CN112787845B - 工业自动化系统及其操作方法和控制系统 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例涉及工业自动化系统及其操作方法和控制系统。公开了工业自动化的系统、方法、技术和装置。一个示例性实施例是一种工业自动化系统，该工业自动化系统包括主时间敏感网络(TSN)和冗余TSN。该系统还包括控制系统，该控制系统被配置为：确定主数据流，确定与主数据流重复的冗余数据流，以及使用主数据流和冗余数据流来生成多个配置信息集。使用多个配置信息集的主TSN和冗余TSN被配置为同时传输主数据流和冗余数据流。

Description

工业自动化系统及其操作方法和控制系统
技术领域
本公开总体上涉及工业自动化中的通信网络。
背景技术
使消息延迟最小化对于工业自动化中的实时控制而言很重要。在工业自动化系统中实现时间敏感网络将使自动化系统能够以确定的业务流进行通信。现有的时间敏感网络具有许多缺陷和缺点。仍然存在未被满足的需求，这样的需求包括减少网络故障对消息传递的影响。例如，时间敏感网络中的时间敏感网络交换机故障可能会中断工业自动化系统中关键控制消息的传递。鉴于现有技术中的这些缺陷和其它缺陷，非常需要本文中所公开的独特的装置、方法、系统和技术。
发明内容
为了清楚、简洁且准确地描述本公开的非限制性的示例性实施例、制造和使用这些实施例的方式和过程，并且为了使得能够实践、制造和使用这些实施例，现在将参考某些示例性实施例，这些示例性实施例包括附图中所示的示例性实施例，并且将使用特定语言来描述这些示例性实施例。然而，应当理解，由此不形成对本公开的范围的限制，并且本公开包括并且保护本领域技术人员受益于本公开而想到的对示例性实施例的改变、修改和其它应用。
本公开的示例性实施例包括用于工业自动化系统的独特的系统、方法、技术和装置。本公开的其它实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处从以下描述和附图中变得显而易见。
附图说明
图1示出了示例性工业自动化系统。
图2是示出示例性网络配置过程的流程图。
图3是示出示例性流表(flow table)的表。
图4是示出示例性故障响应过程的流程图。
具体实施方式
参考图1，示出了示例性工业自动化系统100。应当理解，系统100可以在——仅举几个例子——包括组装线和其它制造系统的各种应用中实现。应当理解，出于说明的目的示出了系统100的拓扑，并且该拓扑并不旨在限制本公开。
系统100包括主时间敏感网络(TSN)110、冗余TSN 130和多个网络间通信信道150。每个网络都是时间敏感的，并且被构造为以确定的方式在端节点之间传输数据包。每个数据包都包括标识符，经配置的节点使用该标识符来确定如何处理该数据包。在某些情况下，每个时间敏感网络都是根据——仅举几个例子——802.1Q下的IEEE标准、开放平台通信(OPC)或60802下的IEC/IEEE标准构建和操作的网络。系统100的每个时间敏感网络都被构造为：在目标端节点和源端节点二者所已知的时间，将数据包传递到预期的目标端节点。已知的时间可以包括狭窄的时间范围，即，仅举一个例子，在预期时间的1％之内。如果数据包在该时间范围之外被传递，则将数据包传输视为传递失败。系统100的对时间敏感的端节点和网络节点在同步到公共时间的同时进行操作。
主TSN 110包括多个端节点、多个网络节点和多个通信信道。多个端节点包括非TSN控制器111、控制器112、服务器114、服务器115和服务器116。多个端节点被构造为使用多个网络节点将数据传输到系统100的其它端节点。每个服务器可以被构造为配置系统100的节点、监视系统100并且存储系统100的历史操作数据。多个端节点可以包括被构造为在工业自动化系统中传输或接收数据的任何类型的时间敏感设备——仅举几个例子——诸如控制器或传感器。多个网络节点包括网络交换机117、网络交换机118和网关113。多个网络节点是对时间敏感的网络节点，这些对时间敏感的网路节点被构造为使用对时间敏感的业务流在多个端节点之间传输数据包。网关113被构造为允许非TSN控制器111与多个端节点中的其它端节点建立对时间敏感的业务流。非TSN控制器可以是传统控制器(legacycontroller)，该传统控制器被构造为检测信息类型、时间感知，并且使用公共时间进行同步。多个网络节点可以包括被构造为使用对时间敏感的业务流来传输数据的任何类型的设备。
系统100的每个通信信道被构造为允许端节点与网络节点之间的通信或者两个网络节点之间的通信。多个通信信道包括：网络交换机117与网关113之间的通信信道121；网络交换机117与网络交换机118之间的通信信道122；网络交换机118与服务器114、115和116之间的通信信道123；以及主控制器112与网络交换机118之间的通信信道124。
