[发明专利]用于时间敏感型现场总线联网的方法、系统和网关

说明书

用于将时间敏感型的第一现场总线(10)与时间敏感型的第二现场总线(20)联网的方法，其中时间敏感型的第一现场总线(10)包括第一用户设备(12、14)并且具有自身的第一时域(16)，并且其中时间敏感型的第二现场总线(20)包括第二用户设备(22、24)并且具有自身的第二时域(26)，其中第一时域(16)与第二时域(26)频率同步，其中第一现场总线(10)和第二现场总线(20)借助于网关(30)相互连接以进行数据传输，其中所述方法具有以下步骤：通过网关(30)在参考时间点(TRef)确定第一时域(16)的第一周期持续时间(TC1)和第二时域(26)的第二周期持续时间(TC2)；并且通过网关(30)在参考时间点(TRef)确定第一时域(16)和第二时域(26)之间的时间偏移(58)。此外，使用相应的系统(1)和相应的网关(30)。

技术领域

本发明涉及时间敏感型的现场总线系统，特别是用于控制工业系统的工业现场总线系统。特别是本发明涉及用于将至少两个时间敏感型的现场总线联网的方法、系统和网关。

背景技术

现场总线用于将工厂(例如工业生产厂房、车辆、建筑物等)中的各种用户设备(例如，传感器、执行器、探测器、促动器等现场设备，以及例如，控制或自动化设备、可编程存储控制器PLC等控制器)连接起来以用于相互通信。在此，通信尤其(但不是仅仅)发生在不同的现场设备和现场总线控制器之间，该现场总线控制器控制和监控在设备中运行的过程。用户设备可以是现场设备或者控制器并且特别是具有与现场总线的接口。

待通过现场总线传输的信息(例如数据块、数据流)在此至少部分是时间敏感型的，亦即它们对传输等待时间有实时要求。例如，对于这种时间敏感型的数据，现场总线控制器或者连接到现场总线上的另一个现场设备在可预测的时间间隔内可靠地接收到由用户设备发送的信息是必需的。

在现场总线的用户设备之间待传输的数据不仅包括值通信，比如测量值、控制值或指令，而且还包括用于机器和工厂部件的时间协调的事件通信。例如，机器部件运动的协调和同步不再越来越多地通过机械设备(例如，在机器循环中具有机械刚性耦接的插入设备和弹出设备的金属压力机、凸轮轴、变速器等)进行，而是通过数字消息进行，这些数字消息带着实时要求通过现场总线传输。

一个现场总线分配给一个时域，在所述时域中，所有用户设备具有各一个计时器(例如时钟)。用户设备的计时器在时域内相互同步并且因此对时间有共同的理解。因此，现场总线的所有用户设备都可以遵循固定的现场总线通信周期并且相互协调，以便在正确的时间点执行相应的行动。现场总线的一个用户设备在此用作时域的主设备，其中，该主设备的计时器为时域的其他用户设备提供时间参考。后者的在时域内从主设备得出其时间的用户设备也被称为从设备。在现场总线中时间主设备的角色在此可以由现场总线控制器承担，然而也可以由连接到现场总线上的另一个用户设备承担。现场总线的时间主设备可以将其时基与另一个时基同步，例如与另一个现场总线的时间主设备或者与更高级别的时基同步。通过多个现场总线的主设备相互同步各自的现场总线时间，一个时域也可以包括多个现场总线。通过同步时基来平衡“时钟”。然而，这并不一定意味着两个现场总线在一个时域内具有相同的通信周期。

开发了第一代现场总线，以通过数字传输技术取代以前借助于电缆束对机器部件进行常见的并行布线所造成的布线耗费。为此，开发了多种、部分专有的现场总线协议。之后几代现场总线主要基于IEEE802.3以太网标准，其中，修改或者扩展了以太网协议以实现时间敏感型网络(英语Time-Sensitive Networks，TSN)。

例如，针对TSN网络的IEEE 802.1Q任务组开发了实时以太网协议的标准。实时支持的调度器(时间感知调度器)例如通过IEEE802.1QBv标准定义。调度器能实现将网络中的通信划分为固定的、周期性重复的通信周期并且在周期内定义、保留或者协商固定时隙，以便传输时间关键型数据。由此，实现了在两个用户设备之间实现时钟驱动的端对端传输。