统在运行时出错，则会导致巨大损失。因而，系统的稳定性是至关重要的。当由于PLC系统中的错误而导致数据被擦除或在运行时出错时，可能会导致巨大损失。为了解决该问题，PLC系统使用复制执行相同功能的功能块的冗余技术。

通常，冗余PLC系统设置有两个中央处理器(在下文中称为CPU)以准备应对最坏的情况。然而，冗余技术并不应用于真正执行PLC系统的预定操作的每个基板，即使设置有两个CPU，也会导致运行效果降低。

由于PLC的可用范围通过工厂自动化程度的不断增加而被扩大，因此，PLC已经被广泛用于各种领域。在这些领域中，冗余系统已经在系统必须无间断连续运行的工厂中被使用。冗余系统包括充当主系统的主要系统和用于在主系统发生故障时不间断运行的备用系统。冗余系统通常被配置为仅复制CPU和电源装置。在这种情况下，扩展基板未被复制，从而导致在扩展基板发生故障时关联的基板被停止。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种使用能够选择路径的双端口以太网通信模块的自适应多冗余环形网络系统。

本发明的另一个目的是提供一种用于选择通过使两个路径彼此混合来创建的绕行路线的方法。

为了实现上述目的，提供了一种自适应多冗余环形网络系统，其包括主网络系统和子网络系统。所述主网络系统包括第一主控制单元和多个第一从属控制单元，而所述子网络系统包括第二主控制单元和多个第二从属控制单元。多个第一从属控制单元中的每个和多个第二从属控制单元中的每个均包括双端口以太网通信模块，并且多个第一从属控制单元中的每个、多个第二从属控制单元中的每个、第一从属控制单元和第二从属控制单元通过双端口以太网通信模块选择性地连接。

优选地，根据双端口以太网通信模块的连接状态，多冗余环形网络系统形成：与第一主控制单元和多个第一从属控制单元连接的第一路径；与第二主控制单元和多个第二从属控制单元连接的第二路径；与第一主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接的第三路径；以及与第二主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接的第四路径。

优选地，系统按照优先级使用第一路径或第二路径执行通信，并在第一路径和第二路径不能被使用时使用第三路径或第四路径执行通信。

优选地，双端口以太网通信模块与其所连接的另一通信模块共享网络信息，并且每个通信模块基于网络信息来形成路由表。

优选地，当使得通信模块之间断开时，双端口以太网通信模块对当前连接网络的所有信息进行更新，并校正所述路由表。

为了实现上述目的，提供了一种用于选择自适应多冗余环形网络系统的绕行路线的方法，所述自适应多冗余环形网络系统包括具有第一主控制单元和多个第一从属控制单元的主网络系统，以及具有第二主控制单元和多个第二从属控制单元的子网络系统；所述方法包括以下步骤：判定与第一主控制单元和多个第一从属控制单元连接的第一路径是否已连接；当判定出第一路径断开时，判定是否使用与第二主控制单元和多个第二从属控制单元连接的第二路径；当第二路径已正常连接时，使用第二路径作为通信网络；以及当判定出第二路径断开时，使用第三路径或第四路径作为通信网络，第三路径与第一主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接，第四路径与第二主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接。

优选地，所述方法进一步包括：形成与第一主控制单元和多个第一从属控制单元连接的第一路径；与第二主控制单元和多个第二从属控制单元连接的第二路径；与第一主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接的第三路径；以及与第二主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接的第四路径。

