CN102985889A

CN102985889A - 用于使用多个控制器进行通信的方法、系统和设备

Info

Publication number: CN102985889A
Application number: CN2011800346112A
Authority: CN
Inventors: W.H.吕肯巴赫; G.普拉特; G.通诺; M.叶恩斯基
Original assignee: GE Fanuc Automation North America Inc
Current assignee: Intelligent Platform Co ltd
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: WO2012009112A1; CA2804353C; CA2804353A1; EP2593842A1; US20120017018A1; US8234420B2; CN102985889B; BR112013000738A2

Abstract

运行控制系统包括通过多个控制器中的第一控制器将第一中断重复地传输到至少一个接口单元，其中，第一中断以第一频率传输。在第一控制器处接收来自至少一个接口单元的、响应于第一中断的第一响应，并且在多个控制器中的第二控制器处接收来自至少一个接口单元的第二响应，其中，第二响应相对于第一频率是非周期性的。

Description

用于使用多个控制器进行通信的方法、系统和设备

背景技术

本文描述的实施例大体涉及数据交换系统，并且更具体而言，涉及用于使用通信网络在系统构件之间交换数据的系统。

至少一些已知的控制系统需要用于一些参数的较短控制期间，但允许用于其它参数的较长控制期间。因此，至少一些已知的控制系统使用单独的输入/输出（I/O）网络，使得能够使用不同的控制期间在系统构件之间通信。其它已知的控制系统将单个系统分成两个独立运行的系统，并且然后使用专门设计的通信协议或体系结构复制两个系统之间的I/O交换。但是，由于有双重诸如传感器、促动器等的系统构件，这样的系统的实现成本和/或服务要求会迅速提高。此外，使用专门设计的通信协议或体系结构往往需要附加的装备和/或软件实现成本。

发明内容

在一方面，提供一种用于运行控制系统的方法，该控制系统包括多个控制器和通过网络耦合到多个控制器上的至少一个接口单元。该方法包括通过多个控制器中的第一控制器将第一中断重复地传输到至少一个接口单元，其中，第一中断以第一频率传输。方法还包括在第一控制器处接收来自至少一个接口单元的、响应于第一中断的第一响应，以及在多个控制器中的第二控制器处接收来自至少一个接口单元的第二响应，其中，第二响应相对于第一频率是非周期性的。

在另一方面，一种系统包括包含至少一个输入/输出（I/O）模块的至少一个接口单元，通过网络耦合到接口单元上的第一控制器，以及通过网络耦合到接口单元上的第二控制器。第一控制器配置成以第一频率将第一中断重复地传输到接口单元，以及接收来自接口单元的、响应于第一中断的第一响应。第二控制器配置成接收来自接口单元的第二响应，其中，第二响应相对于第一频率是非周期性的。

在另一方面，提供一种用于控制系统的接口单元，其中，接口单元通过网络耦合到第一控制器和第二控制器上。接口单元包括处理器，处理器配置成以第一频率重复地接收来自第一控制器的第一中断，响应于第一中断将第一响应传输到第一控制器，以及将第二响应传输到第二控制器，其中，第二响应相对于第一频率是非周期性的。

附图说明

通过结合附图参照以下描述，可更好地理解本文描述的实施例。

图1是示例性冗余网络系统的示意性框图；

图2是示出运行图1中示出的冗余网络系统的示例性方法的流程图；

图3是可用于图1中示出的冗余网络系统的控制器存储器区域的示意性框图。

具体实施方式

本文描述一种用于通过网络交换输入数据和输出数据的方法、系统和设备的示例性实施例。本文描述实施例使得一个或多个网络能够用于在控制器和一个或多个远程输入/输出（I/O）架（其包括接口单元和一个或多个I/O模块）之间可靠且高性能地交换输入数据和输出数据。此外，本文描述的实施例使得能够使用各自具有不同的性能要求的两个或更多个控制系统。例如，第一控制系统（诸如气体压缩机控制系统）可能比第二控制系统（诸如通风控制系统）需要短得多的控制期间或响应期间。因此，本文描述的实施例使得能够使用单个I/O网络来减少对双重的传感器、促动器、I/O模块和/或通信模块的需要。

