CN1030881C - 双工通信控制设备 - Google Patents

Abstract

一种用于通信系统的双工通信控制设备，该通信系统包括彼此进行数据通信的一组多通信站。这些通信站经由一个双工通信网络连接。通信站中持有权标的那个站通过该双工通信网络进行通信。每一通信站包括：一个总线状态表，一个权标产生器；一个表更新器，以及一个发送--接收器。

Description

双工通信控制设备

本发明涉及一种用于由一个双工通信网络连接的多通信站组成的通信系统的双工通信控制设备。更具体而言，本发明涉及一种可用于对于一个通信系统中诸如温度和压力这类过程变量的控制要求具有高可靠性的分布式控制系统的双工通信控制设备，在该通信系统中，由一个双工通信网络连接的各个通信站彼此是通过权标传送(即权标从通信站传送到通信站)来进行通信的。

由共享一个通信网络的多通信站组成的一个通信系统要求对通信的控制达到使得通信站之间的通信井然有序地进行。

权标传送通信控制是迄今所知的这类通信控制方法之一。例如，应用权标传送的通信系统的例子在授权给Imaizumi等人的美国专利No.4,058,681以及Kryskow，Jr等人的美国专利No.4,491,946中透露。在这些所透露的权标传送通信控制方法中，利用通信网络，单一权标可使得每一个站自身充当主站并与其它站通信。借且于预定了顺序的诸权标帧，权标被相继地从一个站传送到一个站。当一个通信站收这个权标时，它就控制整个通信系统，并且若存在进行通信的请求，则就与其它站通信。如果不存在任何通信请求，则权标被传送到下一个通信站。权标帧的循环传送的管理是按照每一站所固有的站地址进行的。当权标帧传送到下一站时，这些权标帧通常传送到具有比当前站的站地址大1的站地址的通信站。

这个权标传送通信控制方法有效地使用了通信网络。而且通信控制不是集中式的。并且该控制不受通信网络长度的影响。这样，权标传送具有各种特点。因而在过程控制系统中广泛得到采纳。

在要求具有高可靠性的过程控制系统中，指定对过程进行控制的现场控制站以及该现场控制站连接于其上的通信网络是双工式的。当一个(系统)出故障时则另一(系统)递补之。

图1是通信系统的一个例子的概念简图，该系统由多个通信站ST1，ST2等组成，这些通信站与由线路BS1，BS2组成的一个双工通信网络相连接。在这一通信系统中，如果在一个通信线路BS1中的点A处出了故障，并且如果权标到达了通信站ST1处，假如这个站起初例如是利用第一条通信线路BS1开始向通信站ST2发送权标帧的，则由于线路BS1的故障而传输不成功。因而这时ST1站使用第二条通信线路BS2执行权标帧的传输。这一传输将会成功。在这种情况下，通信站ST1通知每一个与该通信网络相连接的通信站，告之当权标传送到ST1站的第一通信线路BS1处于故障态。每一通信站在收到信息时都识别出第一条线路BS1的这一故障并停止利用第一条线路BS1的通信功能。于是利用第二条线路BS2，通信继续进行。

然而，以这种方式控制通信的这一通信系统有以下问题。

(a)由于是在第一条线路BS1的故障检测出之后权标再次到达ST1站时，通信站ST1才通知其他通信站第一条线路BS1存在故障，故在权标再传送到ST1站之前，其他站是识别不出第一条线路BS1中的故障的。

(b)如果任一通信站没能收到指示第一条通信线路处于故障态这一信息，那么这个站就永远识别不出BS1线路中这一故障。

(c)如果任一通信站没有识别出一个通信线路中存在故障，则每逢权标传送到这个站，这个站都要重复检测一条通信线路中的故障的信操作。这就使得该通信系统性能变坏，而且将反复地发出一条线路存在故障的警告信息。

(d)当一条通信线路处于故障状态时，如果一个新的通信站接入该通信网络，则这个站是不能识别通信网络中的故障的。

本发明的一个目的在于提供一种可靠的双工通信控制设备，该设备在两条线路之一处于故障态时可使得与网络相连接的每一通信站能够可靠而迅速地识别故障信息，这就将对正常通信操作的影响减小到最小。

本发明的另一目的是提供一种双工通信控制设备，该设备使得在一个新通信站接入通信网络时无须采用复杂的过程即可迅速地识别通信线路的状态并平稳地参与到权标传送通信中去。

本发明的又一目的是提供一种双工通信控制设备，该设备能防止如果通信网络受到噪声影响的干扰而两个通信站同时保有一个权标的情形，而且如果同一个站地址由于其种原因而分配给两个或更多的通信站时，系统可重新复原。

本发明另有一目的即是提供一种通信控制设备，该设备使得如果这个接入通信网络的通信控制设备出现故障时，则从网络断开以防止其他的通信站之间在故障的影响下进行通信。

本发明还有一目的即是提供一种可靠的双工通信控制设备，该设备在每一个站都是双工的条件下能够可靠地诊断出装入到每一操作或控制通信站的通信控制设备以及装入到每个备用通信站的通信控制设备。