附图说明

图1为示出了使用工业以太网的网络控制系统的图；

图2为示出了使用冗余PLC的网络控制系统的框图；

图3为示出了使用导线和交换机的冗余网络系统的一个实施例的图；

图4为示出了使用导线和交换机的冗余网络系统的另一个实施例的图；

图5为示出了无交换机的冗余环形网络系统的一个实施例的图；

图6为示出了无交换机的冗余环形网络系统的另一个实施例的图；

图7为示出了根据本发明的一个实施例的多冗余环形网络系统的图；

图8为示出了处于正常状态的冗余环形网络系统的图；

图9为示出了图8所示的系统的路由表的图表；

图10为示出了在图8的主网络中发生一个故障的情形的图；

图11为示出了在图10的情形下的路由表的图表；

图12为示出了在图8的主网络中发生两个故障的情形的图；

图13为示出了在图12的情形下的路由表的图表；

图14为示出了在图12所示的主网络中发生两个故障并且随后在子网络中发生一个故障的情形的图；

图15为示出了在图14的情形下的路由表的图表；

图16为示出了在图12所示的主网络中发生两个故障并且随后在子网络中发生两个故障的情形的图；

图17为示出了图16的路由表的图表；

图18为示出了在子网络中检查主网络的信息、判定是否存在用于补偿子网络断开部分的路径并应用该路径的过程的图；

图19为示出了选择绕行路线的过程的流程图；以及

图20为示出了图18的路由表的图表。

具体实施方式

由于本发明可以有不同的变化并且包括多个实施例，因此，将在详细描述中详述附图中所示的具体实施例。

然而，应该理解的是，本发明不限于上述具体实施例，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以做出各种不同变型、等同方案和替代方案。

虽然此处使用的术语“第一”、“第二”等用于描述各种部件，但是这些部件不应当受这些术语限制。

这些术语仅用于使一个部件区别于另一个部件。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，第二部件可以被指定为第一部件。同样，第一部件也可以被指定为第二部件。

此外，当在说明书或权利要求书中使用术语“联接”或“连接”时，不仅旨在表示“直接联接或连接至”，也表示“间接联接或连接至”，如通过另一部件或另一些部件进行连接。相反，术语“直接联接或连接”表示在联接或连接的部件之间没有任何部件。

另外，应该理解的是，此处所使用的术语用于描述具体实施例，并没有限制作用。此外，除非上下文明确说明，否则单数形式“一个”和“一种”包括复数个指示对象。

而且，应该理解的是，术语“包括”或“具有”包含此处所述的特征、数字、步骤、操作、部件、零件或其组合，但是，并不排除一个或多个不同的特征、数字、步骤、操作、部件、零件或其组合。

为了便于说明，附图中所示的部件尺寸可以被放大或缩小。

在下文中，将结合附图详细描述本发明，在整个说明书中，相同的附图标记将用于指代相同的部件，并且将省略重复的描述。

本发明涉及一种冗余PLC系统，其使用电缆的复制和用于基于以太网来控制扩展基板的扩展驱动模块。

此外，本发明涉及一种冗余PLC系统，更具体地，涉及一种用于现有的冗余PLC系统中的扩展基板控制模块的单独操作的复制方法。

具体地，因为系统是在一个CPU或电源装置发生故障时无需停止而切换和运行的，所以CPU和电源装置的复制引起系统可用性的提高。

在复制集中于扩展系统的情况下，如果扩展控制模块发生故障，则关联基板和已安装模块可以停止，因为控制扩展基板的模块是单独运行的。然而，鉴于冗余系统的配置，整个系统不会停止运行，而仅关联基板停止运行。除非故障基板影响整个系统，否则不存在问题。但是，如果故障基板用于控制重要部分，则因此必须停止系统并更换为另一基板。

因而，如果扩展控制模块被配置为具有冗余结构，则当一个模块发生故障时系统会切换至另一备用模块，从而实现无延迟的连续运行。因此，消除了系统的停机时间或避免了经济损失。

本发明涉及一种用于在环形网络系统发生多个故障时形成环形绕行路线从而增加可用性的方法。

图1为示出了使用工业以太网的网络控制系统的图。

参照图1，随着工业以太网的出现而开发的网络控制系统通过以太网来控制各控制单元。在这种情况下，必须使用交换机来连接控制单元。从而，由于额外地需要交换机及控制单元并且所有导线均连接至交换机，因此，在交换机发生故障时无法控制整个系统。

图2为示出了使用冗余PLC的网络控制系统的框图。此处，认为PLC系统与网路系统具有相同的含义。

如图2所示，PLC系统包括第一主基板10、第二主基板20、第一扩展基板30、第二扩展基板40和第三扩展基板50。在该图中，示出了三个扩展基板。然而，根据需要，PLC系统可以设置有多个扩展基板，即三个或更多个扩展基板。

