[发明专利]高可用性装置级环底板

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求基于临时申请号为61/505,888和61/505,892的美国临时专利申请的优先权的权益，每一所述临时专利申请提交于2011年7月8日，并且其每一个的整体内容在此通过引用而明确合并入本申请内。 

技术领域

本发明涉及工业控制系统，并且具体地，涉及使用网络环的模块化高可用性工业系统。 

背景技术

诸如可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)等工业控制器是用于控制例如工厂环境中的工业处理或机械的专用电子计算机系统。工业控制器在多个方面与传统计算机不同。在物理上，它们被构造得实质上对冲击和损害更鲁棒，并且更好地抵抗外部污染和极端环境条件。处理器和操作系统针对实时控制而被优化，并且执行使得易于定制程序以适合于多个不同的控制器应用的语言。工业控制器可以具有用户界面，用于例如通过具有键盘、鼠标和显示器等的逻辑连接的终端来访问、控制和/或监视工业控制器。 

通常，工业控制器具有模块化架构，该模块化架构允许不同数量和类型的网络卡或适配器用于将该控制器连接到要通过适合于高度可靠和可用的实时通信的特殊“控制网络”来控制的处理或机械。在工业控制系统中通常使用的这种控制网络例如包括ControlNet、DeviceNet、EtherNet/IP和Sercos，其规范已被公布，并且其协议广泛地为众多制造商和供应商所使用。通过保证最大通信延迟，控制网络与诸如以太网等标准通信网络不同。例如，这可通过预先规划网络的带宽和/或为了高可用性而提供冗余的通信能力来获得。控制网络还在物理方面(如介质的类型(例如同轴电缆、双绞线、光纤等)、其操作的协议(例如波特率、信道的数量、字传输大 小、连接消息的使用等)以及如何格式化数据和如何将数据收集到标准消息内等)彼此不同。 

许多网络还包含用于在网络节点故障的情况下维修网络的协议。这些协议会需要较长的时间来重新连接网络(长达30秒)，因此对于受控处理在这个时间段期间不能在没有灾难性的后果情况下没有指引的工业控制网络来说，这是不可接受的。 

在工业控制中使网络故障衰弱的风险可经常利用冗余网络拓扑来减少，例如，在所述冗余网络拓扑中，网络节点与监督器连接成环。通常，针对所有的标准数据，该环在监督器节点处打开，从而以通常的线性拓扑来运行。监督器可以在环上的一个方向上发出测试“电报”或“信标”帧，所述测试“电报”或“信标”帧在另一个方向上在监督器处被接收，以指示环的完整性。如果该环例如因为节点或介质故障而断开，则监督器将环的端部结合在一起，以再一次产生现在出现故障的部分分开的连续的线性拓扑。可以使用通知帧将监督器的操作模式从“分开(separated)”变为“结合(joint)”的改变发送到其他节点，使得这些节点可以重建其用于将端口与目的地地址相关联的MAC地址路由表。 

这样的环系统的检错时间可以很快，主要受到信标的传输速率的限制(每几个毫秒)。该速率限定了在其之前检查到错误并可以重新配置环的最大时间。 

而且，作为其增强模块化的一部分，工业控制器可以使用通过控制网络耦合的一个或更多个工业装置。工业装置可以包括一个或更多个专用于特定类型的工业功能的一个或更多个I/O模块，该特定类型的工业功能例如是：与工业处理相结合地检测输入AC或DC信号或控制输出AC或DC信号；或者是运行电机或其他机械。每一个I/O模块可以具有连接器系统，以允许其与其他被选择的I/O模块一起以不同的组合而被安装在工业装置中，以匹配特定应用的需求。多个工业装置可以位于受控处理或机器附近的方便控制点处，以经由控制网络与工业控制器进行通信。 

工业系统可能要求增加、去除和/或修改工业控制器和工业装置的灵活性。例如，可能期望通过新工业装置来增加新工业处理，由此增大工业系统的能力或容量。类似地，可能由于工业系统(诸如已经变得陈旧的受控处理或机器等)的需求上的改变而期望修改或去除现有的工业控制器或工业装置。另外，在一些应用中，在工业系统在积极运行的同时，工业控制器和/或工业装置可能需要增加、去除或修改。这可能例如在中断处理会导 致成本较大的停机时间和/或产品缺陷的情况下出现。