[发明专利]能冗余操作的工业通信系统和用于操作所述工业通信系统的方法

说明书

在具有冗余地连接到工业通信网络上的通信设备和与工业通信网络相关联的网络基础设施设备的能冗余操作的工业通信系统中至少部分地进行无线消息传输。在工业通信网络中，设有多个用于在网络节点上有线地接收到的且由所述网络节点待无线发送的消息元素的缓冲存储单元。在超过最大缓存大小时，将存在于相应的缓冲存储单元中的最旧的消息元素删除。在超过最大缓存大小之前，将最旧的消息元素选作下一个待无线发送的消息元素。

技术领域

本发明涉及一种能冗余操作的工业通信系统和用于操作所述工业通信系统的方法。

背景技术

在分布式工业自动化系统中，在采集、评估和传输测量和控制数据时要确保：完整的和未经更改的数据尤其在对时间要求严格的工业生产过程中实时可用。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。没有被传输的或没有被完整传输的讯息例如能够阻止工业自动化系统转入安全的操作状态下或留在安全的操作状态下。这最终可能会导致整个生产装置的失效和成本高昂的生产停机状态。在工业自动化系统中，通常由具有比较多的、但是相对短的消息的讯息流量而引起特殊的问题，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，如媒体冗余协议、高可用性无缝冗余协议或并行冗余协议被研发用于高可用性的、能冗余操作的工业通信网络。媒体冗余协议（MSR）在IEC62439标准中定义并且能够实现在有扰动地冗余传输消息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。根据媒体冗余协议，具有两个在环形拓扑之内的端口的交换机分配有冗余管理器，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路闭合（Ringschluss）的交换措施。在正常的操作状态下，冗余管理器借助于测试消息来检查，在环形拓扑之内是否出现中断。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消息从一个端口转发给其他端口。因此防止了具有有效数据的消息在环形拓扑之内持续地循环。如果在环形拓扑之内交换机或连接失效，那么从端口发出的测试消息不再在相应的其他端口上被接收。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消息以不同于正常的操作状态的方式从一个端口转发给其他端口并且反之亦然。此外，冗余管理器安排通知其余的交换机关于由失效所引起的拓扑改变。以这种方式避免：消息经由失效的连接进行传输。

原则上，能够以相对小的耗费实现有扰动的媒体冗余方法。然而不利的是，一方面在错误情况下消息可能会丢失，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。这种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）来进行保护，以便避免通信连接的中断。

PROFINET（IEC61158类型10）也引用媒体冗余协议作为在具有环形拓扑的通信网络之内的有扰动的媒体冗余方法。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的实时数据的扩展。然而，有计划地复制媒体冗余不是与应用无关的无扰动的媒体冗余方法，而是PROFINET的特殊扩展。

在IEC 62439-3标准中定义高可用性无缝冗余协议（HSR）和并行冗余协议（PRP），并且能够以极短的恢复时间实现消息的无扰动冗余传输。根据高可用性无缝冗余协议和并行冗余协议，由进行发送的通信设备复制每个消息，并且将其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消息。