第一主基板10包括计算单元(未示出)和电源单元11和12。同样地，第二主基板20也包括计算单元(未示出)和电源单元21和22。

第一扩展基板30包括电源单元31和32、第一扩展驱动模块33和第一模块单元34。第一模块单元34是在其中放置用于执行扩展基板所需功能的每个模块的区域。第一扩展驱动模块33包括第一数据收发单元33A和第二数据收发单元33B。第二扩展基板40和第三扩展基板50与第一扩展基板30具有相同的配置。

通常，如图1所示，被配置为设置有一个主基板和多个扩展基板并且所有基板均彼此连接的PLC系统被称为扩展基板PLC系统。每个基板包括具有所需功能的多个模块。

即使系统的任一单元发生故障，冗余系统也能够继续所需的运行，而无需停止计算。存在各种各样的利用CPU、电源或基板的复制的冗余PLC系统。主基板冗余系统被配置为两个主基板分别包括CPU。因此，当一个主基板发生故障时，由剩余的主基板继续实施计算。同时，电源冗余系统被配置为具有两个电源模块。此外，基板冗余系统被配置为两个基板中的每个均安装有相同的模块。因此，当一个基板发生故障时，由具有剩余基板的PLC实施计算。

如果基板包括两个电源单元并且电源单元彼此并联，则即使当一个电源单元发生故障时，基板也能够保持其运行，因为剩余的电源单元会继续供电。

图2示出了使用双端口以太网的控制方法，其中通信模块具有交换机功能。这种配置不使用交换机，因此增加了安全性并且减少了用于设备和布线的成本。最近，这种系统被广泛用于工业环境。由于系统具有实施冗余网络系统的环形形状，因此，即使任一网络发生故障，也可以通过绕行路线正常地执行控制操作。

图3为示出了使用导线和交换机的冗余网络系统的一个实施例的图。

图4为示出了使用导线和交换机的冗余网络系统的另一个实施例的图。

图3和图4所示的系统改进了图1的系统，并且这些系统旨在增加可用性，而不考虑交换机、附加通信模块和导线的成本增加。

图5为示出了无交换机的冗余环形网络系统的一个实施例的图。

图6为示出了无交换机的冗余环形网络系统的另一个实施例的图。

参照图5，PLC系统包括第一主基板100、第二主基板200、第一扩展基板300、第二扩展基板400和第三扩展基板500。

第一主基板100包括计算单元(未示出)和电源单元110和120。同样地，第二主基板200包括计算单元(未示出)和电源单元210和220。

为了冗余目的，主基板由两个基板组成：即，主要基板和备用基板，主要基板为第一主基板100，备用基板为第二主基板200。两个主基板100和200利用电缆C10共享数据以用于复制。两个主基板100和200中的每个分别需要电源、用于复制的CPU模块、通信模块和I/O模块。两个主基板的模块具有相同的配置。此外，为了复制电源，两个主基板100和200配备有两个呈模块形式的电源单元110和120及210和220。另外，设置在用于连接第一扩展基板300、第二扩展基板400和第三扩展基板500的主基板100和200上的CPU模块(未示出)包括用于连接扩展基板的以太网端口。

第一扩展基板300包括电源单元310和320、第一扩展驱动模块330、第二扩展驱动模块340和模块单元350。第一扩展驱动模块330包括第一数据收发单元330A和第二数据收发单元330B。第二扩展驱动模块340包括第三数据收发单元340A和第四数据收发单元340B。第二扩展基板400和第三扩展基板500与第一扩展基板300具有相同的配置。在基板中，模块单元350具有多个模块。由于第二扩展基板400和第三扩展基板500与第一扩展基板300具有相同的配置，在此，将省略详细描述。

三个扩展基板300、400和500中的每个包括电源模块、用于控制扩展基板的扩展驱动模块(如：330、340)、通信模块和I/O模块。扩展驱动模块330包括：作为数据收发单元300A的以太网端口，其用于与主基板100收发数据；以及作为数据收发单元300B的以太网端口，其用于将数据传送到另一扩展基板。电缆C11至C14将三个扩展基板300、400和500的第一扩展驱动模块330、430和530连接至第一主基板100，而电缆C15至C18将各扩展基板的第二扩展驱动模块340、440和540连接至第二主基板200。