本发明的其他目的和特点将在其以下的说明过程中显现。

附图的简要说明

图1是接有一个双工通信网络的多通信站组成的通信系统的概念性简图；

图2是根据本发明的通信系统的一个概念性简图。

图3是图2中所示的通信站ST1作为一个操作员站的内部结构框图；

图4是图2中所示ST2，ST3等通信站作为现场控制站的内部结构框图；

图5是装入到图3和图4中所示的每一个通信站中的通信控制设备FCA(“故障判别分析器”，下同)的主要部件的概念性简图；

图6是图5中所示发送一接收控制装置中所传递出的一个传输帧中的一个权标帧的概念性简图；

图7是每一个通信站中总线状态表21的概念性简图；

图8是表示与图2—5中所示通信网络HF连接的一个通信站操作的流程图；

图9是根据本发明的传输控制设备FCA的其他个例子的框图。

图10是根据本明的传输控制设备的另一例子的框图；

图11是说明一个通信站获得一个权标时所作的操作的流程图；

图12是根椐本发明的传输控制设备的又一例子的框图；

图13是一个作为现场控制站的双工通信站的框图；

图14是椐本发明的通信控制设备又一例子的框图；

图15是说明图14中所示的通信站与通信网络HF连接时所进行的操作的流程图；

图16是椐本发明的通信控制设备又一例子的框图，以及

图17是说明图16中所示的设备的操作的流程图。

(较佳实施例的说明)

参见图2，图中概念性地表示出根据本发明的一个通信系统。这一实施例中假设通信系统是一个过程控制系统。其中每一个站都构成一个通信单元的多通信站ST1，ST2等等均连接到一个由第一通信线路L1与第二通信线路L2组成的双工、双向通信网络HF上。每一通信站SIi由一对耦合器Ci耦合到通信网络HF上。每一个站配备有由权标传送控制通信过程的一个通信控制设备。

通信站ST1是一个操作员站，该站可使得操作员对整个系统进行监控。站ST1给出有关控制操作的指令并具有作为人—机界面的键盘和图形显示器。诸如ST2与ST3等其他通信站是分布的现场控制站，并在操作站的控制之下以及从操作站所给的指令下对过程进行控制。

图3是一个说明ST1通信站作为操作员站的内部结构的框图。这一通信站包括一个通信控制设备FCA，一个中央处理器CPU，一个主存储器MM以及一个输入/输出控制器IOC。通信控制设备FCA是通过一对耦合器耦合到双工通信网络HF上的，并通过一个内部总线BS与处理器CPU，主存储器MM以及输入/输出控制器IOC连接。

通信控制设备FCA包括一个仅用于通信的处理器和一个外围电路，设备FCA在其他单元或其他通信站的要求下独立于处理器CPU执行通信过程的处理。这种处理应用权标传送，即当一个权标传送到该站自身时，通信处理通过应用双工通信网络HF而进行。若双工网络的L1与L2两线路都是正常，则两线路L1与L2交替作用，或者作用预定的一条线路。如果一条通信线路出故障，则使用正常的一条。

处理器CPU进行作为操作员通信站的各种内部数据的处理。当需要进行通信时，CPU处理器在包含在主存储器MM里的传输缓冲器中准备用于通信的命令或数据，并根据通信种类向通信控制设备FCA传递通信请求。在通信控制设备FCA控制下所完成的通信结果存储在一个接收缓冲器中。当需要时处理器CPU就利用所存储的这些数据。

作为人—机界面的键盘DSP与图形显示器连接到输入/输出控制单元IOC。打印机的其他(未表示出)的设备通过输入/输出控制单元IOC连接。

图4的框图表示了作为现场控制站的各通信站ST2、ST3等的内部结构。这每一个站的内部结构基本上类似于通信站ST1的内部结构。ST2、ST3等各个通信站都包括一个通过一对耦合器与双工通信网络HF连接的通信控制设备FCA，通过内部总线BS连接的一个中央处理器CPU，一个主存储器MM，以及一个输入/输出控制器IOC。诸如传感器和电子管等安装在过程控制设备中的执行器件则直接地或者是通过一个现场总线连接到输入/输出控制器IOC。

图5概念性地说明了包含在每个通信站STi中的通信控制设备FCA的主要部件。这个控制设备FCA包含接收器11和12，它们接收通过双工通信网络HF的第一通信线路L1每第二通信线路L2传送的通信帧。驱动器13和14通过通信线路L1与L2发送通信帧。控制设备FCA还装有与该收器及与驱动器连接的传输一接收通信控制器15。此控制器15控制着权标传送通信，发送并接收通信帧并执行其它功能。

