CN104717050B - 多帧速率系统 - Google Patents

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Abstract

本发明题为多帧速率系统。提供一种工业控制系统，其包括具有第一帧周期的第一控制集合。第一控制集合包括至少一个第一输入/输出(I/O)包以及至少一个第一控制器。工业控制系统还包括具有第二帧周期的第二控制集合。第二控制集合包括至少一个第二输入/输出(I/O)包以及至少一个第二控制器。混合帧速率逻辑装置也随工业控制系统来包含。当第一和第二帧周期不同时，这个装置可操控由第一控制集合向第二控制集合所提供的输入数据、输出数据或者两者的共享。

Description

多帧速率系统
技术领域
本文所公开的主题涉及自动化控制系统。具体来说，本申请涉及将多个控制器与公共物理网络上的不同帧速率/周期相结合。
背景技术
某些系统、例如工业控制系统可提供实现诸如传感器、泵、阀门等的各种类型的装置中的控制指令的执行的控制能力。随着这些系统变得更加复杂，装置的数量可大幅增加，从而引起跨系统的增加支持硬件、增加数据和增加网络业务。
在某些控制系统中，多个控制器能够驻留在公共物理网络上，并且消耗来自彼此的输入/输出模块(例如I/O包)的数据。在许多情况下，工业控制系统中的控制器可按照与网络中的其他控制器不同的帧速率/周期来发送和/或接收数据。然而在传统实现中，不允许共享公共物理网络上的输入/输出模块的控制器具有不同的帧传输和/或接收速率。
发明内容
下面概述其范围与最初要求保护的本发明相称的某些实施例。这些实施例不是意在限制要求保护的本发明的范围，这些实施例而是仅预计提供本发明的可能形式的概述。实际上，本发明可包含可与下面提出的实施例相似或不同的多种形式。
在第一实施例中，提供一种工业控制系统，其包括具有第一帧周期的第一控制集合。第一控制集合包括至少一个第一输入/输出(I/O)包以及至少一个第一控制器。工业控制系统还包括具有第二帧周期的第二控制集合。第二控制集合包括至少一个第二输入/输出(I/O)包以及至少一个第二控制器。混合帧速率逻辑装置(例如控制器中的逻辑)也随工业控制系统来包含。当第一和第二帧周期不同时，这个装置可操控由第一控制集合向第二控制集合所提供的输入数据、输出数据或者两者的共享。
在第二实施例中，一种有形非暂时机器可读介质包括执行下列步骤的机器可读指令：从配置有第一帧周期的第一控制集合来传送输入数据、输出数据或者两者；在配置有第二帧周期的第二控制集合来接收输入数据、输出数据或者两者，其中第一和第二帧周期是不同的；修改超时阈值以考虑不同的第一和第二帧周期；以及修改由第二控制集合对输入数据、输出数据或者两者的处理，以考虑不同的第一和第二帧周期。
在第三实施例中，一种工业控制系统包括：至少一个混合帧速率逻辑模块。混合帧速率逻辑模块基于与数据发送装置关联的第一帧速率以及与数据接收装置关联的第二帧速率中较慢的帧速率来设置用于接收数据的超时阈值，并且向数据接收装置提供数据，供以第一帧速率和第二帧速率中较慢的帧速率进行后续处理。
技术方案1：一种工业控制系统，包括：
配置有第一帧周期的第一控制集合，其中所述第一控制集合包括：
至少一个第一输入/输出(I/O)包；以及
至少一个第一控制器；
配置有第二帧周期的第二控制集合，其中所述第二控制集合包括：
至少一个第二输入/输出(I/O)包；以及
至少一个第二控制器；以及
混合帧速率逻辑装置，配置成当所述第一和第二帧周期不同时，操控由所述第一控制集合向所述第二控制集合所提供的输入数据、输出数据或者两者的共享。
技术方案2：如技术方案1所述的系统，其中，所述混合帧速率逻辑装置配置成通过下列步骤来操控当所述第一帧周期比所述第二帧周期要慢时的输入数据、输出数据或者两者的共享：
基于所述第二帧周期来设置用于接收所述输入数据、输出数据或者两者的超时阈值；以及
仅在所述超时阈值所定义的时间期间之内没有接收到所述输入数据时，才提供超时指示。
技术方案3：如技术方案1所述的系统，其中，所述混合帧速率逻辑装置配置成通过下列步骤来操控当所述第一帧周期比所述第二帧周期要慢时的输入数据、输出数据或者两者的共享：
基于所述第一帧周期向所述第二控制集合提供所述输入数据、输出数据或者两者，供后续处理。
技术方案4：如技术方案1所述的系统，其中，所述混合帧速率逻辑装置配置成通过下列步骤来操控当所述第一帧周期比所述第二帧周期要快时的输入数据、输出数据或者两者的共享：
确定所述输入数据、输出数据或者两者的帧号是否为所述第二帧周期的倍数；以及
