CN104126287A - 更新网络中的参数 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于更新网络中诸如请求分组间隔(RPI)的参数的系统、方法、以及软件产品。该系统可以包括在如以太网/IP的通信网络中耦合的一个或多个PLC、通信控制器、以及I/O设备。改变参数(例如，扫描速率或超时值)的请求由PLC发送到I/O设备以指定新的参数值或超时值。I/O设备可以接收消息，在处理消息的同时使用临时超时值，并向PLC发送确认以证实新的值。I/O设备可以使用更新的参数和新的超时值。更新的参数可以在无需取下和重新建立到受影响的设备的网络连接而实现。

Description

更新网络中的参数
背景技术
工厂自动化系统通常包括耦合到其他设备的一个或多个可编程逻辑控制器(PLC)，如在一个或多个通信网络中的远程I/O设备。在工厂或其他工业设置中，这样的网络可以包括几十个或几百个不断地监控如温度、液面、或机械臂位置的事件的传感器。传感器可以被耦合到每秒多次向PLC报告反馈的一个或多个远程I/O设备。PLC可以包括作用于变化条件的规则，如在网络中向其他设备发出命令以执行系统中的各种操作。
作为一个例子，以太网/工业协议(以太网/IP)网络标准允许工业设备通过类似以太网的网络进行通信。当网络第一次被初始化时，设备要互相沟通关于每个设备所使用的将用于发送更新的频率(例如，每10毫秒一次)和超时值(通常被指定为与更新频率相关的乘性因子)，超时值指定了在其后特定的设备若仍没有接收更新将被视为已经失败的时间(例如，40毫秒)。例如，在初始化时，PLC可以向远程I/O设备发送消息，以指示每个设备根据指定的安排(有时被称为“扫描速率”或“请求分组间隔”或简称为RPI)报告更新，并提供设备超时值。此后，当系统运行时，每个远程I/O设备可以测量或执行基于所指示的扫描速率和超时值的其他功能(例如，设置开关、打开发动机、或控制阀门)。
在这样的网络中可能出现的困难是，系统一旦运行，有可能需要改变一个或多个I/O设备的扫描速率。不幸地是，改变速率可能需要关闭系统(停止PLC和/或重新启动网络中的各种设备)以加载新值到设备中。这是因为在基于以太网/IP的系统中，受影响的设备的连接必须被脱离并在随后使用新的参数重新开始。这样的操作可能会导致PLC和受影响的设备之间的定序(sequencing)问题和/或可能丢失数据，这可能是不可接受的。关闭工业系统，特别是对于大的工厂或其他工业厂区可能是昂贵的。因此需要允许参数，如扫描速率和超时值，进行修改，而不需要停止并重新启动各种设备。
发明内容
本文描述了一种用于更新网络中的参数(如扫描速率和超时值)的系统、方法、和软件产品。该系统可以包括在通信网络(如基于以太网/IP的网络)中耦合的一个或多个PLC、通信控制器、和I/O设备。用户界面或其他软件程序可以指定一个或多个I/O设备的扫描速率的变化。作为响应，PLC可以向包括新的扫描速率和可选地新的超时值的一个或多个I/O设备发送消息。I/O设备可以接收消息，当处理消息时使用临时超时值，并向PLC发送确认以证实新的值。I/O设备可以使用更新的扫描速率和新的超时值。这些更新的扫描速率可以在无需取下和重新建立到受影响的设备的网络连接而实现。
可以为PLC和每个远程I/O设备中的一个或两个提供不同的扫描速率和超时值，使得双向消息能够受到变化的影响。在一些变化中，以太网/IP显式消息用于发送更新的扫描速率，而以太网/IP隐式消息用于发送PLC和I/O设备之间的数据。
附图说明
在本文描述的目前公开的更完整的理解和各个方面的潜在优势可以参照考虑了附图的如下描述获得，在附图中相似的参考数字表示相似的特征，并且其中：
图1是在其中可以实现本文描述的各种原理的系统框图。
图2是显示根据本发明的变化的消息流的流程图。
图3是显示根据本发明的另一个变化的消息流的流程图。
图4是显示根据本发明的又一个变化的消息流的流程图。
图5显示了通信控制器的一种可能的实现方式。
具体实施方式