总线状态表21存储总线状态信息，该信息指明与两条通信线路L1与L2连接的诸通信站能否通过使用L1与L2这两条线路进行通信。表21置于通信控制设备FCA内的存储器或存储器MM的一部分内。权标产生器22用来发送权标，即控制系统的一种授权。当一个通信站收到一个权标时，如果一个权标帧要被送往下一个站，则权标产生器22将该站所具有的最新总线状态信息转送到该权标帧上并发送之。表更新器23接收经两条通信线路L1与L2传输的权标帧并根据该权标帧上所载的总线状态信息更新其自身的总线状态表21的内容。

当传输通信帧时，则发送一接收控制器15要参照总线状态表21。如果此表中存储的信息指出两条线路L1与L2均无故障，则两条线路L1与L2被轮换应用或作用预定的一条。如果其中一条处于故障，则选择不处于故障的那条通信线路。通信帧经过所选择的线路传送。

图6概念性地表示了由发送—接收控制器15发送的通信帧的权标帧。该权标帧包括：指明该帧头的先同步位置PRA，关于被访通信站地址信息DA，关于发送通信站的地址信息SA，关于通信帧的长度信息LG，包括指示权标帧类型的信息及指明用于发送信息的控制信息的控制信息CTL，关于总线最新状态的总线状态信息BI(指示线路L1或L2是否可使用的信息)，以及检验码CRC。一种权标帧即是用于只向当前参与通信的那些通信站发送权标的常规权标帧。权标帧的另一例子是诊断权标，这一权标用于向当前并不参与通信但未来可能参与通信的一个通信站发送权标。

图7概念性地表示出装在每一通信站里的总线状态表21。指示通信线路L1与L2的每一个的最新状态的数据存储在此表中。例如，状态1表示该通信线路是正常的，而状态0则表示该通信线路出故障。如果通信线路是正常的，或说处于状态1，则经该线路的通信是可行的。如果通信线路出故障，或者说处于状态0，则经该线路的通信是不可行的。当一个站获得一权标并发送出一个通信帧时，该站根据上述总线状态信息是能够知道这一传输成功与否的。所获得的有关总线状态的最新信息存储在该表中。当一个站接收到权标时，表更新器23按照该权标上所载的总线状态信息更新表上的内容。总线状态表21上的内容就是以这种方式迅速地更新并转换成最新总线状态信息的。

上述构造的装置的操作过程说明如下。图8是表示与通信网络HF连接的一个通信站操作过程的流程图。以一个权标首先出现在通信站ST1为例，发送一接收控制器15访问其自身的总线状态表21。信息输送到权标帧上。接收站地址指示出下一个站ST2。信息经由被总线状态表21认定为正常的通信线路(例如L1)发送(步1)。通过检验来自该通信站的确认信号对于权标的传输是否成功作出判断(步2)。如果权标的传输是成功的，则权标转移到被访的通信站ST2。

如果步2作出的判定是权标的传输不成功，即没有从该通信站发送出确认信号，则站ST1认为通信线路L1有故障并将指示出L1线路有故障的总线状态信息传达给权标。这时权标就经由通信线路L2发送(步3)。此后，要作的判定是权标经由线路L2的传输是否成功(步4)。

如果判定的结果是传输已经成功，则ST1站更新其总线状态表21的内容使其指示出线路L1有故障。而且，在接收到此权标的通信站ST2中表更新器23将其自身的总线状态表21的内容更新，而根据该权标所携带的总线状态信息(即指示出线路L1出了故障的信息)将这些内容改变成最新的信息(步5)。

如果有数据传输或其他通信请求，则获得权标的通信站ST2执行通信操作。这时通信站ST2把权标发送给下一个通信站，即通信站ST3，这时的传输是经由线路L2根据该站自身的总线状态表21进行的，其方式与前面类似即总线状态信息传送到权标上并被发送。

在进行上述系列的操作时，当权标循环经过参与通信的诸通信站时，通信站总线状态表的内容得到更新以表示出最新状态。

如果步4所作的判定结果是权标经由线路L2的传输没有成功，那么就执行给定的确认处理程序，例如，再次执行经由线路L2的权标传输。以检验看是否能得到有效反应(经由线路L1的权标传输与上类似)。如果得不到反应，则判定出线路L1与L2都有故障。检查故障位置。

图9是据本发明的通信控制设备FCA的另一例子的框图。在这一实施例中，每一通信站装配有诊断权标产生器31。由该诊断权标产生器31所产生的诊断权标使得与第一线路L1及第二线路L2连接的一个新的通信站或者是一接通着电源的通信站参与通信，由该站自身所持有的最新总线状态信息被送到该诊断权标上并被发送。

如果表更新器23收到诊断权标，则该更新器根据诊断权标帧上所携带的总线状态信息更新通信站里的总线状态表21的内容。

话表40指明了已经接入或将要接入通信线路L1与L2的通信站的操作状态。本实施例中，不论是参与通信的或是操作通信的通信站都称为现用站。每个不参与通信的通信站都称为非现用站。该话表由接收每一通信站按规则时间间隔发送的并指示该站处于现用状态的信息所更新。

