CN106411995B - 建立通信连接的方法和控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于建立通向工业自动化系统的冗余运行的控制设备的通信连接的方法，其中，第一控制设备处于用于控制或调节技术过程的激活的运行状态中。第二控制设备处于预备运行状态中，其能在第一控制设备故障时从预备运行状态转至激活的运行状态中。在第一或第二控制设备中存储对应于第二或第一控制设备的设备标识符。在至少一个对应于第一或第二控制设备的子网络的内部，根据名称服务协议提供关于第一和第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息。在调用两个控制设备中的一个的地址信息或名称信息时，根据相应的设备标识符自动地提供用于建立通向相应的另一个控制设备的通信连接的地址信息或名称信息。

Description

建立通信连接的方法和控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于建立通向工业自动化系统的冗余运行的控制设备的通信连接的方法和一种控制设备。
背景技术
工业自动化系统通常包括多个经由工业通信网络相互联网的自动化装置，并且在制造或过程自动化的框架中用于控制或调节设备、机器或者装置。由于在借助于工业自动化系统自动化的技术系统中的时间关键的条件(Rahmenbedingungen)，在用于在自动化设备之间进行通信的工业通信网络中主要应用实时通信协议、如PROFINET，PROFIBUS或实时以太网。
在工业自动化系统的计算单元或自动化设备之间的通信连接的中断能够导致不期望或不必要地重复传输服务请求。这造成工业自动化系统的通信连接的附加负荷，其能够导致另外的系统干扰或错误。在工业自动化系统中，具有较多但是较短的报文的消息交换经常是特别有问题的，由此加重了上述问题。
当用于传输具有实时请求的较短数据帧的网络资源与用于传输具有较大有效数据内容的数据帧的网络资源进行竞争的时候，由于所使用的应用通常极其不同，在基于以太网的通信网络中能够例如出现问题。这能够导致具有实时请求的数据帧的传输延迟或者甚至导致单个的这样的数据帧丢失。
在WO 2007/144364 A1中描述了一种用于自动化装置联网的方法，其包括至少一个具有子网的单元。子网经由路由器连接到自动化装置的另外的子网上。为了使自动化装置联网而提供多播组，其在两个子网上延伸。借助多播组探测组件的通信网络接口的通信网络地址。在此，多播组的组件事先经由通信网络地址接入，并且通信网络接口事先连接到子网上。经由通信网络地址分派名称给组件的通信网络接口。在下一步骤中，测定组件的通信网络接口的另外的通信网络地址，该通信网络地址具有名称的数字表示的至少一部分。
申请号为14200562.8的在先欧洲专利申请涉及一种用于得出工业自动化系统的通信网络之中的通信设备地址的方法。所选的工业自动化系统的通信设备分别对应有一个存储单元，在其中分别临时存储名称服务信息的至少一部分，该名称服务信息通过通信网络名称服务来提供。在工业自动化系统的至少分为第一和第二通信设备的应用或者功能中，根据名称服务信息开始建立从所选的第一通信设备到第二通信设备的连接，该名称服务信息储存在对应于第一通信设备的存储单元中。在连接建立尝试失败时，应用或者功能触发临时存储的名称服务信息的至少部分的更新。
在申请号为15155518.2的在先欧洲专利申请中描述了用于配置工业自动化系统的通信设备的方法。在此，从至少一个借助于路由器公告通过至少一个在子网内部相对应的路由器传输的前缀中并且从设备特有的接口标识符中，独立地生成对应于通信设备的通信网络地址。通信设备在名称服务系统的至少一个服务器中根据名称解析协议询问，哪个通信网络地址对应于其通信设备名称。检查在名称服务系统的服务器中询问出的通信网络名称与前缀一致性。然而，通信设备仅为自己对应在名称服务系统的服务器中询问出的以下通信网络地址，其具有与通过路由器传输的前缀的一致性。
在高效的控制系统中，两个存储器可编程的控制器逻辑地相互耦连，以使得其在基本上同步地执行相同的应用程序。在此，在激活的运行状态中用于控制或调节技术过程的存储器可编程的控制器通常作为主控制设备占有引导角色，而其它的存储器可编程的控制器作为预备控制设备以预设的时间延迟执行应用程序。如果在高效的控制系统中这两个存储器可编程的控制器中的一个故障，那么就通过剩余的存储器可编程的控制器继续执行应用程序。
