CN103262468A - 在基于以太网的通信网络中配置一个或多个装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在基于以太网的通信网络中配置一个或多个装置（N1，N2，N3，N4）的方法，该通信网络包括多个具有以太网能力的装置（N1，N2，N3，N4）。在根据本发明的方法中为相应的待配置的、从属于一个装置类型（IDS，IDF，IDF’）的装置（N1，N2，N3，N4）测定该装置的、在通信网络中的拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）。然后，从数据库（DB）中将与该装置的装置类型（IDS，IDF，IDF’）和该装置的所测定的拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）相应的配置数据（CO）传输给相应的装置（N1，N2，N3，N4），该数据库包括用于一个或多个装置类型（IDS，IDF，IDF’）和该一个或多个装置类型（IDS，IDF，IDF’）的不同的拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）的多个配置数据（CO）。最后，基于所传输的配置数据（CO）来配置相应的装置（N1，N2，N3，N4）。

Description

在基于以太网的通信网络中配置一个或多个装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在基于以太网的通信网络中配置一个或多个装置的方法，该通信网络包括多个具有以太网能力的装置，本发明还涉及一种相应的通信网络。

背景技术

基于以太网的通信网络在多个应用领域中被用来进行数据交换。以太网协议在此涉及的是OSI参考模型的层级1和层级2上的数据传输并且在IEEE标准802.3以及IEEE802.1和IEEE802.2中有详细记载。为了通过通信网络来合适地控制相应的自动化方法的实施，一种应用范围是在自动化系统中的基于以太网的通信网络的应用。在这种情况下，为了执行在自动化方法的范畴中的功能，通信网络的单独的装置还包括相应的现场设备、例如执行器或传感器。

通常，在基于以太网的通信网络中分配有与单独的装置相应的配置数据，随后基于这些配置数据来配置相应的装置。在此，在特定的应用情况下，还将在哪个安装位置上将装置装配在通信网络中纳入到了配置的考虑范围内。在用于自动化系统的通信网络中，例如可能出现以下情况：应用多个构造相同的装置，然而这些装置又分别根据它们在自动化设备中的安装位置而不同地运转。根据通常方式在此必须手动地，例如通过服务技术人员来测定在哪个位置上将特定的装置类型的特定的装置安装在设备中。然后必须在考虑到其安装位置的情况下重新手动地配置该装置。在此，“手动的”指的是通过人员使其运转和执行的过程，但也完全可以借助软件工具实现该过程。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种用于在基于以太网的通信网络中配置一个或多个装置的方法，利用该方法能够以简单的方式实现装置的取决于位置的自动配置。

通过根据权利要求1所述的方法或根据权利要求12所述的通信网络来实现该目的。本发明的改进方案在从属权利要求中限定。

在根据本发明的方法中，为相应的待配置的、从属于一个装置类型的装置测定该装置的、在通信网络中的拓扑位置。拓扑位置的概念在此处和在下文中被广泛地理解和具体化成一种信息，根据该信息，在通信网络的拓扑的范畴中，例如通过网络中的相邻装置的规格和连接该装置的电缆来确定装置在该网络中的位置。然后，从数据库中将与装置的装置类型和装置的所测定的拓扑位置相应的配置数据传输给相应的装置，其中，数据库包括用于一个或多个装置类型和一个或多个装置类型的不同的拓扑位置的多个配置数据。由此在数据库中既存储有适用于装置类型的配置数据又存储有适用于拓扑位置的配置数据，然后根据带有相应的装置类型和相应的拓扑位置的装置的需要传输这些配置数据。在传输完相应的配置数据之后，最终基于这些数据来配置相应的装置。

数据库既可以是通信网络中的中央数据库也可以是分配给单独的装置的数据库。数据库的管理在此优选地由通信网络中的监控站来承担。在应用这种用于自动化设备的通信网络的方法的情况下，这种监控站可以是例如所谓的工程站。

根据本发明的方法的特征在于：当在通信网络中存在多个装置类型相同的装置时，能够在没有手动干预的情况下自动地配置单独的装置。通过在配置时除了考虑装置以外还考虑装置在通信网络中的拓扑位置的方式来实现以上设置，其中，这种拓扑位置又与装置的相应的安装位置相互关联。通过这种方式，避免了在网络中错误地配置多个构造相同但具有不同安装位置的装置类型。

如上面已经描述地那样，可广泛地理解拓扑位置的概念。在一个优选的实施方式中，通过存在于通信网络中的、相应的装置与其它的装置之间的直接连接来描述相应的装置的拓扑位置，特别是基于直接连接的装置的地址（也就是说，网络范围内（netzweit）的明确标记），例如MAC地址和/或IP地址和/或Profinet-Ids和该装置的用于直接连接的端口。