冗余TSN 130包括多个端节点、多个网络节点和多个通信信道。多个端节点包括非TSN控制器131、控制器132、服务器134、服务器135以及服务器136。多个端节点被构造为使用多个网络节点将数据传输到系统100的其它端节点。多个端节点可以包括被构造为在工业自动化系统中传输或接收数据的任何类型的设备。多个网络节点包括网络交换机137、网络交换机138和网关133。多个网络节点是对时间敏感的网络节点，该对时间敏感的网络节点被构造为使用对时间敏感的业务流来传输数据包。网关133被构造为允许非TSN控制器131与多个端节点中的其它端节点建立对时间敏感的业务流。多个网络节点可以包括被构造为使用对时间敏感的业务流来传输数据的任何类型的设备。
多个通信信道包括：网络交换机137与网关133之间的通信信道141；网络交换机137与网络交换机138之间的通信信道142；网络交换机138与服务器134、135和136之间的通信信道143；以及冗余控制器132与网络交换机138之间的通信信道144。
如在下文中更详细描述的，冗余TSN 130的节点与主TSN 110的节点重复，并且可以被配置为复制与主TSN 110的节点相同的功能。从物理的观点来看，冗余TSN 130复制主TSN 110的所有节点：控制器131与控制器111重复；控制器132与控制器112重复；网关133与网关113重复；网络交换机137与网络交换机117重复；网络交换机138与网络交换机118重复；服务器134与服务器114重复；服务器135与服务器115重复；并且服务器136与服务器116重复。通过这种方式，可以设置用于工业自动化系统的主TSN和冗余TSN。
从逻辑的观点来看，即使物理层中的不同路由连接端节点，或者在所设置的主TSN和冗余TSN中的数据包采用了不同的路由，主TSN 110中的端节点与冗余TSN 130中的端节点之间的连接也是相同的。
在所示的实施例中，系统100包括多个网络间通信信道150。多个网络间通信信道150中的每个通信信道被构造为允许一个TSN的端节点与另一TSN的网络节点之间的通信。多个网络间通信信道150包括：网络交换机117与网关133之间的通信信道151；网络交换机137与网关113之间的通信信道153；控制器132与网络交换机118之间的通信信道155；以及网络交换机138与控制器112之间的通信通道157。在某些实施例中，系统100可以包括系统100的网络节点之间的附加的网络间通信通道。在某些实施例中，系统100的通信信道包括并行通信信道。在其它实施例中，系统100不包括多个网络间通信信道150，使得主TSN 110和冗余TSN 130独立地操作。
系统100包括网络控制系统160，该网络控制系统160被构造为针对系统100的每个节点生成一个配置信息集，以用于使用网络110和130的、可行的数据交换。控制系统160配置每个节点，使得同时传输重复的数据包。当一个TSN的端节点与网络节点之间发生故障时，控制系统160可以将端节点重新配置为通过重复的TSN传输数据包。在系统100中发生故障的地方——仅举一个例子——诸如在同一TSN的两个网络节点之间，控制系统160可以重新配置一部分重复的TSN，以传输受影响的数据流的数据包。故障的原因可以是——仅举几个例子——节点失灵、在节点之间传输的信息不正确、传输到节点的网络配置信息不正确、端节点无法接收传输、或者当前网络拓扑中的任何意外变化。故障还可以发生在——仅举几个例子——端节点与网络节点之间或者不同TSN的两个网络节点之间。
网络控制系统160包括输入/输出设备168、处理设备169和存储器设备161。控制系统160可以是独立设备、嵌入式系统或被构造为执行关于控制系统160描述的功能的多个设备。控制系统160可以被并入到主TSN 110的工程服务器中的一个工程服务器中。例如，控制系统160可以是——仅举一个例子——系统100的主工程服务器，该主工程服务器被构造为执行配置工具或工程工具，用于执行本文中所描述的功能。
输入/输出设备168使得控制系统160能够与多个端节点和多个网络节点通信。输入/输出设备168可以包括——仅举几个例子——网络适配器、网络证书、接口或端口(例如，USB端口、串行端口、并行端口、模拟端口、数字端口、VGA、DVI、HDMI、火线(FireWire)、CAT 5、以太网、光纤或任何其它类型的端口或接口)。输入/输出设备168可以包括硬件、软件和/或固件。可以预期，输入/输出设备168包括这些适配器、证书或端口中的不止一项，诸如用于接收数据的第一端口和用于传输数据的第二端口。