诊断权标产生器31访问这个话表40并向这个话表中(所指示)的非现用站按规则时间间隔发送诊断权标。由权标产生器31所产生的常规权标在话表40中的现用站之间周期循环。

本实施例中，当一个新的通信站参与权标传送通信时，不需采用复杂的步骤即可将其有关双工通信网络的状态信息变成与其他通信站的信息一致的状态。

在这种配置中，指示双工通信网络中故障和指示故障通信站是否已恢复的总线状态信息能够迅速可靠地传送到每一通信站。能够防止由于错误的总线状态信息引起的通信性能的恶化。不论在什么地方系统故障消除恢复正常，则它就能立即投入双工通信网络的正常操作，于是能够实现可靠的双工系统。

在图9的实施例中，当一个新的通信站参与权标传送通信时，无须采用复杂的步骤即可使得(该站的关于双工通信网络的总线状态信息与其他通信站的信息形成一致。

图10是根据本发明的通信控制设备FCA的又一个例子的框图。在这一实施例中，增加了一个装置，该装置消除了当象征授权的多权标帧出现在由多个通信控制设备共用的通信网络HF上时所产生的问题。这一装置的主要部件示于图10中。

在一个权标传送通信系统中，通常假定与通信网络HF连接的多个通信站中只有其中的一个是持有权标的。但是如果系统受到噪声扰动之后再建，或者由于某种原因同一站地址指定给两个站，则这两个站就会同时持有这一权标。这种情况下，就不能以正常的权标传送来控制通信网络。整个系统的运行操作就受到很大影响。

这一实施例中，加入了能消除这类问题的装置。图10的通信控制设备FCA具有一个发送一接收控制器15，该控制器控制权标传送通信并检测错误。例如载波检测器25通过接收器11收到在通信线路L1上的信号并从信号电平(的高低)检测到线路L1上是否存在载波。冲突检测器16同样通过接收器11接收到通信线路L1上的信号。例如，该检测器26监测线路L1上DC(直流)成份的电平并有一个比较器检测当从这个站发出的帧迭加到从另一个站发出的帧时所引起的信号电平的变化。

权标产生器22的通信站接收权标。当这一权标被持有时，权标产生器22把该权标发送给权标控制器24控制之下的下一个通信站。这个控制器24对权标产生器22是如下方式进行控制的：当收到来自载波检测器25的输出信号CD或收到来自冲突检测器26的输出信号CLD时，则放弃该站所持有的权标。

图11的流程图说明了当具有图10所示结构的通信控制设备的一个通信站已经得到权标时所进行的操作。发送—接收控制器15平时监测经由通信线路L1或L2传输的权标帧。如果该权标帧上所编址要访问的就是该控制器的通信站，则该站获得此权标(步11)。然后，载波检测器25判定是否收到经通信线路L1传输的载波，即判定与此通信线路L1连接的任何其他的通信站是否正在发送载波或帧(步12)。

如果检测到载波，即来自载波检测器25的输出信号CD为激发态，则权标控制器24判定：除了该通信站自身以外还有其他站获得了权标。控制器24命令权标产生器22不要生成权标(命令)权标生成器22放弃权标(步13)。

如果步12中所作的判定结果为没有检测到载波，那么发送接收控制器15断定任何其他通信站都没有权标，并发送一个确认帧(步14)。所发送的确认帧的一个例子是通知发送权标的那个通信站告之该权标已收妥的这样一个确认帧。确认帧发送之后，冲突检测器26通过接收器11监测通信线路L1上的DC(直流)信号电平并判定由该站自身经由线路L1发送的帧是否与任何其他站发送的帧冲突(步15)。

如果检测到冲突，即来自冲突检测器26的输出信号CLD是激发态，那么权标控制器24断定有其他站得到权标。控制器24指令权标产生器22不要生成权标，即命令权标产生器22放弃该权标(步13)。

于是，一个通信站发送是帧的同时还有其他任何站也发送帧的这种情况就迅速而可靠地检测出来。而这种情况未必可被载波检测器25检测出来。出现两个权标所引起的严重情况就能够避免了。

如果在步15没有检测出冲突，而且存在请求进行一个给定的传输，则就执行这个通信操作和指令处理(步16)。当该给定的通信操作结束或不存在传输请求时，则权标产生器22就向下一个通信站发送一个权标帧(步17)。权标的发送接图8中所示的流程进行。

如果在步13放弃了权标，则有其他站正在持有权标。则通信受到这个站的控制作用。

如果在其他站检测到类似的帧冲突并放弃权标，其结果是权标从通信线路中消失。考虑到这种权标消失的情形，各通信站的通信控制设备都装有设定在不同时间的各自的权标监控定时器。因此，如果在步13执行放弃权标的处理，则整个系统的权标传送通信控制操作得以正常地连续进行。

