CN102739492B - 由上级控制单元同步控制至少一个下级网络用户的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种由上级控制单元同步控制至少一个下级网络用户的方法。本发明涉及用于由一个上级控制单元（10）通过一个异步工作的网络段（101）来同步控制至少一个下级网络用户（20，30，40，50）的一种方法，其中由该控制单元（10）针对至少一个网络用户（20，30，40，50）来输出控制数据（T1,T2,T3,T4），其中控制数据通过该异步工作的网络段（101）被传输到一个中间存储装置（21），并在那里被中间存储，其中控制数据从该中间存储装置（21）中被读出，并通过以传输时钟同步工作的网络段（201）被传输到至少一个下级网络用户（20，30，40，50）。
Description
技术领域
本发明涉及用于由上级控制单元通过异步工作网络段来同步控制至少一个下级网络用户的方法。
背景技术
在自动化技术中采用了不同的网络协议，通常是现场总线或移动总线或所谓的“工业以太网”，以相互连接各个部件比如电控装置、驱动调节器、E/A设备等。其可以以同步（比如SERCOS 2,SERCOS III, EtherCAT或Profinet IRT）数据传输的网络协议和异步（比如Profinet RT, Ethernet/IP，Profibus）数据传输的网络协议来进行组织。
在同步数据传输中，按时钟、也即以规则的间距来进行各个数据分组（所谓的“电报”）的传输。在异步数据传输中，随机地进行各个数据分组的传输。如果执行器必须在预定的时间来执行预定的动作（比如在诸如机床、印刷机的加工机中），那么同步数据传输通常用于控制执行器（比如进行内插的驱动器）。在此在每个通信时钟中把一个设定值传输到每个执行器。如果多个执行器应该共同实施一个协调的动作，比如生成一个协调的多维运动，那么就在每个通信时钟中前后关系正确地发送相应配套的设定值，使得这些执行器能够同步地实施其动作。
发明内容
本发明现在想提供以下的可能性，即如果一个或多个执行器通过一个异步工作或运行的网络段相连接，那么就能够由一个控制单元同步地对其进行控制。这尤其还实现了协调内插轴在现存的异步结构中的应用。也即为了内插执行器必要的是，这些执行器在内插结合中在同一时间前后关系正确地处理设定值，因为否则这导致在执行器之间的偏移。在异步或非时钟同步工作或运行的连接中在没有其他措施的情况下这是不可能的，因为不保证给所有的设备在处理时间上提供相应的前后关系正确的设定值，并且不保证所有的设备同时地处理配套的设定值。
根据本发明推荐了用于由上级控制单元通过异步工作网络段来同步控制下级网络用户的方法。
在本发明的范畴内设置了下级网络用户的复合体，这些网络用户通过时钟同步工作或运行的网络段彼此相连接。但是该复合体与提供控制数据（尤其执行器的设定值）的上级控制单元通过一个异步工作的网络段相连接。在该同步和异步工作的网络段之间现在设置了用于控制数据的中间存储装置（“缓冲器”），该中间存储装置用于去耦合。换句话说，该中间存储装置是一种“存储和转发”系统。该中间存储装置优选地设置在一个相应改进的下级网络用户中，那么该网络用户也承担传输单元的功能。
通过本发明的解决方案，从而把该控制单元的异步工作的网络段“桥接”到该复合体，其方式是，在该复合体上设置缓冲器，该缓冲器对该控制单元的不规则到达的数据进行收集、中间存储以及补偿。然后同步地（时钟关联地）进行所述数据从该缓冲器向外的续传。
通过本发明的解决方案，也能够利用异步连接的控制单元来控制自动化系统，其中该自动化系统需要同步的、也即按时钟的传输，比如是因为包含有内插轴。网络用户和控制单元在自动化系统的范畴内比如是控制装置（比如SPS）、驱动调节器和/或同步工作的E/A设备。轴的内插结合可以通过异步工作的网络段来控制。
优选地该传输时钟（也即每个时间段中传输的数量）可以与该复合体中的同步数据传输相匹配，以防止缓冲器的空载或溢出。比如可以实施阈值比较，其中如果该缓冲器的填充状态超过一个上阈值，那么就提高传输时钟，并且如果该缓冲器的填充状态低于一个下阈值，那么就降低该传输时钟。所述提高和降低比如也可以根据该填充状态偏离该阈值的关系来进行，也即偏离越大，时钟的变化越大。
