CN102880167A - 现场通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种现场通信系统，该现场通信系统包括：作为从设备的现场设备，其具有第一从通信接口和第二从通信端口；作为主设备的通信模块，其具有第一主通信端口和第二主通信端口，并且其被配置为与所述现场设备进行通信；第一通信线路，其被配置为连接第一从通信端口和第一主通信端口连接；以及第二通信线路，其被配置为连接第二从通信端口和第二主通信端口。

Description

现场通信系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年7月15日提交的日本专利申请

No.2011-156538的优先权，其内容以引文方式并入本文。

技术领域

本公开涉及一种现场通信系统，其执行作为从设备的现场设备和作为主设备的通信模块之间的通信。

背景技术

针对一个控制器安装一对PROFIBUS通信模块，来形成冗余配置。

另一方面，支持依照PROFIBUS标准的从设备冗余规范的每一个从设备都具有两个端口，所述冗余配置的一对通信模块分别连接至这两个端口，从而形成了PROFIBUS从冗余配置。

图6是示出具有PROFIBUS从冗余配置的现场控制系统的配置的框图。

如图6所示，现场控制系统具有布置和分布在工厂中的多个现场设备1、多个控制器20；对应于每个控制器20安装的两个通信模块102；用于通过各控制器20来操作和监控各现场设备1的操作监控器3；以及用于对现场设备1执行工程操作的工程终端模块4。

各现场设备1是从设备，每一个从设备分别支持依照PROFIBUS标准的从冗余规范。每一个现场设备1具有第一端口11和第二端口12。

针对一个控制器20安装一对通信模块102，来形成冗余配置，使得一对通信模块102中的一个用作控制侧模块，而另一个用作待机侧模块。当控制侧模块出现故障时，切换控制侧模块和待机侧模块的功能，使得通信处理得以继续。

一对通信模块102分别作为主设备来操作。在用作具有冗余功能的从设备的每个现场设备1中，第一端口11和第二端口12中的一个用作控制侧端口，而另一个用作待机侧端口，以分别通过通信线路151和152执行与一对通信模块102的主-从通信。

控制器20通过两个通信模块102给作为用作从设备的每个现场设备1的两个端口的第一端口11和第二端口102输出相同的数据。这些数据中，实际上使用了输出给现场设备1的控制侧端口的数据（输出数据）。另外，控制器20通过两个通信模块102的控制侧模块接收从现场设备1的控制侧端口输出的数据（输入数据）。

提供了以下两种模式来对用作从设备的现场设备1的端口之间的控制进行切换（控制侧和待机侧之间的切换）。

（1）通过由控制器20在现场设备1的控制寄存器中写入命令来进行切换。

（2）由现场设备1自身在自诊断中检测故障来进行切换。

当连接至用作从设备的现场设备1的控制侧端口的通信模块中出现故障时，断开其间的通信线路（线段）上的主-从通信。因此，通信模块的控制被切换（用作待机侧模块的通信模块被改成控制侧模块），而用作从设备的现场设备1检测与该通信模块的通信中的故障并且将用作待机侧端口的另一端口改变成控制侧端口以继续通信。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]JP-A-2005-32087（图3）

在图6所示的现场控制系统中，当出现一个故障时，即，当仅出现通信模块中的故障和从设备的一个端口中的故障中的一个时，通信模块的控制或者从设备的端口的控制被切换，以防止通信断开。然而，两个故障的出现会导致通信断开。例如，当从设备的一个端口被设置为控制侧端口并且从设备的另一个端口中出现故障时，如果在连接至该从设备的控制侧端口的通信模块中出现故障，则与该从设备的通信不能继续。

发明内容

本发明的一个或多个示例性实施例提供了一种现场通信系统，其中可以改善主-从通信的可靠性。

一种现场通信系统包括：作为从设备的现场设备，其具有第一从通信端口和第二从通信端口；作为主设备的通信模块，其具有第一主通信端口和第二主通信端口，所述通信模块被配置为与所述现场设备进行通信；第一通信线路，其被配置为连接第一从通信端口与第一主通信端口；以及第二通信线路，其被配置为连接第二从通信端口与第二主通信端口。

