ES2567268T3 - Sistema de comunicación y procedimiento para la transmisión de datos isócrona en tiempo real - Google Patents

Sistema de comunicación y procedimiento para la transmisión de datos isócrona en tiempo real Download PDF

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Abstract

Sistema de comunicación (5) para la transmisión isócrona de datos, que incluye - una red de datos Ethernet (40) controlada en tiempo real con al menos un primer equipo de comunicación (50, 60), que presenta un reloj sincronizado (57, 67) y que está configurado para transmitir telegramas de datos críticos en tiempo real utilizando un control de tiempo real planificado, - al menos un equipo de puente (30), - al menos un segundo equipo de comunicación (10), conectado con el equipo de puente, que presenta un equipo para proporcionar telegramas de datos críticos en tiempo real, en los que se incluyen respectivos instantes de envío predeterminados y una interfaz de comunicación (12), a través de la que se transmiten telegramas de datos críticos en tiempo real al equipo de puente (30), no apoyando la interfaz de comunicación (12) ninguna transmisión de datos controlada en tiempo real, presentando el equipo de puente (30) - un reloj (34), sincronizado con el reloj (57, 67) del primer equipo de comunicación (50, 55, 60, 65), - un equipo (31) configurado para evaluar el instante de envío de un telegrama de datos crítico en tiempo real enviado por el segundo equipo de comunicación (10) y - un equipo de control (33) configurado para, en función del instante de envío contenido en un telegrama de datos crítico en tiempo real. controlar la retransmisión del correspondiente telegrama de datos crítico en tiempo real a al menos un primer equipo de comunicación (50, 60) de la red de datos Ethernet (40).

Description

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SISTEMA DE COMUNICACION Y PROCEDIMIENTO PARA LA TRANSMISION DE DATOS ISOCRONA
EN TIEMPO REAL
DESCRIPCION
La invencion se refiere tanto a un sistema de comunicacion como tambien a un procedimiento para la transmision isocrona de datos cnticos en tiempo real a traves de una red de datos Ethernet controlada en tiempo real, que presenta al menos un primer equipo de comunicacion con un reloj sincronizado y configurado para transmitir telegramas de datos cnticos en tiempo real utilizando un control de tiempo real planificado.
Una tal red de datos Ethernet controlada en tiempo real se define por ejemplo mediante la norma PROFINET IRT.
Desde hace bastante tiempo se utilizan en sistemas de automatizacion redes de datos basadas en Ethernet como buses de campo, que hacen posibles tiempos de ciclo de algunos milisegundos. Desde luego hay aplicaciones, como por ejemplo el control de sistemas de accionamiento complejos, que exigen ciclos de comunicacion claramente mas cortos, por ejemplo en la gama de los milisegundos. El control de sistemas de accionamiento es extremadamente cntico en tiempo real, es decir, los mismos deben controlarse en determinados momentos, para evitar funcionamientos incorrectos. Se necesita por lo tanto un sistema de comunicacion que puede transmitir datos cnticos en tiempo real en ciclos de comunicacion cortos.
Para poder utilizar la tecnologfa de Ethernet en sistemas cnticos en tiempo real se introdujo la antes citada norma PROFINET IRT. Las letras IRT significan aqu Isochronous Real Time (tiempo real isocrono), es decir, una tecnica que hace posible una transmision de datos controlada por impulsos en tiempo real.
Los sistemas PROFINET IRT hacen posible transmitir datos cnticos en tiempo real y no cnticos en tiempo real en ciclos de comunicacion de duracion ajustable a traves de una red de datos Ethernet conmutable. Para ello se divide cada ciclo de comunicacion en una primera zona de tiempo, en la que pueden transmitirse datos cnticos en tiempo real y una segunda zona de tiempo, en la que pueden transmitirse datos que no son cnticos en tiempo real. Para poder garantizar en un tal sistema la necesaria exactitud en el tiempo, se planifican en el tiempo los instantes para enviar o retransmitir los datos cnticos en tiempo real o telegramas de datos cnticos en tiempo real. La norma PROFINET IRT preve al respecto que en todos los equipos de acoplamiento y abonados participates que pueden transmitir, enviar y/o recibir telegramas de datos cnticos en tiempo real, se archiven los instantes de retransmision, envfo y recepcion de los telegramas de datos cnticos en tiempo real a transmitir y que ello se haga ventajosamente antes de comenzar a transmitir datos. Por lo tanto los equipos de acoplamiento y los abonados deben estar en condiciones de retransmitir y/o enviar telegramas de datos PROFINET iRt en la gama de milisegundos. Para poder cumplir exactamente con los tiempos de envfo o retransmision planificados, necesitan los equipos de acoplamiento y abonados componentes de hardware especiales, que pueden obtenerse en el mercado. En particular dispone cada equipo de acoplamiento capaz de IRT y cada abonado capaz de IRT de un reloj propio, que se sincronizan entre sf aplicando un procedimiento estandarizado de por sf conocido. Un tal procedimiento esta definido por ejemplo por la norma IEEE 1588. Para no perjudicar o poner en peligro la necesaria exactitud en el tiempo dentro del sistema PROFINET IRT, no tiene que utilizarse entre equipos de acoplamiento capaces de IRT y abonados capaces de IRT ningun equipo capaz de IRT, como por ejemplo aparatos de Ethernet estandar.
La estructura detallada y el funcionamiento de una tal red de datos Ethernet controlada en tiempo real segun la norma PROFINET IRT se han publicado por ejemplo en el documento EP 1 388 238 B1 y los conoce el especialista desde hace mucho tiempo.
Por el documento WO 03/027784 A2 se conoce un procedimiento para transmitir un telegrama de datos entre un dominio que no es de tiempo real y un dominio de tiempo real. El procedimiento incluye las etapas: Generacion de un telegrama de datos no cntico en tiempo real con una zona de datos utiles, conteniendo el telegrama de datos un distintivo de tiempo real o no de tiempo real; comprobacion del telegrama de datos no de tiempo real en cuanto a la existencia del distintivo de tiempo real mediante una unidad de acoplamiento; transferencia de los datos utiles y del distintivo de tiempo real desde la zona de datos utiles del telegrama de datos no de tiempo real a una interfaz de usuario del nodo de acoplamiento.