丢弃具有不是所述第二帧周期的倍数的关联帧号的任何帧。
技术方案5：如技术方案4所述的系统，其中，具有不是所述第二帧周期的倍数的所述关联帧号的所述帧在到达所述第二控制集合的应用层之前被丢弃。
技术方案6：如技术方案4所述的系统，其中，使用快速用户数据报协议(UDP)过滤器来丢弃具有不是所述第二帧周期的倍数的所述关联帧号的所述帧。
技术方案7：如技术方案4所述的系统，其中，所述混合帧速率逻辑装置配置成通过下列步骤来操控当所述第一帧周期比所述第二帧周期要快时的输入数据、输出数据或者两者的共享：
向所述第二控制集合提供具有作为所述第二帧周期的倍数的所述关联帧号的所述输入数据、输出数据或者两者，供后续处理。
技术方案8：如技术方案4所述的系统，其中，所述帧号基于所述工业控制系统的同步时间。
技术方案9：如技术方案8所述的系统，其中，所述同步时间基于所述IEEE 1588精确时间协议来定义。
技术方案10：如技术方案1所述的系统，其中，所述第一控制器、所述第二控制器或者两者包括所述混合帧速率逻辑装置。
技术方案11：如技术方案1所述的系统，其中，所述第一I/O包、所述第二I/O或者两者包括所述混合帧速率逻辑装置。
技术方案12：如技术方案1所述的系统，包括具有所述混合帧速率逻辑装置的至少一个交换机。
技术方案13：一种有形非暂时机器可读介质，包括执行下列步骤的机器可读指令：
从配置有第一帧周期的第一控制集合传送输入数据、输出数据或者两者；
在配置有第二帧周期的第二控制集合来接收所述输入数据、所述输出数据或者两者，其中所述第一和第二帧周期是不同的；
修改超时阈值，以考虑所述不同的第一和第二帧周期；以及
由所述第二控制集合修改所述输入数据、所述输出数据或者两者的处理，以考虑所述不同的第一和第二帧周期。
技术方案14：如技术方案13所述的机器可读介质，包括通过下列步骤来修改所述超时阈值的机器可读指令：
基于所述第一帧周期和所述第二帧周期中较慢的帧周期来设置所述超时阈值，其中所述超时阈值指示应当接收到输入数据、输出数据或者两者的阈值时间期间。
技术方案15：如技术方案13所述的机器可读介质，包括通过下列步骤来修改所述输入数据、所述输出数据或者两者的处理的机器可读指令：
基于所述第一帧速率和所述第二帧速率中较慢的帧速率向所述第二控制集合的处理组件提供所述输入数据、所述输出数据或者两者。
技术方案16：如技术方案13所述的机器可读介质，包括通过下列步骤来修改所述输入数据、所述输出数据或者两者的处理的机器可读指令：
基于所述第一帧速率和所述第二帧速率中较慢的帧速率向所述第二控制集合的应用层提供所述输入数据、所述输出数据或者两者。
技术方案17：如技术方案13所述的机器可读介质，包括通过解释工业控制系统的一个或多个配置系统的一个或多个配置文件来确定所述第一帧周期、所述第二帧周期或者两者的机器可读指令。
技术方案18：如技术方案13所述的机器可读介质，包括通过监测所述第一控制集合、所述第二控制集合或者两者的数据传输速率来确定所述第一帧周期、所述第二帧周期或者两者的机器可读指令。
技术方案19：一种工业控制系统，包括：
至少一个混合帧速率逻辑模块，配置成：
基于与数据发送装置关联的第一帧速率和与数据接收装置关联的第二帧速率中较慢的帧速率来设置用于接收数据的超时阈值；以及
以所述第一帧速率和所述第二帧速率中较慢的帧速率向所述数据接收装置提供数据，供后续处理。
技术方案20：如技术方案19所述的工业控制系统，包括工业控制系统控制器、网络交换机、输入/输出模块或者它们的任何组合，其配置成托管所述至少一个混合帧速率逻辑模块；
其中所述数据发送装置包括第一控制集合的第一控制器、第一输入/输出模块或者它们两者，其中所述数据接收装置包括第二控制集合的第二控制器、第二输入/输出模块或者它们两者。
附图说明
通过参照附图阅读以下详细描述，将会更好地了解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图中通篇表示相似部件，附图包括：
图1是按照一实施例、包括操控跨多帧速率控制集合的数据的共享的多帧速率逻辑模块的自动化控制系统(例如，工业控制系统)的一实施例的示意图；
图2是示出按照一实施例、在具有不同帧速率/周期的控制器之间共享的输入/输出模块的框图；
图3是示出按照一实施例、用于在控制器的预计帧速率比I/O包的帧速率要快时实现多速率控制器输入的过程的流程图；
图4是示出按照一实施例、用于在控制器的预计帧速率比I/O包的帧速率要慢时实现多速率控制器输入的过程的流程图；