图1是显示其中可以实践本发明的各种实施例的系统框图。用户控制台101，其可能包括个人电脑或其他计算设备，通过网络(例如，以太网或广域网)或其他类型的连接(例如，USB)耦合到可编程逻辑控制器(PLC)102。通常，控制台101可以包括一个或多个处理器和存储应用软件的存储器和/或用户界面，其允许用户或计算机程序配置、改变、和控制在PLC102中运行的功能。PLC 102可以包括多种类型的市售PLC中的任何一种，如可从施耐德电气股份有限公司购买的ModiconTM QuantumTM PLC。控制台101可以包括市售的软件开发软件，如同样从施耐德电气股份有限公司购买的Unity ProTM。
PLC 102可以通过多种方式中的任何一种(如背板互连或其他方式)被耦合到一个或多个通信控制器103和104。每个通信控制器通过一个或多个网络108和109处理与一个或多个远程I/O设备(如设备105、106、和107)的通信。如上所述，每个远程I/O设备可以执行一个或多个功能，如监控传感器或控制工业设备。在一些变化中，可以提供用于连接多个通信控制器103和104到多个I/O设备的单个网络。在其他的变化中，可以提供分离的网络，每一个分离的网络都具有相应的通信控制器。虽然设备105到107被显示为“远程”I/O设备，但是此类设备可以与PLC 102处于同一位置，或可以提供远程I/O设备和本地I/O设备的混合。
在一些实施例中，网络108和109可以包括以太网/IP(以太网/工业协议)网络，并且可能符合由开放设备供应商协会(ODVA)管理的一个或多个标准，这些标准通常是被设计成用于过程控制和其他工业自动化应用。在这样的网络中，如参数测量和控制消息的基本I/O数据是通过使用用户数据报协议(UDP)的隐式消息传递处理的。参数的上传和下载、设定值和程序通常通过传输控制协议(TCP)(显式消息传递(messaging))处理。
当PLC 102被初始化时(即，PLC 102启动时)，它产生到远程I/O设备的利用显式消息传递的消息来设置各种参数，如I/O扫描速率和设备超时。例如，PLC 102可以向远程I/O设备105发送消息，以命令其每10毫秒从相应的传感器提供更新的温度，并具有40毫秒的超时值(即，如果自先前数据的40毫秒内没有接收到更新，那么I/O设备将被认为已超时)。PLC 102也可以向远程I/O设备105发送消息，指示设备105，PLC102将每100毫秒发送一次数据消息，并具有400毫秒的超时值(即，如果自先前数据消息的400毫秒内没有接收到数据消息，那么PLC将被认为已超时)。
按照上面的说明，在操作过程中，这些设备通常使用隐式消息传递发送更新消息。根据本发明的一些方面，用户控制台101(或计算机程序)可以指示PLC 102改变在操作系统中运行的设备的一个或多个参数(如扫描速率)而不需要拆除和重新连接到设备上。参考图2对这些方面进行了更详细地描述。
图2显示了用于更新扫描速率和超时值的过程，其中这两个值都被成功地改变了。在图2的右侧，假定从I/O设备105接收到在现有的扫描速率X和超时值Y的更新200。可以使用按照以太网/IP协议(例如，UDP)的隐式消息传递发送这样的更新。这些更新也是在步骤201中被发送到PLC 102，其中他们可以用在工业控制过程中。
虽然在图2中没有明确地显示，但是也可以按照从左到右的方向从PLC向各种I/O设备发送更新(以命令形式或以其他信号的形式)。这样的更新可能有单独的和不相关的扫描速率和超时值，使得每个I/O设备可以期望以一定的扫描速率和超时值从PLC接收消息。虽然为了清楚的目的从图中省略了双向消息，但是这种双向消息被包括在本发明的范围内。换句话说，用于PLC的扫描速率和超时值的改变可以用如下描述的同样方式表达。
在步骤202中(图2的左侧)，由人或计算机程序做出更改一个或多个参数的决定，所述参数如系统中的扫描速率和/或超时值。(或者，决定可以直接由PLC做出，例如响应于检测到来自特定传感器的值已经达到某个值)。例如，可能做出决定将I/O设备105的扫描速率从每10毫秒一次改变为每50毫秒一次，并且将超时值从200毫秒增加到400毫秒。(如上所述，超时值可以被表示为更新频率的乘性因子)。在步骤202中，可以通过网络(如以太网)向PLC 102发送新的扫描速率(从X到X2)和超时值(从Y到Y2)。