处理设备169被构造为执行存储在存储器设备161上的应用。处理设备169可以是可编程类型状态机、专用状态机、硬接线状态机或其组合。处理设备169可以包括——仅举几个例子——多个处理器、算术逻辑单元(ALU)、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)。对于具有多个处理单元的处理设备169的形式，可以使用分布式处理、流水线处理或并行处理。处理设备169可以专用于仅执行本文中描述的操作，或者可以用于一个或多个附加的应用。在所示的形式中，处理设备169是可编程种类的，其根据包括存储在存储器设备161中的指令集的应用来执行过程和处理数据。备选地或附加地，编程指令至少部分地由硬接线逻辑或其它硬件定义。处理设备169可以包括适合于处理从输入/输出设备168或其它地方接收到的信号并提供输出信号的任何类型的一个或多个组件。这样的组件可以包括数字电路设备、模拟电路设备或两者的组合。
存储器设备161被构造为存储可以由处理设备169执行的数据和指令。存储在存储器设备161上的数据包括主拓扑数据库163、冗余拓扑数据库165和标签数据库167、以及其它类型的数据存储。存储器设备161可以是一种或多种类型——仅举几个例子——诸如固态种类、电磁种类、光学种类或这些形式的组合。此外，存储器设备161可以是易失性的、非易失性的、暂态的、非暂态的或这些类型的组合，并且一些存储器设备161或全部存储器设备161可以是便携式的——仅举几个例子——磁盘、磁带、记忆棒或盒(cartridge)。
尽管下文中可能没有具体描述与系统100的特征类似的特征，但是仍然可以结合下文中描述的网络、控制系统和工业自动化系统采用这些特征。
参考图2，示出了用于配置主TSN和冗余TSN(诸如图1中的系统100的主TSN 110和冗余TSN 130)的示例性过程200。过程200可以全部或部分地在所公开的控制系统中的一个或多个控制系统(诸如图1中的系统100的控制系统160)中实施。在某些形式中，主TSN配置和冗余TSN配置功能可以由单独的多个控制系统执行。在某些形式中，主TSN配置和冗余TSN配置功能可以由同一控制系统执行。还应当理解，可以想到对过程200的多种变型和修改，这样的变型和修改包括：例如，对过程200的一个或多个方面的省略，对其它的条件和操作的添加，或者将操作和条件重组或分离为单独的多个过程。
处理200在操作201处开始，在操作201处，控制系统确定主TSN和冗余TSN的当前网络拓扑以用于过程200的后续步骤，诸如条件207和操作209。控制系统开始于访问主TSN拓扑数据库和冗余TSN拓扑数据库，该主TSN拓扑数据库包括关于主TSN的端节点和网络节点的信息，该冗余TSN拓扑数据库包括关于冗余TSN的端节点和网络节点的信息。对于操作201的第一次迭代，利用来自两个数据库的信息，控制系统生成主TSN的基本网络拓扑和冗余TSN的基本网络拓扑。信息可以包括——仅举几个例子——每个节点的地址和类型。在某些情况下，控制系统接收基本网络拓扑而不是访问拓扑数据库或生成网络拓扑。对于操作201的第一次迭代，基本网络拓扑是当前的网络拓扑。对于操作201的后续迭代，控制系统通过使用主TSN数据库和冗余TSN数据库更新最新的网络拓扑(诸如基本网络拓扑)来确定主TSN的当前网络拓扑和冗余TSN的当前网络拓扑。
然后，控制系统验证网络拓扑，如果拓扑被认为是不正确，则校正网络拓扑。例如，控制系统可以通过——仅举一个例子——将当前网络拓扑与先前确定的网络拓扑或设计拓扑进行比较来验证网络拓扑。在某些实施例中，校正网络拓扑包括向用户传输通知。
过程200前进到操作203，在操作203处，控制系统接收标签，每个标签包括与节点间通信有关的经定义的变量。例如，标签可以涉及计算的输出，诸如所计算的蒸汽温度。在另一示例中，标签可以涉及来自传感器端节点的输出，诸如所测量的蒸汽温度。标签包括变量的特征——仅举几个例子——诸如警报极限、最大值、最小值或扫描速率。控制系统可以通过访问标签数据库来接收标签，以收集与主TSN的和冗余TSN的端节点和网络节点相对应的标签。
过程200前进到操作205，在操作205处，控制系统确定多个数据流。为了确定多个数据流，控制系统首先生成多个数据流，然后确定多个数据流是否可行。
控制系统使用标签数据库和来自用户的、标识所期望的主要流和冗余流的输入来生成多个流。来自用户的输入可以标识——仅举几个例子——数据所源自的端节点或源节点；从中接收数据的端节点或目标节点；以及数据流中的数据包的周期。可以以诸如流表的数据结构来组织多个流，以便包括在节点之间建立确定性通信所需的所有信息。
在某些实施例中，每个数据流在数据结构中由一个标识符标识，该标识符包括源节点地址和目标节点地址以及源变量指针和目标变量指针。指针可以由另一种类型的位置指示符代替。在某些实施例中，每个数据流的带宽也作为每个数据流的属性被包括在数据结构中。在某些实施例中，带宽可以被定义为周期乘以最大数据包长度和缩放因子。在某些实施例中，指向重复的流的指针或其它类型的位置标识符也作为每个数据流的属性被包含在数据结构中。
给定网络约束，控制系统确定多个数据流是否可行。使用在操作201中确定的多个流和网络拓扑来确定可行性。首先，流的周期必须是的整数倍，其中Δt由用户指定。接下来，对于可行性测试的一个示例，在该示例中带宽是被评估的参数，控制系统确定数据流的总带宽与总可用带宽之和。如果多个数据流的带宽之和超过了主TSN和冗余TSN的总可用带宽，则多个流不可行。总可用带宽取决于如下的节点，这些节点形成用于被测试可行性的流的路径。如果多个数据流的带宽之和不超过主TSN或冗余TSN的总可用带宽，则多个数据流是可行的。