图1是示例性冗余网络系统100的示意性框图，在例如自动化系统或工业通信系统中可使用该示例性冗余网络系统100，以有利于在系统100内进行高速数据交换。在示例性实施例中，系统100包括多个控制器102，控制器102包括至少第一控制器104和第二控制器106。此外，系统100包括多个接口单元108和多个I/O模块110。在一些实施例中，控制器102布置成冗余对，其中一个控制器102被指定为控制系统运行的主控制器，而另一个控制器102被指定为在切换之后承担对系统100的控制的辅助或备用控制器。此外，接口单元108可单独地运行，或者可以以冗余对或三重布置来运行。I/O模块110可为离散模块、模拟模块，或者离散模块和模拟模块的混合体。

各个接口单元108通过I/O网络112耦合到各个控制器102上。更具体而言，系统100包括多个I/O网络112，诸如第一I/O网络114和第二I/O网络116，以在接口单元108和控制器102之间提供冗余的通信通道。在示例性实施例中，各个I/O网络112包括一个或多个集线器118，集线器118有利于在控制器102和接口单元108之间发送通信分组，通信分组包括数据、命令、中断等。另外，各个控制器102通过控制器网络120耦合到各个其余的控制器102上。更具体而言，系统100包括多个控制器网络120，以在控制器102之间提供冗余的通信通道。另外，控制器网络120可布置成任何适当的拓扑结构，包括但不限于星形网络、环形网络或点对点网络。在示例性实施例中，I/O网络112和控制器网络116是反射存储器网络。反射存储器网络使得网络化系统（诸如控制器102和接口单元108）能够共享数据。

例如，在示例性实施例中，I/O网络112和/或控制器网络120是光纤反射存储器网络，光纤反射存储器网络以大约2.12吉波特（Gigabaud）运行，并且允许例如256个控制或计算机平台彼此共享存储器。在一些实施例中，控制或计算机平台能够共享在16兆字节（MB）和256 MB之间的控制数据。此外，I/O网络112和/或控制器网络120或者使用多模式收发器或者使用单模式收发器，以使得能够在高达大约10公里的距离上通信。反射存储器网络还实现高的网络数据吞吐率，诸如介于每秒传输43百万字节和174百万字节之间。此外，利用反射存储器网络的低水平网络分组控制使用例如4字节分组至64字节分组来自动地提高网络吞吐量。因此，诸如I/O网络112和/或控制器网络120的反射存储器网络提供高性能的控制数据传送和确定机制。将理解的是，上面描述的共享存储器大小、距离和/或网络容量仅是示例性的，并且不意于限制本文公开的实施例。

在示例性实施例中，各个控制器102包括处理器122、存储器区域124、I/O网络接口126和控制器网络接口128。存储器区域124包括通过控制器网络120可用于其它控制器102的共享存储器部分（未示出）。在一个实施例中，各个控制器102能够读取和写入共享存储器部分。在备选实施例中，各个控制器102能够仅读取共享存储器部分中的一些，但能够读取和写入共享存储器部分的其余部分。在示例性实施例中，各个控制器102包括专用于I/O网络112的各个实例的I/O网络接口126，以及专用于控制器网络120的各个实例的控制器网络接口128。在备选实施例中，各个控制器102包括多个处理器122。此外，存储器区域124可实施为任何适当的存储器装置或应用程序，包括（但不限于）数据库、硬盘装置、固态装置，或者适合于如本文描述的那样存储数据的任何其它装置。此外，在示例性实施例中，存储器区域124位于控制器102内。备选地，存储器区域124可包括在控制器102内部、外部或者可由其访问的任何存储器区域。另外，存储器区域124或存储在其上的任何数据都可与在远程控制器102本地或远处（例如，能够通过I/O网络112和/或控制器网络120访问）的任何服务器或其它计算机相关联。