Por el documento WO 03/036832 A2 se conoce un procedimiento para operar un abonado terminal de un sistema de comunicacion isocrono, cfclico. El procedimiento incluye las etapas: Recepcion por el abonado terminal de un telegrama de datos de sincronizacion de un abonado intermedio del sistema de comunicacion; sincronizacion de una base de tiempos del abonado terminal con ayuda del telegrama de datos de sincronizacion; elaboracion cfclica de una lista de envfo por el abonado terminal dentro de un ciclo de comunicacion en funcion de la base de tiempos del abonado terminal.
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La invencion tiene pues el objetivo basico de proporcionar un sistema de comunicacion asf como un procedimiento para la transmision isocrona de datos, con los que tambien componentes que no son susceptibles de una transmision de datos controlada en tiempo real puedan transmitir datos cnticos en tiempo real a traves de una red de datos Ethernet controlada en tiempo real, sin que se vea afectada la exactitud en el tiempo necesaria para la transmision de datos cntica en tiempo real.
Una idea basica de la invencion ha de considerarse que es integrar equipos de comunicacion tradicionales, como computadora y similares, que no son capaces de una transmision de datos controlada en tiempo real y que pese a ello deseanan transmitir datos cnticos en tiempo real, mediante un equipo de puente especial en una red de datos Ethernet controlada en tiempo real, como por ejemplo un sistema PROFINET IRT. Tales equipos de comunicacion disponen solamente de una interfaz de comunicacion, como por ejemplo una interfaz de Ethernet estandar, que no es adecuada para transmitir datos cnticos en tiempo real con la exactitud en el tiempo necesaria para ello. Ademas, en particular equipos de comunicacion de Ethernet estandar tampoco pueden ampliarse a menudo mediante tarjetas insertables adicionales, ya que debido a la profunda integracion de interfaces Ethernet no se dispone ya de ningun lugar de insercion para ampliaciones.
El problema tecnico antes mencionado se soluciona mediante las caractensticas de la reivindicacion 1.
Segun ello, se preve un sistema de comunicacion para la transmision de datos isocrona que incluye una red de datos Ethernet controlada en tiempo real con al menos un primer equipo de comunicacion, que presentan respectivos relojes sincronizados. Los primeros equipos de comunicacion estan configurados para transmitir telegramas de datos cnticos en tiempo real utilizando un control de tiempo real planificado. Senalemos que el primer equipo de comunicacion puede estar configurado como equipo de acoplamiento, como un abonado o como un componente que presenta un abonado con equipo de acoplamiento integrado. Ademas incluye el equipo de comunicacion al menos un equipo de puente conectado con la red de datos Ethernet controlada en tiempo real. Al menos un segundo equipo de comunicacion esta conectado con el equipo de puente mediante un enlace de comunicacion no controlado en tiempo real. Un tal enlace de comunicacion puede ser un enlace Ethernet estandar. El segundo equipo de comunicacion presenta un equipo para proporcionar telegramas de datos cnticos en tiempo real, en los que se incluyen respectivos instantes de envfo predeterminados y una interfaz de comunicacion para transmitir telegramas de datos cnticos en tiempo real al equipo de puente. La interfaz de comunicacion, como por ejemplo una interfaz Ethernet estandar, una interfaz USB, una interfaz WLAN, una interfaz FireWire o interfaz PCI, no apoyan una transmision de datos controlada en tiempo real. El equipo de puente a su vez contiene un reloj, sincronizado con los relojes de los primeros equipos de comunicacion, por ejemplo sincronizado en tiempo o en ciclo. Ademas contiene el equipo de puente un equipo para evaluar el instante de envfo de un telegrama de datos cntico en tiempo real que proviene del segundo equipo de comunicacion, asf como un equipo de control, que en funcion del instante de emision evaluado controla la retransmision del correspondiente telegrama de datos cntico en tiempo real correspondiente a al menos un primer equipo de comunicacion de la red de datos Ethernet.
Senalemos aqrn que bajo transmision de datos isocrona se entiende una transmision de datos en ciclos de comunicacion con una duracion ajustable predeterminada. Una ventaja de este sistema de comunicacion es que el segundo equipo de comunicacion que no puede controlarse en tiempo real puede enviar datos cnticos en tiempo real a la red de datos Ethernet controlada en tiempo real sin que se vea perjudicada la exactitud en tiempo exigida para la red de datos Ethernet controlada en tiempo real. Senalemos en este lugar que el equipo de puente no necesita para retransmitir telegramas de datos cnticos en tiempo real provenientes del segundo equipo de comunicacion ninguna planificacion del tiempo de envfo.
Para poder controlar flexiblemente en el equipo de puente la retransmision de telegramas de datos cnticos en tiempo real que llegan cuando el trafico de datos es intenso, se incluye ventajosamente en cada caso en los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el segundo equipo de comunicacion adicionalmente una informacion de fase. La informacion de fase, tambien llamada numero de ciclos, designa un determinado ciclo de comunicacion dentro de la red de datos Ethernet. El instante de emision igualmente transmitido en un tal telegrama de datos cntico en tiempo real, indica asf el instante de envfo respecto al ciclo de comunicacion definido. De esta manera pueden enviarse datos cnticos en tiempo real conexos en varios ciclos de comunicacion. El equipo de evaluacion esta configurado al respecto para evaluar la informacion de fase de un telegrama de datos cntico en tiempo real recibido. El equipo de control del equipo de puente controla en funcion del instante de envfo evaluado y de la informacion de fase evaluada la retransmision del correspondiente telegrama de datos cntico en tiempo real en el ciclo de comunicacion deseado hacia el primer equipo de comunicacion, de los que al menos hay uno.
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Una forma de ejecucion ventajosa preve que la red de datos Ethernet controlada en tiempo real forme una red de datos Ethernet basada en PROFINET IRT. La red de datos Ethernet PROFINET IRT se denominara a continuacion tambien dominio IRT.
En este caso estan configurados los primeros equipos de comunicacion segun la norma PROFINET IRT. Ademas presentan los telegramas de datos proporcionados por el segundo equipo de comunicacion una estructura de datos segun la norma PROFINET IRT. De esta manera queda asegurado que los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el segundo equipo de comunicacion pueden ser retransmitidos sin modificacion a la red de datos Ethernet.