现有技术中公知了用于识别相应的网络拓扑以及单独的装置的与其相联系的拓扑位置的方法。在一个特别优选的实施方式中，为了识别拓扑而应用了LLDP-协议（LLDP=链路层发现协议）。根据这个协议，相邻的装置相互交换与其装置识别和其装置类型以及为了连接而应用的端口相关的信息。在此，在每个装置中将用于相邻装置的信息存储在MIB数据库（MIB=管理信息库）中。为了访问这些数据，同样可以应用现有技术中所公知的SNMP协议（SNMP=简单网络管理协议）。这些协议通常可以用在传输配置数据的范畴中。也就是说，可以在设置在数据传输之前的读取相应的装置类型或装置的拓扑位置的步骤中应用该SNMP协议，并且可替换地或额外地还可以用于实际地将配置数据传输到待配置的装置。

在根据本发明的方法的一个变体中，例如，在连接到通信网络之后，相应的待配置的装置自动地接触数据库，其中，装置随后从数据库中装载与其装置类型和其所测定的拓扑位置相应的配置数据。在此，在数据库不主动参与的条件下执行配置数据的传输。通过这种方式可以非常迅速地配置重新连接在网络上的装置。

在根据本发明的方法的另一个变体中，通过装置重新自动地接触数据库，其中，在接触数据库的范畴中，该装置将其装置类型和其所测定的拓扑位置告知给数据库。然后，数据库然而由此将相应的配置数据发送给相应的装置，也就是说数据库在传输配置数据的过程中还承担了主动功能。

在根据本发明的方法的另一个变体中，仅仅通过数据库来开始和执行配置数据的传输。在此，数据库识别到相应的待配置的装置的存在并且自动地将与其（所测定到的）装置类型和其所测定到的拓扑位置相应的配置数据传输给所识别到的装置。在装置识别的范畴中，数据库还可以获得装置的装置类型和拓扑位置。上述三种用于传输配置数据的变体可以可替换地或也可以并行地应用在通信网络中。

在一个特别优选的实施方式中，根据本发明的方法被用于基于以太网的工业通信网络（也就是所谓的工业以太网）并且特别被用于基于Profinet的通信网络。工业以太网和Profinet特别地被研发用来在自动化系统中对装置进行网络化并且在相应的标准中进行了详细说明。特别是在标准IEC61158和IEC61784中确立了Profinet标准。

本发明的一种优选的应用情况是将其应用在用于自动化系统、特别是用于工业自动化设备，或在可能的情况下用于另一种自动化系统（例如，用于实现建筑物自动化的设备）的通信网络中。该一个或多个待配置的装置在此特别包括一个或多个以太网开关或相应的执行自动化方法的范畴中的功能的现场设备（例如，电动机，测量装置，阀门和类似设备）。在此，优选地在现场设备的至少一个部分中分别集成一个以太网开关。

除了以上所述的方法以外，本发明还涉及一种基于以太网的通信网络，该通信网络包括多个具有以太网能力的装置，其中，该通信网络包括能够实施根据本发明的方法或根据本发明的方法的一个或多个优选的变体的装置。

附图说明

下面将借助附图1来描述本发明的实施例。该附图示出了在其中实施根据本发明的方法的一个变体的通信网络的示意图。

具体实施方式

图1中示出的通信网络涉及工业自动化设备的可被用于例如，制造自动化或过程自动化的组件的网络化。但是本发明并不局限于用于工业自动化设备的通信网络，而也可以被应用于其它应用领域，例如用于实现建筑物自动化的设备。

工业自动化设备包括多个用于实施自动化的方法的组件。特别是在设备中设置有多个不同的现场设备，例如驱动器、传感器、阀门以及类似设备，这些现场设备通过基于以太网的通信网络可能在以太网开关的中间连接的情况下相互网络化。也能够直接连接具有多个端口的现场设备。在这种情况下，以太网开关集成在装置中。另外，该设备包括可存储编程的控制装置或基于PC的控制装置，这些控制装置同样通过基于以太网的通信网络与开关或现场设备进行通信。另外，通常设有工程站形式的监控站，在其中与相应的工程数据相关地管理自动化设备的结构。这些数据还包括用于自动化设备的单独的装置的相应的配置数据。工程站的主要任务是支持自动化设备的通过以太网进行了网络化的装置的启动和诊断。