如上所述，本实施例的特征在于，每个扩展基板包括两个扩展驱动模块。

第一扩展基板300包括第一扩展驱动模块330和第二扩展驱动模块340。扩展驱动模块具有控制设置在基板中的每个模块的运行的功能，以及执行以太网通信的功能。为了实现扩展驱动模块的复制，两个扩展驱动模块定期地彼此共享数据以具有相同的数据。

图5所示的PLC系统包括第一系统和第二系统。第一系统包括第一主基板100、第一扩展基板300的第一扩展驱动模块330、第二扩展基板400的第一扩展驱动模块430，以及第三扩展基板500的第一扩展驱动模块530。第二系统包括第二主基板200、第一扩展基板300的第二扩展驱动模块340、第二扩展基板400的第二扩展驱动模块440以及第三扩展基板500的第二扩展驱动模块540。

设置在作为主要基板的第一主基板100中的CPU模块实际上实施计算。设置在作为备用基板的第二主基板200中的CPU模块与第一主基板100的CPU模块具有相同的信息，但是实际上不实施计算。当作为主要基板的第一主基板100的CPU模块发生故障或出错时，作为备用基板的第二主基板200被切换为主要基板以实施计算。

第一主基板100的CPU模块向设置在每个扩展基板中的扩展驱动模块发出指令并接收数据。每个扩展驱动模块将指令从CPU模块传送到设置在扩展基板中的通信模块和I/O模块，并将数据从通信模块和I/O模块传送到CPU模块。

如图5所示，当通过在扩展基板上安装两个扩展驱动模块来配置冗余扩展驱动模块PLC系统时，即使一个扩展驱动模块发生故障，系统也能够利用剩余的扩展驱动模块继续运行而不会停止。此外，扩展驱动模块的复制实现了扩展电缆的复制。

利用设置在图5的一侧的扩展电缆C14和设置在另一侧的扩展电缆C18，可以构建两个环形扩展网络系统，即用于第一主基板系统的扩展环形网络和用于第二主基板系统的扩展环形网络。结果，这实现了扩展基板及具有两个CPU的主基板的网络复制，从而提高了冗余扩展PLC系统的可靠性。

根据本实施例的扩展PLC系统的主基板和扩展基板均配备有两个或更多个用于电源复制的电源模块。当一个电源模块发生故障时，剩余的电源模块能够执行功能。

图5和图6所示的系统改进了图2所示的系统的配置，并且在不使用交换机的情况下通过使用两个双端口以太网模块增加了可用性。虽然这两个系统不使用交换机并减少了布线成本，但是，它们具有与使用交换机的系统的可用性相同的可用性。对于控制对象而言，这两个系统与使用两个交换机的系统具有相同的可用性，而对于网络电缆而言，它们具有的可用性略低于使用两个交换机的系统。

如图5所示，对于控制对象而言，使用两个双端口以太网通信模块而不使用交换机的配置与使用两个交换机的系统具有相同的可用性。此处，可用性可以被看作是控制对象的通信端口的数量。

然而，对于整个网络而非控制对象而言，通过增加其通信端口的数量复制交换机的系统(参见图4)具有更高的可用性。因而，对于控制对象而言，在不使用交换机的系统的情况下，所述系统能够提供更高的可用性。相反，对于整个网络而言，使用交换机的系统具有更高的可用性。此处，可用性可以被看作是系统的以太网端口的数量。

本发明涉及一种用于在利用具有交换机功能的双端口以太网通信模块配置的冗余环形网络系统中发生多个故障时选择环形绕行路线的方法，并且增强了系统的可用性。

图7为示出了根据本发明的一个实施例的多冗余环形网络系统的图。

如图7所示，根据本发明的实施例的多冗余环形网络系统包括安装在控制器中的两个双端口切换以太网通信模块和网络电缆。当在冗余环形网络系统中发生多个故障时，双端口切换以太网通信模块查找可连接路径并形成实现通信的环形。