Esto se logra en particular colocando el instante de envfo y/o la informacion de fase en un lugar predeterminado del campo de datos utiles del correspondiente telegrama de datos cntico en tiempo real. Para ello se proyecta correspondientemente el comienzo de los datos utiles y el primer equipo de comunicacion puede suprimir facilmente esta informacion.
Para poder retransmitir selectivamente los telegramas de datos cnticos en tiempo real que llegan al equipo de puente, pueden incluir los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el segundo equipo de comunicacion el respectivo numero de un puerto de salida predeterminado del equipo de puente. Asf se logra que el equipo de puente pueda emitir telegramas de datos cnticos en tiempo real recibidos en el instante de envfo en el puerto de salida elegido.
Para hacer posible una estructura compacta del sistema de comunicacion, puede estar implementado el equipo de puente en un primer equipo de comunicacion.
Ademas puede ejecutar el equipo de puente tambien la funcion de un master (maestro) de sincronizacion o slave (esclavo) de sincronizacion.
El equipo de puente presenta ademas un equipo de memoria para la memorizacion intermedia de telegramas de datos cnticos en tiempo real del segundo equipo de comunicacion. De esta manera queda asegurado que en el equipo de puente no se pierde ningun telegrama de datos cntico en tiempo real a retransmitir cuando por ejemplo llegan mas telegramas de datos cnticos en tiempo real que los que se envfan.
Para hacer posible tambien una transmision de datos desde el primer al segundo equipo de comunicacion, esta configurado el equipo de puente para recibir telegramas de datos cnticos en tiempo real generados por el primer equipo de comunicacion y para retransmitir estos telegramas de datos cnticos en tiempo real al segundo equipo de comunicacion.
Para que en este caso el segundo equipo de comunicacion pueda averiguar el instante de recepcion de un telegrama de datos cntico en tiempo real, esta configurado el equipo de puente para escribir el instante de recepcion en un telegrama de datos cntico en tiempo real que llega del primer equipo de comunicacion.
El problema tecnico antes citado se resuelve igualmente mediante las etapas del procedimiento de la reivindicacion 12.
Segun ello, queda disponible un procedimiento para la transmision isocrona de telegramas de datos cnticos en tiempo real dentro de una red de datos Ethernet controlada en tiempo real. La red de datos Ethernet incluye al menos un primer equipo de comunicacion, que presenta en cada caso un reloj sincronizado y que esta preparado para transmitir telegramas de datos cnticos en tiempo real utilizando un control de tiempo real planificado.
Primeramente se proporciona al menos un telegrama de datos cntico en tiempo real desde un segundo equipo de comunicacion, conteniendo el telegrama de datos cntico en tiempo real un instante de envfo predeterminado. El telegrama de datos cntico en tiempo real se transmite mediante una interfaz de comunicacion del segundo equipo de comunicacion hacia un equipo de puente conectado con la zona de la red de datos Ethernet. La interfaz de comunicacion, que puede ser una interfaz Ethernet estandar, no es capaz de una transmision de datos controlada en tiempo real. El equipo de puente presenta un reloj, que se sincroniza con el reloj del primer equipo de comunicacion, de los que al menos hay uno. El instante de emision transmitido en el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido se evalua entonces en el equipo de puente y se vigila con ayuda del reloj. El telegrama de datos cntico en tiempo real recibido es retransmitido por el equipo de puente al primer equipo de comunicacion, de los que al menos hay uno, tan pronto como se alcanza el instante de emision.
Convenientemente se memoriza transitoriamente el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido en el equipo de puente hasta que se alcanza el instante de emision.
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Para hacer posible una rapida retransmision del telegrama de datos cntico en tiempo real, se retransmite el telegrama de datos cntico en tiempo real ya tras la evaluacion del instante de envfo, precisamente antes de que se haya recibido por completo en el equipo de puente.
Para poder retransmits eficientemente datos cnticos en tiempo real conexos, contiene el telegrama de datos cntico en tiempo real proporcionado por el segundo equipo de comunicacion ademas una informacion de fase, que define el ciclo de comunicacion dentro de la red de datos Ethernet. La informacion de fase contenida en el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido se evalua en el equipo de puente. El telegrama de datos cntico en tiempo real es retransmitido por el equipo de puente a al menos un primer equipo de comunicacion, precisamente en el ciclo de comunicacion definido y en el instante de emision definido.
Para poder retransmitir eficientemente telegramas de datos cnticos en tiempo real para un elevado trafico dentro del equipo de puente, es ventajoso escribir en el telegrama de datos cntico en tiempo real proporcionado el numero del puerto de salida del equipo de puente. En el equipo de puente se evalua a continuacion el numero del puerto de salida contenido en el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido y a continuacion se retransmite el telegrama de datos cntico en tiempo real a traves del puerto de salida elegido del equipo de puente al correspondiente primer equipo de comunicacion, precisamente en el ciclo de comunicacion definido y en el instante de emision determinado.
En una forma de ejecucion ventajosa constituye la red de datos Ethernet controlada en tiempo real un dominio PROFINET IRT. En este caso estan configurados los primeros equipos de comunicacion segun la norma PROFINET IRT. Ademas presentan los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el primer y/o segundo equipo de comunicacion una estructura de datos segun la norma PROFINET IRT.
Para poder transmitir los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el segundo equipo de comunicacion sin modificacion a traves de la red de datos Ethernet, se escriben el instante de emision y/o la informacion de fase y/o el numero del puerto de salida en un lugar predeterminado dentro del campo de datos utiles del telegrama de datos cntico en tiempo real.
Puesto que el instante de emision, la informacion de fase y/o el numero del puerto de salida ya no se necesitan en la red de datos Ethernet, pueden eliminarse estos datos del telegrama de datos cntico en tiempo real antes de la retransmision del mismo.