图5是示出按照一实施例、用于在I/O包的预计帧速率比控制器发送输出数据的帧速率要快时实现多速率控制器输出的过程的流程图；以及
图6是示出按照一实施例、用于在I/O包的预计帧速率比控制器发送输出数据的帧速率要慢时实现多速率控制器输出的过程的流程图。
具体实施方式
下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。在提供这些实施例的简要描述的过程中，本说明书中可能没有描述实际实现的所有特征。应当理解，在任何这种实际实现的开发中，如同任何工程或设计项目中那样，必须进行许多实现特定的判定以便实现开发人员的特定目标，例如符合系统相关和业务相关限制，这些限制可对每个实现而改变。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且费时的，但仍然是获益于本公开的技术人员进行的设计、制作和制造的日常事务。
在介绍本发明的各个实施例的元件时，限定词“一”、“一个”、“该”和“所述”预计表示存在元件的一个或多个。术语“包含”、“包括”和“具有”预计包含在内，并且表示可存在除了列示元件之外的附加元件。
工业控制系统可包括控制器和/或输入/输出模块(例如I/O包)，其以某个速率(例如某个帧速率/周期)来发送和/或接收数据。例如，这些控制器和/或I/O包可配置有各种帧周期(例如每隔10 ms、20 ms、40 ms、80 ms、160 ms、320 ms等的一帧的传输/接收)。这也可作为帧速率(例如10 ms/帧、20 ms/帧、40 ms/帧、80 ms/帧、160 ms/帧、320 ms/帧等)来测量。按传统方式，控制集合(例如，控制器及其关联I/O包)用来稳定控制系统中的数据的传递。例如，在传统系统中，I/O包与特定控制器关联，其中在I/O包与关联控制器之间存在共同定时。这创建I/O包与关联控制器之间的可预测性，从而实现这些组件之间的简便通信。
但是，近来朝独立控制集合之间的共享靠拢。例如，在更现代方式中，第一控制集合中的第一I/O包的I/O端口可由第二控制集合中的控制器来使用。当第二控制集合中不存在可用端口时，这例如可用来允许第一控制集合的空闲端口由第二控制集合使用。相应地，通过利用备选控制的空闲端口而不是为第一控制集合购买附加硬件，可降低硬件成本。然而，帧速率/周期在控制集合之间可有所不同，从而使数据输入和/或输出在不匹配时间被接收和/或发送。
以下所述的实施例为工业控制系统提供混合帧速率逻辑，其使控制集合能够以匹配帧速率/周期相互通信。相应地，数据可在控制集合之间使用均匀定时来共享，而不管控制集合是否具有均匀传输/接收帧速率/周期。这可为工业控制系统提供新效率。
来看图1，示出工业过程控制系统10的一个实施例。控制系统10可包括计算机12，其适合于运行多种现场装置配置和监测应用，并且提供操作员界面，经过该界面，工程师或技术人员可监测控制系统10的组件。计算机12可以是适合于运行软件应用的任何类型的计算装置，例如膝上型、工作站、平板计算机或者手持便携装置(例如个人数字助理或蜂窝电话)。实际上，计算机12可包括多种硬件和/或操作系统平台的任一个。按照一个实施例，计算机12可托管工业控制软件，例如人机界面(HMI)软件14、制造执行系统(MES)16、分布式控制系统(DCS)18和/或监控和数据获取(SCADA)系统20。例如，计算机12可托管从GeneralElectric Company (Schenectaday，New York)可得到的ControlST™软件。
此外，计算机12在通信上连接到工厂数据通道22，其适合于实现工厂中的所示计算机12与其他计算机12之间的通信。实际上，工业控制系统10可包括经过工厂数据通道22所互连的多个计算机12。计算机12还可在通信上连接到单元数据通道24，其适合于在通信上将计算机12耦合到工业控制器26。系统10可包括耦合到工厂数据通道22和/或单元数据通道24的其他计算机。例如，系统10的实施例可包括：计算机28，运行虚拟控制器；计算机30，托管以太网全局数据(EGD)配置服务器、用于过程控制(OPC)数据接入(DA)的对象链接和嵌入服务器、告警服务器或者它们的组合；计算机32，托管通用电气装置系统标准消息(GSM)服务器；计算机34，托管OPC报警和事件(AE)服务器；以及计算机36，托管报警查看器。耦合到工厂数据通道22和/或单元数据通道24的其他计算机可包括托管从GeneralElectric Co.(Schenectady，New York)可得到的Cimplicity™、ControlST™和ToolboxST™的计算机。