本实施例中，如果权标传送通信控制系统有两个或更多的通信站发送权标。则与通信网络连接的整个系统都会受到影响，这种情况快速地被检测出来，而后放弃权标。因此形成了一个可靠的通信控制设备。

图12是根据本发明的通信控制设备另外一个例子的框图。在这个实施例中，发生了影响诸通信站的通信控制设备FCA所共用的整个通信网络的故障。所增加的一种结构可以检验出这一故障并防止该有故障的通信控制设备参与通信控制操作。

在一个权标传送控制通信系统中，为了在任何时候，即使如果一个得到权标的通信控设备由于某种原因(例如断电)而丢失了该权标都能平稳地传送权标，那么这权标就必须传送给另外的通信控制设备。为此目的，每个站的通信控制设备FCA都装有以下装置：检测通信网络HF上载波的载波检测器25，监测无载波时间的载波监测定时器27，以及权标产生器22，该权标产生器如果在定时器27设定的时间内检测不出载波，(即，当从定时器收到一个指示定时已到时的信号)则可产生一个新的权标，

各个通信站的通信控制设备的定时器27所设定的预设定值是互不相同的。选择预设定值的最小值要使得它大于在正常操作时通信网络上无载波时间的最大值。

在这一配置中，即使权标消失，包括在通信控制设备中具有最小设定时间的定时器27的权标产生器22也会再产生一个权标。因而正常的通信控制能够继续进行。

在上述构造的设备中，如果接收器11或载波检测器25出现故障，则通信网络HF上的载波就再也不能被监测。该通信控制设备判定认为权标已经从通信网络上消失。每当它自已的定时器27设定的预定时间到时，它就产生一个权标并将其发送到下一个通信站，或下一个通信控制设备。这一操作会反复进行。这时如果其他通信站彼此正在通信，则这一通信就受到阻碍。

在实施例中，为消除这一问题，装设了一个回路反向诊断器28，一个计数器29，以及一个发送一接收操作停止器30。该回路反向诊断器28执行回路的反向诊断以检测其自身的通信控制设备的发送与接收功能正常与否。当由诊数器28所做的回路的向诊断出故障时，则计数器29计数所发生的回路反向出错信号，并且当总计数达到给定值时产生一出错信号。根据计数器29发出的出错信号，停止器30停止发送—接收控制器15的发送与接收器，回路反向操作的允许次数预先在计数器29中设定好。

假设这一装置的接收器11出了故障而不能接收信号。这种情况下该装置就会以下述方式操作。通信网络HF上的载波是收不到的。载波检测器25的输出信号CD是静止态。载波监测定时器27计数载波收不到的时间。当这一被测时间达到设定值时，到时信号成为静止态。收到这一到时信号时权标产生器22判定权标已从通信网络HF中消失并产生一个新的权标。这个权标通过发送—接收控制器15和驱动器12经由网络HF被发送出去，并送往下一个通信站。

但是，对此权标的应答信号或称确认信号由于接收器11的故障而不能收到。因而，发送—接收控制器15判定该权标的传送设有成功，并向下一个通信站重复发送权标的操作。这一系列的操作在与通信网络HF连接的每一通信站中都要进行，但所有发送权标的这些尝试均不成功。在这个时间过程中，其他站之间经由网络HF的通信受到阻碍。

于是，发送—接收控制器15指令回路反向诊断器28执行回路反向诊断，以确认控制器15自身是否有故障。在收到执行诊断的指令时，诊断器28经由通信网络HF发送出编址指向自身的通信帧或诊断帧，并进行回路反向诊断以判定(发出的)帧能否正确地接收到。作为这一诊断的结果，由于接收器11的故障该编址指向自身的诊断帧是不能收到的。因而回路反向出错信号就会产生而加到记数器29上。收到这个回路反向出错信号时，记数器29的计数就会增长。

如果回路反向诊断的结果显示正常，即接收器11的故障是暂时的并且该接收回在回路反向诊断时间内即已消除故障，那么就会产生指示正常的信号，记数器29置零。

当接收器11处于故障状态，一旦到达预定时间值，则载波监测定时器27到时。因而回路反向诊断器28反复执行诊断。结果是记数器29的值到达给定值而产生出错信号。

当记数器29产生出错信号时，则发送接收操作停止器30指令发送—接收控制器15停止下一步的发送和接收操作。这时控制器15就停止经由通信网络HF所执行的一切发送和接收。控制器15的通信控制设备FCA从网络HF断开。这一操作即使在接收器11或载波检测器25出故障并且整个系统受到故障影响的情况下也减少了对网络的影响到最小。

在至此所作的说明中，认为发送接收停止器30是装置于通信控制设备FCA之中的。这个停止器30也可以安装在诸如CPU处理器这类外部设备之中。这时，该外部设备能够方便地查找出有故障的通信控制设备FCA。

