CN110959141A - 用于分布式控制系统的实际状态和控制信号的总流 - Google Patents

用于分布式控制系统的实际状态和控制信号的总流 Download PDF

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Abstract

控制系统的传感器(1)周期性地检测工业技术过程(4)的实际状态(Z)，并将实际状态通过第一开放通信网络(5)的由传感器(1)公用的第一受保护连接(6)传输到控制系统的公用中央单元(3)。由此，每个传感器(1)将由其检测到的实际状态(Z)在预定的时间窗口(T)内一次性地传输到中央单元(3)。中央单元(3)在考虑传输到其的实际状态(Z)的情况下周期性地得出用于工业技术过程(4)的控制信号(C)，并将控制信号通过第二开放通信网络(8)的由控制系统的多个执行器(2)公用的第二受保护连接(9)传输到执行器(2)。中央单元(3)由此将为相应的执行器(2)确定的控制信号(C)在预定的时间窗口(T)内一次性地传输到每个执行器(2)。执行器(2)根据传输到执行器的控制信号(C)周期性地作用于工业技术过程(4)。在时间窗口(T)内为每个传感器(1)分配相应的发射器侧子区间(19)，相应的传感器(19)在发射器侧子区间内将由其检测到的实际状态(Z)输送到第一开放通信网络(5)。被传输的实际状态(Z)在时间窗口(T)的、与相应的发射器侧子区间(19)对应的相应的接收器侧子区间(20)内到达中央单元(3)中。确定传感器(1)的发射器侧子区间(19)以使接收器侧子区间(20)互相不相交。

Description

用于分布式控制系统的实际状态和控制信号的总流
技术领域
本发明涉及一种工业技术过程的控制方法，
-其中，控制系统的传感器周期性地检测工业技术过程的实际状态并将实际状态传输到控制系统的公用中央单元，使得每个传感器将由该传感器检测到的实际状态在预定的时间窗口内一次性地传输到公用中央单元；
-其中，公用中央单元在考虑传输到公用中央单元的实际状态的情况下周期性地得出用于工业技术过程的控制信号，并且将控制信号传输到控制系统的执行器，使得公用中央单元将为相应的执行器确定的控制信号在预定的时间窗口内一次性地传输到每个执行器；
-其中，执行器根据传输到执行器的控制信号周期性地作用于工业技术过程。
本发明还涉及一种用于工业技术过程的控制系统，
-其中，控制系统具有多个传感器、多个执行器和一个公用中央单元。
背景技术
控制系统以不同的实施方案被公知。历史上，控制系统最初利用独立的通信系统构建，例如利用可编程逻辑控制器自身的总线。然后，进一步的发展产生了现场总线系统，其中传感器和执行器通过现场总线(例如PROFIBUS)与公用中央单元连接。
最近，还使用基于以太网的现场总线。这样的现场总线是开放通信网络的典型实例。
开放通信网络是如下的通信网络，其中与通信网络连接的每个组件根据其自身的规范将数据输送到通信网络中并且读取通过该通信网络传输的数据。然而，已连接的组件不知道哪些另外的组件与该通信网络连接。特别地，与控制器无关的另外的组件因此能够与在本发明的范畴中使用的开放通信网络连接。如果(仅作为示例的)中央单元、传感器和执行器作为组件与通信网络连接，则可能存在互相通信但不与中央单元、传感器或执行器通信的另外的组件，另外的组件虽然与这些组件中的至少一个通信但不在控制方法内通信。此外，已连接的组件(至少通常)不知道开放通信网络的拓扑结构。
在过程工业和工业自动化中，要被控制的工业技术过程通常相对较慢。周期时间(本发明中的术语“时间窗口”)能够在几毫秒的范围内，甚至通常在50ms或100ms以上的范围内。基于以太网的通信网络通常也能用于这种周期时间。
由DE 10 2015 213 845 A1已知一种用于技术过程的控制方法，该控制方法呈交通工具中的部件的控制系统形式。在该控制方法的范畴中，控制系统的传感器周期性地检测工业技术过程的实际状态，并且通过第一开放通信网络将实际状态传输到控制系统的公用中央单元。公用中央单元在考虑传输到公用中央单元的实际状态的情况下周期性地得出用于工业技术过程的控制信号，并将控制信号通过第二开放通信网络传输到控制系统的执行器。执行器根据传输到执行器的控制信号周期性地作用于工艺过程。传感器周期性地发送实际状态。然而，不能安全地确保在预定时间内由公用中央单元实现接收。公用中央单元到执行器的反向通信也是如此。在引用的文献D1中，能够确定各个传感器将其实际状态传输到中央单元的不同的时间点。