系统10可包括任何数量和适当配置的工业控制器26。例如，在一些实施例中，系统10可包括一个工业控制器26、两个工业控制器26、三个或更多工业控制器以获得冗余度。工业控制器26可实现在使多种工厂设备(例如涡轮机系统38、阀门40和泵42)自动化中有用的控制逻辑。实际上，工业控制器26可与多种装置进行通信，包括但不限于温度传感器44、流量计、pH传感器、温度传感器、振动传感器、间隙传感器(例如测量旋转组件与固定组件之间的距离)和压力传感器。工业控制器26还可与电致动器、开关(例如霍耳开关、电磁开关、继电器开关、限位开关)等进行通信。
在所示实施例中，涡轮机系统38、阀门40、泵42和温度传感器44通过使用链接装置46和48(其适合于在I/O NET 50与H1网络52之间进行接口)在通信上与自动化控制器26相互链接。例如，链接装置46和48可包括从Softing AG(Haar，Germany)可得到的FG-100链接装置。在一些实施例中，链接装置、例如链接装置48可经过交换机54耦合到I/O NET（I/O网络）。在这种实施例中，耦合到I/O NET 50的其他组件、例如工业控制器26之一也可耦合到交换机54。相应地，经过I/O NET 50、例如100兆比特(MB)高速以太网(HSE)网络所传送和接收的数据又可由H1网络52、例如31.25千比特/秒网络来传送和接收。也就是说，链接装置46和48可充当I/O Net 50与H1网络52之间的桥接器。
多种装置可链接到工业控制器26以及连接到计算机12。例如，诸如涡轮机系统38、阀门40、泵42和温度传感器44之类的装置可包括工业装置，例如包括对基金会H1双向通信协议的支持的基金会现场总线(Foundation Fieldbus)装置。在这种实施例中，基金会现场总线电源53、例如从Phoenix Contact (Middletown，PA)可得到的Phoenix ContactFieldbus Power Supply（Phoenix Contact现场总线电源）也可耦合到H1网络52，并且可耦合到诸如AC或DC电力之类的电源。电源53可适合于向装置38、40、42和44提供电力，以及实现装置38、40、42和44之间的通信。有利地，H1网络52可通过相同布线、以最小通信干扰来携带电力和通信信号(例如告警信号)。装置38、40、42和44还可包括对其他通信协议的支持，例如HART®通信基金会(HCF)协议和Profibus Nutzer Organization e.V.(PNO)协议中包含的那些协议。
链接装置46和48的每个可包括在分割H1网络52中有用的一个或多个段端口56和58。例如，链接装置46可使用段端口56在通信上与装置38和44耦合，而链接装置48可使用段端口58在通信上与装置40和42耦合。通过使用例如段端口56和58将输入/输出分布在装置38、44、40和42之间可实现在保持容错、冗余度和改进通信时间中有用的物理分隔。在一些实施例中，附加装置可耦合到I/O NET 50。例如，在一个实施例中，I/O包可耦合到I/O NET50。I/O包60可提供附加传感器和致动器到系统10的附连。
如所示，多个控制器26可驻留在同一物理网络上。I/O包60(例如输入/输出模块)与特定控制器26关联，从而形成控制集合(例如控制集合62和控制集合64)。但是，如上所述，在某些状况下，使一个控制集合(例如控制集合62)消耗和/或向独立控制集合(例如控制集合64)传送数据会是有用的。例如，如下面将更详细论述，系统10的控制器26的一个或多个(例如控制集合62中的控制器26)可消耗和/或向独立控制集合的I/O包60(例如控制集合64中的I/O包60)发送数据。但是，因为控制集合(例如控制器26及其关联I/O包60)配置成以特定帧速率来接收数据，所以均匀帧速率/周期可用于送往/来自另一个控制器26的I/O包60的交叉传输和/或交叉消耗中。
相应地，系统10可包括混合帧速率逻辑62模块(例如，非暂时机器可读介质上存储的机器实现指令)，其在由处理器所实现时可稳定具有不同帧速率/周期的控制集合(例如控制集合64)之间的帧速率/周期。例如，逻辑62可修改数据通信超时设定和数据吸入设定。如图1所示，混合帧速率逻辑62可在I/O NET 50上实现。例如，混合帧速率逻辑62可在处理装置、例如附连到I/O NET 50的控制器26的一个或多个上实现。