如果控制数据在该控制单元中被生成，那么就符合目的地标记控制数据。这种标记尤其包含有一种顺序。因为至该缓冲器的传输也即通过该异步工作的网络段来进行，所以不排除单个控制数据没有、延迟地或甚至以错误的顺序到达该缓冲器。基于标记那么就可以在从该缓冲器向外续传时考虑控制数据（比如设定值）的正确时间顺序。可能丢失的值可以通过诸如内插或外插的合适机制而被重建。该顺序尤其可以简单地利用计数器来表征。所述标记代替地或附加地可以用于把设定值分配给目标下级网络用户。
本发明的其他优点和扩展参见说明以及附图。
应认为，前述的以及下文还要解释的特征不仅能够以相应所述的组合、而且还能够以其他的组合或单独地采用，而不脱离本发明的范畴。
本发明借助附图中的实施例来示意地示出，并在下文中参照附图来详细阐述。
附图说明
图1示意示出了本发明的自动化网络的一个优选实施方案。
图2示意示出了根据本发明一个优选实施方式的通过中间存储装置的数据传输。
具体实施方式
在图1中示意示出了根据本发明的自动化网络的一个优选实施方式，并整体用1来表示。该自动化网络1包含有一个上级控制单元10和多个下级网络用户20、30、40、50。该上级控制单元10比如可以是一个电控装置（SPS等）。该下级网络用户同样可以是电控装置和/或驱动调节器和/或E/A设备。
该自动化网络1支配有一个区域100，其利用了一种异步工作的网络协议比如Profinet RT，并支配有区域20，其利用了同步工作的网络协议比如Sercos III。在从该区域100至该区域200的过渡上设置有作为传输单元20而构造的网络用户，该网络用户是该控制单元10的下级、但是是其他网络用户30、40和50的上级。该传输单元20支配有中间存储装置21，以记录由该控制单元10所输出的控制数据。所述网络段本身用101及201来表示，通过所述网络段所传输的数据分组或电报用T1至T4来表示。
下面参照图2来更详细解释通信的过程。
由该控制单元10把控制数据T1至T3以异步方式、也即基本随机地输出。因此在各个电报T1至T3的传输时间点之间存在不同的时间间隔Tcom,1、Tcom,2。这些不同的时间间隔不等于同步工作网络协议的预先设置，也即不是时钟同步的。
为了能够为下级网络用户20至50提供同步的控制，设置了该中间存储装置21，在该中间存储装置中中间存储了电报（控制数据）T1至T3。
接着所述电报T1至T3从该中间存储装置21中被读出，并以同步的方式被传输到下级网络用户20至50。因此现在在控制数据的传输时间点之间分别存在相同的时间间隔Tcom,sync。该传输单元支配有合适的时钟装置（未示出）比如PLL，以能够对同步数据传输进行管理。
该传输单元20除了能够执行中间存储功能和传输功能之外，还可以执行下级网络用户的通常功能，比如驱动调节等。在这种情况下该传输单元20还将从每个电报T1至T3及T4中处理针对它本身所确定的控制数据。
对于控制数据或电报本身的构造在此不应更详细阐述，因为这对于专业人员是显然的，并基本仅与所采用的异步或同步工作的网络协议有关。
该传输单元20优选地另外还支配有该中间存储装置21的一个填充状态监控装置（未示出）。在本发明的有利的扩展中，现在（通过影响时钟装置）根据填充状态来匹配传输时钟，以避免该中间存储装置的空载和溢出。如果该中间存储装置有溢出危险，那么该传输时钟就尤其被提高，也即缩小时间间隔Tcom,sync。相反，如果该中间存储装置有空载危险，那么该传输时钟就被降低，也即增大时间间隔Tcom,sync。所述判断尤其可以借助阈值比较来进行，其中比如设置一个上阈值，在超过它时就有溢出危险，并设置一个下阈值，在低于它时有空载危险。传输时钟的匹配应该符合目的地在同步工作通信连接的规范范畴内变动。比如在SERCOS III中允许偏差至多100ppm。
另外还优选地规定，该传输单元20和/或网络用户30至50在（可能尽管进行了时钟匹配）该中间存储装置空载或溢出时以预定的方式来进行反应，以不给该自动网络的运行带来危险。