在视听数据流传输的范畴中，在现有技术中已知用于开放通信网络的被特别保护的连接，即所谓的流。流是与开放通信网络连接的第一组件和第二组件之间的连接。在流的情况下，确保输送到第一组件(所谓的讲话者)的数据以预先已知的最大延迟到达第二组件(所谓的收听者)。最大延迟取决于线路段以及从第一组件到第二组件的依次接续的线路段之间的各个节点。最大延迟在设置流时被确定。
原则上，用于视听数据传输的已知措施也能够用在工业环境中。然而，视听数据与工业数据之间存在重要区别。对于视听数据，通常必须将大量数据从刚好一个讲话者传输到刚好一个收听者。相反，在工业应用中，要传输的数据量已经大大减少。通常每个周期只需要传输几个字节，最多传输几千字节。此外，在工业应用中，通信不仅涉及两个组件，而是涉及许多组件。尤其为了传输实际状态，每个传感器是讲话者，而中央单元为此是收听者。相反，为了传输控制信号，中央单元是讲话者，而每个执行器是收听者。
如果从视听数据的传输中已知的措施被直接且立即采用，则必须建立大量的流，即大量用于每个传感器和每个执行器的单独流，其中，在多个传感器的情况中，相应的传感器是讲话者而中央单元是收听者，并且在执行器的情况中，中央单元是讲话者而每个执行器是收听者。每个流在通信网络的由流经过的每个节点处占用大量资源。因此，该措施原则上被证明是可能的，但不切实际。
因此，在现有技术中，在没有进一步保护的情况下传输来自控制系统的数据(也就是由传感器检测到的实际状态以及要传输到执行器的控制信号或通常的过程图像)。在传输时选择高优先级并且执行为此所需带宽的粗略评估。
对于待从公用中央单元传输到执行器的控制信号，现有技术的做法相对而言是没有问题的。特别地，在公用中央单元方面能够以相对简单的方式确保将用于执行器的控制信号依次接续输送到开放通信网络中。但是，传感器将其实际状态不经协调地输送到开放通信网络中。因此，在通信网络中可能出现“颤动”。当多个传感器将其实际状态输送到通信网络时，就会发生颤动，从而使中央单元或节点之一处出现短暂的过载。由于过载，相关的传感器之一的数据不能被中央单元或相关的节点缓冲，从而导致数据丢失。这样的数据丢失通常导致控制过程自身的损害。
其他事件也能影响控制过程。例如，各个节点的延迟时间能由于与控制过程本身无关的另外的通信而改变。这也能导致节点的短暂过载。
通过在相关组件(传感器、公用中央单元、执行器)之间建立流能够避免此类问题。但是，如默认情况那样仅在两个组件之间设置流是不切实际的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种以合理的开销实现相关组件之间的受保护的通信的可行方案。
该目的通过具有权利要求1的特征的控制方法来实现。该控制方法的有利设计方案是从属权利要求2至5的内容。
根据本发明，如下地设计开头部分所述类型的控制方法，
-传感器将实际状态通过第一开放通信网络的由传感器公用的第一受保护连接传输到公用中央单元；
-公用中央单元将实际状态通过第二开放通信网络的由执行器公用的第二受保护连接传输到执行器；并且
-在时间窗口内为每个传感器分配相应的发射器侧子区间，相应的传感器在发射器侧子区间内将由该传感器检测到的实际状态输送到第一开放通信网络；
-被传输的实际状态在时间窗口的、与相应的发射器侧子区间对应的相应的接收器侧子区间内到达中央单元中；并且
-确定传感器的发射器侧子区间，以使接收器侧子区间互相不相交。
根据本发明，仅建立两个受保护连接，即传感器与公用中央单元之间的第一受保护连接以及公用中央单元与执行器之间的第二受保护连接。
从公用中央单元到执行器的、通过公用的第二受保护连接的通信相对容易。原因是，与通常的视听流程序不同，有两个以上的参与者。但是，只有其中一个参与者(即公用中央单元)将数据输送到第二受保护连接。因此，公用中央单元能够将控制信号依次接续地输出到执行器。每个执行器能够从通过公用的第二受保护连接传输的数据中滤出确定用于其的控制信号。
但是，关于从传感器到公用中央单元的通信，像在现有技术中那样，没有一个传感器“知道”：其他传感器也通过公用的第一受保护连接将其检测到的实际状态传输到中央单元。为了确保在将实际状态传输到公用中央单元时没有时间冲突，因此在时间窗口内为相关的每个传感器分配相应的发射器侧子区间，在该区间中相应的传感器将其检测到的实际状态输送到第一开放通信网络。由此能够确保被传输的实际状态依次到达中央单元中。
