[发明专利]工业控制扫描器与工业控制器之间的多速率优化连接

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2005年9月30日提交的美国申请11/239,947的接续专利，该申请被援引包含于此。

技术领域

本发明一般涉及工业控制系统，尤其涉及一种用于在这类系统中传送工业控制数据的方法和装置。

背景技术

工业控制器是用于控制工业过程或制造设备的专用计算机。在所存储的程序的引导下，工业控制器检查反映受控过程的状态的一系列输入并改变实现过程控制的输出。输入和输出可以是二进制的(即“开”或“关”)或者也可以使用在值的连续范围上取的模拟输入和输出。二进制输入和输出可以由数据的单个位来表示；模拟输入和输出可以由多位数据字来表示。

工业控制器的各种组件通常在空间上分布在通过一个或多个通信网络互连的工厂或制造设施周围。这些通信网络的特征在于高度可靠以及以最小并且明确的延迟来递送数据，就象实时控制所要求的那样。多个不同通信网络常用于工业控制器领域中，包括不限于：ControlNet^TM、DeviceNET^TM以及EtherNet/IP^TM，其规范已被公开并且其协议被许多制造商和供应商广泛使用。这些通信网络在物理方面例如介质的类型(例如，同轴电缆、双绞线、光纤等)；其操作协议(例如，波特率、信道数、字传输大小、连接的消息接发的使用等)；以及数据如何格式化以及它如何被收集到标准消息中方面互不相同；

工业控制系统的常用组件是为工业控制器从受控过程或机器接受数据，并向受控过程或机器提供来自工业控制器的数据的输入或输出(I/O)模块。I/O模块通常远离工业控制器并通过如上所述的通信网络连接。

在工业控制系统中使用的各种I/O模块可以用不同的间隔和频率生成数据。如果控制器在每一I/O模块生成其数据时与其异步相接，则控制系统会在同步其控制动作方面遇到困难，并且网络话务可能变得烦重。例如，控制器可能不以与模块产生数据相同的频率向特定I/O模块要求数据。如果I/O模块在每次其更新其数据时向控制器发送事务，则控制器会被要求处理其当前控制决定所不需要的数据的事务。

扫描器可以用作I/O模块与控制器之间的物理或逻辑中介，以优化网络话务、不同网络类型之间的翻译和代理、并生成同步的数据传输帧。扫描器可与I/O模块相接以用预定更新间隔收集数据，将数据合并到单个优化连接包中，并在每个更新间隔使用单个事务将优化连接包传送至控制器。因此，控制器可能在当它需要用于控制决定用途的数据时以受控的和预定的间隔接收数据。

优化连接包一般按“连接的消息接发”协议传送。如在本领域了解的，连接的消息接发在预先分配网络带宽和缓冲空间以及设备处的其它资源以确保数据的可预测和及时发送的网络上的两个设备(例如控制器和扫描器)之间建立逻辑连接。这可能与其中网络话务中的变化能不可预测地影响消息的通信的非连接的消息接发系统形成对比。

在生成优化连接包时，扫描器定期通过预先建立的连接向控制器发送优化连接包。优化连接包是表示从每一I/O模块收集到的数据的一块非结构化的数据。来自各模块的数据不经格式化地以预定次序级联。优化连接包的结构被预先确定。此预定结构由控制器应用程序和程序开发系统在引用优化连接包内的数据时使用(即，用于开发控制器应用程序)。例如，如果特定I/O模块的输出驻留在优化连接包的N至K位处，则控制器应用程序中的程序指令严格地引用这些位用于生成控制决定。

在开发控制应用程序时，应用程序开发者必须知道优化连接包的映射。对优化连接包的诸部分的固定引用包括在构成控制应用程序的程序命令中。如果优化连接包的映射由于I/O模块的添加或删除、由扫描器服务的I/O模块的次序变化等而改变，则固定引用必须在控制应用程序中更新以使得控制器引用合适的数据。

如在本案的父申请中所述，编程者对优化连接包的数据的引用可以通过使用其中将标签结构用于将优化连接包中的物理位置翻译成可包含在程序中的方便的变量名而无需引用实际物理位置的类型强制转换标签而变得更容易。

将所有I/O数据组合成单个优化连接包提供了非常高效的I/O数据的通信，但它也迫使对所有I/O数据使用单个数据递送的速率。通常可能需要以比其余I/O数据高得多的速率传送某些I/O数据，例如快速变化或用于同步高速过程的数据。虽然可以加大优化连接包的传输速率来匹配这一高速I/O数据所需的数据速率，但这一方法在可用网络带宽下可能并不实际，并且至少因以不必要的高速率传送所有I/O数据而浪费相当的带宽。