[发明专利]允许中断和去耦的通信网络、数据路径切换装置和相应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于允许将至少一个网络节点在或从通信网络中断和/或去耦的方法。该网络用于控制和/或调节大量机器部件例如印刷机、机床或者其他生产机械上的转动体的运动。该网络按照一个封闭的单或多环结构运行。“多环结构”既指冗余度的环形结构如双环，也指多个本身独立封闭的环形(子)网络的耦合。在该网络中，每个节点通过第一接收机或者端口与第一相邻节点的发射机或者端口通信并通过第二发射机或者端口与第二相邻节点的接收机或者端口通信。闭环结构在至少一个节点中断或者去耦时得以保持。此外，本发明还涉及一种适用于实施该方法的数据路径切换装置，其具有内部的输入和输出端数据连接装置；涉及一种多端口交换装置，其用于在通信上联结大量的网络节点、网络或者现场总线片段、分离的网络和/或其他网络配置；以及涉及一种按照单或多环拓扑结构构成和组织的通信网络，大量网络节点、网络或者现场总线片段、分离的网络和/或其他网络配置与其耦合。

背景技术

在过程自动化的网络方面存在办公和网际互连的数据传输协议一体化的趋势。因此为传动接口如SERCOS-II和EtherCAD考虑新的标准，其中在实时条件下使用办公领域中公知的网络类型“以太网”的单元(所谓的“实时以太网现场总线”)。为允许相对于单个节点中断(“单中断”)，在这些通信系统中使用双环结构，其中可以使两个彼此独立的通信信道对向环形传输。这一点来自于以太网物理学。根据因此冗余度的数据传输，在环的任意部位上电缆断路或者用户/节点中断时完全保持通信能力，即将环形结构的断路限制在故障部位上。通信主机在断路和/或节点中断时，处于环内故障和断路部位两侧的环部分因此可以控制。

但如果在上述通信双环上两个彼此分离或相距的环形段中断，通信主机或者其他主控制装置的中断或者断开的段之间通信系统的用户/节点却无论如何不再能够通过环接通。

EP-B-1 249 763(Siemens AG)公开了一种用于机床和生产机械以及机器人的数据传输系统。从一条中央数据线路针刺状分支出数据线路，上面设置信号处理单元及发射机和接收机。后者串行在一个环形结构内部中继传输。单个环形网络各自由一个通信主机控制，其再在一个本身闭环结构上汇合，从而一个通信主机的中断不会导致整个通信结构整体中断。通信主机由备用通信主机替代，其与相邻的通信主机通过按照旁路原理方式分布的附加线路连接。如果一个具有群导功能的通信主机中断，那么通过备用通信主机保证各自环形的子通信结构可以继续工作。备用通信主机在这种情况下无线承担群导功能并控制所属子通信环的信号处理单元。利用附加连接(旁路线路)搭接各自中断的通信主机。但这些数据或通信旁路线路导致明显增加和不可预见的硬件开支。此外不能对多路中断或者与从属辅助信号处理节点的断开采取预防措施。

EP-A-101 29 572(Siemens AG)介绍了一种具有多个用于导线连接数据传输系统的数据连接线的数据路径选择装置。在数据路径选择装置的数据连接线路之间可以任意调整数据连接。通信网络这样可与其他通信网络连接。具有实时能力的以太网也可以用于环形网状的传动调节器。如果机器单元和/或其传动中断，那么它们可以借助数据路径选择装置从数据通信中去耦。在此方面，借助该数据路径选择装置可以在总控制网络内部进行保留的信号处理单元/传动调节器及从属机器部件数据技术上的重新分配。

发明内容

本发明的目的在于，在一个环形现场总线或者其他环形通信系统中提高可支配性和可维护性。该目的通过权利要求1中提出的中断和/或去耦方法得以实现。在独立权利要求12中提出一种适用于实施该方法的数据路径切换装置。在独立权利要求21和27中限定了一种多端口交换装置或一种通信网络，它们同样以依据本发明的思路为基础，将一个中心设置的环形拓扑结构外围与允许中断的星形结构或者星形拓扑结构相组合。本发明具有优点的选择性构成来自从属权利要求。

依据本发明，网络节点/用户通过切换装置与环形网络的单个或者多个数据路径耦合，从而在识别一个或者甚至是多个中断或者去耦/断开情况下，借助单个或者多个切换装置上的开关装置通过多个或者多个数据流的绕行可以避开节点环形链上由此产生的中断处。以往通过现在中断或者去耦的节点分布的数据流通过切换装置这样进行绕行，使其按照旁路的方式避开该节点。切换装置负责环形网络中仍然保持完好和功能正常且彼此最近的用户为了数据交换而与其发射机和接收机重新相互耦合。