过程200前进到条件207，在条件207处，控制系统确定多个数据流是否可行。控制系统可以确定：多个数据流对于整个系统、每个单独的节点或其组合是否可行。如果多个流不可行，则过程200前进到操作213，在操作213处，控制系统向用户传输如下通知：鉴于网络约束，基于用户指定的参数的多个流不可行。在某些实施例中，控制系统可以返回操作205并修改Δt，直到流可行为止。控制系统可以通过调整值或使用多个调度器(scheduler)来修改Δt，每个调度器都具有不同的Δt值。Δt值的修改将覆盖(override)用户指定的值。
如果多个数据流是可行的，则过程200从条件207前进到操作209。
在操作209期间，对于每个数据流，控制系统为主TSN和冗余TSN的每个端节点和网络节点生成一个配置信息集。控制系统使用在操作201中确定的网络拓扑和在操作205中确定的多个流。例如，为了生成用于网络节点的配置信息集，将具有相同周期的所有流分组在一起。替代地，可以按除周期以外的其它参数对流进行分组。在一个TSN的端节点与另一TSN连接的某些实施例中，具有相同周期的流可以包括源自主端节点的主要流和源自冗余端节点的冗余流。对于具有相同周期的每个流，控制系统确定最佳流，该最佳流包括由将源节点连接到目标节点的一系列网络节点形成的路径。最佳路径可以由用户定义的度量来确定。然后，控制系统针对每个流的最佳路径的源节点、目标节点和网络节点生成一个配置信息集。如果针对给定节点生成了不止一个配置信息集，则组合这些配置信息集。
在一个TSN的端节点与另一TSN连接的某些实施例中，网络节点的配置信息集标识重复的流。转发主数据流和冗余数据流的网络节点可以同时处理和转发重复的流。响应于在时间帧内无法处理重复的流，控制系统可以将通知传输给用户。
关于生成用于端节点的配置信息集，流可以按——仅举几个例子——源节点/目标节点对、周期、数据队列或其组合进行分组。根据端节点作为源节点生成的数据流和端节点作为目标节点接收的数据流，控制系统针对每个端节点生成一个配置信息集。每个配置信息集包括由节点生成或接收的、每个流的标识符和周期。
在一个TSN的源节点和目标节点与另一TSN连接的某些实施例中，配置信息集可以将源节点配置为通过一个TSN传输第一数据流，并且通过另一TSN传输重复的流，其中第一数据流和重复的流具有不同的标识符。在某些实施例中，用于每个目标节点的配置信息集包括标识重复流的流。
过程200前进到操作211，在操作211处，控制系统将所生成的每个配置信息集传输到对应的节点，以用于配置对应的节点。可以为每个节点下载配置信息集。如果使用网关与非TSN设备进行通信，则配置信息集被下载到网关而不是非TSN设备。
过程200前进到操作213，在操作213处，每个新配置的节点向控制系统传输通知。在配置了每个端节点和网络节点之后，已配置的节点会向控制系统传输通知，指示配置成功。在其它实施例中，首先针对主TSN完成操作205至213，然后过程200返回到操作205，并且重复用于冗余TSN的操作。
参考图3，存在示例性流表300，诸如在图2所示的示例性配置过程中的操作205中所使用的流表。应当理解，所示的流表是示例性控制系统在执行示例性配置过程期间使用的一组变量或标签的图形表示。流表由控制系统使用来自标签数据库的标记以及用户指定的主数据流和冗余数据流生成。表300包括多个行310，针对要在主TSN和冗余TSN中配置的每个数据流各一行。表300中的每个数据流行包括数据流的特征。例如，第一行包括标识符，该标识符包括发送方地址311、发送方参数地址312、接收方地址313和接收方参数地址314、以及数据流属性，诸如数据速率315和冗余流指针316。发送方参数地址312和接收方参数地址314可以包括用于对应节点的定时信息。通过使用冗余流指针316，网络节点确定主数据流或具有重复数据的冗余数据流。例如，第一行对应于与行i的数据流重复的数据流。在某些情况下，流表可以包括附加的特征。
参考图4，示出了用于响应于通信网络的变化而动态地重新配置示例性工业自动化系统的主TSN和冗余TSN(诸如图1中的系统100的主TSN 110和冗余TSN 130)的示例性过程400。变化可能是——仅举几个例子——网络故障、移除节点或添加节点的结果。网络故障的来源可以是网络节点、端节点或通信通道。网络故障可以是暂时的或永久的，并且可以由——仅举几个例子——故障或断电引起。过程400可以全部或部分地在本文中所公开的控制系统中的一个或多个控制系统(诸如图1的系统100中的控制系统160)中实施。在某些形式中，主TSN配置和冗余TSN配置功能可以由单独的多个控制系统执行。在某些形式中，主TSN配置和冗余TSN配置功能可以由同一控制系统执行。还应当理解，可以想到对过程400的多种变型和修改，这样的变型和修改包括：例如，对过程400的一个或多个方面的省略，对其它的条件和操作的添加，或者将操作和条件重组或分离为单独的多个过程。