原则上倒不如虚拟地形成一个高效的控制系统，而且通过两个由高效的控制系统所包括的存储器可编程的控制器的共同作用形成。在此，高效的控制系统与这两个存储器可编程的控制器相比并不对应有设备名称。如果例如要由操作和监视设备实现访问高效的控制系统，那么对此通常要求分别建立通向这两个存储器可编程的控制器中的每个的传输连接。理想地，对此应当不要求明确地识别这两个传输连接(Tranport-Verbindung)。更确切地说，通向高效的控制系统的连接的建立应当在逻辑层面上是有意义的。
为了建立通向高效的控制系统的连接，原则上能够单独规划通向这两个存储器可编程的控制器的传输连接。然而这是相对麻烦和易出错的。用于建立通向高效的控制系统的连接的其它的可行性方案在于应用附加的不定的通信网络地址，其始终指向当前的主控制设备。在这样的解决方案中有问题的是，地址改变也应当在域名系统中同时进行跟踪。通常，随着几分钟的滞后才在域名系统中实现相应的地址改变。根据另外的替换方案，建立通向高效的控制系统的连接也能够通过应用附加的不定的设备名称实现，其始终指向当前的主控制设备。然而在此也有问题的是，随着几分钟的滞后才在域名系统中实现改变。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于建立通向高效的控制系统的冗余运行的控制设备的通信连接的可靠和易于实现的方法，并且给出用于执行该方法的合适的控制设备。
根据本发明的用于建立通向工业自动化系统的冗余运行的控制设备的通信连接的方法，第一控制设备处于用于控制或调节技术过程的激活的运行状态中。与此相反，第二控制设备处于预备运行状态中，其能在第一控制设备故障时从预备运行状态转至激活的运行状态中。在第一控制设备中存储对应于第二控制设备的设备标识符。以相应的方式，在第二控制设备中存储对应于第一控制设备的设备标识符。设备标识符优选地是符号化的设备名称。预备运行状态中的控制设备优选地模拟通过激活的运行状态中的控制设备控制或调节的技术过程的控制或调节。在此，模拟能够以相对于技术过程的控制或调节的预设时间延迟实现。
根据本发明，至少在对应于第一或者第二控制设备的子网络的内部，根据名称服务协议提供关于在第一和第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息。在调用这两个控制设备中的一个的地址信息或名称信息时，根据相应的设备标识符自动地提供用于建立通向相应的的另一个控制设备的通信连接的地址信息或名称信息。特别地，能够根据设备标识符得出用于建立通向控制设备的、根据传输控制协议(TransmissionControl Protocol)建立的通信连接的通信网络地址。优选地，根据相应的设备标识符建立通向控制设备的通信连接，该控制设备处于激活的运行状态中。由此，在应用者侧不需要了解高效的控制系统的控哪个制设备处于激活的运行状态中。因为这两个控制设备的设备名称和地址能够自动地在域名系统中被检测，所以减少了规划开销和错误源。
根据本发明的方法的优选的设计方案，第一和第二控制设备的通信网络地址是IPv6地址。相应地，第一和第二控制设备分别独立生成其IPv6地址。由此，也不需要计划通信网络地址，从而能够进一步减少规划开销和运转开销。
例如根据在PROFINET的背景中标准化的发现和基本配置协议(DCP)，能够提供关于在第一和第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息。有利地，在第一控制设备中存储的、对应于第二控制设备的设备标识符和在第二控制设备中存储的、对应于第一控制设备的设备标识符分别根据发现和基本配置协议存放在DCP变量中。DCP变量借助用于发现和基本配置协议的相对应的服务组件提供给另外的自动化或通信设备。
优选地，在借助发现和基本配置协议识别第一控制设备时，自动读取在那里存储的DCP变量，在其中存储有对应于第二控制设备的设备标识符。以相应的方式，也在借助于发现和基本配置协议识别第二控制设备时自动读取在那里存储的DCP变量，在其中存储有对应于第一控制设备的设备标识符。
根据本发明的另一个实施方式，关于第一和第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息借助域名系统或者根据多播DNS协议来提供。在此有利地，在第一控制设备中存储的、对应于第二控制设备的设备标识符和在第二控制设备中存储的、对应于第一控制设备的设备标识符分别存放在DCP资源记录中。此外优选地，第一和第二控制设备分别包括用于动态DNS或用于多播DNS的服务组件，第一和第二控制设备借助于服务组件除了关于其自己的设备名称和自己的通信网络地址的信息之外还传播以下设备标识符，其对应于相应的另一个控制设备。以该方式，除了关于第一和第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息之外，在至少一个DNS服务器中也能够能调用地存储设备标识符。在此有利地，设备标识符在DNS服务器中作为附加的资源记录存储，资源记录在地址或名称解析询问中作为附加信息提供。