图7所示的根据本发明的多冗余环形网络系统包括下面将描述的四条路径。在下面的描述中所使用的路径与环形闭环具有相同的含义。

通过连接第一主控制单元710和多个第一从属控制单元731、741、751、761和771，形成第一条路径。

通过连接第二主控制单元720和多个第二从属控制单元732、742、752、762和772，形成第二条路径。

通过连接第一主控制单元710，至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元，形成第三条路径。

通过连接第二主控制单元720，至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元，形成第四条路径。

通常，使用第一条路径执行通信。如果第一条路径发生故障，则使用第二条路径。

然而，如果第二条路径也发生故障，则在传统系统中无法执行通信。为了解决该问题，根据本发明，可以通过第三条路径和第四条路径执行通信。

根据本发明，如图7所示，由于第一条路径和第二条路径均发生故障，因此不能使用这两条路径。然而，如果可以使用排除第一条路径和第二条路径中发生故障的部分的绕行路线，即第三条路径或第三条路径，则系统能够继续运行而不停止。

参照图7，由于可以使用通过第二主控制单元720、至少两个第一从属控制单元741、751和761及第二从属控制单元732、742、762和772形成的第四条路径，因此系统能够继续运行。

当扩展基板发生故障并因而断开连接时，图7所示的网络系统恢复断开的网络，使得系统继续运行而不停止。此外，形成了环形配置，使得即使在一个网络中发生故障，系统也能够继续运行。

参照图7，当网络系统由于扩展基板的故障而断开时，如果可能，则将包括相应的扩展基板的第一扩展驱动模块的第一系统和包括相应的扩展基板的第二扩展驱动模块的第二系统彼此连接，从而形成环形配置，由此允许系统保持其运行。也就是说，本发明的重要特征为图7的系统在扩展基板上具有双端口切换以太网通信模块。

在下文中，将描述根据本发明的多冗余环形网络系统的运行。

第一，在根据本发明的多冗余环形网络系统中，假设工业以太网是双环形网络系统。双环形网络结构是提供应对一个网络故障的绕行路线的冗余网络。当网络发生故障时，判定相邻通信模块或主要通信模块是否发生故障，从而沿绕行路线传送数据。

第二，本发明的系统被配置为在每个控制对象上安装两个通信模块，并提供两个用于执行控制操作的通信模块。

第三，在每个控制对象上安装的通信模块知晓关于已连接通信模块的所有网络信息，并且每个通信模块参照网络信息形成路由表，从而沿最优路径传送数据。

第四，当在各控制对象上安装的通信模块之间的连接断开时，对当前连接至通信模块的所有网络的信息进行更新并校正路由表。

第五，通过在同一控制对象上安装的两个通信模块之间连接的通道共享网络信息。PLC使用配备有通信模块的基板的信号线路作为连接通道。

第六，在与执行控制操作的通信模块的连接断开时，如果在网络正常执行通信时发生故障，则基于对置的通信模块的网络信息来检查与当前控制操作所涉及的通信模块的连接并重置路由表，从而形成可连接的环形网络。

下面将参照图8至图20描述重置网络系统的路由表的一系列步骤。

在下面的描述中使用的网络系统的设定状态和缩写如下。

首先，通过添加最大交换数量的偏差，设定SlaveN_A和SlaveN_B的交换数量。为了易于理解本发明，假设偏差为64。

Manager_A和Manager_B被设定为在从属控制单元的交换数量中不能设定的数量，并且在上述示例的情况下被设定为数量128和192。

术语“跳数”表示网络上的结点距离。

p0和p1表示安装在相应模块中的以太网端口，并分别表示下部端口和上部端口。

线形网络管理器(LNM)表示当拓扑结构呈线形形状时位于相反两端的结点交换号。

RNMP和RNMS用于防止在信息包被传送到环形拓扑结构上的环形网络管理器时由于无限延迟而导致的信息包的拥塞。RNMP不会将信息包传送到RNMS，而RNMS不会将信息包传送到RNMP。

图8为示出了处于正常状态的冗余环形网络系统的图。

参照图8，在正常状态下，冗余环形网络系统具有位于左侧的主网络和位于右侧的子网络，并将控制信息传送到主网络以使系统运行。

图9为示出了图8所示的系统的路由表的图表。

参照图9所示的主网络的路由表的标记，Manager_A通过端口P0将数据传送到Slave1_A、Slave2_A和Slave3_A，并通过端口P1将数据传送到Slave4_A、Slave5_A和Slave6_A。