为了正确地得出用于通过第一受保护连接进行数据传输的发射器侧子区间，已证明是有利的是：
-在时间窗口内首先临时建立相应的发射器侧子区间；
-然后为每个发射器侧子区间得出：在公用中央单元方面的哪个接收器侧子区间与相应的发射器侧子区间对应；以及
-最后在时间窗口内移动发射器侧子区间，以使接收器侧子区间互相不相交。
通常，接收器侧子间互相之间还保持确定的安全间隔。然而这并不是强制必须的。
从相应的传感器到公用中央单元的通信通过第一开放通信网络的依次接续的线路段的相应序列实现。在这种情况下，相应序列的直接相邻的线路段分别通过节点(所谓的桥)互相连接。每个节点以相应的延迟时间转发由相应的传感器传输的实际状态。对于与节点相关的每个受保护连接，每个节点还确保其转发接收到的数据的延迟时间处于用于相应的节点的预定最小值与用于相应的节点的预定最大值之间。这适用于每个受保护连接，并且因此也适用于第一通信网络的第一受保护连接。因此，从被分配给相应的传感器的发射器侧子区间出发，通过加上节点的预定最小值，能够得出相应的实际状态能够最早到达公用中央单元中的最早可能时间点。以类似的方式，从被分配给相应的传感器的发射器侧子区间出发，通过加上节点的预定最大值，能够得出相应的实际状态能够最迟到达公用中央单元的最迟可能时间点。因此，由最早可能时间点和最迟可能时间点确定相应的接收器侧子区间。如果发射器侧子区间后来被移动，则相应的接收器侧子区间通过该移动被1：1地移动。例如，如果发射器侧子区间向前移动50μs，则相应的接收器侧子区间也向前移动50μs。
节点的最大值是必须强制明确给出的。最小值可以被明确给出。可替换地，能够将预定最小值设置为零。
通常，第一开放通信网络和第二开放通信网络具有至少一个公用线路段，通过该公用线路段不仅将实际状态传输到公用中央单元，而且也将控制信号传输到执行器。特别地，通常只有单个以太网作为(公用)通信网络，公用中央单元一次性地(lx)连接到该以太网，从而必须通过该连接来实现公用中央单元与传感器和执行器之间的所有通信。
该目的还通过具有权利要求6的特征的控制系统来实现。根据本发明，开头部分所述类型的控制系统被设计为，
-传感器和公用中央单元通过第一开放通信网络互相连接；
-公用中央单元和执行器通过第二开放通信网络互相连接；并且
-传感器、公用中央单元、执行器、第一开放通信网络和第二开放通信网络被设计为它们在运行时根据前述权利要求中任一项的控制方法互相作用。
附图说明
结合实施例的以下描述，本发明的上述特性、特征和优点以及其实现方式变得更清楚易懂，结合附图详细阐述实施例。在此以示意图示出：
图1示出了控制系统和工业技术过程，
图2显示了一个时序图，
图3示出了受保护连接，
图4示出了数据包，
图5示出了另外的受保护连接，
图6示出了另外的数据包，
图7至图11示出了多个时序图，以及
图12示出了控制系统。
具体实施方式
根据图1，控制系统具有多个传感器1、多个执行器2和一个公用中央单元3。中央单元3例如能是可编程逻辑控制器或可编程逻辑控制器的中央单元。传感器1和执行器2是外围设备。
传感器1周期性地检测工业技术过程4的实际状态Z，例如生产机器或化学过程的实际状态。实际状态Z例如能是位置信号、温度、二进制信号，例如限位开关的响应等。下面假定每个传感器1检测到一个单独的实际状态Z。然而，传感器1还能够分别检测多个实际状态Z。
传感器1和中央单元3经由第一开放通信网络5互相连接。在第一开放通信网络5内，传感器1将由其检测到的实际状态Z通过第一受保护连接6传输到中央单元3。第一受保护连接6对于多个传感器1是公用的。
通信网络5是开放的通信网络，因为通信网络5也能够连接另外的组件7，其能够经由通信网络5独立地传输与实际状态Z不同的数据。另外的组件7可能仅互相通信，但是既不与中央单元3也不与传感器1通信。然而，另外的组件7也能与中央单元3和/或传感器1通信。然而，在这种情况下，通信发生在根据本发明的控制方法之外。第一开放通信网络5例如能够被设计为以太网。