根据所述现场通信系统，第一从通信端口和第一主通信端口通过第一通信线路彼此连接，而第二从通信端口和第二主通信端口通过第二通信线路彼此连接，从而通过使用在通信模块中提供的第一主通

信端口和第二主通信端口可以提高通信的可靠性。

附图说明

从以下结合附图对示例性实施例的描述，本发明的上述及其他方面将会变得更加明显，在附图中：

图1是示出根据第一实施例的作为现场通信系统的现场控制系统的配置的示例性框图。

图2A是示出其中在各现场设备之间现场设备的端口对控制侧/待机侧的分配不同的状态的示例性视图。

图2B是示出在图2A的状态下通信模块2A中出现故障的状态的示例性视图。

图3是示出根据第二实施例的作为现场通信系统的现场控制系统的配置的示例性框图。

图4是示出根据第三实施例的作为现场通信系统的现场控制系统的配置的示例性框图。

图5是示出通过使用根据该实施例的现场通信系统来支持单端口现场设备的配置的示例性视图。

图6是示出具有PROFIBUS从冗余配置（slave redundancyconfiguration）的现场控制系统的配置的框图。

具体实施方式

以下将描述根据本发明的现场通信系统的示例性实施例。

[第一实施例]

图1是示出根据第一实施例的作为现场通信系统的现场控制系统的配置的框图。

如图1所示，现场控制系统具有布置和分布在工厂中的多个现场设备1和多个控制器20；与每个控制器20对应安装的通信模块2A和2B；通过各控制器20操作和监控各现场设备1的操作监控器3；以及工程终端模块4，用于对各现场设备1执行工程操作。图1所示的各现场设备1表示具有诸如传感器、阀等各种功能的现场设备组，但是并不表示具有同一个模型的设备组。

各现场设备1是从设备，每个从设备支持依照PROFIBUS标准的从冗余规范（slave redundancy specification）。每个现场设备1具有第一端口11和第二端口12。

将通信模块2A和2B作为针对一个控制器20的成对模块来安装以形成冗余配置，使得通信模块2A和2B中的一个用作控制侧模块，而另一个用作待机侧模块。当控制侧模块出现故障时，将控制侧模块的功能和待机侧模块的功能彼此切换，使得通信处理能够得以继续。通信模块2A和2B分别用作主设备。在用作具有冗余功能的从设备的每个现场设备1中，第一端口11和第二端口12中的一个用作控制侧端口，而另一个用作待机侧端口，以分别通过通信线段（稍后将描述的通信线路51和52）执行与通信模块2A和2B的主-从通信。控制器20通过两个通信模块2A和2B向作为用作从设备的每个现场设备1的两个端口的第一端口11和第二端口12输出相同的数据。在这些数据中，实际上使用的是输出至现场设备1的控制侧端口的数据（输出数据）。另外，控制器20通过两个通信模块2A和2B中的控制侧模块接收从现场设备1的控制侧端口输出的数据（输入数据）。

提供了以下两个模式来切换用作从设备的现场设备1的两个端口之间的控制（在控制侧和待机侧之间进行切换）。

（1）由控制器20通过在现场设备1的控制寄存器中写入命令来进行切换。

（2）由现场设备1自身通过在自诊断中检测故障来进行切换。

当连接至用作从设备的现场设备1的控制侧端口的通信模块中出现故障时，断开其间的通信线路上的主-从通信。因此，通信模块的控制被切换（用作待机侧模块的通信模块改变为控制侧模块），而用作从设备的现场设备1检测到与通信模块的通信中的故障，并且将用作待机侧端口的另一个端口改变为控制侧端口以继续通信。

接下来，将基于实施例中的特征配置进行描述。

如图1所示，在根据该实施例的现场通信系统中，在通信模块2A和通信模块2B中均提供了第一端口21和第二端口22。

另外，第一通信线路51连接至通信模块2A的第一端口21、通信模块2B的第一端口21以及各现场设备1的各第一端口11，而第二通信线路52连接至通信模块2A的第二端口22、通信模块2B的第二端口22以及各现场设备1的各第二端口12。

