专利名称：用户、主单元、通信系统及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一用户、具有若干借助相向操作的双环结构彼此连接的用 户的通信系统中的一主单元、具有主从结构的这样一种通信系统、以及所 述用户和所述通信系统的操作方法。
背景技术：
在生产和自动化技术中，串行总线系统的使用日益增加，其中，远程
设置的机器外围设备，例如I/O模块、传感器、驱动器、阀门和操作员终
端等，通过高效实时通信系统与自动化系统、工程系统或视频显示系统通 信。在这种布置方案中，所有用户通过串行总线，最好是通过现场总线联 网在一起形成网络，通常，经由总线进行的数据交换按照主从原则执行。
所述总线系统上的主动总线用户、控制装置通常拥有总线接入授权并 决定所述总线上的数据传输。所述主动总线用户在串行总线系统中称为主 单元。相反，被动总线用户通常是机器外围设备。他们没有得到总线接入 授权，即他们只被允许应主单元要求确认收到信息信号或者向后者传送信 息信号。被动总线用户在所述串行总线系统中称为从单元。
为了避免布线复杂化，具有主从结构的现场总线系统通常布置为环形 拓朴结构，所有总线用户都连接到一个环形传输路径。主单元将其产生的 信息信号元馈送给进入所述环形传输路径，并随后通过串行连接到所述环 形传输路径的从单元，而后再次由所述主单元接收并进行求值。主从系统 也可设计为多主系统。
通常，所述主单元将信息信号组织成数据分组，所述数据分组由控制
数据和有用数据组成，优选使用以太网标准，该标准能够提供长达1500字 节并具有高达100M比特/秒传输速度的数据分组。当所述主单元馈入的以 太网报文通过环状传输路径时，每个连接到所述环状传输路径的从单元都 将为该单元提供的有用数据与该以太网报文进行交换。
通常，具有环状结构的主从通信系统按如下方式配置，即主单元具有 作为进入传输媒体的数据注入点的发送单元和作为进入传输媒体的数据提 取点的接收单元。然后各个从单元在传输路径上连接到一起形成链状，其 中每个用户与两个相邻用户相连，链上的首尾用户与所述主单元连接。始 于主单元的数据分组借助该主单元的发送单元沿着一个方向被传输给第一 个与主单元连接的从单元，并由该从单元传输给下一个/人单元，直到到达
链上的最后一个从单元，而后返回所述主单元的接收单元。每个从单元都 具有用来从前一用户处接收该循环数据分组的接收单元的接口 ，和用来向 下一用户发送该循环数据分组的发送单元的接口 ，在接收单元和发送单元 之间设置有一处理单元用来处理经过该从单元的数据分组，也就是用来与 该数据分组交换分配给该从单元的有用数据。
具有主从结构的环状通信系统经常按如下方式设计主单元构成实体 线路，从单元安排其上，传输媒体具有双线结构，每个从单元具有一个组 合式发送/接收单元的两个端口 ，在传输链的最后一个从单元的输出端口内 的发送和接收单元短路。由所述主单元通过其接收单元注入所述第一线路 的数据分组由正向通路上的从单元处理，而后仅简单地通过第二线路发送 给返回路径上的主单元的接收单元。
主从通信系统的核心要求是具有高容错能力，尤其是用来生产和生产 过程自动化的主从通信系统，也就是说通信系统维持所需功能的能力，即， 例如，尽管发生了故障，仍不会影响工件的生产。这里，在通信系统中，除 了必须以不妨害生产过程的方式克服数据分组中的错误之外，还包括整个 传输链路的故障，特别是，例如，由于传输媒体的物理分离造成的故障也 必须以不妨害生产过程的方式克服。
为了得到具有容错能力的主从通信系统，特别是在链路故障的情况下， 也就是在整个传输区域的故障的情况下具有容错能力，常常使用相反方向 操作的双环结构。由此，US 4, 663,748描述了一种具有主从结构的通信系 统，其中主单元借助两个反向操作的通信路径与多个从单元串联，该主单元 同时在这两条通信路径上发出数据分组。所述从单元具有两个处理单元，这 两个处理单元其在所有情况下均连接于两条通信路径之间，以便处理通过 的数据报文。此外，在用户内设置可触发的耦合部件，从而当链路故障产 生时，例如，当通信线路中产生中断时，其通过监视两个传输环上的信号 并相应地转接通信系统对通信系统进行重新配置，从而避免通信系统中较 大区域的故障甚至是整体故障。
在DE 103 12 907 Al中，还提出了这样一种从单元的设置方式即在 数据传输方向的每个通信路径上，首先设置一处理单元，然后设置一具有 两个输入端和一个输出端的多路复用器。该多路复用器在所有情况下都将 其输入端与从单元的两个处理单元连接，并将其输出端与相关的通信路径 连接。在无故障正常操作下，两个多路复用器中的每一个均接通设置在所 述相关通信路径上的处理单元。然而，在故障模式，当所述相关通信路径 上产生链路故障时，则位于另一通信路径上的处理单元被接通。从单元的 这种设计使通信系统在故障情况下基本上实现了实时的重新配置。
但是，具有双环结构的容错主从通信系统中的A^单元具有两个用来处
理通过的数据报文的处理单元，使从单元的硬件要求提高并增加了转换的 复杂度，因此增加了成本。此外，在正常操作下，每个从单元都必须确定 应当将通过所述两个处理单元的两个数据分组中的哪一个应当用来器件控 制，这大大限制了这种通信系统在要求高数据传输速率中的使用。另夕卜，已 知的具有双环拓4卜结构的容错通信系统需要所述主单元分别响应链路故障 并从正常操作转换进入故障操作模式。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种通信系统中的用户、 一种主单元、一 种具有主从结构的通信系统和一种用来操作所述用户和所述通信系统的方 法，其以从单元和主单元中的最低硬件和转换复杂度提供当容错双环结构