第一受保护连接6是受保护的连接，因为第一受保护连接6的特性确保了从传感器1经由第一受保护连接6传输到中央单元3的数据在预定最大延迟时间之内到达中央单元3中。在数据(在此是由相应的传感器1检测到的相应的实际状态Z)到第一开放通信网络5中的传输与该数据到中央单元3中的到达之间经历了最大的延迟时间。该延迟时间能够因传感器1而不同。但是，对于每个传感器1都有延迟时间。受保护连接6的一个实例是流，流例如由国际标准IEEE 802.1中的AVB(音频/视频桥接)任务组以及特别是由TSN(时间敏感网络)任务组定义。
流通常被限定在单个发射器(讲话者)与单个接收器(收听者)之间。然而在当前情况下，存在多个发射器、即传感器1。然而已知的是，也在多个发射器和单个接收器(这里是中央单元3)之间建立流。仅作为实例，能够参考申请者西门子公司于2017年3月10日提交的申请PCT/EP2017/055643。有关设置的更多详细信息将在后面说明。
实际状态Z到中央单元3的传输周期性地进行，传感器1对实际状态Z的检测也如此。因此，如图2所示，在预定的时间窗口T内，每个传感器1一次性地(lx)将由其检测到的实际状态Z传输到中央单元3。实际状态Z的整体形成了输入的所谓的过程图像PAE。
中央单元3以本身已知的方式周期性地得出用于工业技术过程4的控制信号C。中央单元3考虑传输到其的实际状态Z以及必要时考虑其他内部数据、例如标记和计时器。对于可编程逻辑控制器，通常已知相应的措施。控制信号C能够例如引起加热器、驱动电动机、灯等的打开或关闭。控制信号能够是二进制信号、离散信号或模拟信号。后者由中央单元3以数字形式得出并传输到执行器2。该信号仅在传输到执行器2后才从数字形式转换为模拟形式。
中央单元3与执行器2经由第二开放通信网络8互相连接，类似于中央单元3与传感器1的连接。在第二开放通信网络8内，中央单元3将由其得出的控制信号C通过第二受保护连接9传输到执行器2。第二受保护连接9对于多个执行器2是公用的。全部控制信号C形成输出的所谓过程图像PAA。下面假定中央单元3为每个执行器2得出单独的控制信号C。但是，中央单元3也能够为每个执行器2分别得出多个控制信号C。
通信网络8是开放的通信网络，因为在该通信网络8上也能够连接另外的组件10，其能够经由第二开放的通信网络8独立地发送不同于控制信号C的数据。另外的组件10可能仅互相通信，而与中央单元3以及执行器2都不通信。但是，另外的组件10也能与中央单元3和/或与执行器2通信。然而，在这种情况下，通信发生在根据本发明的控制方法之外。第二开放通信网络8能够类似于通信网络5设计，例如设计为以太网。
第二受保护连接9是受保护的连接，因为第二受保护连接9的特性确保了从中央单元3经由第二受保护连接9传输到执行器2的数据在预定最大延迟时间之内到达执行器2中。在数据(这里是为相应的执行器2确定的相应的控制信号C)到第二开放通信网络8中的传输与该数据到相应的执行器2的到达之间经历了最大的延迟时间。该延迟时间能够因执行器2而不同。但是，对于每个执行器2都有延迟时间。
如前所述，受保护连接9的示例是由音频/视频桥接任务组、特别是由国际标准IEEE 802.1中的时间敏感网络任务组定义的流。与在多个发射器和单个接收器之间建立流类似，也已知在单个发射器(这里是中央单元3)和多个接收器(这里是执行器2)之间建立流。这对应于由AVB任务组(尤其是IEEE 802.1标准中的TSN任务组)定义的标准原理。
控制信号C到执行器2的传输周期性地进行。因此，如图2所示，在预定的时间窗口T内，中央单元3向相应的执行器2一次性地(lx)发送用于相应的执行器2的控制信号C，然后，执行器2根据传输到其的控制信号C对工业技术过程4产生作用。对工业技术过程4的作用也周期性地实现。
下面阐述第二受保护连接9的建立。这里假设，只要涉及中央单元3和执行器2，第二开放通信网络8的逻辑或物理结构就如图3所示那样。然而，第二开放通信网络8的拓扑也能是不同的。特别地，拓扑不必事先知道。
根据图3，每个执行器2通过第二开放通信网络8的线路段11的相应序列与中央单元3连接。通过相应序列实现了从中央单元3到相应的执行器2的通信。直接依次连续的线路段11通过相应的节点12互连。在图3中，仅在从中央单元3到执行器2之一的路径上示出附图标记11和12。