这一实施例中，如果发生了影响下通信网络连接的整个权标传送控制控制通信系统的故障，那么只是相应的通信控制设备从网络HF中解除。因而，其他通信站的通信控制器FCA能够仍然保持正常的通信。而且可靠性也得以提高。

图13是作为现场控制站的一个双工通信站STi的框图。这一实施例具有一种结构，这种结构可使得每一通信站正确地诊断这个通信站的通信控制设备FCA。

作为现场控制站的通信站中，控制的运算操作是由处理器CPU进行的。该处理器的故障将导至处理控制的停止。因而该通信站是双工式的。如果在一个通信站的CPU处理器中或其通信控制设各中发现故障，则另有正常的通信站替补该故障站。

诊断每一处理器自身的一般方法是一个CPU诊断其他的CPU以发现故障。每个通信控制设备FCA一般采用所谓回路反向诊断，即发送并接收编址指向自身的通信帧来判断其发送和接收功能是否正常。

检验故障是以一个处理器来诊断其他的处理器的情况下，则如果出现错误的话难于查找到是哪个处理器引起的错误。在每一通信控制设备FCA是由回路反向诊断方式进行诊断的情况下，如果控制站与备用站分别执行它们的回路诊断，则将会出现好的结果。在一个权标传送通信控制系统中，一个通信站若没有获得权标是不能发送信息的。因而如果控制站出了故障，它是不能把权标传送给备用的站的。结果是备用站中的诊断将不会奏效的。

在这一实施例中，处理器与通信控制设备都是双工的。控制站的通信控制设备与备用站的通信控制设备都能通过回路反向诊断正确地作出诊断以检测故障。

图13中，两个与通信网络HF连接的通信站ST21与ST22是作为现场控制站。其中之一(比如ST21站)用于控制，而另一个(如ST22)处于备用状态，为那个站发生故障作准备。

两个通信站ST21与ST22的每个处理器CPU都可执行各种控制操作，运算操作，并可给出进行回路反向诊断的指令。与网络HF耦合的通信控制器FCA提供上述权标传送通信控制。

每一个通信控制设备FCA的回路反向诊断器28在来自相应的处理CPU的指令下执行回路反向诊断。每一CPU的CPU控制器51产生表示控制器自身正在操作的就绪信号，并产生回路反向诊断的指令。两个处理器CPU的每一个都有一个门电路52，该门电路接收来自另一处理器门电路的输出信号以及来自相应的CPU控制器51的就绪信号。两个处理器的门电路分别产生选择信号IOCE1与IOCE2用于提供双工控制。此两信号IOCE1与IOCE2具有彼此互斥的关系。

这一实施例的特点在于装备有一个记数器53，该记数器在回路反向诊断开始时启动并在该诊断结束时置零。时间设置器54设定相应的记数器53所需要的到时时间。这一设定的时间在以下两种情况下是不同的：一种情况是用于双工控制的选择信号IOCE1或IOCE2处于激发态，另外一种情况是该信号处于静止态。例如，若选择信号IOCE1是激发态并且该站中存在权标，则设置的时间短于没有权标时的设置时间。

来自计数器53的到时信号用于相应的CPU控制器51。当每一个CPU控制器51收到来自相应的计数器的到时信号时，控制器判定该站的通信设备FCA发生故障。控制器51把来自这一控制器的就绪信号RDY变为静止态。

这样构造的这一装置的正常操作以及在通信功能发生故障时所执行的操作以下分别予以说明。

正常状态下的操作

两个CPU处理器的每一个的门电路52形成了由来自CPU控制器51的就绪信号RDY启动的触发器。来自CPU控制器51的就绪信号较早变成激发态的那个CPU处理器使得用于双工控制的选择信号IOCE1或IOCE2成为激发态，并设定了一个控制状态。由于IOCE1与IOCE1这两个选择信号具有彼此互斥的关系，故另一站是处于备用状态的。

通常，包含在两个CPU处理器里的数据库由分离装置(未表示出)做成彼此一致的。而且这些CPU是同步运行的。并且，回路反向诊断是由这些CPU同时启动的。

现在假定通信站ST21中的处理器处于控制状态，而ST22站中的处理单元处于备用状态。基于用于双工控制的选择信号IOCE1是激发态这一事实，站ST21的时间设定器54知道该站是处于控制状态的。设置器54将记数器53设置在时间T1。基于用于双工控制的选择信号IOCE2是静止态这一事实，备用通信站ST22的时间设定器54知道该站是处于备用状态的。设定器54将相应的记数器53设定在时间T2。记数器所设定的时间T1与T2是这样来选择的，即使得T2长于T1，即是说备用状态的记数器设定的时间要长于控制站记数器所设定的时间。

当通信站ST21的处理器CPU处于控制状态时，如果包含在站ST21的通信控制设备FCA接收到一个权标，则回路反向诊断器28执行回路反向诊断。同时，记数器53开始向前记数。