过程400在操作401处开始，在操作401处，控制系统检测影响已配置的数据流的网络变化，诸如网络通信先决条件变化。在某些实施例中，网络变化会影响多个数据流，并且针对每个受影响的数据流执行以下操作和条件。
过程400前进到操作403，在操作403处，控制系统尝试确定用于受网络变化影响的数据流的备选路径。例如，在主网络和冗余网络由网络间通信信道互连的情况下，用于受主TSN网络节点故障影响的数据流的备选路径可以包括冗余TSN的网络节点，使得除了从冗余TSN端节点通过冗余TSN网络节点传输的重复数据流之外，主数据流还通过冗余TSN网络节点从主TSN端节点传输到另一主TSN端节点。在某些实施例中，备选路径可以包括至少一个主TSN网络节点和至少一个冗余TSN网络节点。
为了具有资格作为备选路径，该路径必须是可行的，并且必须不会对已经建立的流产生不利影响。如果控制系统确定单个备选路径，则该路径将用于恢复受影响的数据流。如果控制系统确定不止一个备选路径，则控制系统将选择最佳备选路径。在某些实施例中，基于用户定义的参数来选择最佳备选路径。例如，用户定义的参数可以包括——仅举一个例子——最小化用于在源节点与端节点之间进行通信的网络节点的数量。
过程400前进到条件405。如果控制系统未确定可接受的备选路径，则过程400前进到操作409，在操作409处，控制系统将错误通知用户。如果控制系统确定了备选路径，则过程400前进到操作407，在操作407处，将主TSN和冗余TSN重新配置为使用备选路径来传输受影响的数据流。然后，过程400前进到操作409，在操作409处，控制系统向用户传输通知，指示成功重新配置。
现在将提供对多个示例性实施例的进一步的书面描述。一个实施例是一种工业自动化系统，该工业自动化系统包括：主时间敏感网络(TSN)，所述主时间敏感网络(TSN)包括第一多个端节点和第一多个网络节点，所述第一多个端节点和所述第一多个网络节点由第一多个通信信道互连并且被布置在第一TSN拓扑中；冗余TSN，所述冗余TSN包括与所述第一多个端节点重复的第二多个端节点、以及与所述第一多个网络节点重复的第二多个网络节点，所述第二多个端节点和所述第二多个网络节点由第二多个通信信道互连并且被布置在与所述第一TSN拓扑相同的第二TSN拓扑中；以及控制系统，所述控制系统与所述主TSN和所述冗余TSN通信，并且所述控制系统被配置为：确定主数据流，确定与所述主数据流重复的冗余数据流，使用所述主数据流和所述冗余数据流来生成多个配置信息集，并且将所述多个配置信息集传输到所述第一多个端节点、所述第二多个端节点、所述第一多个网络节点以及所述第二多个网络节点，其中使用所述多个配置信息集的所述主TSN和所述冗余TSN被配置为同时传输所述主数据流和所述冗余数据流。
在前述系统的某些实施例中，所述主TSN和所述冗余TSN根据IEEE标准802.1Q进行操作。在某些形式中，所述主数据流包括第一路径，所述第一路径包括：所述第一多个端节点中的第一端节点、所述第一多个端节点中的第二端节点、以及所述第一多个网络节点的将所述第一端节点与所述第二端节点进行连接的第一部分；其中所述冗余数据流包括第二路径，所述第二路径包括：所述第二多个端节点中的第三端节点、所述第二多个端节点中的第四端节点、以及所述第二多个网络节点的将所述第三端节点与所述第四端节点进行连接的第二部分；并且其中所述第三端节点与所述第一端节点重复，所述第四端节点与所述第二端节点重复，并且所述第二部分与所述第一部分重复。在某些形式中，确定所述主数据流包括：使用所述第一TSN拓扑和包括多个标签的标签数据库来生成所述主数据流，每个标签对应于所述第一多个网络节点中的一个网络节点。在某些形式中，确定所述主数据流包括：确定所述主数据流的周期是1/Δt的整数倍，其中Δt由用户指定或者响应于确定初始主数据流不可行而被所述控制系统修改。在某些形式中，所述第一多个端节点中的第一端节点被连接到所述第二多个网络节点中的第一网络节点。在某些形式中，所述控制系统被配置为：检测所述第一多个网络节点中的变化，并且响应于检测到所述变化，确定用于所述主数据流的备选路径，其中所述备选路径包括所述第二多个网络节点的一部分。
另一个示例性实施例是一种用于操作工业自动化系统的方法，所述方法包括：操作主时间敏感网络(TSN)，所述主时间敏感网络(TSN)包括第一多个端节点和第一多个网络节点，所述第一多个端节点和所述第一多个网络节点由第一多个通信信道互连并且被布置在第一TSN拓扑中；操作冗余TSN，所述冗余TSN包括与所述第一多个端节点重复的第二多个端节点、以及与所述第一多个网络节点重复的第二多个网络节点，所述第二多个端节点和所述第二多个网络节点由第二多个通信信道互连并且被布置在与所述第一TSN拓扑相同的第二TSN拓扑中；确定主数据流；确定与所述主数据流重复的冗余数据流；使用所述主数据流和所述冗余数据流来生成多个配置信息；将所述多个配置信息传输到所述第一多个端节点、所述第二多个端节点、所述第一多个网络节点以及所述第二多个网络节点；以及使用所述主TSN和所述冗余TSN同时传输所述主数据流和所述冗余数据流。