在示例性实施例中，各个接口单元108包括处理器130，存储器区域132，以及有利于通过I/O网络112与各个控制器102通信的I/O网络接口134。更具体而言，在示例性实施例中，接口单元108包括专用于I/O网络112的各个实例的I/O网络接口134。在备选实施例中，各个接口单元108包括多个处理器130。此外，存储器区域132可实施为任何适当的存储器装置或应用程序，包括但不限于数据库、硬盘装置、固态装置，或者适于如本文描述的那样存储数据的任何其它装置。此外，在示例性实施例中，各个集线器118包括用于到I/O网络112的每个连接的专用I/O网络接口136。

图2是示出运行系统100（在图1中示出）的示例性方法的流程图200。在示例性实施例中，第一控制器104（在图1中示出）初始化202通过I/O网络112（在图1中示出）、诸如通过第一I/O网络114（在图1中示出）与接口单元108（在图1中示出）的同步I/O操作。另外，以及在示例性实施例中，第二控制器106（在图1中示出）初始化204通过I/O网络112、诸如通过第二I/O网络116（在图1中示出）与接口单元108的异步I/O操作。异步I/O操作的初始化使得第二控制器106能够通过I/O网络112接收206来自接口单元108的响应。这种响应可包括接口单元108从I/O模块110（在图1中示出）中获取的输入数据。异步I/O操作还包括被第二控制器106传输到一个或多个接口单元108以存储在I/O模块110上的输出数据。

在示例性实施例中，第一控制器104通过将中断传输到208一个或多个接口单元108来启动同步I/O操作。在一个实施例中，第一控制器104以第一频率重复地传输208（诸如定期传输）中断。此外，中断包括数据收集命令或数据存储命令。响应于中断，接口单元108暂停210与异步I/O操作有关的处理和/或通信，以便处理中断。例如，接口单元108处理数据收集命令，以从I/O模块110中获取输入数据，或者处理数据存储命令，以将输出数据存储到I/O模块110。同步地将中断传输到接口单元108确保中断基本同时由接口单元108接收和处理。响应于中断，接口单元108通过I/O网络112将响应传输到第一控制器104。因此，第一控制器104接收212来自接口单元108的响应。在一个实施例中，第一控制器104在针对来自接口单元108的响应而扫描I/O网络112之前等待特定的时间段，以使得各个接口单元108能够完成对中断的处理并将响应置于I/O网络112上。如果第一控制器104确定214需要附加的同步I/O操作，则第一控制器104重复地传输208中断。如果不存在附加的同步I/O操作，则接口单元108恢复对异步I/O操作的处理。在示例性实施例中，相对于第一控制器104所传输的中断，第二控制器106所接收到的响应是非周期性的。例如，第一控制器104以第一频率传输中断，并且以第一频率接收来自接口单元108的响应。但是，在示例性实施例中，第二控制器106未以第一频率接收来自接口单元108的响应，而是以不同的频率、或者不考虑规则的频率来接收响应。

在备选实施例中，第一控制器104和第二控制器106两者使用同步I/O操作来与接口单元108交换数据。在一个这种实施例中，第一控制器104将第一中断传输到接口单元108，并且第二控制器106将第二中断传输到接口单元108，两者都以第一频率传输。在另一个这种实施例中，第一控制器104以第一频率将第一中断传输到接口单元108，并且第二控制器106以不同于第一频率的第二频率将第二中断传输到接口单元108。例如，第二频率可为第一频率中的倍数，或者反之亦然。在这些备选实施例中，来自第一控制器104和第二控制器106的各个中断指示目标接口单元108，使得未指定的接口单元108忽略该中断。此外，各个接口单元108编程成使中断排队，以及/或者推迟对一个中断的处理，直到另一个中断的处理完成为止。另外，各个接口单元108编程成解决同时接收或几乎同时接收到的中断之间的冲突。