在该实施例中，用作控制侧模块的通信模块（以下也称为控制侧通信模块）与各现场设备1交换数据，而用作待机侧模块的通信模块（以下也称为待机侧通信模块）监控控制侧通信模块的操作/停止。控制侧通信模块将与各现场设备1的通信状态通知给控制器20，而待机侧通信模块将控制侧通信模块的状态通知给控制器20。控制器20基于这些通知进行综合判断并且确定应当将控制权赋予哪一个通信模块，即通信模块20A或通信模块20B（即，应当将哪一个通信模块设置为控制侧模块）。

被赋予控制权的通信模块与用作从设备的各现场设备1交换数据。在这种情况下，控制侧通信模块的第一端口21和第二端口22二者作为主设备执行类似的通信。例如，在图1中，控制权已被赋予了通信模块2A，因此通信模块2A的第一端口21和第二端口22执行类似的通信。

虽然控制器20向控制侧通信模块的第一端口21和第二端口22输出同样的数据，但是只有输出到各现场设备1的各控制侧端口的数据才是有效的。即，在图1中，控制器20通过通信模块2A向第一通信线路51和第二通信线路52输出同一数据。然而，只使用了输出到各现场设备1的各第一端口11的数据。另外，控制器20通过通信模块2A接收来自各现场设备1的各第一端口11的输入数据。

待机侧通信模块（即，图1中的通信模块2B）通过连接至通信模块2B的第一端口21和第二端口22的第一通信线路51和第二通信线路52来监控控制侧通信模块2A的每个端口（第一端口21和第二端口22中的每一个）的状态。控制侧通信模块2A将与用作从设备的各现场设备1的通信的状态通知给控制器20，而待机侧通信模块2B将控制侧通信模块2A的状态通知给控制器20。控制器20基于这些通知进行综合判断并且确定应当将控制权赋予哪一个通信模块。

图2A示出了在各现场设备1之间分配给控制/待机侧的现场设备1的端口不同的状态。虽然图1中将全部现场设备1的第一端口11都设置为控制侧，但是各现场设备1中的一些现场设备中的第二端口12可以被设置为控制侧，如图2A所示。因此，可以任意地选择每个现场设备1中应当被赋予控制权的端口。在图2A中，第二端口12被设置为控制侧的每个现场设备1通过第二通信线路52与控制侧通信模块2A的第二端口22交换数据。

图2B示出了在图2A的通信模块2A中出现故障的状态。在这种情况下，控制权转移至通信模块2B。其中控制权被赋予第一端口11的每个现场设备1通过通信线路51与通信模块2B的第一端口21进行通信，而其中控制权被赋予第二端口12的每个现场设备1通过通信线路52与通信模块2B的第二端口22进行通信。

以此方式，根据该实施例，将PROFIBUS冗余系统配置为结合了冗余通信功能，其中每个通信模块具有两个端口，使得从每个从设备的一个端口来看该通信模块具有冗余配置。因此，即使一个通信模块中出现故障，其他通信模块也能继续与具有冗余功能的每个从设备的两个端口的通信。

[第二实施例]

图3是示出根据第二实施例的作为现场通信系统的现场控制系统的配置的框图。在图3中，与图1中的那些元件相同的元件相应地由相同的标号表示。

在根据该实施例的现场通信系统中，每个通信模块的每个端口均可以选作控制/待机侧。即，图3中的通信模块2A的第一端口21和第二端口22中的每一个均可以独立地设置为控制/待机侧。以此方式，可以适当地组合正常的端口以获得作为控制侧和待机侧的两个端口。

在图3中，控制权被赋予了通信模块2A的第一端口21和通信模块2B的第二端口22（通信模块2A的第一端口21和通信模块2B的第二端口22被设置为控制侧），而通信模块2A的第二端口22被设置为待机侧。在这种情况下，各现场设备1的每个控制侧端口通过第一通信线路51或者第二通信线路52连接至通信模块2A的第一端口21或者通信模块2B的第二端口22。因此，所有现场设备1都能够通过各通信模块与控制器20进行通信。