在前述方法的某些形式中，所述主TSN和所述冗余TSN根据IEEE标准802.1Q进行操作。在某些形式中，所述主数据流包括第一路径，所述第一路径包括：所述第一多个端节点中的第一端节点、所述第一多个端节点中的第二端节点、以及所述第一多个网络节点的将所述第一端节点与所述第二端节点进行连接的第一部分；其中所述冗余数据流包括第二路径，所述第二路径包括：所述第二多个端节点中的第三端节点、所述第二多个端节点中的第四端节点、以及所述第二多个网络节点的将所述第三端节点与所述第四端节点进行连接的第二部分；以及其中所述第三端节点与所述第一端节点重复，所述第四端节点与所述第二端节点重复，并且所述第二部分与所述第一部分重复。在某些形式中，确定所述主数据流包括：使用所述第一TSN拓扑和包括多个标签的标签数据库来生成所述主数据流，每个标签对应于所述第一多个网络节点中的一个网络节点。在某些形式中，确定所述主数据流的周期是1/Δt的整数倍，其中Δt由用户指定或者响应于确定初始主数据流不可行而被控制系统修改。在某些形式中，所述第一多个端节点中的第一端节点被连接到所述第二多个网络节点中的第一网络节点。在某些形式中，所述方法包括：检测所述第一多个网络节点中的变化；以及响应于检测到所述变化，确定用于所述主数据流的备选路径，其中所述备选路径包括所述第二多个网络节点的一部分和所述第一端节点。
再一示例性实施例是一种用于工业自动化系统的控制系统，所述工业自动化系统包括主时间敏感网络(TSN)和冗余TSN，所述主时间敏感网络(TSN)包括第一多个端节点和第一多个网络节点，所述第一多个端节点和所述第一多个网络节点由第一多个通信信道互连并且被布置在第一TSN拓扑中，所述冗余TSN包括与所述第一多个端节点重复的第二多个端节点、以及与所述第一多个网络节点重复的第二多个网络节点，所述第二多个端节点和所述第二多个网络节点由第二多个通信信道互连并且被布置在与所述第一TSN拓扑相同的第二TSN拓扑中，所述控制系统包括：被构造为存储指令集的存储器设备；以及被构造为执行所述指令集的处理器，所述指令集用于：确定主数据流，确定与所述主数据流重复的冗余数据流，使用所述主数据流和所述冗余数据流来生成多个配置信息集，并且将所述多个配置信息集传输到所述第一多个端节点、所述第二多个端节点、所述第一多个网络节点以及所述第二多个网络节点，其中传输所述多个配置信息集用于使得所述主数据流和所述冗余数据流同时通过所述工业自动化系统而被传输。
在前述控制系统的某些形式中，所述主TSN和所述冗余TSN根据IEEE标准802.1Q进行操作。在某些形式中，所述主数据流包括第一路径，所述第一路径包括：所述第一多个端节点中的第一端节点、所述第一多个端节点中的第二端节点、以及所述第一多个网络节点的将所述第一端节点与所述第二端节点进行连接的第一部分；其中所述冗余数据流包括第二路径，所述第二路径包括：所述第二多个端节点中的第三端节点、所述第二多个端节点中的第四端节点、以及所述第二多个网络节点的将所述第三端节点与所述第四端节点进行连接的第二部分；并且其中所述第三端节点与所述第一端节点重复，所述第四端节点与所述第二端节点重复，并且所述第二部分与所述第一部分重复。在某些形式中，确定所述主数据流包括：使用所述第一TSN拓扑和包括多个标签的标签数据库来生成所述主数据流，每个标签对应于所述第一多个网络节点中的一个网络节点。在某些形式中，确定所述主数据流的周期是1/Δt的整数倍，其中Δt由用户指定或者响应于确定初始主数据流不可行而被所述控制系统修改。在某些形式中，所述第一多个端节点中的第一端节点被连接到所述第二多个网络节点中的第一网络节点，其中所述控制系统被配置为：检测所述第一多个网络节点中的变化，并且响应于检测到所述变化，确定用于所述主数据流的备选路径，并且其中所述备选路径包括所述第二多个网络节点的一部分。
可以想到，除非明确地说明反意，否则来自各个实施例的各个方面、特征、过程和操作可以用于任何其它实施例。所示的某些操作可以由计算机实现，该计算机包括在非瞬态计算机可读存储介质上执行计算机程序产品的处理设备，其中该计算机程序产品包括如下的指令，这样的指令使处理设备执行操作中的一个或多个操作，或者向其它设备发出命令以执行一个或多个操作。
