[实用新型]用于可冗余操作的工业通信网络的通信设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于可冗余操作的工业通信网络的通信设备以及一种用于操作通信设备的方法。 

背景技术

在分布式工业自动化系统中，在记录、评估和传输测量和控制数据时应该确保，完整的和未经更改的数据特别是在对时间要求严格的工业生产过程中实时存在。要避免有意的、无意的或由技术错误引起的改变，因为这在工业自动化系统内能够导致不一致的系统状态以及伴随经济上严重后果的停工时间的系统故障。 

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设备并且在生产或过程自动化的范围中用于控制或调节装置、机器或设备。由于在借助于工业自动化系统自动化的技术系统中的对时间要求严格的框架条件，在用于自动化设备之间的通信的工业通信网络中通常应用实时通信协议，例如为Profinet、Profibus或实时以太网(Real-Time-Ethernet)。 

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可能会导致不期望或不必要地重复服务请求的传输。这造成工业自动化系统的通信连接的额外的负荷，这可能会导致进一步的系统干扰或故障。在工业自动化系统中，通常由具有相对多的、但是相对短的消息的讯息交换引起特殊的问题，由此加剧上述问题。 

为了能够补偿通信连接或通信设备的失效，通信协议，例如为介质冗余协议、高可用性无缝冗余或并行冗余协议被开发用于高可用性的、可冗余操作的工业通信网络。介质冗余协议（MSR）在标准IEC62439中定义并且能够实现在有扰动的余传输数据包的情况下对在具有简单的环形拓扑的网络中的各个连接失效进行补偿。根据介质冗余协议，将冗余管理器分配给在环形拓扑内的具有两个端口的交换机，所述冗余管 理器监控网络的连接失效并且必要时引入用于环形短接的开关措施。在正常的操作状态下，冗余管理器利用测试数据包来检查，在环形拓扑内是否出现中断。然而，与冗余管理器相关联的交换机通常不将具有有效数据的数据包从一个端口转发给另一个端口。因此防止了具有有效数据的数据包在环形拓扑内循环。如果环形拓扑内的交换机或连接失效，那么从一个端口发出的测试数据包不再在相应的另一端口上接收。据此，冗余管理器能够识别出失效并且在失效的情况下将具有有效数据的数据包以不同于正常的操作状态的方式从一个端口转发给另一端口并且反之亦然。此外，冗余管理器安排通知其余的交换机关于失效造成的拓扑改变。以所述方式避免数据包经由失效的连接传输。 

有扰动的介质冗余方法原则上能够以相对低的耗费来实现。然而不利的是，一方面消息可能在错误情况下丢失，并且另一方面在重新配置通信网络期间首先存在故障状态。这类故障状态必须通过更高级别的通信协议、例如借助于网络层或传输层上的TCP/IP（传输控制协议/因特网互联协议）来防护，以便避免通信连接的中断。 

PROFINET（IEC 61158类型10）也引用介质冗余协议作为在具有环形拓扑的通信网络内的有扰动的介质冗余方法。与此相对，有计划地复制媒体冗余（MRPD）提供了对无扰动地传输同步实时数据的扩展。然而，有计划地复制介质冗余不是与应用无关的无扰动介质冗余方法，而是PROFINET的特殊扩展。 

在标准IEC 62439-3中定义高可用性无缝冗余（HSR）和并联冗余协议（PRP），并且以极短的恢复时间实现数据包的无扰动冗余传输。根据高可用性无缝冗余和并行冗余协议，每个数据包由进行发送的通信设备复制，并且以两种不同的路径发送到接收器。通过接收器侧的通信设备，从接收数据流中过滤掉代表副本的冗余数据包。 

在DE 10 2008 017 192 A1中说明了一种用于建立网络的方法，所述网络包括具有一组端口的第一网络用户。所述端口与网络的其它网络用户的端口连接。在第一方法步骤中，将分配给第一网络用户的端口切换到第一操作模式下。在第一操作模式下，能够经由端口接收和发送测试报文。根据另一方法步骤，经由分配给第一网络用户的端口发送测试报文。此外，如果所发送的测试报文中的测试报文没有再次被第一网络用 户接收，那么将分配给第一网络用户的端口切换到第二操作模式下。在第二操作模式下，经由分配给所述第一网络用户的端口接收的报文经由剩余的端口转发。以这种方式，能够避免在互联或扩展复杂网络时形成网络环。