另外，如图3所示，例如，还可以处置其中在通信模块2B的第一端口21出现故障的情况。

以此方式，根据该实施例，不是允许每个通信模块，而是允许通信模块中的每个端口被设置为控制/待机侧。因此，能够切换基于端口的控制。因此，可以进一步增强冗余配置。

[第三实施例]

图4是示出根据第三实施例的作为现场通信系统的现场控制系统的配置的框图。在图4中，与图1中的那些元件相同的元件相应地由相同的标号表示。

如图4所示，在根据该实施例的现场通信系统中，通信模块不是冗余的，但是通信模块2A的一个端口被用作控制侧端口，另一个端口被用作待机侧端口。图4示出了通信端口2A的第一端口21用作控制侧端口而通信模块2A的第二端口22用作待机侧端口的状态。通信模块2A的第一端口21通过通信线路51连接至各现场设备1的各第一端口11，通信模块2A的第二端口22通过通信线路52连接至各现场设备1的各第二端口12。

在该实施例中，通信模块不是冗余的，但是可以便宜地构建作为从设备的多个现场设备1的冗余配置。

图5示出了其中可以通过使用根据该实施例的现场通信系统来支持均具有一个端口的现场设备的配置的示例。

如图5所示，不支持从设备的冗余化的各单端口现场设备10可以在与从设备的冗余化无关的范围内分配给通信模块2A的第一端口21和第二端口22。在这种情况下，可以针对通信模块2A的每个端口构建独立的PROFIBUS通信环境。以此方式，一个通信模块可以处置的现场设备数是相关技术中能够处置的现场设备数的两倍。

另外，当多个现场设备10被连接到并且被分配给根据图1所示的第一实施例的现场通信系统中的第一通信线路51和第二通信线路52时，可以使得多个通信模块冗余化。

通常，每个通信模块中的资源对于每个端口而言具有固定数量的能被操纵的设备。然而，当通过用户请求进行了使得在通信模块的两个端口之间能被操作的设备的最大数量不同的设置时，还可以将通信模块的资源灵活地分配给每个端口。

根据该实施例的现场通信系统，第一从通信端口和第一主通信端口通过第一通信线路彼此连接，而第二从通信端口和第二主通信端口通过第二通信线路彼此连接，从而可以通过使用在通信模块中提供的第一主通信端口和第二主通信端口来提高通信的可靠性。

另外，当使多个通信模块冗余化时，从用作从设备的每个现场设备的一个端口来看，可以在各通信模块中构建冗余配置。因此，即使在一个通信模块中出现故障，也可以通过另一个通信模块来继续与具有冗余功能的每个从设备的两个端口的通信。

本发明的应用范围不限于上述实施例。本发明广泛地适用于其中在作为从设备的现场设备和作为主设备的通信模块之间进行通信的现场通信系统。

Claims (4)

1.一种现场通信系统，包括：

作为从设备的现场设备，其具有第一从通信端口和第二从通信端口；

作为主设备的通信模块，其具有第一主通信端口和第二主通信端口，并且被配置为与所述现场设备进行通信；

第一通信线路，其被配置为连接所述第一从通信端口和所述第一主通信端口；以及

第二通信线路，其被配置为连接所述第二从通信端口和所述第二主通信端口。

2.根据权利要求1所述的现场通信系统，其中：

提供第一通信模块和第二通信模块作为所述通信模块，以使得利用所述第一通信模块和所述第二通信模块来形成冗余配置；

所述第一通信模块的第一主通信端口和所述第二通信模块的第一主通信端口都连接至所述第一通信线路；以及

所述第一通信模块的第二主通信端口和所述第二通信模块的第二主通信端口都连接至所述第二通信线路。

3.根据权利要求2所述的现场通信系统，其中：

将所述第一通信模块的第一主通信端口和第二主通信端口中的每一个以及所述第二通信模块的第一主通信端口和第二主通信端口中的每一个选择性地设置为控制侧或待机侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的现场通信系统，其中：

在所述现场设备和所述通信模块之间执行PROFIBUS通信。

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