在步骤203中，PLC 102向通信控制器103发送消息以更新扫描速率(从X到X2)和超时值(从Y到Y2)。在步骤204中，通信控制器103向I/O设备105发送消息以请求扫描速率从X改变为X2且超时值从Y改变为Y2。(在一些改变中，只有一个值可以发生改变，而不是两个值都发生改变)。该消息可以使用以太网/IP协议形式的显式消息传递(例如，TCP)发送。在一些变化中，通信控制器103可以转换请求到显式消息；在其他的变化中，PLC 102可以构建显式消息，并将其提供给通信控制器103。
在同一时间或大约在同一时间，通信控制器103临时调整I/O设备105的超时值。在一个变化中，临时超时值被设置为新的超时值和旧的超时值的较大者。这是为了确保在I/O设备能够完成将其内部操作条件改变为新的值之前I/O设备将不被认为已过早超时。在步骤205中，I/O设备105也会将其超时值临时调整为新的超时值和旧的超时值的较大者。(如果改变在相反方向上的参数，例如，从PLC到I/O设备的更新，那么旧的和新的扫描速率的较小者也可能在改变过程中被使用)。
在步骤206中，通信控制器103等待来自I/O设备105的确认改变的响应，同时在处理设备105时临时使用两个超时值的较大者。在步骤207中，I/O设备105发送响应(最好通过显式消息传递)以确认接受新值。在步骤208中，通信控制器103开始永久性地应用新的超时值和新的扫描速率。在步骤209中，I/O设备105开始应用新的超时值和扫描速率。在步骤210中，通信控制器103向已经完成更新的PLC 102发送确认消息，并且在步骤211中PLC 102向控制台101发送消息确认改变。控制台101可以将更新的值反映在一个或多个数据库中；将其显示在用户界面上；和/或可以将其传输到其他设备(未显示)。此后，更新212和213可以用新变化的速率和/或超时值进行。
代替上述的程序选择一个临时超时值，可以选择足够大的默认超时值，所选择的值将足够大或者足够小以避免在改变操作期间无意中确定设备已超时。一旦做出和确认设备的改变，就可以使用原来的超时值(或新的超时值，如果指定了一个的话)。
图3显示了更新扫描速率和超时值的过程，其中目标I/O设备拒绝改变扫描速率和/或超时值的请求。例如，目标I/O设备可能无法支持扫描速率高于一定的速度，或者它可能无法处理一个很低的超时值。明确地拒绝改变这些参数的请求可能有其他原因。处理流程类似于图2所示的处理流程，但有些不同。
在图3的右侧，假定以现有的扫描速率X和超时值Y从I/O设备105接收更新300。可以使用按照以太网/IP协议(例如，UDP)形式的隐式消息传递发送这种更新。在步骤301中还向PLC 102发送这些更新，他们在其中可以用在工业控制过程中。
在步骤302中(图3的左侧)，做出改变系统中的一个或多个更新速率和/或超时值的决定。另外在步骤302中，新的扫描速率(从X到X2)和超时值(从Y到Y2)可以通过网络，如以太网，发送到PLC 102。
在步骤303中，PLC 102向通信控制器103发送消息以更新扫描速率(从X到X2)和超时值(从Y到Y2)。在步骤304中，通信控制器103向I/O设备105发送消息以请求将扫描速率从X改变为X2且将超时值从Y改变为Y2。此消息可以使用以太网/IP协议形式的显式消息传递(例如，TCP)发送。在一些变化中，通信控制器103可以将请求转换为显式消息；在其他的变化中，PLC 102可以构建显式消息，并将其提供给通信控制器103。
在同一时间或大约在同一时间，通信控制器103临时调整I/O设备105的超时值。在一个变化中，它被调整为新的超时值和旧的超时值的较大者。这是为了确保在I/O设备有机会将其内部操作条件改变为新值之前将不被认为已过早超时。在步骤305中，I/O设备105确定一个或多个不能被接受的新提出的值。
在步骤306中，通信控制器103等待来自I/O设备105的确认改变的响应，而在处理设备105的同时临时使用两个超时值的较大者。在步骤307中，I/O设备105发送拒绝所更新的值的一个或多个的拒绝响应(最好通过显式消息传递)。