图1仅仅示意性地示出了带有相应的通过通信线路相互连接的装置N1，N2，N3和N4的自动化设备的一个小部分。装置之间的通信在此优选地基于应用了以太网协议的Profinet协议。装置N1涉及的是以太网开关，在其端口上连接有三个现场设备N2，N3和N4。现场设备N2和N3涉及的是相同装置类型的、例如相同电动机类型的现场设备，而现场设备N4是与它们不同的另一种设备类型的设备。在图1中另外示出了自动化设备的工程站ES，该工程站通过相应的通信线路连接在以太网开关N1上且包括数据库DB，在该数据库中存储有用于单独的装置的相应的配置数据CO。根据图1，数据库DB被显示为工程系统ES的组成部分。然而也存在这样的可能，即，数据库是被分配给单独的装置的、通过工程站ES进行管理的数据库。

根据图1的每个单独的装置均分配有一个相应的MAC地址，对于以太网开关N1而言以M1来代表该地址，对于现场设备N2，N3或N4而言以M2，M3或M4来代表该地址。在启动通信网络时，还通过适合的机构，特别通过DHCP或自动配置将IP地址也分派给装置。根据图1，在此将相应的IP地址IP1，IP2，IP3和IP4分配给装置N1，N2，N3和N4。另外，在单独的装置中的可读取的装置类型说明（例如，装置ID，名称，制造商，版本号和类似说明）被存储在非易失性的存储器中。在图1中，在此以IDS来表示用于以太网开关N1的装置类型说明，以IDF来表示用于现场设备N2和N3的相同的装置类型说明，并且以IDF’来表示用于现场设备N4的装置类型说明。

在图1中所示的网络的拓扑的范畴中，每个单独的装置均具有一个不同的拓扑位置，对于单独的装置N1，N2，N3或N4而言，这些拓扑位置以TP1，TP2，TP3或TP4来表示。根据本发明的方法的一个主要方面在于：在通信网络中测定这些以相应的拓扑信息形式出现的拓扑位置并且随后在配置单独的装置时将拓扑位置纳入到考虑范围内。

在根据图1的实施方式中，应用现有技术中所公知的LLDP协议作为识别拓扑的方法。根据这个协议，相邻的装置对与其装置标志或其装置类型相关的信息进行交换。在相应的装置中，交换的信息被存储在所谓的MIB数据库（MIB=管理信息库）中。在此，对于在其上连接有相应的相邻装置的相应的装置而言，数据库的记录包括它的带有相应的类型标志以及端口号码的相邻装置。由此通过端口号码描述通信网络中的相邻的装置以及装置的拓扑位置之间的相应的连接。这种信息随后被用于将源于数据库DB的、既取决于装置类型又取决于网络中的装置的拓扑位置的配置信息存储在单独的装置中。在此，在数据库DB中存储了多个不同的、既用于不同的装置类型又用于相应的装置类型的不同的拓扑位置的配置。然后根据装置类型和拓扑位置在待配置的装置上存储相应的配置信息。

根据本发明由此考虑到：可以有区别地配置用于不同安装位置的相同装置类型。例如，可以根据自动化设备中的布置来区分电动机的驱动方向。通过自动的拓扑识别来收集相应的拓扑信息且在配置时以适合的方式将该拓扑信息包含在内。由此，图1的网络的装置N2和N3即使在其结构相同的情况下，但基于其不同的拓扑位置仍可进行不同的配置。

在下文中根据将装置（例如装置N2）重新连接在通信网络或自动化设备上的实例来说明根据本发明的方法的具体的实现方式。在将装置连接在网络上之后，例如，通过上面已经描述过的LLDP协议信息通过输入点将装置连接到网络上。同样该装置被周围的相邻装置识别出来，从而获得了关于它在网络中的拓扑位置或安装位置的信息。利用工程站ES的数据库DB对这些信息以及包括有装置的类型标志的装置数据进行交换，然后将适合的配置数据存储在装置上并且以这些配置数据来配置该装置。由于为了与数据库DB进行通信而需要有效的IP地址，所以在拓扑识别之后要提供或查明一个例如临时的IP地址，如果在相应的装置的配置数据中设有一个特定的IP地址，那么该临时地址在数据库访问之后将被存储在此处的IP地址所替换。在这种情况下，IP地址表现为根据地点确定的配置数据的一部分。如果该配置数据不具有特定的IP地址，那么可以在开始时便通过现有技术的方法（例如，DHCP或自动配置）确定该地址。在图1中以IP1，IP2，IP3或IP4来表示装置N1，N2，N3或N4的IP地址。