工业自动化系统的、根据本发明的控制设备适用于根据前述的实施方式执行方法，并且包括用于控制或调节技术过程的控制单元。控制单元设计和设置用于，在激活的运行状态和预备运行状态之间切换。此外，根据本发明的控制设备包括存储单元，在其中存储相对应的主或预备控制设备的设备标识符。
根据本发明，控制设备设计和设置用于，根据名称服务协议至少在对应的子网络之中提供关于设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息。附加地，控制设备设计和设置用于，在调用主-或预备控制设备的地址或名称信息时根据相应的设备标识符自动地提供用于建立通向对应的预备或主控制设备的通信连接的地址或名称信息。
附图说明
本发明接下来根据附图按实施例详细进行阐述。在此示出：
图1是具有操作和监视站点与高效的控制系统的第一变体的工业自动化系统，该控制系统包括两个冗余运行的存储器可编程的控制器，
图2是具有操作和监视站点和高效的控制系统的第二变体的工业自动化系统。
具体实施方式
图1示出的工业自动化系统包括操作和监视站点130，其设计为HMI系统(人机界面)并且经由局域的通信网络100与第一存储器可编程的控制器111和第二存储器可编程的控制器112连接，这两个控制器相对彼此冗余地运行并且共同形成高效的控制系统。这两个存储器可编程的控制器111，112设计为相同的并且包括未在图1示出的、用于控制或调节技术过程的控制单元。该控制单元能够在激活的运行状态和预备运行状态之间切换。预备运行状态中的存储器可编程的控制器模拟技术过程的控制或调节，该技术过程通过激活的运行状态中的、存储器可编程的控制器来控制或调节。在此，模拟以相对于技术过程的控制或调节的预设的时间延迟或者迟滞实现
此外，存储器可编程的控制器111，112分别包括存储单元301，302，在其中存储对应的预备控制设备的或者处于激活的运行状态中的、主控制设备的符号化的名称。在当前的实施例中，在第一存储器可编程的控制器111的存储单元301中存储第二存储器可编程的控制器112的符号化的名称。以相应的方式，在第二存储器可编程的控制器112的存储单元302中存储第一存储器可编程的控制器111的符号化的名称。符号化的名称能够例如在规划的范畴中写入到存储单元301，302中。
通过这两个存储器可编程的控制器111，112、根据发现和基本配置协议(DCP)在局域的通信网络100之中分别提供关于设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息。对此，这两个存储器可编程的控制器111，112分别包括用于发现和基本配置协议的服务组件300。操作和监视站点130也包括用于发现和基本配置协议的服务组件300。在当前的实施例中，第一存储器可编程的控制器111和第二存储器可编程的控制器的通信网络地址是IPv6地址，其通过第一存储器可编程的控制器111或者第二存储器可编程的控制器112分别独立生成。
附加地，两个存储器可编程的控制器111，112设计和设置用于，在调用主或预备控制设备的地址或名称信息时，根据相应的符号化的名称自动地提供用于建立通向对应的预备或主控制设备的通信连接的相对应的地址或名称信息。地址或名称信息的调用能够例如通过操作和监视站点130开始(initiieren)。
因为在图1示出的高效的控制系统的第一变体中使用发现和基本配置协议以提供关于设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息，所以可编程的控制器111，112的存储单元301，302中的符号化的名称分别根据发现和基本配置协议存储器存放在DCP变量中。DCP变量借助用于发现和基本配置协议的相对应的服务组件300提供给另外的自动化或通信设备，如操作和监视站点130。