尽管已经在附图和以上描述中详细说明和描述了本公开，但是附图和以上描述在性质上应当被认为是说明性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了某些示例性实施例，并且期望保护在本公开的精神之内的所有改变和修改。应当理解，尽管在以上描述中使用诸如“可取的”、“可取地”、“优选的”或“更优选的”之类的词语表示以这种方式描述的特征可以是更期望的，然而，该特征可能不是必需的，并且缺少该特征的实施例可以被认为在本公开的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，除非在权利要求中特别说明反意，否则诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”之类的词语的使用并不旨在将权利要求限制为仅一项。术语“的”可以表示与另一个项目的关联或连接，以及与另一个项目的从属或连接，如由使用该术语的上下文所指示的。术语“耦合到”，“与……耦合”等包括间接的连接和耦合，并且还包括但不要求直接的耦合或连接，除非明确地指出反意。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，项目可以包括项目的一部分和/或整个项目，除非特别地说明反意。

Claims (20)

1.一种工业自动化系统，包括：
主时间敏感网络TSN，包括第一多个端节点和第一多个网络节点，所述第一多个端节点和所述第一多个网络节点由第一多个通信信道互连并且被布置在第一TSN拓扑中；
冗余TSN，包括与所述第一多个端节点重复的第二多个端节点、以及与所述第一多个网络节点重复的第二多个网络节点，所述第二多个端节点和所述第二多个网络节点由第二多个通信信道互连并且被布置在与所述第一TSN拓扑相同的第二TSN拓扑中；以及
控制系统，与所述主TSN和所述冗余TSN通信，并且所述控制系统被配置为：
将所述主TSN和所述冗余TSN的总支持带宽确定为所述主TSN和所述冗余TSN的带宽约束；
通过生成所述多个数据流并基于所述多个数据流的总带宽需求是否由所述主TSN和所述冗余TSN的带宽约束所支持来确定所述多个数据流是否可行，来确定所述多个数据流，所述多个数据流包括主数据流和与所述主数据流重复的冗余数据流，
使用所述主数据流和所述冗余数据流来生成多个配置信息集，以及
将所述多个配置信息集传输到所述第一多个端节点、所述第二多个端节点、所述第一多个网络节点以及所述第二多个网络节点，
其中使用所述多个配置信息集的所述主TSN和所述冗余TSN被配置为同时传输所述主数据流和所述冗余数据流。
2.根据权利要求1所述的工业自动化系统，其中所述主TSN和所述冗余TSN根据IEEE标准802.1Q进行操作。
3.根据权利要求1所述的工业自动化系统，其中所述主数据流包括第一路径，所述第一路径包括：所述第一多个端节点中的第一端节点、所述第一多个端节点中的第二端节点、以及所述第一多个网络节点的将所述第一端节点与所述第二端节点进行连接的第一部分；其中所述冗余数据流包括第二路径，所述第二路径包括：所述第二多个端节点中的第三端节点、所述第二多个端节点中的第四端节点、以及所述第二多个网络节点的将所述第三端节点与所述第四端节点进行连接的第二部分；以及其中所述第三端节点与所述第一端节点重复，所述第四端节点与所述第二端节点重复，并且所述第二部分与所述第一部分重复。
4.根据权利要求1所述的工业自动化系统，其中确定所述主数据流包括：使用所述第一TSN拓扑和包括多个标签的标签数据库来生成所述主数据流，每个标签对应于所述第一多个网络节点中的一个网络节点。
5.根据权利要求4所述的工业自动化系统，其中确定所述主数据流包括：确定所述主数据流的周期是的整数倍，其中Δt由用户指定或者响应于确定初始主数据流不可行而被所述控制系统修改。
6.根据权利要求1所述的工业自动化系统，其中所述第一多个端节点中的第一端节点被连接到所述第二多个网络节点中的第一网络节点。
7.根据权利要求6所述的工业自动化系统，其中所述控制系统被配置为：检测所述第一多个网络节点中的变化，并且响应于检测到所述变化，确定用于所述主数据流的备选路径，其中所述备选路径包括所述第二多个网络节点的一部分。
8.一种用于操作工业自动化系统的方法，包括：
操作主时间敏感网络(TSN)，所述主时间敏感网络(TSN)包括第一多个端节点和第一多个网络节点，所述第一多个端节点和所述第一多个网络节点由第一多个通信信道互连并且被布置在第一TSN拓扑中；
操作冗余TSN，所述冗余TSN包括与所述第一多个端节点重复的第二多个端节点、以及与所述第一多个网络节点重复的第二多个网络节点，所述第二多个端节点和所述第二多个网络节点由第二多个通信信道互连并且被布置在与所述第一TSN拓扑相同的第二TSN拓扑中；
将所述主TSN和所述冗余TSN的总支持带宽确定为所述主TSN和所述冗余TSN的带宽约束；
通过生成所述多个数据流并基于所述多个数据流的总带宽需求是否由所述主TSN和所述冗余TSN的带宽约束所支持来确定所述多个数据流是否可行，来确定所述多个数据流，所述多个数据流包括主数据流和与所述主数据流重复的冗余数据流；
使用所述主数据流和所述冗余数据流来生成多个配置信息；
将所述多个配置信息传输到所述第一多个端节点、所述第二多个端节点、所述第一多个网络节点以及所述第二多个网络节点；以及