对于配置数据的存储而言，优选地应用以下三种变体之一。根据第一种变体，待配置的装置自动地接触数据库DB且基于之前所获得的拓扑信息和其装置类型信息获得相应的配置，然后利用它来进行配置。在第二种变体中，待配置的装置仅仅登录到数据库上并且将它的拓扑位置和它的装置类型告知给数据库。然后由数据库来执行配置步骤，其中，为此可以应用例如SNMP协议。在第三种变体中，数据库DB独自识别出新连接上的装置（例如，基于周围装置的相应的MIB数据库中的变化的LLDP信息）的存在。然后，数据库从新连接上的装置或周围的装置中获得新连接上的装置的相应的拓扑信息以及装置类型信息。基于这些信息，随后从数据库挑选出适合的配置并且将其发送给装置，然后装置利用所接收的配置数据进行配置。

以上所描述的根据本发明的方法的实施例具有一系列的优点。特别是在既应用装置的装置类型又应用装置的拓扑位置的情况下能够实现单独的装置的自动的、与环境相关联的配置。在利用一个装置替换相同的或兼容的类型的一个装置的情况下，在此能够实现装置的自动配置，这是因为可以在没有手动的中间步骤的情况下，在考虑其自动查明的拓扑位置的条件下将被装配的装置分配给正确的装置情况，从而将正确的配置数据存储在装置上。可以通过将装置的拓扑位置纳入到考虑范围内的方式来排除例如由于在另一个位置上装配的相同的装置或在另一个位置上重新装配的装置的自动配置而出现的错误配置。在新的连接在通信网络上的装置第一次运转的情况下省去了用于将结构相同的装置分配给相应的、在设备的工程阶段中确定的装置情况的手动投入，这是因为可以基于工程阶段中所限定的网络拓扑自动地辨认这些装置情况。在此，该方法也可以有助于发现在计划的和实际的拓扑之间的、例如由于装配错误而可能产生的差别。

Claims (12)

1.一种用于在基于以太网的通信网络中配置一个或多个装置（N1，N2，N3，N4）的方法，所述通信网络包括多个具有以太网能力的装置（N1，N2，N3，N4），其中：

-为相应的待配置的、从属于一个装置类型（IDS，IDF，IDF’）的装置（N1，N2，N3，N4）测定所述装置的、在所述通信网络中的拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）；

-从数据库（DB）中将与所述装置的所述装置类型（IDS，IDF，IDF’）和所述装置的所测定的所述拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）相应的配置数据（CO）传输给相应的所述装置（N1，N2，N3，N4），所述数据库包括用于一个或多个装置类型（IDS，IDF，IDF’）和所述一个或多个装置类型（IDS，IDF，IDF’）的不同的拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）的多个配置数据（CO）；

-基于所传输的所述配置数据（CO）来配置相应的所述装置（N1，N2，N3，N4）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据库（DB）由所述通信网络中的监控站（ES）来管理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，存在于所述通信网络中的、相应的所述装置（N1，N2，N3，N4）与其它的所述装置（N1，N2，N3，N4）之间的直接连接描述了相应的所述装置（N1，N2，N3，N4）的所述拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4），特别是基于直接连接的所述装置（N1，N2，N3，N4）的地址和所述装置（N1，N2，N3，N4）的用于直接连接的端口。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过LLDP协议来测定相应的所述装置（N1，N2，N3，N4）的所述拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在传输所述配置数据（CO）的范畴中应用SNMP协议。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，相应的待配置的所述装置（N1，N2，N3，N4）自动地接触所述数据库（DB）且随后从所述数据库（DB）中下载与所述装置的所述装置类型（IDS，IDF，IDF’）和所述装置的所测定的所述拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）相应的所述配置数据（CO）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，相应的待配置的所述装置（N1，N2，N3，N4）自动地接触所述数据库（DB），其中，在接触所述数据库（DB）的范畴中，所述装置将所述装置的所述装置类型（IDS，IDF，IDF’）和所述装置的所测定的所述拓扑位置（TP1，TP2，TP3，TP4）告知给所述数据库（DB），然后所述数据库（DB）将相应的所述配置数据（CO）发送给相应的所述装置（N2，N2，N4）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述数据库（DB）识别出相应的待配置的所述装置（N1，N2，N3，N4）的存在并且自动地将与所述装置的所述装置类型和所述装置的所测定的所述拓扑位置相应的所述配置数据（CO）发送给所识别出的所述装置（N1，N2，N3，N4）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通信网络基于工业以太网并且特别基于Profinet。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法应用在自动化系统的、特别是工业自动化设备和/或用于实现建筑物自动化的设备的通信网络中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，一个或多个待配置的所述装置（N1，N2，N3，N4）包括一个或多个以太网开关和/或一个或多个现场设备，其中优选地，所述现场设备的至少一部分包括集成的以太网开关。

12.一种基于以太网的通信网络，所述通信网络包括多个具有以太网能力的装置（N1，N2，N3，N4），其中，所述通信网络包括用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的装置。

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