论述了具有混合帧速率逻辑62的工业控制系统10，图2是示出按照一实施例、在具有不同帧速率/周期的控制集合之间共享的输入/输出模块(例如I/O包60)的框图。在图2所提供的示例中，存在两个控制集合，即控制集合82和控制集合84。为了清楚起见，具有“A”的参考标号表示控制集合82的部分，而具有“B”的参考标号表示控制集合84的部分。如所示，控制集合82包括控制器26A、具有一个或多个端口92A的交换机90A以及一个或多个I/O包60A。控制器26A可包括通信硬件93A、用于通信硬件93A的驱动程序94A(例如用于解释数据的机器可执行指令)、混合帧速率逻辑62A和应用层96A。通信硬件93A可从I/O NET 50接收分组，驱动程序94A可向控制器26A提供用于解释硬件93A所接收的数据的指令，以及应用层96A可利用所解释的数据。在控制集合62中进行通信时，控制集合62的交换机70A可经由I/ONET 50和交换机54向/从特定控制集合62的适当控制器26A引导数据。如图5所示，控制集合62可具有10 ms的帧周期。
另外，控制集合84还可包括控制器26B、具有一个或多个端口92B的交换机90B以及一个或多个I/O包60B。通信硬件93B可从I/O NET 50接收分组，驱动程序94B可向控制器26B提供用于解释硬件93B所接收的数据的指令，以及应用层96B可利用所解释的数据。与控制集合82相似，在控制集合中进行通信时，控制集合84的交换机90B可经由I/O NET 50和交换机54向/从控制集合84的适当控制器26B引导数据。如所示，在本示例中，控制集合84可具有40 ms的帧周期。
如上所述，可期望与另一个控制集合共享一个控制集合的I/O包60。例如，交换机90A上可存在有限数量的端口92A(例如10个端口)。如果10个I/O包60A已经耦合到交换机90A的10个端口92A，则没有附加I/O包60A可添加到控制集合82。相应地，如果控制集合84的交换机90B上不存在空闲端口92B，则可期望将新I/O包60B耦合到交换机90B，并且与控制集合82共享新I/O包60B的数据(例如将它与控制集合82的控制器26A共享)。
但是，如上所述，控制集合82和84配置成以特定速率发送数据。因为控制集合82配置有10 ms帧周期而控制集合84配置有40 ms帧周期，所以控制集合82发送和接收数据比控制集合84要快4倍。相应地，要与控制集合82的控制器26A共享来自I/O包60B的数据，控制集合82和84可辨别和操控与不同帧周期关联的任何询问。如上所述，混合帧速率逻辑62(例如62A和/或62B)可提供这个混合帧速率/周期操控。虽然本例示出结合在一个或多个控制器26(例如控制器26A和/或26B)中的混合帧速率逻辑62，但是混合帧速率逻辑62可在附连到I/O NET 50的任何处理装置上实现。
混合帧逻辑62可操控的、与控制集合之间的混合帧速率有关的两种示例情况包括：a) 由控制器26以高于接收控制器26的帧周期的频度来接收的数据帧，以及b) 由控制器26以低于接收控制器26的帧周期的频率来接收的数据帧。
在第一情况中，在比接收控制器的帧周期更快地接收/发送数据帧时，控制集合的硬件可能过负载。例如，如果控制集合82和/或84配置成与控制器26B共享I/O包60A的数据，则来自I/O包60A的数据可按照4倍于控制器26B接收数据的速度来发送，因为控制集合82具有10 ms帧周期，而控制集合84具有40 ms帧周期。因为数据以4倍于它被接收的速度来发送，所以应用层96B可堆积有未利用数据。相应地，如下面将更详细论述，混合帧速率逻辑62B可抑制这种堆积。
在第二情况中，在以低于接收控制器的帧周期的速度来接收/发送数据帧时，控制集合的硬件可能错误地认为系统10是不健康的(例如，错误地指示来自I/O包60的数据已经超时)。例如，如果控制集合82和/或84配置成与控制器26A共享I/O包60B的数据，则来自I/O包60B的数据可比控制器26A接收数据要慢4倍的速度来发送，因为控制集合82具有10 ms帧周期，而控制集合84具有40 ms帧周期。因为数据以比它被接收要慢4倍的速度来发送，所以控制器26A可能错误地指示数据传输已经超时，因为数据不是在每个10 ms周期中被接收。相应地，如下面将更详细论述，混合帧速率逻辑62B可抑制这种错误超时指示。
图3和图4示出混合帧速率逻辑62可沿用以操控输入数据由I/O包60以与控制器26接收的不同速率来发送的情况的计算机实现过程。图3是示出用于操控当控制器26接收数据的帧速率比I/O包60发送数据的帧速率要快时(例如图2所述的情况，其中控制集合84与控制集合82共享I/O包60B数据)的I/O包输入数据的传输和/或接收的计算机实现过程100的流程图。