在步骤308中，通信控制器103恢复到先前存在的超时值(Y)和扫描速率(X)。在步骤309中，通信控制器103向PLC 102发送拒绝消息，并且在步骤310中，PLC 102向控制台101发送消息以表示更新的请求被拒绝了。控制台101可以在一个或多个数据库中反映拒绝、在用户界面上显示它们，和/或可以传输它们到其他设备(未显示)。此后，更新311和312可以继续保持原来的(未改变的)速率和/或超时值。
图4显示了更新扫描速率和超时值的过程，其中目标I/O设备在临时超时时期不响应请求。例如，目标I/O设备可能不能支持在不重建连接时改变现有的扫描速率或超时速率的请求；它可能脱机或关闭；它可能从未接收到消息；或有一些不能在临时超时期间响应的其他原因。处理流程类似于图3所示，但有些不同。
在图4的右侧，以现有的扫描速率X和超时值Y从I/O设备105接收更新400。这种更新可以使用按照以太网/IP协议(例如，UDP)的隐式消息传递发送。在步骤401中还可以向PLC 102发送这些更新，他们在其中可以用在工业控制过程中。
在步骤402中(图4的左侧)，做出改变系统中的一个或多个更新速率和/或超时值的决定。在步骤402中，新的扫描速率(从X到X2)和超时值(从Y到Y2)可以通过网络，如以太网，发送到PLC 102。
在步骤403中，PLC 102向通信控制器103发送消息以更新扫描速率(从X到X2)和超时值(从Y到Y2)。在步骤404中，通信控制器103向I/O设备105发送消息以请求将扫描速率从X改变为X2且将超时值从Y改变为Y2。此消息可以使用以太网/IP协议形式的显式消息传递(例如，TCP)发送。在一些变化中，通信控制器103可以转换请求到显式消息；在其他的变化中，PLC 102可以构建显式消息，并将其提供给通信控制器103。
在同一时间或大约在同一时间，通信控制器103临时调整I/O设备105的超时值。在一个变化中，它被临时设置为新的超时值和旧的超时值的较大者。这是为了确保在I/O设备有机会将其内部操作条件改变为新的值之前已过早超时。在步骤405中，I/O设备105等待来自I/O设备105的响应。
在临时超时期间没有接收响应时，在步骤406中通信控制器103确定该设备已超时。(用于显式消息的超时值可以不同于所计算的用于I/O数据连接的临时值)。因此，在步骤407中，通信控制器103恢复到先前存在的超时值和扫描速率。在步骤408中，通信控制器103向PLC 102发送失败消息，并且在步骤409中，PLC 102向控制台101发送消息以显示更新请求失败。控制台101可以在一个或多个数据库中反映失败、在用户界面上显示它们、和/或可以传输它们到其他设备(未显示)。
如果设备105仍在运行，它会在步骤410中继续发送更新，这些更新可以从通信控制器103传递到PLC 102(步骤411)。
如上所述，由于PLC可以尝试改变参数值(例如，I/O设备的扫描速率)而不影响超时或与设备同步的问题，所以参数值可以不需要停止PLC、取下并重新建立设备的网络连接、以及可能重新启动系统就可以改变，从而潜在地节约了成本。
图5显示了实现上述功能的用于通信控制器501的一种可能的实现方式。通信控制器501可以包括一个或多个处理器503和一个或多个具有存储在其中的执行上述功能的指令的存储器504。控制器还可以包括与PLC102和一个或多个I/O设备通信的电路的一个或多个I/O电路502和504。如上所述，可以通过使用专用协议通信的背板总线与PLC 102通信，而可以通过以太网/IP协议与一个或多个I/O设备通信。参考的处理器和存储器也是为了包含各种类型的处理结构，包括但不限于专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在一些变化中，可能会有处于PLC和各设备之间的多个I/O数据连接，每个数据连接都具有根据上述原则可以独立调整的参数。
上述功能和步骤可以由存储于有形计算机可读介质(例如，存储器)且通过各种计算设备或装置执行的硬件和/或软件实现，如包括一个或多个利用软件编程的处理器的服务器计算机。
如上所述，可以由PLC或其他设备内部产生改变参数值的决定，而不是由PLC外部的人或计算机程序从外部产生。因此，短语“请求设置新的参数值”的目的旨在包含这样的内部产生的决定。