从而尤其为控制数据设置了标记，其指示了控制数据的顺序并符合目的地由该控制单元10来设置。在该中间存储装置21溢出时不接受新的控制数据，直至再次拥有空闲的存储空间可用。因此在控制数据中将产生空隙，但该空隙将基于标记而由该传输单元20来识别。这基本也对应于如下的情形，即当控制数据在从该控制单元10至该传输单元20的路径中丢失。为了在这种情况中尽可能无影响地继续该自动化网络的运行，该传输单元20符合目的地被设置用于从现存的控制数据中确定、尤其内插丢失的控制数据。代替地或附加地，也可以将该网络用户本身设置来实施上述动作。
在该中间存储装置21空载时，可以在下一传输时间点不从该中间存储装置21中读出新的控制数据。该传输单元20可以设置用于在这种情况下从较早的控制数据中确定、尤其外插新的控制数据。代替地或附加地，也可以将该网络用户设置来实施上述动作。
Claims (12)
1.用于由上级控制单元（10）通过异步工作的网络段（101）来同步控制至少一个下级网络用户（20，30，40，50）的方法，其中由该控制单元（10）针对至少一个网络用户（20，30，40，50）来输出控制数据（T1,T2,T3,T4），其中所述控制数据（T1,T2,T3,T4）通过该异步工作的网络段（101）被传输到中间存储装置（21），并在那里被中间存储，其中控制数据（T1,T2,T3,T4）从该中间存储装置（21）中被读出，并通过与传输时钟同步工作的网络段（201）被传输到至少一个下级网络用户（20，30，40，50）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该传输时钟根据在该中间存储装置（21）中中间存储的控制数据（T1,...,T3）的量而被改变。
3.根据权利要求2所述的方法，其中如果在该中间存储装置（21）中中间存储的控制数据（T1,...,T3）的量超过上阈值，那么就提高该传输时钟。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中如果在该中间存储装置（21）中中间存储的控制数据（T1,...,T3）的量低于下阈值，那么就降低该传输时钟。
5.根据权利要求3所述的方法，其中与在该中间存储装置（21）中中间存储的控制数据（T1,...,T3）的量与该上阈值之间的偏差成正比地改变该传输时钟。
6.根据权利要求4所述的方法，其中与在该中间存储装置（21）中中间存储的控制数据（T1,...,T3）的量与该下阈值之间的偏差成正比地改变该传输时钟。
7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中在控制数据被传输到该中间存储装置（21）之前，对所述控制数据进行标记，其中所述标记表征了控制数据的顺序。
8.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中丢失的控制数据从现存的控制数据中被确定。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述丢失的控制数据被外插或内插。
10.自动化网络（1）包含有
复合体（200），其由至少两个下级网络用户（20，30，40，50）组成，这些网络用户彼此通过同步工作的网络段（201）相连接，
至少一个上级控制单元（10），其通过异步工作的网络段（101）与该复合体（200）相连接，
至少一个传输单元（20），其具有中间存储装置（21），
其中该传输单元（20）与该同步工作的网络段（201）并与该异步工作的网络段（101）相连接，并被设置用于针对至少两个下级网络用户（20，30，40，50）中的至少一个通过该异步工作的网络段（101）来接收控制数据（T1,...,T3），将其中间存储在该中间存储装置（21）中，读出在该中间存储装置（21）中所中间存储的控制数据（T1,...,T3），并将其以同步方式通过该同步工作的网络段（201）传输到所述至少两个下级网络用户（20，30，40，50）中的至少之一上。
11.根据权利要求10所述的自动化网络，其中上级控制单元（10）和/或下级网络用户（20，30，40，50）作为电控装置、SPS、驱动调节器和/或E/A设备来构造。
12.根据权利要求10或11所述的自动化网络，其中该传输单元（20）是所述至少两个下级网络用户（20，30，40，50）中的一个。
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