首先，确定I/O包60发送输入数据的帧速率/周期(框102)。可例如通过访问工业控制系统10(例如，从General Electric Co.(Schenectady，New York)可得到的ToolboxST™)的配置程序的配置文件或者经过从I/O包60所发送的传输的周期分组分析，来确定I/O包60的帧速率/周期。
随后，与超时阈值(例如触发超时指示之前的时间量)可基于接收控制集合的帧周期的系统相比，超时阈值基于发送I/O包的帧周期来设置(框104)。例如，在图2提供的示例中，发送I/O包60B的帧周期为40 ms。相应地，接收来自I/O包60B的输入数据的控制器26A可配置成在40 ms周期之内没有由I/O包60B提供数据时超时。因此，在违反所设置的超时阈值(例如40 ms)时，控制器26A将提供发送I/O包60(例如I/O包60B)的超时指示(框106)。
此外，控制器26可配置成以I/O包60的帧速率来更新(例如吸入)输入数据(框108)。例如，控制器26A可配置成基于I/O包的帧周期/速率来接收来自I/O包60B的数据，因而忽略控制器26A的帧周期/速率。
通过实现过程100，当混合帧速率逻辑62确定发送速率比接收速率要慢时，克服若干多帧速率障碍。避免错误超时指示。此外，有效数据在控制器被接收，尽管以比控制器26所预计的速率要慢的速率来传送给控制器26。
图4是示出用于操控当控制器26接收数据的帧速率比I/O包60发送数据的帧速率要慢时(例如图2所述的情况，其中控制集合82与控制集合84共享I/O包60A数据)的I/O包输入数据的传输和/或接收的计算机实现过程120的流程图。
当混合帧速率逻辑62确定接收速率比发送速率要慢时，逻辑62确定帧号是否为接收帧周期/速率的倍数(框122)。帧号可以是所发送的数据帧的参考编号，其基于跨工业控制系统10的同步时间。同步时间可按照IEEE 1588精确时间协议(PTP)来定义。在针对图2所述的示例(其中输入数据从I/O包60A以10 ms来发送)中，帧号可以是例如0、10、20、30、40等(每隔10 ms指示新数据帧)。因为控制器26B配置成每隔40 ms接收帧，所以控制器26B预计接收帧0、40、80、120、160等(例如，与40 ms周期(例如作为其倍数)关联的各帧号)。
丢弃不是接收帧周期的倍数的所传送的数据帧的每个(框124)。在某些实施例中，应用层96(例如96A和/或96B)可丢弃非倍数帧。但是，这可导致处理低效，因为应用层96可需要运用处理能力(例如控制器26的处理能力)来丢弃这些帧。相应地，在某些实施例中，可实现过滤器，以便在帧到达应用层96之前丢弃非倍数帧。例如，在某些实施例中，快速用户数据报协议(UDP)过滤器可用来在帧到达应用层96之前滤出任何非倍数帧。相应地，应用层96的处理负担可降低，因为应用层96可接收更少的数据帧。在本例中，又参照图2，I/O包60A发送帧0、10、20、30、40、50等。但是，将丢弃帧10、20、30、50等，因为它们不是40 ms的接收帧周期/速率的倍数。
作为接收帧速率的倍数的各数据帧可由应用层96来处理(框126)。相应地，在本例中，又参照图2，可处理I/O包60A所发送的、作为40的倍数的每个帧(例如帧0、40、80、120等)。将这些帧提供给应用层96，其中基于控制器的处理可进行。
论述了与来自I/O包60的输入数据有关的情况，现在论述转到与从控制器26发送给I/O包60的输出数据有关的情况。如上所述，控制器26可向I/O包60提供输出数据，其然后传播给附连到I/O包60的装置。在从控制器26向I/O包60传送这个输出数据时，相同的混合帧速率问题可发生。例如，输出数据可由控制器26以与I/O包60接收数据不同的速率(例如更快或更慢)来发送给I/O包60。相应地，混合帧速率逻辑62可抑制这种失配速率的影响。混合帧速率逻辑62再次可驻留在I/O NET 50的任何处理装置上。在某些实施例中，逻辑62可驻留在传送控制器26、接收交换机90和/或接收I/O包60上。图5和图6示出混合帧速率逻辑62可沿用的过程。
图5是示出用于操作当I/O包60的发送帧速率比控制器26发送控制器输出数据的接收帧速率要快时的多帧速率的计算机实现过程140的流程图。
首先，确定控制器26发送输出数据的帧速率/周期(框142)。可例如通过访问工业控制系统10(例如，从General Electric Co.(Schenectady，New York)可得到的ToolboxST™)的配置程序的配置文件或者经过从控制器26所发送的传输的周期分组分析，来确定控制器26的帧速率/周期。