图10为示出了在图8的主网络中发生一个故障的情形的图。

参照图10，在主网络中的Slave1_A和Slave2_A之间发生故障。在这种情形下，由于可以与所有从属控制单元通信，因此无需切换至子网络。

图11为示出了在图10的情形下的路由表的图表。

参照图11，Manager_A通过端口P0将控制信息传送到Slave1_A，并通过端口P1将控制信息传送到Slave2_A、Slave3_A、Slave4_A、Slave5_A和Slave6_A。

图12为示出了在图8的主网络中发生两个故障的情形的图。

参照图12，在主网络中的Slave1_A和Slave2_A之间以及Slave4_A和Slave5_A之间发生故障。在这种情形下，由于不能与所有从属控制单元通信，因此控制权被传递到子网络。

图13为示出了在图12的情形下的路由表的图表。

参照图13，使用子网络来传送控制信息。此处，通过与图8的主网络相同的路径来传送信息。

图14为示出了在图12的主网络中发生两个故障并且随后在子网络中发生一个故障的情形的图。

参照图14，在子网络的Slave2_B和Slave3_B之间发生故障。在这种情形下，系统被切换至线形拓扑结构，并且Manager_B与子网络中的所有从属控制单元相连接，从而可以执行控制操作。

图15为示出了在图14的情形下的路由表的图表。

参照图15，Manager_B通过端口P0将控制信息传送到Slave1_B和Slave2_B，并通过端口P1将控制信息传送到Slave3_B、Slave4_B、Slave5_B和Slave6_B，从而使系统运行。

图16为示出了在图12的主网络中发生两个故障并且随后在子网络中发生两个故障的情形的图；

图17为示出了在图16的情形下的路由表的图表。

在这种情形下，由于Manager_B并未与所有从属控制单元相连接，因此不能执行控制操作。

图18为示出了在子网络中检查主网络的信息、判定是否存在用于补偿子网络断开部分的路径并应用该路径的过程的图。

参照图18，在子网络中，使得Slave2_B与Slave4_B之间断开。然而，在主网络中，使得Slave2_A与Slave4_A之间连接。因此，重新形成了一条能够传送控制信息的路径。在这种情况下，系统被重新配置为Slave2_B的下部端口与Slave2_A的上部端口彼此连接，并且Slave4_A的下部端口与Slave4_B的上部端口彼此连接。

如上所述，根据本发明的多路径网络可以主要使用四条路径。下面将描述用于从四条路径中选择一条路径的方法。

图19为示出了设定绕行路线的过程的流程图。

参照图19，在步骤1910中，判定是否基于当前正使用的第一条路径上的所有从属控制单元的连接状态来更改路径。如果当前正使用的路径没有发生故障(即在“是”的情况下)，则使用此路径而不进行更改。

同时，如果当前使用的路径发生故障(即在“否”的情况下)，则在步骤1920中，判定是否可以使用第二条路径。

如果可以使用第二条路径，则在步骤1930中，选择第二条路径并将其用作新的通信路径(即进行至对置的网络的切换)。

如果不能使用第二条路径，例如第二条路径上的至少一个从属控制单元断开，则在步骤1940中分析第二条路径的状态(即收集对置的网络的信息)，并且在步骤1950中判定是否使用第三条路径或第四条路径。也就是说，判定对置的网络是否具有与断开的网络关联的信息。

当已经判定出可以使用第三条路径或第四条路径时，在步骤1970中，使用其中一条路径执行通信。也就是说，重置网络信息组合的路径。

此外，当已经判定出不能使用第三条路径和第四条路径时，在步骤1960中，系统中断通信。

图20为示出了图18的路由表的图表。

参照图20，比较断开的路径和对置的网络的信息，以重置路径。

如上所述，根据本实施例的网络系统被配置为双环形形状，并设置有用于在各从属控制单元之间传送数据的路径，从而提供这样一条路径：即使在主网络和子网络分别发生两个故障，也能够传送数据。因而，即使在这种情况下，控制信息也能够被传送到所有从属控制单元，从而使网络系统正常运行。因此，系统的可靠性能够得到提高。