La invencion se describira a continuacion mas en detalle en base a un ejemplo de ejecucion junto con los dibujos adjuntos. Se muestra en:
figura 1 un sistema de comunicacion a modo de ejemplo, en el que se realiza la invencion, figura 2 un esquema de circuitos en bloques detallado del puente IRT mostrado en la figura 1, figura 3 la estructura de datos de un telegrama de datos PROFINET IRT,
figura 4 una estructura de datos modificada del telegrama de datos mostrado en la figura 3, en el que en el campo de datos utiles se han escrito el instante de envfo y una informacion de fase y figura 5 diagramas de tiempos para describir la forma de funcionamiento del puente IRT.
La figura 1 muestra un sistema de comunicacion 5 a modo de ejemplo, que puede utilizarse en un entorno de automatizacion para controlar sistemas de accionamiento industriales complejos. Para controlar tales sistemas de accionamiento es necesario que puedan transmitirse datos cnticos en tiempo real en tiempos de ciclo muy cortos, por ejemplo en la gama de los ps. Para ello se desarrollo un sistema de transmision de datos capaz para tiempo real en base a Ethernet bajo la denominacion "PROFINET IRT", que se ha mencionado ya en la introduccion a la descripcion con sus caractensticas esenciales. Un tal sistema PROFINET iRt es preferiblemente parte integrante del sistema de comunicacion 5. En la figura 1 se senala este sistema con la referencia 40. A continuacion se denominara esta zona del sistema de comunicacion 5 dominio IRT o red de datos Ethernet 40 controlada en tiempo real. La red de datos 40 puede ser una red de datos Ethernet conmutada. La estructura y funcionamiento de un sistema PROFINET IRT son conocidos por el especialista desde hace mucho tiempo, por lo que no es necesaria aqrn una descripcion extensa. Un tal sistema PROFINET IRT se da a conocer en particular en el documento EP 1 388 238 B1.
La red de datos Ethernet 40 controlada en tiempo real representada simplemente en forma esquematica en la figura 1 esta indicada mediante tres enlaces Ethernet 70, 75 y 77, a los que a modo de ejemplo estan conectados dos equipos de comunicacion 50 y 60 capaces de IRT, es decir, controlables en tiempo real. Ambos equipos de comunicacion 50, 60 capaces de IRT contienen respectivos abonados 52 y 62 y respectivos equipos de acoplamiento 55 y 65, de por sf conocidos. Los abonados 52 y 62 pueden ser aparatos IRT-IO (slaves) de por sf conocidos, como actuadores, sensores, sistemas de accionamiento y similares, controladores (master) IRT-IO, ordenadores y similares. Mencionemos que abonados y equipos de acoplamiento pueden ser tambien equipos de comunicacion separados.
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Para asegurar una transmision de datos controlada en tiempo real dentro del dominio IRT 40, estan archivados en cada equipo de comunicacion capaz de IRT, en el presente caso en los equipos de acoplamiento 55 y 65, cronogramas, que contienen el instante de envfo para la retransmision de telegramas de datos cnticos en tiempo real a transmitir. Los equipos de acoplamiento 55 y 65 se denominan por lo tanto tambien equipos de acoplamiento capaces de IRT. Opcionalmente tambien pueden estar archivados los tramos de conexion pertenecientes a los instantes de envfo sobre los que se retransmiten los telegramas de datos cnticos en tiempo real. Los cronogramas se confeccionan ventajosamente antes de la transmision de datos propiamente dicha y estan archivados en los equipos de acoplamiento. Asf sabe cada equipo de acoplamiento capaz de IRT 55 y 65 cuando y en que puerto de salida debe enviarse o retransmitirse un telegrama de datos cntico en tiempo real. Para detectar el instante de envfo preciso, dispone cada equipo de acoplamiento 55, 65 de un reloj propio 57 y 67 respectivamente. Ambos relojes estan sincronizados entre sf Los datos a transmitir se transmiten en ciclos de comunicacion con una duracion ajustable. Cada ciclo de comunicacion esta dividido en dos zonas de tiempo. En la primera zona de tiempo se transmiten los telegramas de datos cnticos en tiempo real y en la segunda zona de tiempos los telegramas de datos que no son cnticos en tiempo real. Los instantes en los que pueden transmitirse telegramas de datos cnticos en tiempo real dentro de la primera zona de tiempos de un ciclo de comunicacion, estan fijamente predeterminados. Los sistemas PROFINET IRT funcionan con una precision en el tiempo en la gama de los ps. Para lograr esta exactitud de envfo, se necesitan los equipos de acoplamiento 55 y 65 especialmente configurados. Los modulos correspondientes con los que se garantiza la planificacion precisa en el tiempo de la comunicacion en tiempo real, se encuentran ya en el mercado.
Por el documento EP 1 388 238 B1 se conoce ademas que abonados que solamente presentan una interfaz Ethernet estandar pueden conectarse a un enlace Ethernet del dominio IRT 40. Estos abonados generan solamente datos que no son cnticos en tiempo real, que se transmiten exclusivamente en la segunda zona de tiempos de un ciclo de comunicacion, sin que se vea perturbada la comunicacion en tiempo real.
Tal como ya se ha indicado antes, es necesario un hardware especial capaz de IRT en los equipos de comunicacion 50 y 60, para poder transmitir datos cnticos en tiempo real. Debido a la profunda integracion de interfaces Ethernet estandar, no disponen numerosos equipos de comunicacion, como por ejemplo arquitecturas de PC, de ningun punto de enchufe de ampliacion libre, por lo que los mismos no pueden utilizarse para una transmision de datos cntica en tiempo real dentro del dominio IRT.
Con el sistema de comunicacion 5 mostrado en la figura 1 es directamente posible que tambien aparatos que no disponen de un equipamiento capaz de IRT, sino solamente de una interfaz de comunicacion que no apoya ninguna transmision de datos controlada en tiempo real, puedan proporcionar telegramas de datos cnticos en tiempo real que pueden transmitirse a traves del dominio IRT 40. Una tal interfaz de comunicacion es en el presente ejemplo una interfaz Ethernet estandar. Al respecto no se ve perjudicada la comunicacion de datos cntica en tiempo real garantizada por el sistema PROFINET IRT.
Esto se logra conectando aparatos Ethernet estandar a traves de un equipo de puente IRT 30 con el dominio IRT 40. El equipo de puente IRT 30 puede denominarse tambien conmutador de Ethernet modificado.