图3是可用于另一个备选实施例中的特定控制器102的存储器区域124的示意性框图。在这种实施例中，存储器区域124包括第一部分302、第二部分304和第三部分306。例如，在一些实施例中，第一部分302包括仅对特定的接口单元108和/或特定的控制器（诸如第一控制器104）可用的关键数据和/或控制参数；第二部分304包括可由所有接口单元108和控制器102访问的数据和/或参数；并且第三部分306包括仅可由特定的接口单元108和/或特定的控制器（诸如第二控制器106）访问的数据和/或参数。此外，在一些实施例中，同步I/O操作限于第一部分302和/或第二部分304的使用，并且异步I/O操作限于第二部分304和/或第三部分306的使用。

上面详细描述了一种用于通过网络在多个控制器和一个或多个接口单元之间交换输入数据和输出数据的方法、系统和设备的示例性实施例。方法、系统和设备不限于本文描述的实施例，而是相反，方法的操作和/或系统和/或设备的构件可独立于并且分离于本文描述的其它操作和/或构件来使用。另外，所描述的操作和/或构件还可限定在其它系统、方法和/或设备中，或者与其它系统、方法和/或设备结合起来使用，并且不限于仅用本文描述的系统、方法和存储介质来实践。

诸如本文描述的那些的控制器或接口单元典型地包括至少一些形式的计算机可读介质。以示例和无限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以任何方法或技术实现以存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的易失性和非易失性、可移动和不可移动的介质。通信介质典型地包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制数据信号（诸如载波或其它传输介质）中的其它数据，并且包括任何信息输送介质。本领域技术人员熟悉调制数据信号，调制数据信号使其特征中的一个或多个以在信号中编码信息的方式设置或改变。以上中的任一个的组合也包括在计算机可读介质的范围内。

虽然结合示例性控制和/或计算系统环境来描述本发明，但可用许多其它通用或专用控制和/或计算系统环境或配置来运行本发明的实施例。控制和/或计算系统环境不意于建议对本发明的任何方面的使用或功能性的范围有任何限制。此外，控制和/或计算系统环境不应解释为具有与示例性运行环境中示出的构件的任何一个或组合有关的任何依赖或要求。

可在计算机可执行指令的一般语境中描述本发明的实施例，诸如由一个或多个计算机或其它装置执行的程序构件或模块。可用任何数量和组织的构件或模块来实现本发明的各方面。例如，本发明的各方面不限于图中示出以及本文描述的特定的计算机可执行指令或特定的构件或模块。本发明的备选实施例可包括比本文示出的和描述的具有更多或更少功能性的不同的计算机可执行指令或构件。

在本文示出的和描述的本发明的实施例中的操作的执行或进行的顺序不是必要的，除非另有规定。也就是说，操作可按任何顺序进行，除非另有规定，而且本发明的实施例可比本文公开的那些包括附加的或更少的操作。例如，构想到的是，在另一个操作之前、与其同时或之后执行或进行特定的操作，是在本发明的各方面的范围内的。

在一些实施例中，术语“控制器”大体表示任何计算机系统，计算机系统包括可编程的自动化控制器（PAC）、可编程的逻辑控制器（PLC），以及能够如本文描述的那样控制自动化和/或通信功能的任何其它计算机系统。以上示例仅是示例性的，并且从而无论如何不意于限制术语“控制器”的定义和/或含义。

在一些实施例中，术语“处理器”大体表示任何可编程的系统，可编程的系统包括系统和微控制器、精简指令集电路（RISC）、专用集成电路（ASIC）、可编程的逻辑电路，以及能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。以上示例仅是示例性的，并且从而无论如何不意于限制术语“处理器”的定义和/或含义。

当介绍本发明的各方面或本发明的实施例的要素时，冠词“一”、“该”和“所述”意于表示存在一个或多个该要素的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”意于为包括性的，并且表示除了列出的要素之外可存在另外的要素的意思。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及进行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims

1. 一种运行控制系统的方法，所述控制系统包括多个控制器和通过网络耦合到所述多个控制器上的至少一个接口单元，所述方法包括：

通过所述多个控制器中的第一控制器重复地将第一中断传输到所述至少一个接口单元，所述第一中断以第一频率传输；

在所述第一控制器处接收来自所述至少一个接口单元的、响应于所述第一中断的第一响应；以及

在所述多个控制器中的第二控制器处接收来自所述至少一个接口单元的第二响应，所述第二响应相对于所述第一频率是非周期性的。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中：