在借助于发现和基本配置协议识别两个存储器可编程的控制器111，112时，自动读取在那里存储的DCP变量，在DCP变量中存储对应于相应的另一个存储器可编程的控制器111，112的符号化的名称。如果在操作和监视站点处的使用者例如经由“生命清单”或通过输入其名称选择存储器可编程的控制器111，112中的一个，操作和监视站点130就自动地从相应的DCP变量读取所属的引用，这些DCP变量指向相应的另一个存储器可编程的控制器111，112。有利的，能够根据该引用例如根据传输控制协议建立通向处于激活的运行状态中的、存储器可编程的控制器111，112的通信连接，而使用者不必知晓哪个存储器可编程的控制器当前处于激活的运行状态中或者处于预备运行状态中。
与图1示出的高效的控制系统的第一变体不同，在图2示出的第二变体中，借助于域名系统或者根据多播DNS协议提供关于这两个存储器可编程的控制器111，112的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息。此外，操作和监视站点201不再位于与这两个存储器可编程的控制器111，112相同的局域通信网络100中，而是现在经由传输网200和路由器101与这两个存储器可编程的控制器111，112连接。此外，DNS服务器202(域名系统)经由传输网200不仅与两个存储器可编程的控制器111，112连接、还与操作和监视站点201连接。
根据图2，这两个存储器可编程的控制器111，112分别具有用于动态DNS或者多播DNS(mDNS)的服务组件400，存储器可编程的控制器借助于服务组件除了关于其自己的设备名称和其自己的通信网络地址的信息之外还传播对应于相应的另一个存储器可编程的控制器111，112的符号化的名称。出于该原因，相应的另一个存储器可编程的控制器111，112的、储存在存储单元401，402中的符号化的名称存放在DNS资源记录中，该资源记录除了关于这两个存储器可编程的控制器111，112的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息之外首先传输给DNS服务器202并且在那里能调用地被存储。因此，相应的另一个存储器可编程的控制器111，112的符号化的名称在DNS服务器中作为附加的资源记录存储，其在地址或名称解析询问中作为附加信息提供。
根据图2，操作和监视站点201也包括名称服务组件400，其例如能够设计为标准适用的DNS根解析器(DNS-Stub-Resolver)。如果操作和监视站点位于与这两个存储器可编程的控制器111，112相同的局域通信网络100中，那么操作和监视站点201的名称服务组件400能够设计为mDNS-伙伴(mDNS-Peer)；DNS服务器202在该情况中仅是可选的。
只要操作和监视站点201处的使用者在局域通信网络100的外部例如经由域服务表或者通过输入其名称识别出两个存储器可编程的控制器111，112中的一个，那么操作和监视站点201就自动读取相对应的资源记录，该资源记录指向相应的另一个存储器可编程的控制器111，112。以该方式能够自动地建立通向相应的当前主控制设备的通信连接，而该主控制设备对于在操作和监视站点201处的使用者来说不必是明确已知的。

Claims (13)

1.一种用于建立通向工业自动化系统的冗余运行的控制设备的通信连接的方法，其中，
第一控制设备处于用于控制或调节技术过程的激活的运行状态中，
第二控制设备处于预备运行状态中，所述第二控制设备能在所述第一控制设备故障时从预备运行状态转至激活的运行状态中，
在所述第一控制设备中存储对应于所述第二控制设备的符号化的设备名称，
在所述第二控制设备中存储对应于所述第一控制设备的符号化的设备名称，
所述符号化的设备名称分别根据发现和基本配置协议存放在DCP变量中或者作为在另一控制设备中的附加的DNS资源记录，
至少在一个对应于所述第一控制设备和/或所述第二控制设备的子网络的内部，根据名称服务协议提供关于在所述第一控制设备和所述第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息，
在调用这两个控制设备中的一个控制设备的地址信息或名称信息时，根据相应的所述符号化的设备名称自动地提供用于建立通向相应的另一个控制设备的通信连接的地址信息或名称信息，
在使用者选择或者识别这两个控制设备之一的范畴内，实现地址信息或名称信息的调用，
通过读取指向相应的另一控制设备的DCP变量，或者通过读取指向相应的另一控制设备的DNS资源记录，提供关于相应的另一控制设备的地址信息或名称信息，