En la figura 1 se muestra un equipo de comunicacion no capaz de IRT, por ejemplo un ordenador de Ethernet 10 estandar tradicional. El ordenador 10 contiene solamente una interfaz Ethernet estandar 12, a traves de la que el mismo esta conectado mediante un cable Ethernet de una red de datos Ethernet 20 estandar con el equipo de puente IRT 30. Senalemos que pueden conectarse varios aparatos Ethernet estandar a traves de la red de datos Ethernet estandar con el equipo de puente IRT 30 u otro equipo de puente IRT. Con la denominacion red de datos Ethernet estandar se expresa que a traves de una tal red de datos no puede transmitirse ningun dato cntico en tiempo real con elevada exactitud en el tiempo. Senalemos que en el presente caso la red de datos Ethernet estandar y el ordenador Ethernet estandar se utilizan solamente como ejemplos de equipos que no son capaces de IRT.
El ordenador 10 esta configurado para generar telegramas de datos compatibles PROFINET IRT, que pueden transmitirse a traves del dominio IRT 40. Una estructura de datos a modo de ejemplo de un telegrama de datos PROFINET IRT se representa en la figura 3. Tales telegramas de datos pueden transmitirlos los equipos de comunicacion 50 y 60 capaces de IRT. El telegrama de datos PROFINET IRT representado contiene un header (cabecera), que por ejemplo presenta la direccion de destino DA y la direccion de origen SA. En lugar de la direccion de destino dA puede utilizarse tambien una direccion MCFF, que apoya la conocida tecnica MultiCast Fast Forwarding (multidifusion de retransmision rapida) del sistema PROFINET IRT. Los campos de datos “VLAN” y “PRIO2” sirven para controlar telegramas de datos no cnticos en tiempo real. En base a los campos de datos “Ethertyp Profinet” y “FID” pueden reconocer los equipos de acoplamiento 55 y 65 y tambien el equipo de puente IRT 30 telegramas de datos PROFINET IRT. Ademas contiene el telegrama de datos PROFINET IRT representado un campo
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de datos utiles, un paddingfeld (campo de relleno), asf como un campo de suma de prueba FCS. El paddingfeld es necesario para que incluso con pequenas longitudes de datos utiles el telegrama de datos no resulte inferior a 64 bits. De esta manera puede garantizarse la compatibilidad Ethernet. Tal como ya se ha mencionado, disponen los equipos de acoplamiento 55 y 65 de cronogramas, que determinan con precision cuando debe enviarse un telegrama de datos PROFINET IRT. Un tal cronograma no esta previsto en el equipo de puente IRT 30.
Ahora debe garantizarse que los telegramas de datos cnticos en tiempo real que provienen del ordenador 10 puedan ser transmitidos por el equipo de puente IRT 30 sin perturbar los cronogramas que rigen en el dominio IRT 40. Esto se logra estando configurados correspondientemente el ordenador 10 y el equipo de puente IRT 30.
El ordenador 10 dispone de un software que le situa en condiciones de escribir en el campo de datos utiles de un telegrama de datos PROFINEt IRT a transmitir con la estructura de datos mostrada en la figura 4, el tiempo de envfo SZ deseado y opcionalmente una informacion de fase P. La informacion de fase P corresponde al numero de un ciclo de comunicacion dentro del dominio IRT 40. Ademas puede el ordenador 10 escribir tambien el numero de un puerto de salida del equipo de puente IRT 30 en el campo de datos utiles. La informacion de fase P, el instante de envfo SZ y el numero del puerto de salida se encuentran en un lugar predeterminado dentro del campo de datos utiles, con lo que el equipo de puente IRT 30 puede leer esa informacion a partir del campo de datos utiles de un telegrama de datos recibido.
La estructura basica del equipo de puente IRT 30 se muestra en la figura 2. El equipo de puente IRT 30 presenta un equipo de evaluacion 31, que puede evaluar el instante de envfo, el numero del puerto de salida y la informacion de fase que se incluyen en el campo de datos utiles de un telegrama de datos PROFINET IRT recibido. Subrayemos en este lugar que el instante de envfo, la informacion de fase y el numero del puerto de salida son informaciones para el equipo de puente IRT para controlar el tiempo de telegramas de datos cnticos en tiempo real del ordenador 10.
Ademas presenta el equipo de puente IRT 30 una memoria 32, en la que pueden memorizarse transitoriamente los telegramas de datos provenientes del ordenador 10, que pueden ser telegramas de datos cnticos en tiempo real y no cnticos en tiempo real. Ademas esta previsto un reloj 34, que se sincroniza con los relojes 57 y 67 de los equipos de acoplamiento 55 y 65. Se conocen desde hace mucho tiempo procedimientos para sincronizar el reloj en un sistema PROFINET IRT y por lo tanto no se describiran aqrn mas en detalle. Solo es importante que estos relojes se sincronicen con alta precision, es decir, por ejemplo en la gama de los ps, para hacer posible un control de sistemas de accionamiento preciso en el tiempo. Ademas puede presentar el equipo de puente IRT 30 un equipo de conexion 35, que puede llevar a un determinado puerto de salida del equipo de puente IRT 30 los telegramas de datos cnticos en tiempo real a transmitir en funcion del numero del puerto de salida contenido en el campo de datos utiles. En el presente ejemplo presenta el equipo de puente IRT 30 tres puertos de salida 36, 37 y 38. El control y vigilancia del equipo de puente IRT 30 y sus componentes puede ejecutarse mediante un equipo de control programable, por ejemplo mediante un microprocesador 33. Ademas puede estar previsto en el equipo de puente 30 un contador de ciclos 39, que puede sincronizarse con un contador de ciclos conocido como CycleCounter del dominio IRT 40.
El funcionamiento del sistema de comunicacion 5 y en particular el funcionamiento del equipo de puente IRT 30 se describiran a continuacion mas en detalle.