随后，与超时阈值(例如触发超时指示之前的时间量)可基于接收控制集合的帧周期的传统系统相比，超时阈值(或者预计输出速率)基于发送I/O包的帧周期来设置(框144)。例如，在图2提供的示例中，发送控制器26B的帧周期为40 ms。相应地，接收来自控制器26B的输出数据的I/O包60A可配置成在40 ms周期之内没有由控制器26B提供数据时超时。因此，在违反所设置的超时阈值(例如40 ms)时，I/O包60A可提供发送控制器26(例如控制器26B)的超时指示(框146)。
此外，I/O包60可配置成以控制器26的帧速率来更新(例如吸入)控制器输出数据(框148)。例如，I/O包60A可配置成基于控制器26A的帧周期/速率来接收来自控制器26B的数据，因而忽略I/O包60A的帧周期/速率。
通过实现过程140，当混合帧速率逻辑62确定控制器输出数据的发送速率比接收速率要慢时，克服若干多帧速率障碍。避免错误超时指示。此外，有效数据在I/O包60被接收，尽管以比预计要低的速率来传送给I/O包60。
图6是示出用于操控当I/O包60接收数据的帧速率比控制器26发送数据的帧速率要慢时(例如控制集合82与控制集合84共享控制器26A数据的情况)的控制器输出数据的传输和/或接收的计算机实现过程160的流程图。
当混合帧速率逻辑62确定接收速率比发送速率要慢时，逻辑62确定帧号是否为接收帧周期/速率的倍数(框162)。帧号可以是所发送的数据帧的参考编号，其基于跨工业控制系统10的同步时间。参照图2，例如，在控制器输出数据从控制器26A以10 ms发送的情况下，帧号可以是例如0、10、20、30、40等(每隔10 ms指示新数据帧)。因为I/O包60B配置成每隔40 ms接收帧，所以I/O包60B可接收帧0、40、80、120、160等(例如，与40 ms周期(例如作为其倍数)关联的各帧号)。
丢弃不是接收帧周期的倍数的所传送的数据帧的每个(框164)。在某些实施例中，应用层96(例如96A和/或96B)可丢弃非倍数帧。但是，这可导致处理低效，因为应用层96可需要运用控制器26、交换机54或90和/或I/O包60的处理能力来丢弃这些帧。相应地，在某些实施例中，可实现过滤器，以丢弃非倍数帧。例如，在某些实施例中，快速用户数据报协议(UDP)过滤器可用来在帧到达应用层96之前滤出任何非倍数帧。相应地，应用层96的处理负担可降低，因为应用层96可接收更少的数据帧。在本例中，又参照图2，控制器26A发送帧0、10、20、30、40、50等。但是，将丢弃帧10、20、30、50等，因为它们不是40 ms的接收帧周期/速率的倍数。
作为接收帧速率的倍数的各数据帧可由应用层96来处理(框126)。相应地，在本例中，又参照图2，可处理控制器26A所发送的、作为40的倍数的每个帧(例如帧0、40、80、120等)。将这些帧提供给应用层96，其中基于控制器的处理可进行。
本发明的技术效果包括公共物理网络上的控制器和/或I/O包的帧速率/周期的调整。具体来说，数据帧速率/周期可由混合帧逻辑来调整，混合帧逻辑调整预计数据的超时设定和/或丢弃过剩数据。相应地，混合帧逻辑可产生增强的工业控制系统。例如，具有不同帧速率的多个控制器和/或I/O包可共享同一物理网络上的数据。
本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，以及还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则预计它们落入权利要求的范围之内。

Claims (20)

1.一种工业控制系统，包括：
配置有第一帧周期的第一控制集合，其中所述第一控制集合包括：
至少一个第一输入/输出(I/O)包；以及
至少一个第一控制器；
配置有第二帧周期的第二控制集合，其中所述第二控制集合包括：
至少一个第二输入/输出(I/O)包；以及
至少一个第二控制器；以及
混合帧速率逻辑装置，配置成当所述第一和第二帧周期不同时，操控由所述第一控制集合向所述第二控制集合所提供的输入数据、输出数据或者两者的共享。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述混合帧速率逻辑装置配置成通过下列步骤来操控当所述第一帧周期比所述第二帧周期要慢时的输入数据、输出数据或者两者的共享：
基于所述第二帧周期来设置用于接收所述输入数据、输出数据或者两者的超时阈值；以及