节点12(在流中通常称为桥)转发由其接收到的数据。在无保护连接的情况下，此处发生的延迟不是预先确定的。在受保护连接(这里是第二受保护连接9)的情况下，节点12以相应的最大延迟时间转发其已经接收到的数据。节点12能够确保这一点，因为在建立第二受保护连接9时，每个相关的节点12都会检查：节点的内部资源是否足以在要建立的受保护连接的范畴中实现所需的性能(尤其是在数据量和数据吞吐量方面)。如果检查结果为是，则相应的节点12保留这些资源以用于建立保护连接。否则，相应的消息被发送到设置受保护连接的装置。在这种情况下，不会建立受保护连接。由于该措施，每个相关的节点12能够确保在以后的运行期间维持所需的性能。
在随后的运行中，事先不知道各个节点12以什么实际延迟时间将由中央单元3输送的控制信号C转发到第二受保护连接9中。但是，最大延迟时间(即其最大值)被确保。在个别情况下，相应的节点12也能规定最小延迟时间。可选地，能假设最小延迟时间(即其最小值)的值为零。
通过第二受保护连接9进行的数据传输以单独的数据包(帧)的形式实现，根据图4，该数据包包括报头13和用户数据14。控制信号C是用户数据14的组成部分。报头13一方面包括用于第二受保护连接9的标识符K，另一方面包括逻辑源的地址SA和逻辑目的地的地址DA。因此，为了建立第二受保护连接9，尤其需要为每个执行器2分配一个相同的逻辑目的地的地址DA。结果是，中央单元2因此将所有控制信号C在第二受保护连接9中传输到每个执行器2。因此，每个执行器2能够过滤出并使用与其相关的控制信号C。在该措施中，各个控制信号C之间不会发生时间冲突，因为仅存在单个发射器(中央单元3)，因此中央单元3是第二受保护连接9的根。
下面说明第一受保护连接6的建立。这里假定，只要涉及中央单元3和传感器1，第一开放通信网络5的逻辑或物理结构就如图5所示那样。但是，第一开放通信网络5的拓扑也能不同。特别地，拓扑不必事先知道。
在图5中，第一开放通信网络5的拓扑类似于第二开放通信网络8的拓扑。然而，这不是强制必须的。
根据图5，每个传感器1通过第一开放通信网络5的线路段15的序列连接到中央单元3。从传感器1到中央单元3的通信通过相应的序列实现。直接依次连续的线路段15通过相应的节点16互相连接。在图5中仅对从传感器1之一到中央单元2的路径示出附图标记15和16。
节点16(在流中通常称为桥)转发由其接收到的数据。在无保护连接的情况下，此处发生的延迟不是预先确定的。在受保护连接(这里是第一受保护连接6)的情况下，节点16以相应的最大延迟时间转发其已经接收到的数据。节点16能够确保这一点，因为在建立第一受保护连接6时，每个相关的节点16都会检查：节点的内部资源是否足以在要建立受保护连接的范畴中实现所需的性能(特别是在数据量和数据吞吐量方面)。如果检查结果为是，则相应的节点16保留这些资源。否则，相应的消息被发送到设置受保护连接的设备。在这种情况下不会建立受保护连接。由于该措施，每个相关的节点16能确保在以后的运行期间维持所需的性能。
在随后的运行中，事先不知道各个节点16以什么实际延迟时间将实际状态Z由相应的传感器1输送到第一受保护连接6中。但是，最大延迟时间(即其最大值)被确保。在个别情况下，相应的节点16也能够规定最小延迟时间。可选地，能假设最小延迟时间(即其最小值)的值为零。
通过第一受保护连接6进行的数据传输以与经由第二受保护连接9相同的方式实现。因此，传输以单独的数据包的形式实现，根据图6，该数据包包括报头17和用户数据18。实际状态Z是用户数据18的组成部分。报头17一方面包括用于第一受保护连接6的标识符K'，另一方面包括逻辑源的地址SA'和逻辑目的地的地址DA'。为了建立第一受保护连接6，能够为每个传感器1分配一个相同的逻辑源的地址SA'。但是也能为传感器1分配不同的逻辑源的地址SA'。在这两种情况下，传感器1都将第一受保护连接6中的所有实际状态Z传输到中央单元3。
与第二受保护连接9不同，在第一受保护连接6中有多个发射器、即传感器1，但是传感器1互相不“知道”。因此，当传感器1仅在时间窗口T内通过第一受保护连接6将其相应的实际状态Z传输到中央单元3时，可能发生的是，从不同传感器1传输到中央单元3的实际状态Z同时到达中央单元3或节点16之一，使得实际状态不能由中央单元3或相应的节点16接收。在这种情况下会出现数据丢失。
为了避免在将实际状态Z传输到中央单元3时的这种时间(t)冲突，在时间窗口T内为每个传感器1分配了如图7所示的相应的发射器侧子区间19。传感器1在分配给该传感器的子区间19内将由其检测到的实际状态Z输送到的第一开放通信网络5。因此，相应的子区间19不涉及从相应的传感器1到中央单元3的整个传输，而是仅涉及传输链中的第一链路，也就是输送到与相应的传感器1相邻的线路段15中。将发射器侧子区间19分配给特定的发射器(这里是传感器1)的可能性是已知的。例如，能够再次参考国际标准IEEE 802.1，特别是参考标准IEEE 802.1Qcc中的扩展。还能够从标准PROFINET IRT中了解适当的做法。