Supongamos primeramente que el ordenador 10 desea transmitir varios telegramas de datos PROFINET IRT cnticos en tiempo real y telegramas de datos no cnticos en tiempo real a traves de la interfaz Ethernet estandar 12. Estos telegramas de datos se transmiten por ejemplo en ciclos de comunicacion segun el estandar PROFINET no capaz de tiempo real a traves de la red de datos Ethernet estandar 20 al equipo de puente IRT 30. Tal como se representa en el cronograma izquierdo de la figura 5, envfa el ordenador 10 a traves de su interfaz Ethernet estandar 12 por ejemplo seis telegramas de datos PROFINET IRT modificados, cnticos en tiempo real, cuya estructura de datos a modo de ejemplo se muestra en la figura 4 y tres telegramas de datos no cnticos en tiempo real en un ciclo de comunicacion al equipo de puente IRT 30. Para ello escribe el ordenador 10 en el campo de datos utiles de cada telegrama de datos cntico en tiempo real al menos el instante de envfo deseado. En el presente ejemplo escribe el ordenador 10 en el campo de datos utiles del primer telegrama de datos cntico en tiempo real la informacion de fase P1 y el instante de envfo t1. Estas informaciones comunican al equipo de puente IRT 30 el ciclo de comunicacion y el instante de envfo dentro de ese ciclo de comunicacion, en el que tiene que transmitirse la trama de datos cntica en tiempo real. De manera similar escribe el ordenador 10 en el campo de datos utiles del segundo telegrama de datos cntico en tiempo real a transmitir la informacion de fase P1 y otro instante t2. En el campo de datos utiles del tercer telegrama de datos cntico en tiempo real a transmitir escribe el ordenador 10 la informacion de fase P1 y el instante de envfo t3, mientras que el campo de datos utiles del cuarto telegrama de datos cntico en tiempo real a transmitir contiene la informacion de fase P1 y el instante de envfo t4. En otras palabras, deben retransmitirse los cuatro primeros telegramas cnticos en tiempo real en cuatro instantes diferentes dentro del primer ciclo de comunicacion mediante el
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equipo de puente IRT 30 al dominio IRT 40. El campo de datos utiles del quinto telegrama de datos cntico en tiempo real a transmitir contiene la informacion de fase P2 y el instante de envfo t1. La informacion de fase P2 indica que este telegrama de datos cntico en tiempo real tiene que transmitirse en el segundo ciclo de comunicacion del dominio IRT 40. Finalmente contiene el campo de datos utiles del sexto telegrama de datos a transmitir la informacion de fase P2 y el instante de envfo t2. Estos seis telegramas de datos cnticos en tiempo real a transmitir pueden presentar todos, la estructura de datos de un telegrama de datos PROFINET IRT modificado mostrada en la figura 4.
Opcionalmente puede estar incluido en el campo de datos utiles de los seis telegramas de datos cnticos en tiempo real a transmitir adicionalmente el numero del puerto de salida, que indica a traves de cual de los tres puertos de salida 36, 37 y 38 ha de transmitirse el correspondiente telegrama de datos cntico en tiempo real. Supongamos que en el presente ejemplo no esta incluido ningun numero de puerto de salida en los campos de datos utiles. Para este caso de aplicacion puede ajustarse el equipo de puente IRT 30 tal que todos los telegramas de datos cnticos en tiempo real se conduzcan a traves del puerto de salida 36 al dominio IRT 40.
El equipo de evaluacion 31 puede detectar en base a los campos “Ethertyp PROFINET” y “FID” los telegramas de datos cnticos en tiempo real del ordenador 10. Cuando detecta el equipo de evaluacion 31 que ha llegado el primer telegrama de datos cntico en tiempo real del ordenador 10, lee el mismo en el lugar predeterminado del campo de datos utiles el instante de envfo t1 y la informacion de fase P1. De manera similar evalua el equipo de evaluacion 31 los otros cinco telegramas de datos cnticos en tiempo real del ordenador 10. Los telegramas de datos del ordenador 10 pueden en conjunto o en parte estar archivados en la memoria 32 del equipo de puente IRT 30. Ademas pueden memorizarse las informaciones evaluadas y una identificacion de los correspondientes telegramas de datos cnticos en tiempo real en una tabla de consulta del equipo de puente IRT 30. El microprocesador 33 vigila el reloj 34, el contador de ciclos 39 y dado el caso la tabla de consulta.
Repitamos aqrn de nuevo que los ciclos de comunicacion del dominio IRT 40 presentan en cada caso una primera zona, en la que se transmiten telegramas de datos cnticos en tiempo real y una segunda zona, en la que se transmiten telegramas de datos no cnticos en el tiempo. Tal como se representa en el cronograma derecho de la figura 5, incluye la primera zona de tiempos de un ciclo de comunicacion del dominio IRT 40 por ejemplo cuatro instantes de emision T1, T2, T3 y T4, fijados de manera precisa.
Tan pronto como el microprocesador 33 ha detectado que el instante de envfo t1 contenido en el primer telegrama de datos cntico en tiempo real coincide con el tiempo actual del reloj 34 y la informacion de fase P1 con el valor actual del contador de ciclos 39, se conduce el primer telegrama de datos cntico en tiempo real a traves del interruptor 35 al puerto de salida 36 y desde allf se retransmite en el instante t1 en el primer ciclo de comunicacion al dominio IRT 40. En funcion de la direccion de destino DA se transmite el telegrama de datos por ejemplo al abonado 62. De manera similar se ocupa el microprocesador 33 de que se retransmitan el segundo telegrama de datos cntico en tiempo real en el instante t2 del primer ciclo de comunicacion, el tercer telegrama de datos cntico en tiempo real en el instante t3 del primer ciclo de comunicacion y el cuarto telegrama de datos cntico en tiempo real en el instante t4 del primer ciclo de comunicacion al dominio IRT 40. A continuacion pueden retransmitirse los tres telegramas de datos no cnticos en tiempo real del ordenador 10 en la segunda zona de tiempos del primer ciclo de comunicacion al dominio IRT 40, tal como se representa en la figura 5. El equipo de puente IRT 30 detecta los telegramas de datos no cnticos en tiempo real del ordenador 10 en base a los datos en los campos “VLAN” y “PRIO” de un telegrama de datos PROFINET IRT. Las reglas PROFINET para transmitir telegramas de datos no cnticos en tiempo real, de por sf conocidas, son tenidas en cuenta aqrn por el equipo de puente IRT 30.