回路反向诊断执行的结果送到处理器CPU。如果没有发现错误，则记数器53在设定时间到时之前即置零。此后，控制站中的以控制设备FCA将权标传送组备用站中的通信控制设备FCA。然后，备用站中的通信控制设备类似地执行回路反向诊断。

如果由于某种原因处于控制状态的处理器发生故障，则来自CPU控制器51的就绪信号成为静止态。遂用于双工控制的选择信号IOCE1与IOCE2的状态反相。权标传送到备用站中的处理器。

通信功能出现故障时所进行的操作。

控制状态中的通信站ST21里面的通信控制设备FCA执行回路反向诊断，但是其确认信号却接收不到。诊断重复故障状态。于是ST21站的记数器53当给定的时间T1过去时达到其最大值。对此的响应是CPU控制器51判定通信站ST21中的通信控制设备ICA出了故障，并将就绪信号TDY置于静止态。而且CPU控制器51将双工控制选择信号IOCE1置于静止态。权标传送到备用通信站ST22的处理器CPU。

当控制站出现故障时对备用站的作用

当通信站ST21中的通信控制设备GCA发生故障，或当驱动器12发生故障时，如果故障是紧随着回路反向诊断之后发生的，则通信站自身的诊断会成功。但是权标却不能传送到备用站ST22的通信控制设备FCA。因而这个站的回路反向诊断将不会成功。

然而，因为控制站中的驱动器发生故障，故下一个回路反向诊断的故障态会重复出现。控制通信站ST21中的记数器53设定的时间T1短于备用站ST22的记数器53的设定时间。因而控制站记数器的到时会早于备用站记数器的到时。于是如果控制站中的通信控制设备发生故障，则权标是可以不受故障影响而可靠地传送到备用通信站ST22的。

定时器根据它们所处的是控制状态还是备用状态而设定的时间T1与T2的选择考虑到回路反向诊断所需要的次数以及CPU处理的时间、而令其保持T1＜T2这样的关系。

这一实施例中，装有通过权标传送而转移数据的通信控制设备的每个通信站都是双工式的。每一通信控制设备可以被精确地诊断。如果任一通信控制设备发生故障，则权标能够可靠地传送到一个备用站。

图14是根据本发明的通信控制设备的又一例子的框图。在权标传送通信控制中，权标的传送是由指定给通信站的站地址来控制的。当权标传送给下一个通信站时，通常是把权标帧传送其站地址是当前站的站地址加上一的下一个站。这种权标传送是基于这样的假设：与通信网络连接的多通信站中只有一个站持有权标。因而，如果由于某种原因同一站地址给予了两个或更多个通信站，或如果由于地址设定器的故障而同一地址被重复作用，则权标会赋给两个通信站。这种情况下就发生了通信网络上的权标帧冲突。把权标在所有的通信站之间传送是不可接受的。其结果是通信成为不可能。

在这一实施例中，为避免这种不希望发生的情况，给每一个通信控制设备增加了一种功能。特别地，当一个新站通过该站与通信网络的连接或接能供电电源而加入到权标传送通信时，该控制设备要进行检验看是否有重复设置的地址。

在图14的通信控制设备中，地址设定器61用于对这一控制设备的特定的通信站设定地址，该设定器可以是机械设定装置也可以采用计算机软件的形式，权标自指向检测器62检测来自经由网络HF和接收器12传输的权标的标明了由地址设定器61所设定的这一通信站的地址的那一权标帧的接收情况，监控定时器63设定在长于传输延迟时间与反应延迟时间之和的一个预定的时间上。当权标自指向检测器62检测到其编址指向自身的权标的接收时，定时器63开始测量时间。接收判定器64作出判定看是否在监控定时器63到时之前接收到来自其他通信站的帧。这一接收判定器64可由一个接收通信网络HF上的载波信号的电路以及一个检测接收电平的简单逻辑电路所组成。

如果在监控定时器63到时之前收到从其他任何通信站传送来的一个帧，则接收判定器64判定出现了双地址错误。判定器64产生一个出错信号给传输控制器15。传输控制器15收到这一出错信号就中断参与通信网络HF并放弃该权标。

图15的流程图表示当一个通信站接入通信网络HF时的操作。当电源接通或当一个新的通信站接入网络而参与通信时，该站等待接收经由网络HF传输通过接收器12的一个权标帧或一个邀请帧(该帧经过所有可能接入网络的通信站)(步21)。为检测是否接收到那样一个帧，权标自指向检测器62将仅赋给当前站的站地址与进行比较。如果权标编址指向此站，则检测器62判定已经接收到。