使用所述主TSN和所述冗余TSN同时传输所述主数据流和所述冗余数据流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述主TSN和所述冗余TSN根据IEEE标准802.1Q进行操作。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述主数据流包括第一路径，所述第一路径包括：所述第一多个端节点中的第一端节点、所述第一多个端节点中的第二端节点、以及所述第一多个网络节点的将所述第一端节点与所述第二端节点进行连接的第一部分；其中所述冗余数据流包括第二路径，所述第二路径包括：所述第二多个端节点中的第三端节点、所述第二多个端节点中的第四端节点、以及所述第二多个网络节点的将所述第三端节点与所述第四端节点进行连接的第二部分；以及其中所述第三端节点与所述第一端节点重复，所述第四端节点与所述第二端节点重复，并且所述第二部分与所述第一部分重复。
11.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述主数据流包括：使用所述第一TSN拓扑和包括多个标签的标签数据库来生成所述主数据流，每个标签对应于所述第一多个网络节点中的一个网络节点。
12.根据权利要求11所述的方法，其中确定所述主数据流的周期是的整数倍，其中Δt由用户指定或者响应于确定初始主数据流不可行而被控制系统修改。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一多个端节点中的第一端节点被连接到所述第二多个网络节点中的第一网络节点。
14.根据权利要求13所述的方法，包括：
检测所述第一多个网络节点中的变化；以及
响应于检测到所述变化，确定用于所述主数据流的备选路径，
其中所述备选路径包括所述第二多个网络节点的一部分和所述第一端节点。
15.一种用于工业自动化系统的控制系统，所述工业自动化系统包括主时间敏感网络TSN和冗余TSN，所述主时间敏感网络TSN包括第一多个端节点和第一多个网络节点，所述第一多个端节点和所述第一多个网络节点由第一多个通信信道互连并且被布置在第一TSN拓扑中，所述冗余TSN包括与所述第一多个端节点重复的第二多个端节点、以及与所述第一多个网络节点重复的第二多个网络节点，所述第二多个端节点和所述第二多个网络节点由第二多个通信信道互连并且被布置在与所述第一TSN拓扑相同的第二TSN拓扑中，所述控制系统包括：
存储器设备，被构造为存储指令集；以及
处理器，被构造为执行所述指令集，所述指令集用于：
将所述主TSN和所述冗余TSN的总支持带宽确定为所述主TSN和所述冗余TSN的带宽约束；
通过生成所述多个数据流并基于所述多个数据流的总带宽需求是否由所述主TSN和所述冗余TSN的带宽约束所支持来确定所述多个数据流是否可行，来确定所述多个数据流，所述多个数据流包括主数据流和与所述主数据流重复的冗余数据流，
使用所述主数据流和所述冗余数据流来生成多个配置信息集，以及
将所述多个配置信息集传输到所述第一多个端节点、所述第二多个端节点、所述第一多个网络节点以及所述第二多个网络节点，
其中传输所述多个配置信息集用于使得所述主数据流和所述冗余数据流同时通过所述工业自动化系统而被传输。
16.根据权利要求15所述的控制系统，其中所述主TSN和所述冗余TSN根据IEEE标准802.1Q进行操作。
17.根据权利要求15所述的控制系统，其中所述主数据流包括第一路径，所述第一路径包括：所述第一多个端节点中的第一端节点、所述第一多个端节点中的第二端节点、以及所述第一多个网络节点的将所述第一端节点与所述第二端节点进行连接的第一部分；其中所述冗余数据流包括第二路径，所述第二路径包括：所述第二多个端节点中的第三端节点、所述第二多个端节点中的第四端节点、以及所述第二多个网络节点的将所述第三端节点与所述第四端节点进行连接的第二部分；以及其中所述第三端节点与所述第一端节点重复，所述第四端节点与所述第二端节点重复，并且所述第二部分与所述第一部分重复。
18.根据权利要求15所述的控制系统，其中确定所述主数据流包括：使用所述第一TSN拓扑和包括多个标签的标签数据库来生成所述主数据流，每个标签对应于所述第一多个网络节点中的一个网络节点。
19.根据权利要求18所述的控制系统，其中确定所述主数据流的周期是的整数倍，其中Δt由用户指定或者响应于确定初始主数据流不可行而被所述控制系统修改。
20.根据权利要求15所述的控制系统，其中所述第一多个端节点中的第一端节点被连接到所述第二多个网络节点中的第一网络节点，其中所述控制系统被配置为：检测所述第一多个网络节点中的变化，并且响应于检测到所述变化，确定用于所述主数据流的备选路径，并且其中所述备选路径包括所述第二多个网络节点的一部分。
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