Recurriendo a los resultados del equipo de evaluacion 31, que pueden estar memorizados en la tabla de consulta antes mencionada, sabe el microprocesador 33 que el quinto y el sexto telegramas de datos cnticos en tiempo real tienen que retransmitirse en el segundo ciclo de comunicacion.
El microprocesador 33 vigila, al igual que antes, el reloj 34 y el contador de ciclos 39. Tan pronto como el microprocesador 33 ha detectado que el instante de envfo t1 contenido en el quinto telegrama de datos cntico en tiempo real coincide con el instante actual del reloj 34 y la informacion de fase P2 con el valor actual del contador de ciclos 39, se lee el quinto telegrama de datos cntico en tiempo real de la memoria 32 y se conduce a traves del interruptor 35 al puerto de salida 36 y desde allf en el instante t1 en el segundo ciclo de comunicacion al dominio IRT 40. En funcion de la direccion de destino DA, se transmite el telegrama de datos por ejemplo al abonado 52. De manera similar, se ocupa el microprocesador 33 de que el sexto telegrama de datos cntico en tiempo real se retransmita en el instante de envfo t2 del segundo ciclo de comunicacion al dominio IRT 40, tal como se representa en la figura 5.
Senalemos aqrn que los telegramas de datos cnticos en tiempo real pueden ser retransmitidos por el equipo de puente IRT 30 ya cuando el equipo de evaluacion 31 ha evaluado la informacion de fase P y el
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instante de envfo SZ, sin que el correspondiente telegrama de datos se haya recibido por completo o se haya archivado ya por completo en la memoria 32.
Ademas es posible que el equipo de puente IRT 30, en funcion de la implementacion, pueda retransmits los telegramas de datos cnticos en tiempo real provenientes del ordenador 10 sin modificarlos al dominio IRT. Alternativamente puede pensarse en que el puente IRT 30, antes de retransmitir un telegrama de datos cntico en tiempo real, pueda retirar del campo de datos utiles el instante de envfo SZ y dado el caso la informacion de fase P, asf como el numero del puerto de salida, antes de la retransmision, puesto que estas informaciones ya no se necesitan en el dominio IRT 40.
Ademas de ello, puede estar dispuesto el equipo de puente IRT 30 por ejemplo tambien dentro del equipo de comunicacion 50 o 60. Puede pensarse ademas que el equipo de puente IRT pueda ejecutar tambien la funcion de un master de sincronizacion PROFINET, conocido desde hace mucho tiempo.
Senalemos ademas que los equipos de acoplamiento 55 y 65 conocen la posicion exacta de los datos utiles dentro de un telegrama de datos PROFINET IRT y con ello estan en condiciones de eliminar la informacion de fase y el instante de envfo dentro de un campo de datos utiles. Esto hace posible una retransmision transparente de los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el ordenador 10 dentro del dominio IRT, sin tener que modificar el hardware existente.
Finalmente mencionemos que los equipos de comunicacion capaces de IRT pueden transmitir telegramas de datos cnticos en tiempo real segun la estructura de datos mostrada en la figura 3 al equipo de puente 30. En funcion de la implementacion puede escribir el equipo de puente 30 en los telegramas de datos cnticos en tiempo real recibidos el correspondiente instante de recepcion, antes de que el mismo retransmita los telegramas de datos al ordenador 10.

Claims (19)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de comunicacion (5) para la transmision isocrona de datos, que incluye
    - una red de datos Ethernet (40) controlada en tiempo real con al menos un primer equipo de comunicacion (50, 60), que presenta un reloj sincronizado (57, 67) y que esta configurado para transmitir telegramas de datos cnticos en tiempo real utilizando un control de tiempo real planificado,
    - al menos un equipo de puente (30),
    - al menos un segundo equipo de comunicacion (10), conectado con el equipo de puente, que presenta un equipo para proporcionar telegramas de datos cnticos en tiempo real, en los que se incluyen respectivos instantes de envfo predeterminados y una interfaz de comunicacion (12), a traves de la que se transmiten telegramas de datos cnticos en tiempo real al equipo de puente (30), no apoyando la interfaz de comunicacion (12) ninguna transmision de datos controlada en tiempo real,
    presentando el equipo de puente (30)
    - un reloj (34), sincronizado con el reloj (57, 67) del primer equipo de comunicacion (50, 55, 60, 65),
    - un equipo (31) configurado para evaluar el instante de envfo de un telegrama de datos cntico en
    tiempo real enviado por el segundo equipo de comunicacion (10) y
    - un equipo de control (33) configurado para, en funcion del instante de envfo contenido en un
    telegrama de datos cntico en tiempo real. controlar la retransmision del correspondiente telegrama de datos cntico en tiempo real a al menos un primer equipo de comunicacion (50, 60) de la red de datos Ethernet (40).
  2. 2. Sistema de comunicacion segun la reivindicacion 1,
    caracterizado porque los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el segundo equipo de comunicacion (10) contienen en cada caso una informacion de fase, que define el ciclo de comunicacion dentro de la red de datos Ethernet controlada en tiempo real,
    porque el equipo de evaluacion (31) esta configurado para evaluar la informacion de fase de un telegrama de datos cntico en tiempo real recibido del segundo equipo de comunicacion (10) y porque el equipo de control (33) esta configurado para, en funcion del instante de envfo evaluado y de la informacion de fase evaluada, controlar la retransmision del correspondiente telegrama de datos cntico en tiempo real en el ciclo de comunicacion deseado al primer equipo de comunicacion (50, 60), de los que al menos hay uno, de la red de datos Ethernet.
  3. 3. Sistema de comunicacion segun la reivindicacion 1 o 2,
    caracterizado porque la red de datos Ethernet (40) controlada en tiempo real forma una red de datos Ethernet basada en PROFINET IRT,
    porque el primer equipo de comunicacion (50, 60), de los que al menos hay uno, esta configurado segun la norma PROFINET IRT,
    porque los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el segundo equipo de comunicacion (10) presentan una estructura de datos segun la norma PROFINET IRT.
  4. 4. Sistema de comunicacion segun la reivindicacion 3,
    caracterizado porque el instante de envfo y/o la informacion de fase se encuentran en un lugar predeterminado del campo de datos utiles del correspondiente telegrama de datos cntico en tiempo real.