如果权标自指向检测器62收到编址指向此站的一个权标，则监控定时器63启动(步22)。接收判定器64判断在定时器63到时之前是否有其他通信站收到一个权标并对它作出反应(步23)当定时器63到时的时候，如果没有来自其他站的帧，即接收判定器64既未收到经由网络HF传输的帧也未收到载波；则判定器64断定在网络HF上不存在具有相同站地址的任何其他站。监控双地址的操作正常结束(步24)。

接下来发送控制器15，响应收到编址指向本站的权标，经由驱动器11及通信网络HF发送一个帧，并与网络连接。此后，因与网络HF相连接而可进行正常的操作。

另一方面，在步23如果在给定的时间到时之前，即在监控定时器63到时之前，接收判定器64接收到经由通信网络HF传输的一个帧或载波，则接收判定器64断定通信网络HF上已经存在具有相同站地址的其他通信站，即该帧是由这个站发送的。判定器64断定双地址错误已经发生并向发送控制器15发出一个出错信号(步26)。

收到此双地址出错信号后，发送控制器15中断一个帧的发送并从网络HF上将自身解除(步27)。这种情况下，所发生的情形认为是非正常地址设定，操作就此结束。指示这一非正常性的信息被传递。

当一个新站参与应用通信网络的通信时，这种配置可使得该设备检测是否相同的站地址已被接入通信网络的任何站使用了。因而，如果一个地址被错误地设置了，通信将不会停止。

图16是与图14的实施例类似的另一个实施例的框图。在这一实施例中，如果正常参与通信的多通信站的一个通信站的地址设定器失灵，所引起的故障会被排除。

在这一实施例中，一个多主检测器65可以检测多主状态，(该状态)即指当探测器65的通信站获得一个权标并响应这权标而发送一个帧的同时。从其他站也有帧传输。这就是说，存在充当主站的多个通信站。这一多主检测器是一种电路，该电路的设计使得可以监视通信网络HF上载波信号电平并检测由帧冲突所引起的信号电平的变化。当多主检测器65检测到多主状态时，冲突数记数器66启动计数。当记数器66所记数达到给定值时，可以发出停止参与通信的指令的装置67就作出判定：发生了本站地址与其他站地址的冲突或其他故障。这时，装置67指令通信控制器15中断参与通信。

图17是说明图16实施例的时间(流程)图。当某一通信站获得一权标时，发送控制器15发送一个指明收到一个编址指向自身的权标的帧(步31)。发送了帧之后，多主检测器65监视通信网络HF上的信号电平。检测器65取得该权标并作为对此权标的响应而发送一个帧。如果一个帧同样地从任一其他站发送，并且如果两个帧在网络HF上发生冲突而引起信号电平的变化，则结果是检测到多主状态的存在(步32)。如果没有检测到多主状态，则系统视为正常而继续运行。

另一方面，如果检测到多主状态，则记数器66记数增长(步33)。发出停止参与通信指令的装置67检测记数器66所得到的总值是否超出给定值(例如3，4等等)，低于该值的多主冲突是允许的(步34)。如果超出给定值，则判定系统处开故障状态。装置67指令发送控制器15中断通信参与(步35)。如果总数未超过给定值，则操作照常进行。

本实施例中，在正常操作过程中，如果地址设定器61发生故障，并且如果由于多主状态而出现传输冲突，则当冲突数达到给定值时，该故障站从网络上解除。因此正常的通信可以在其余的通信站之间继续进行。

在图16的实施例中，监控定时器63和检测当一个新站接入总线时是否出现双地址的接收判定器64(图14)可以省略掉也可添加上。

Claims (3)

1.一种双工通信控制设备，该设备通过在与一个第一通信线路和一个第二通信线路连接的通信站之间传送权标而用于在多通信站之间发送与接收数据，第一通信站包括：

总线状态表，该表存储了指明该通信站是否可以经由第一和第二通信线路进行通信的信息：

权标产生器，该产生器将权标产生器自身所具有的最新总线状态信息传送给一个权标帧并发送该权标帧；

表更新器，该表更新器接收经由第一和第二通信线路传输的权标帧并根据该权标上所携带的总线状态信息更新本站总线状态表的内容；以及

发送一接收器，当总线状态表中的总线状态信息显示第一和第二通信线可以利用时选择第一和第二通信线中的一个或交替地选择第一或第二通信线进行通信。

2.权利要求1的双工通信控制设备，其中每一通信站包括一个发送控制器，该发送控制器提供了对通过应用双工通信网络进行权标传送通信的控制，还包括通过一内部总线而与该发送控制器耦合的一个处理器，并且这里的发送控制器在权标传送到本通信站而且这个站或别的站要求通信时进行独立于处理器的通信处理。

3.权利要求1的双工通信控制设备，其中每一通信站具有一个诊断权标产生器，该产生器带有有关本站所具有的电新总线状态信息的诊断权标并发送该权标，该断权标用于要求一个与两条通信线路连接的新通信站参与通信，并且其中的表更新器在收到诊断权标的状态下根据诊断权标上所带有的总线状态信息更新其自身总线状态表的内容。

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