仅在所述超时阈值所定义的时间期间之内没有接收到所述输入数据时，才提供超时指示。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述混合帧速率逻辑装置配置成通过下列步骤来操控当所述第一帧周期比所述第二帧周期要慢时的输入数据、输出数据或者两者的共享：
基于所述第一帧周期向所述第二控制集合提供所述输入数据、输出数据或者两者，供后续处理。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述混合帧速率逻辑装置配置成通过下列步骤来操控当所述第一帧周期比所述第二帧周期要快时的输入数据、输出数据或者两者的共享：
确定所述输入数据、输出数据或者两者的帧号是否为所述第二帧周期的倍数；以及
丢弃具有不是所述第二帧周期的倍数的关联帧号的任何帧。
5.如权利要求4所述的系统，其中，具有不是所述第二帧周期的倍数的所述关联帧号的所述帧在到达所述第二控制集合的应用层之前被丢弃。
6.如权利要求4所述的系统，其中，使用快速用户数据报协议(UDP)过滤器来丢弃具有不是所述第二帧周期的倍数的所述关联帧号的所述帧。
7.如权利要求4所述的系统，其中，所述混合帧速率逻辑装置配置成通过下列步骤来操控当所述第一帧周期比所述第二帧周期要快时的输入数据、输出数据或者两者的共享：
向所述第二控制集合提供具有作为所述第二帧周期的倍数的所述关联帧号的所述输入数据、输出数据或者两者，供后续处理。
8.如权利要求4所述的系统，其中，所述帧号基于所述工业控制系统的同步时间。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述同步时间基于IEEE 1588精确时间协议来定义。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一控制器、所述第二控制器或者两者包括所述混合帧速率逻辑装置。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一I/O包、所述第二I/O或者两者包括所述混合帧速率逻辑装置。
12.如权利要求1所述的系统，包括具有所述混合帧速率逻辑装置的至少一个交换机。
13.一种有形非暂时机器可读介质，包括执行下列步骤的机器可读指令：
从配置有第一帧周期的第一控制集合传送输入数据、输出数据或者两者；
在配置有第二帧周期的第二控制集合来接收所述输入数据、所述输出数据或者两者，其中所述第一和第二帧周期是不同的；
基于所述第一帧周期和所述第二帧周期中较慢的帧周期来修改超时阈值；以及
由所述第二控制集合修改所述输入数据、所述输出数据或者两者的处理，以考虑所述不同的第一和第二帧周期。
14.如权利要求13所述的机器可读介质，其中所述超时阈值指示应当接收到输入数据、输出数据或者两者的阈值时间期间。
15.如权利要求13所述的机器可读介质，包括通过下列步骤来修改所述输入数据、所述输出数据或者两者的处理的机器可读指令：
基于所述第一帧速率和所述第二帧速率中较慢的帧速率向所述第二控制集合的处理组件提供所述输入数据、所述输出数据或者两者。
16.如权利要求13所述的机器可读介质，包括通过下列步骤来修改所述输入数据、所述输出数据或者两者的处理的机器可读指令：
基于所述第一帧速率和所述第二帧速率中较慢的帧速率向所述第二控制集合的应用层提供所述输入数据、所述输出数据或者两者。
17.如权利要求13所述的机器可读介质，包括通过解释工业控制系统的一个或多个配置系统的一个或多个配置文件来确定所述第一帧周期、所述第二帧周期或者两者的机器可读指令。
18.如权利要求13所述的机器可读介质，包括通过监测所述第一控制集合、所述第二控制集合或者两者的数据传输速率来确定所述第一帧周期、所述第二帧周期或者两者的机器可读指令。
19.一种工业控制系统，包括：
至少一个混合帧速率逻辑模块，配置成：
基于与数据发送装置关联的第一帧速率和与数据接收装置关联的第二帧速率中较慢的帧速率来设置用于接收数据的超时阈值；以及
以所述第一帧速率和所述第二帧速率中较慢的帧速率向所述数据接收装置提供数据，供后续处理。
20.如权利要求19所述的工业控制系统，包括工业控制系统控制器、网络交换机、输入/输出模块或者它们的任何组合，其配置成托管所述至少一个混合帧速率逻辑模块；
其中所述数据发送装置包括第一控制集合的第一控制器、第一输入/输出模块或者它们两者，其中所述数据接收装置包括第二控制集合的第二控制器、第二输入/输出模块或者它们两者。
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