图中功能模块之间的划分仅仅是说明性的，并且计算设备和其他设备的物理划分可能会与功能划分有所不同。此外，一些或所有功能模块可以组合或在功能上和/或物理上进一步细分。例如，设备102和103可以组合成一个单独的设备，甚至控制台101的功能也可以组合进一个如工业PC的单独的设备。
除非另有明确规定，否则在此的方法权利要求的步骤(和相应的功能元件)不应该局限于按照其被引述时的顺序执行。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
接收设置用于基于以太网/IP的网络上的设备的新的参数值的请求，其中所述设备正在根据先前的参数值运行；
使用所述设备的临时超时值，所述临时超时值不同于所述设备的现有超时值；以及
通过所述基于以太网/IP的网络向所述设备发送消息，其中所述消息请求改变到所述新的参数值。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
根据所述新的参数值与所述设备进行通信。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述消息包括显式消息。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述消息包括传输控制协议TCP消息。
5.如权利要求1所述的方法，其中从可编程逻辑控制器接收设置新的参数值的所述请求，并且其中使用所述临时超时值的所述步骤在耦合到所述可编程逻辑控制器的通信控制器中执行。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述新的参数值包括新的请求分组间隔RPI。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述新的参数值包括所述设备的新的超时值。
8.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
当从所述设备接收到拒绝响应或在所述临时超时值期间从所述设备没有接收到响应，则恢复到所述现有超时值和所述先前的参数值以进一步与所述设备进行通信。
9.如权利要求1所述的方法，还包括从所述设备接收使用隐式消息传递的更新的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述临时超时值是所述先前的超时值和新的超时值的较大者。
11.一种装置，包括：
处理器；以及
存储器，其存储指令，当所述指令由所述处理器执行时，使所述装置执行下列操作：
接收设置用于基于以太网/IP的网络上的设备的新的参数值的请求，其中所述设备正在根据先前的参数值操作；
使用所述设备的临时超时值，所述临时超时值不同于所述设备的现有超时值；以及
通过所述基于以太网/IP的网络向所述设备发送消息，其中所述消息请求改变到所述新的参数值。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述指令还使所述装置根据所述新的参数值与所述设备进行通信。
13.如权利要求11所述的装置，其中所述消息包括显式消息。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述消息包括传输控制协议TCP消息。
15.如权利要求11所述的装置，其中设置新的参数值的所述请求由可编程逻辑控制器产生，并且所述临时超时值由耦合到所述可编程逻辑控制器的通信控制器使用。
16.如权利要求11所述的装置，其中所述新的参数值包括新的请求分组间隔RPI。
17.如权利要求11所述的装置，其中所述新的参数值包括所述设备的新的超时值。
18.如权利要求11所述的装置，其中所述指令使所述装置执行下列操作：
当从所述设备接收到拒绝响应或在所述临时超时值期间从所述设备没有接收到响应，则恢复到所述现有超时值和所述先前的参数值以进一步与所述设备进行通信。
19.如权利要求11所述的装置，其中所述指令使所述装置从所述设备接收使用隐式消息传递的更新。
20.如权利要求11所述的装置，其中所述临时超时值是所述先前的超时值和新的超时值的较大者。
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