虽然为了示例性说明的目的已经公开了本发明的优选实施例，但是在不偏离随附的权利要求书中公开的本发明的范围和精神的情况下，本领域中的技术人员能够意识到各种改进、添加和替换。

Claims

1.一种自适应多冗余环形网络系统，包括：

第一主控制单元；

第二主控制单元，其被配置为与所述第一主控制单元共享数据；以及

多个模块，其分别包括第一从属控制单元和第二从属控制单元，

其中所述第一从属控制单元和所述第二从属控制单元定期共享数据从而具有相同的数据，

其中通过将所述第一主控制单元连接至多个所述第一从属控制单元来形成主环形网络系统，并且通过将所述第二主控制单元连接至多个所述第二从属控制单元来形成子网络系统，

其中，所述第一从属控制单元和所述第二从属控制单元中的每个分别包括双端口以太网通信模块，

其中，多个第一从属控制单元中的每个和多个第二从属控制单元中的每个通过所述双端口以太网通信模块选择性地连接，其中，所述双端口以太网通信模块和与其所连接的另一双端口以太网通信模块共享网络信息，并且每个双端口以太网通信模块基于网络信息来生成路由表，并且当使得双端口以太网通信模块之间断开时，所述双端口以太网通信模块对当前连接网络的所有信息进行更新，并校正所述路由表，

其中，根据所述双端口以太网通信模块的连接状态，所述多冗余环形网络系统形成：

与所述第一主控制单元和所述多个第一从属控制单元连接的第一路径；

与所述第二主控制单元和所述多个第二从属控制单元连接的第二路径；

与所述第一主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接的第三路径；以及

与所述第二主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接的第四路径。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统按照优先级使用所述第一路径或所述第二路径执行通信，并在所述第一路径和所述第二路径不能被使用时使用所述第三路径或所述第四路径执行通信。

3.一种用于选择自适应多冗余环形网络系统的绕行路线的方法，所述自适应多冗余环形网络系统包括：第一主控制单元；第二主控制单元，其被配置为与所述第一主控制单元共享数据；以及多个模块，其分别包括第一从属控制单元和第二从属控制单元，其中所述第一从属控制单元和所述第二从属控制单元定期共享数据从而具有相同的数据，其中通过将所述第一主控制单元连接至多个所述第一从属控制单元来形成主环形网络系统，并且通过将所述第二主控制单元连接至多个所述第二从属控制单元来形成子网络系统，其中，所述第一从属控制单元和所述第二从属控制单元中的每个分别包括双端口以太网通信模块，其中，多个第一从属控制单元中的每个和多个第二从属控制单元中的每个通过所述双端口以太网通信模块选择性地连接，

所述方法包括：

(a)判定与所述第一主控制单元和多个第一从属控制单元连接的第一路径是否已连接；

(b)当判定出所述第一路径断开时，判定是否使用与所述第二主控制单元和多个第二从属控制单元连接的第二路径；

(c)当所述第二路径已正常连接时，使用所述第二路径作为通信网络；以及

(d)当判定出所述第二路径断开时，使用第三路径或第四路径作为通信网络，所述第三路径与所述第一主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接，所述第四路径与所述第二主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接，

其中，所述双端口以太网通信模块和与其所连接的另一双端口以太网通信模块共享网络信息，并且每个双端口以太网通信模块基于网络信息来生成路由表，并且当使得双端口以太网通信模块之间断开时，所述双端口以太网通信模块对当前连接网络的所有信息进行更新，并校正所述路由表。

4.根据权利要求3所述的方法，在步骤(a)之前进一步包括：根据双端口以太网通信模块的连接状态，

形成以下各路径：与所述第一主控制单元和所述多个第一从属控制单元连接的所述第一路径；与所述第二主控制单元和所述多个第二从属控制单元连接的所述第二路径；与所述第一主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接的所述第三路径；以及与所述第二主控制单元、至少两个第一从属控制单元和至少两个第二从属控制单元连接的所述第四路径。