传输第一中断包括传输包括数据收集命令的所述第一中断；以及

接收第一响应包括在所述第一控制器处接收来自所述至少一个接口单元的、响应于所述至少一个接口单元执行所述数据收集命令的输入数据。

3. 根据权利要求1所述的方法，其中，传输第一中断包括传输包括数据存储命令的所述第一中断。

4. 根据权利要求1所述的方法，其中，接收第一响应包括在所述第一控制器处以所述第一频率接收所述第一响应。

5. 根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括暂停来自所述至少一个接口单元的所述第二响应在所述网络上的传送，使得所述至少一个接口单元能够处理所述第一中断。

6. 根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括所述第二控制器将第二中断传输到所述至少一个接口单元，其中，来自所述至少一个接口单元的所述第二响应响应于所述第二中断。

7. 根据权利要求6所述的方法，其中，传输第二中断包括以所述第一频率重复地传输所述第二中断。

8. 根据权利要求6所述的方法，其中，传输第二中断包括以不同于所述第一频率的第二频率重复地传输所述第二中断。

9. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一控制器包括第一共享存储器，并且所述第二控制器包括第二共享存储器，所述方法进一步包括通过所述第一控制器访问所述第一共享存储器的、对所述第二控制器不可用的第一部分。

10. 一种系统，包括：

包括至少一个输入/输出（I/O）模块的至少一个接口单元；

通过网络耦合到所述至少一个接口单元上的第一控制器，所述第一控制器配置成：

重复地将第一中断传输到所述至少一个接口单元，所述第一中断以第一频率传输；以及

接收来自所述至少一个接口单元的、响应于所述第一中断的第一响应；以及

通过所述网络耦合到所述至少一个接口单元上的第二控制器，所述第二控制器配置成接收来自所述至少一个接口单元的第二响应，所述第二响应相对于所述第一频率是非周期性的。

11. 根据权利要求10所述的系统，其中，所述第二控制器进一步配置成暂停来自所述至少一个接口单元的所述第二响应在所述网络上的传送，使得所述至少一个接口单元能够处理所述第一中断。

12. 根据权利要求10所述的系统，其中，所述第二控制器进一步配置成将第二中断传输到所述至少一个接口单元，以及其中，来自所述至少一个接口单元的所述第二响应响应于所述第二中断。

13. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述第二控制器配置成以所述第一频率重复地传输所述第二中断。

14. 根据权利要求12所述的系统，其中，所述第二控制器配置成以不同于所述第一频率的第二频率重复地传输所述第二中断。

15. 根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一控制器包括第一共享存储器，所述第一共享存储器包括对所述第二控制器不可用的第一部分。

16. 一种用于控制系统的接口单元，所述接口单元通过网络耦合到第一控制器和第二控制器上，所述接口单元包括：

处理器，其配置成：

重复地接收来自所述第一控制器的第一中断，以第一频率接收所述第一中断；

响应于所述第一中断，将第一响应传输到所述第一控制器；以及

将第二响应传输到所述第二控制器，所述第二响应相对于所述第一频率是非周期性的。

17. 根据权利要求16所述的接口单元，其中，所述处理器进一步配置成在接收到所述第一中断之后暂停传输所述第二响应。

18. 根据权利要求16所述的接口单元，其中，所述处理器进一步配置成：

接收来自所述第二控制器的第二中断；以及

响应于所述第二中断，将所述第二响应传输到所述第二控制器。

19. 根据权利要求18所述的接口单元，其中，所述第一中断和所述第二中断中的至少一个包括数据收集命令，所述处理器进一步配置成：

通过从至少一个输入/输出（I/O）模块中获取输入数据来执行所述数据收集命令；以及

传输包括所述输入数据的所述第一响应和所述第二响应中的至少一个。

20. 根据权利要求18所述的接口单元，其中，所述第一中断和所述第二中断中的至少一个包括数据存储命令，所述处理器进一步配置成通过将输出数据存储到至少一个输入/输出模块来执行所述数据存储命令。