接收器侧子区间20对应于发射器侧子区间19。接收器侧子区间20是如下的时间区间，在该时间区间内，由传感器1之一在其发射器侧子区间19中输送到第一开放通信网络5中的实际状态Z到达中央单元3中。接收器侧子区间20必须互相不相交。为了确保这一点，首先仅临时为每个传感器1设置相应的发射器侧子区间19。对于这种临时措施(但仅用于此)，发射器侧子区间19甚至能够如图8所示进行匹配。然后，为相应的发射器侧子区间19确定在中央单元3方面哪个接收器侧子区间20与相应的接收器侧子区间19对应。图8还示出了相应的接收器侧子区间20。在图8中以不同的高度示出了接收器侧子区间20，从而使其尽管在时间上重叠也能在图8中被识别出并且互相区分。
至关重要的是，根据图9，对于每个发射器侧子区间19而言，到相应的接收器侧子区间20的时间偏移量A是恒定的。因此，如图9中的虚线所示，如果发射器侧子区间19偏移特定时间段δt，则对应的接收器侧子区间20也刚好偏移该时间段δt。因此，时间偏移量A保持不变。因此，如图8所示，可以首先为任何发射器侧子区间19确定相关的接收器侧子区间20，然后如图10所示，在时间窗口T内布置接收器侧子区间20，以使接收器侧子区间互相不相交。优选在接收器侧子区间20之间保持安全距离。但是，安全距离不是强制必须的。
相关的时间移动能够被容易地得出。由于时间偏移量A与相应对应的发射器侧子区间19相比不改变，因此也能够容易地得出相应的发射器侧子区间19。仅需要使发射器侧子区间19进行1：1的移动，以在时间上移动相应的接收器侧子区间20。
在移动之后，发射器侧子区间19可能在时间上重叠。然而，这不是关键的，因为问题不在于发射器侧子区间19的重叠，而仅仅是避免接收器侧子区间20的重叠。
为了实施上述措施，必须了解接收器侧子区间20。下面针对单个发射器侧子区间19来解释接收器侧子区间20的确定。但是，该措施对于所有发射器侧子区间19完全类似地适用。
在下文中，仅作为示例，如图11所示，假设相应的传感器1经由四个依次接续的线路段15并且因此相应地经由三个布置在这四个线路段15中的两个之间的节点16连接到中央单元3。此外，假设能够忽略经由线路段15的传输时间。如果需要，也能够考虑这种传输时间。
所考虑的传感器1在时间窗口T内在分配给传感器的子区间19中将由其检测到的实际状态Z输送至第一开放通信网络5。
随后，该子区间19的边界被设置附图标记t1和t2。这两个边界之间的差(即t2-tl)对应于相应的发射器侧子区间19的持续时间。
由于忽略了通过线路段15的传输时间，因此被传输的实际状态Z在相同的时间段内(即从t1延伸到t2的时间间隔)到达与传感器1邻接的节点16。在延迟时间之后，该节点16将实际状态Z输送至下一个线路段15。延迟时间的确切值未知。然而，已知延迟时间具有最小值T1和最大值T1'。
因此，该节点16将实际状态Z输送至下一个线路段15的最早可能的时间点是t1+T1。因此，该节点16结束将实际状态Z输送至下一个线路段15的最迟可能时间点是t2+T1'。
由于忽略了通过线路段15的传输时间，因此被传输的实际状态Z在相同的时间段内(即从t1+T1延伸到t2+T1'的间隔)到达下一节点16。在延迟时间之后，该节点16还将实际状态Z输送到最接近其的线路段15。延迟时间的确切值还是未知的。然而，已知延迟时间具有最小值T2和最大值T2'。
因此，该节点16将实际状态Z输送至下一个线路段15的最早可能的时间点是t1+T1+T2。因此，该节点16停止将实际状态Z输送至下一个线路段15的最迟可能时间点还是t2+T1'+T2'。
能够对每个节点16重复该措施。在给定的实例中，在传感器1与中央单元3之间布置了三个节点16，所考虑的传感器1的实际状态Z到达中央单元3的最早可能时间点是t1+T1+T2+T3，其中T3是与中央单元3邻接的节点16的最小延迟时间。以类似的方式，所考虑的传感器1的实际状态Z传输到中央单元3的最迟可能的结束时间点是t1+T1'+T2'+T3'，其中T3'是与中央单元3邻接的节点16的最大延迟时间。