根据相应的所述符号化的设备名称建立通向处于激活的运行状态中的控制设备的通信连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一控制设备和所述第二控制设备的所述通信网络地址是IPv6地址，并且其中，所述第一控制设备和所述第二控制设备分别独立生成所述第一控制设备的和所述第二控制设备的IPv6地址。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据发现和基本配置协议提供关于在所述第一控制设备和所述第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述第一控制设备中存储的和在所述第二控制设备中存储的所述DCP变量借助用于发现和基本配置协议的相对应的服务组件提供给另外的自动化或通信设备。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在借助于发现和基本配置协议识别所述第一控制设备时，自动读取在所述第一控制设备中存放的DCP变量，在该DCP变量中存储了对应于所述第二控制设备的所述符号化的设备名称，并且其中，在借助于发现和基本配置协议识别所述第二控制设备时，自动读取在所述第二控制设备中存放的DCP变量，在该DCP变量中存储对应于所述第一控制设备的所述符号化的设备名称。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，关于所述第一控制设备和所述第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息借助于域名系统和/或根据多播DNS协议来提供。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一控制设备和所述第二控制设备分别包括用于动态DNS或用于多播DNS的服务组件，所述第一控制设备和所述第二控制设备借助于所述服务组件除了关于所述第一控制设备和所述第二控制设备的自己的设备名称和自己的通信网络地址的信息之外还传播对应于相应的另一个控制设备的所述符号化的设备名称。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，除了关于所述第一控制设备和所述第二控制设备的设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息之外，在至少一个DNS服务器中能调用地存储有所述符号化的设备名称。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述符号化的设备名称在所述DNS服务器中作为附加的资源记录来存储，所述资源记录在地址或名称解析询问中作为附加的信息被提供。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据符号化的设备名称得出用于建立通向控制设备的通信连接的通信网络地址，并且其中，所述通信连接根据传输控制协议建立。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，预备运行状态中的控制设备对技术过程的控制和调节进行模拟，所述技术过程通过激活的运行状态中的控制设备来控制或调节。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，模拟利用相对于技术过程的控制或调节的预设的时间延迟来进行。
13.一种用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法的工业自动化系统的控制设备，具有
用于控制或调节技术过程的控制单元，其中，所述控制单元设计和配置用于，在激活的运行状态和预备运行状态之间切换，
存储单元，在所述存储单元中存储相对应的主控制设备或预备控制设备的符号化的设备名称，所述符号化的设备名称根据发现和基本配置协议存放在DCP变量中或者作为附加的DNS资源记录被存储，
其中，所述控制设备设计和设置用于，根据名称服务协议至少在对应的子网络之中提供关于设备名称和通信网络地址之间的对应关系的信息，
其中，所述控制设备附加地设计和设置用于，在调用主控制设备或预备控制设备的地址或名称信息时根据相应的符号化的设备名称自动地提供用于建立通向对应的预备控制设备或主控制设备的通信连接的地址或名称信息，其中，在使用者选择或者识别这两个控制设备之一的范畴内，实现地址信息或名称信息的调用，
其中，所述控制设备还设计和设置用于，通过读取指向预备或主控制设备的DCP变量，或者通过读取指向预备或主控制设备的DNS资源记录，提供关于预备或主控制设备的地址信息或名称信息。
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