  5. 5. Sistema de comunicacion segun una de las reivindicaciones precedentes,
    caracterizado porque los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el segundo equipo de comunicacion (10) incluyen en cada caso el numero de un puerto de salida (36-38) predeterminado del equipo de puente (30).
  6. 6. Sistema de comunicacion segun una de las reivindicaciones precedentes,
    caracterizado porque el equipo de puente (30) esta implementado en un primer equipo de comunicacion (50, 60).
  7. 7. Sistema de comunicacion segun una de las reivindicaciones precedentes,
    caracterizado porque el equipo de puente (30) ejecuta la funcion de un master (maestro) de sincronizacion PROFINET o de un slave (esclavo) de sincronizacion.
  8. 8. Sistema de comunicacion segun una de las reivindicaciones precedentes,
    caracterizado porque el equipo de puente (30) presenta un equipo de memoria (32) para la memorizacion intermedia de telegramas de datos cnticos en tiempo real recibidos del segundo equipo de comunicacion (10).
  9. 9. Sistema de comunicacion segun una de las reivindicaciones precedentes,
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    caracterizado porque el equipo de puente (30) esta configurado para recibir telegramas de datos cnticos en tiempo real generados por el primer equipo de comunicacion (50, 60) y para retransmits estos telegramas de datos cnticos en tiempo real al segundo equipo de comunicacion (10).
  10. 10. Sistema de comunicacion segun la reivindicacion 9,
    caracterizado porque el equipo de puente (30) esta configurado para escribir el instante de recepcion correspondiente en los telegramas de datos crfticos en el tiempo que llegan del primer equipo de comunicacion (50, 60).
  11. 11. Sistema de comunicacion segun una de las reivindicaciones precedentes,
    caracterizado porque la interfaz de comunicacion (12) es una interfaz Ethernet estandar, una interfaz USB, una interfaz WLAN, una interfaz FireWire o una interfaz PCI.
  12. 12. Procedimiento para la transmision isocrona de telegramas de datos crfticos en tiempo real dentro de una red de datos Ethernet (40) controlada en tiempo real,
    que incluye al menos un primer equipo de comunicacion (50, 60), que presenta un reloj sincronizado (57, 67) y que esta configurado para transmitir telegramas de datos crfticos en tiempo real utilizando un control de tiempo real planificado,
    estando archivados en el primer equipo de comunicacion (50, 60), de los que al menos hay uno, los instantes de envfo o retransmision de los telegramas de datos crfticos en tiempo real a transmitir, con las siguientes etapas:
    - aportacion desde un segundo equipo de comunicacion (10) de al menos un telegrama de datos cntico en tiempo real, en el que el segundo equipo de comunicacion (10) inscribe un instante de envfo predeterminado,
    - envfo del telegrama de datos cntico en tiempo real a traves de la interfaz de comunicacion (12) de un segundo equipo de comunicacion (10) a un equipo de puente (30) conectado con la red de datos Ethernet (40) controlada en tiempo real, que presenta un reloj (34), que se sincroniza con los relojes (57, 67) de los primeros equipos de comunicacion (50, 60), no apoyando la interfaz de comunicacion ninguna transmision de datos controlada en tiempo real,
    - evaluacion en el equipo de puente (30) del instante de envfo transmitido en el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido;
    - vigilancia del instante de envfo con ayuda del reloj (34); y
    - retransmision del telegrama de datos cntico en tiempo real recibido desde el equipo de puente (30) a al menos un primer equipo de comunicacion (50, 60) de la red de datos Ethernet (40) tan pronto como se alcanza el instante de envfo transmitido en el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido.
  13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 12,
    caracterizado porque se memoriza transitoriamente el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido en el equipo de puente (30) hasta que se alcanza el instante de envfo.
  14. 14. Procedimiento segun la reivindicacion 12 o 13,
    caracterizado porque el telegrama de datos cntico en tiempo real se retransmite ya tras la evaluacion del instante de envfo, precisamente antes de que se haya recibido por completo en el equipo de puente (30).
  15. 15. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 12 a 14,
    caracterizado porque en el telegrama de datos cntico en tiempo real proporcionado se incluye una informacion de fase, que define el ciclo de comunicacion dentro de la red de datos Ethernet (40), porque el equipo de puente (30) evalua la informacion de fase contenida en el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido y porque el telegrama de datos cntico en tiempo real se retransmite desde el equipo de puente (30) al primer equipo de comunicacion (50, 60) de la red de datos Ethernet (40), de los que al menos hay uno, en el ciclo de comunicacion definido y en el instante de envfo determinado.
  16. 16. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 12 a 15,
    caracterizado porque en el telegrama de datos cntico en tiempo real proporcionado se incluye el numero de un puerto de salida (36-38) del equipo de puente (30),
    porque en el equipo de puente (30) se evalua el numero del puerto de salida contenido en el telegrama de datos cntico en tiempo real recibido y
    porque el telegrama de datos cntico en tiempo real se retransmite a traves del puerto de salida elegido del equipo de puente al primer equipo de comunicacion (50, 60), de la red de datos Ethernet, de los que al menos hay uno, en el ciclo de comunicacion definido y en el instante de emision determinado.
  17. 17. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 12 a 16,
    caracterizado porque la red de datos Ethernet (40) controlada en tiempo real constituye una red de datos Ethernet basada en PROFINET IRT
    porque esta configurado el primer equipo de comunicacion (50, 55; 60, 65), de los que al menos hay uno segun la norma PROFINET IRT,
    5 porque los telegramas de datos cnticos en tiempo real proporcionados por el segundo equipo de
    comunicacion (10) presentan una estructura de datos segun la norma PROFINET IRT.
  18. 18. Procedimiento segun la reivindicacion 17,
    caracterizado porque el instante de emision y/o la informacion de fase y/o el numero del puerto de 10 salida se escriben en un lugar predeterminado dentro del campo de datos utiles del telegrama de
    datos cntico en tiempo real.
  19. 19. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 12 a 18,
    caracterizado porque el instante de emision, la informacion de fase y/o el numero del puerto de 15 salida se eliminan del telegrama de datos cntico en tiempo real antes de la retransmision del mismo.
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