结果是，对于每个传感器1及其发射器侧子区间19而言，从被分配给相应的传感器1的发射器侧子区间19出发，通过加上节点16的预定最小值T1、T2、T3等以及加上节点16的预定最大值T1'、T2'、T3'等，能够得出相应的接收器侧子区间20。
使用P2P(点对点)协议、例如基于LRP(链路本地预留协议)，自动得出发射器侧子区间19。在得出发射器侧子区间19后，例如通过第一开放通信网络5，然而将发射器侧子区间在第一受保护连接6之外传输到相应的传感器1。
通过第一开放通信网络5并且在这里通过第一受保护连接6，在每个时间窗口T内从传感器1传输到中央单元3的数据包的数量通常与传感器1的数量一样。该情况的原因是，每个传感器1通过其自身的数据包将其检测到的实际状态Z传输到中央单元3。因此，在建立第一受保护连接6的范畴内必须确定第一开放通信网络5中相关的节点16的资源，使得节点在相应指定的最大延迟时间Ti'(i＝1、2、3等)内能够转发相应数量的数据包。
至少直接与中央单元3邻接的第一开放通信网络5的节点16通常必须能够处理由传感器1发送的所有数据包，而不管相应数据包来自哪个传感器1。关于第一开放通信网络5的其他节点16，将节点的资源以减少的程度保留对于第一受保护连接6是够用的。
为了由传感器1保留发射器侧子区间19，传感器1也必须互相同步。但是，这样的同步不是本发明的主题。同步方案也是本领域技术人员通常已知的。因此，在此无需对其进行详细说明。
如上所述，第一开放通信网络5和第二开放通信网络8是不同的通信网络。但是，这不是强制必须的。相反，如图12所示，第一开放通信网络5和第二开放通信网络8能够具有至少一个公用线路段11、15，通过公用线路段11、15将实际状态Z传输到中央单元3并且将控制信号C传输到执行器2。特别地，中央单元1通常仅通过单个线路段11、15连接到两个开放通信网络5、8。另外的线路段11、15也能够是两个开放通信网络5、18的组成部分。此外，也可能存在外围单元，其既包括传感器1的功能又包括执行器2的功能(所谓的混合I/O(输入/输出)单元)。在这种情况下，实际状态Z到中央单元3的传输以及来自中央单元3的控制信号C的传输都是通过相同的线路段11、15自动实现的。
总之，本发明因此涉及以下内容：
控制系统的传感器1周期性地检测工业技术过程4的实际状态Z，并将实际状态通过第一开放通信网络5的由传感器1公用的第一受保护连接6传输到控制系统的公用中央单元3。由此，每个传感器1将由其检测到的实际状态Z在预定的时间窗口T内一次性地传输到中央单元3。中央单元3在考虑传输到其的实际状态Z的情况下周期性地得出用于工业技术过程4的控制信号C，并将控制信号通过第二开放通信网络8的由控制系统的多个执行器2公用的第二受保护连接9传输到执行器2。中央单元3由此将为相应的执行器2确定的控制信号C在预定的时间窗口T内一次性地传输到每个执行器2。执行器2根据传输到执行器的控制信号C周期性地作用于工业技术过程4。在时间窗口T内为每个传感器1分配相应的发射器侧子区间19，相应的传感器19在发射器侧子区间内将由其检测到的实际状态Z输送到第一开放通信网络5。被传输的实际状态Z在时间窗口T的、与相应的发射器侧子区间19对应的相应的接收器侧子区间20内到达中央单元3中。确定传感器1的发射器侧子区间19，以使接收器侧子区间20互相不相交。
本发明具有许多优点。特别是，在传感器1、中央单元3和控制系统的执行器2之间进行有效和可靠以及确定的通信。在实践中实现多达七个节点12、16的通信网络5、8的深度的情况下，通常在实际状态Z或控制信号C到通信网络5、8的传输与实际状态或控制信号到中央单元3或执行器2的到达之间存在几毫秒(通常最多5ms)的延迟时间。能够保存节点12、16中的资源。尤其在第一和第二开放通信网络5、8的预留协议和数据层中，仅必须管理两个受保护连接6、9中的相应一个连接。在发生错误的情况下，诊断得以简化，因为在两个通信方向(朝向中央单元3和远离中央单元3的方向)上，仅需检查单个受保护连接6、9。不需要了解通信网络5、8的拓扑。仅在多个传感器1的实际状态Z转发所经过的那些节点16中，才需要相应保留相应的节点16的资源。
尽管已经通过优选的实施例详细说明和阐述了本发明，但是本发明不受公开的实例限制，并且本领域技术人员能够在不脱离本发明的保护范围的情况下得出其他变体方案。

Claims (6)

1.一种用于工业技术过程(4)的控制方法，
-其中，控制系统的传感器(1)周期性地检测所述工业技术过程(4)的实际状态(Z)，并且所述传感器将所述实际状态通过第一开放通信网络(5)的由所述传感器(1)公用的第一受保护连接(6)传输到所述控制系统的公用中央单元(3)，使得每个传感器(1)将由该传感器检测到的所述实际状态(Z)在预定的时间窗口(T)内一次性地传输到所述公用中央单元(3)；
-其中，所述公用中央单元(3)在考虑传输到所述公用中央单元的所述实际状态(Z)的情况下周期性地得出用于所述工业技术过程(4)的控制信号(C)，并且所述公用中央单元将所述控制信号通过第二开放通信网络(8)的由所述控制系统的多个执行器(2)公用的第二受保护连接(9)传输到所述执行器(2)，使得所述公用中央单元(3)将为相应的所述执行器(2)确定的所述控制信号(C)在预定的所述时间窗口(T)内一次性地传输到每个所述执行器(2)；
-其中，所述执行器(2)根据传输到所述执行器的所述控制信号(C)周期性地作用于所述工业技术过程(4)；
-其中，在所述时间窗口(T)内为每个所述传感器(1)分配相应的发射器侧子区间(19)，相应的所述传感器(19)在所述发射器侧子区间内将由该传感器检测到的所述实际状态(Z)输送到所述第一开放通信网络(5)；
-其中，被传输的所述实际状态(Z)在所述时间窗口(T)的、与相应的所述发射器侧子区间(19)对应的相应的接收器侧子区间(20)内到达所述中央单元(3)中；并且
-其中，确定所述传感器(1)的所述发射器侧子区间(19)，以使所述接收器侧子区间(20)互相不相交。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，
-为了得出用于所述传感器(1)的所述发射器侧子区间(19)，在所述时间窗口(T)内首先临时建立相应的所述发射器侧子区间(19)；
-然后为每个所述发射器侧子区间(19)得出：在所述公用中央单元(3)方面的哪个接收器侧子区间(20)与相应的所述发射器侧子区间(19)对应；以及
-最后在所述时间窗口(T)内移动所述发射器侧子区间(19)，以使所述接收器侧子区间(20)互相不相交。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，
-从相应的所述传感器(1)到所述公用中央单元(3)的通信通过所述第一开放通信网络(5)的依次接续的线路段(15)的相应序列实现；
-所述相应序列的直接邻接的线路段(15)分别通过节点(16)互相连接；
-每个节点(16)以相应的延迟时间转发由相应的所述传感器(1)传输的所述实际状态(Z)；
-相应的所述节点(16)的所述延迟时间处于用于相应的所述节点(16)的预定最小值(T1、T2、T3)与用于相应的所述节点(16)的预定最大值(Τ1'、T2'、T3')之间；并且
-从被分配给相应的所述传感器(1)的所述发射器侧子区间(19)出发，通过加上所述节点(16)的所述预定最小值(T1、T2、T3)以及加上所述节点(16)的所述预定最大值(T1'、T2'、T3')，得出相应的所述接收器侧子区间(20)。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述预定最小值(T1、T2、T3)被设置为零。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述第一开放通信网络(5)和所述第二开放通信网络(8)具有至少一个公用线路段(11、15)，通过所述公用线路段不仅将所述实际状态(Z)传输到所述公用中央单元(3)而且将所述控制信号(C)传输到所述执行器(2)。
6.一种用于工业技术过程的控制系统，
-其中，所述控制系统具有多个传感器(1)、多个执行器(2)和一个公用中央单元(3)；
-其中，所述传感器(1)和所述公用中央单元(3)通过第一开放通信网络(5)互相连接；
-其中，所述公用中央单元(3)和所述执行器(2)通过第二开放通信网络(8)互相连接；
-其中，所述传感器(1)、所述公用中央单元(3)、所述执行器(2)、所述第一开放通信网络(5)和所述第二开放通信网络(8)设计成在运行时根据前述权利要求中任一项所述的控制方法互相作用。
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