中发生链路故障时进行实时重新配置的方法。
该目的通过如权利要求1所要求的一种用户、如权利要求4或7所要 求的一种主单元、如权利要求8所要求的一种通信系统、如权利要求9所 要求的一种用来操作用户的方法和如权利要求12或15所要求的一种用来 操作具有主从结构的通信系统的方法得以实现。在从属权利要求中对优选 的设计方案进行了限定。
根据本发明，包含多个用户的通信系统的用户通过第 一通信路径和第 二通信路径相互连接，所述的两条通信路径作为双环结构以彼此相反的方 向操作，所述用户以下述方式设计对于每一通信路径，所述用户在任何情 况下均包括用来在相关通信路径上接收信息信号的一接收单元，和在任何 情况下均具有用来在相关通信路径上发送信息信号的一发送单元。另外，还 提供用来处理通过所述用户的信息信号的具有输入端和输出端的单一的处 理单元，及可触发的耦合器件。在正常操作下，该可触发的耦合器件将属 于第 一通信路径的第 一接收和发送单元与属于第二通信路径的第二接收和 发送单元彼此连接，并插入所述处理单元用以处理经过的信息信号。在第 一发送单元和/或第二接收单元发生故障的情况下，也就是，当发生对所述 用户的链路故障时，所述可触发的耦合器件则通过所述处理单元将第一接 收单元连接到第二发送单元，在第一接收单元和/或第二发送单元的故障模 式下，也就是当对于相邻用户再次发生链路故障时，则通过所述处理单元 将第二接收单元连接到第一发送单元。
通过上述具有双环拓朴结构的容错通信系统中的用户的设计，当 一条 或两条通信路径上对于相邻用户发生链路故障时，可以执行实时的用户重 新配置，以便在链路故障的情况下仍然能提供无故障操作。由此，尽管存 在链路故障，但是所述用户的操作，以及与所述用户相连的通信系统的操 作可以维持原状。本发明的设计的有益效果在于每个用户处仅需提供单独
一个处理单元，从而降低了硬件复杂度，因而也降低了成本。此外，由于 经过的信息信号在经过时总是由一个当前处理单元来解释和处理，因此，在 冗余情况下，也就是说当链路故障发生时的用户行为与正常操作时的行为 没有不同。同时，这也提供了切换处理过程中的宽广的动态范围，因而符 合所述通信系统的实时需求。
关于这一点，最好将所述用户的可触发的耦合器件设计成第一多路 复用器的形式，其第一输入端与所述第一接收单元连接，其第二输入端与 所述第二接收单元连接，其输出端与所述处理单元连接；以及第二多路复 用器的形式，其第一输入端与所述第二接收单元连接，其第二输入端与所 述处理单元连接，其输出端与所述第二发送单元连接。所述第一多路复用器 在正常操作下将其第一输入端连接到其输出端，在所述第一接收单元和/或 所述第二发送单元的故障模式下将其第二输入端连接到其输出端。所述第 二多路复用器在正常操作下，将其第一输入端连接到其输出端，在所述第 一发送单元和/或所述第二接收单元的故障模式将其第二输入端连接到其 输出端。
根据本发明的可触发耦合器件的设计，其在所述处理单元之前或之后 具有两个2-1多路复用器，这确保了在所述故障情况下根据所述链路故障 发生的位置信息信号总是以如下方式传导通过所述用户即所述信息信号 在经过所述处理单元之后被反馈。采用2-1多路复用器仅需要轻微的硬件 复杂度，并且，为正常操作和故障模式之间的转换提供了一种简单高效的 方式。
才艮据本发明，具有主从结构、以多个用户作为乂人单元的通信系统中的 主单元按如下方式设置所述从单元与所述主单元通过双环结构串联，所 述双环结构由第一和第二通信路径组成并沿相反方向操作。在该方案中，所 述主结构对于每个通信路径具有一相关的发送和接收单元，所述发送单元 与发送控制单元连接，所述接收单元与接收控制单元连接。在该方案中，所 述发送控制单元将具有按预定值设定的数据字段和计数器字段的信息信号 传送给所迷主单元的两个发送单元，以在所述第一和第二通信路径上沿相 反方向分别发送。当所述信息信号经过时，每个用户的处理单元以一预定 数值改变所述计数器字段的数值。而后所述控制单元对由所述接收单元在 第一和第二通信路径上接收的两个信息信号的计数器字段的数值进行求值。
根据本发明的通信系统的设计，所述主单元具有以一种简单方式确定 通信系统故障免除的能力，特别是在链路故障发生之后通信系统进行重新 配置的情况下。在对通过所述通信路径沿相反方向循环的两个相同的信息 信号接收之后，进行了所述计数器字段的求值之后，所述主单元能够确定
处于操作中的连接的从单元的数目。这是由于所述活动的从单元中的处理
字段的数i,其结果是，关于所述从单元的可操作性的结论就可以通过^ 取主单元中接收的两个信息信号的计数器字段的数值得出。通过将接收到 的两个信息信号的计数器字段的数值进行关联，也可确定在通信系统中链 路故障发生在哪些用户之间，或者分别确定用户是否完全故障或者故障发 生在哪里。
关于这一点，在所述第 一和第二通信路径上接收的两个循环信息信号 的计数器字段最好通过将所述计数器字段的数值相加起来进行求值。由于 所述总值直接反映了连接的从单元的数量，因此该总值直接表明了所有连 接的从单元是否都是活动有效的。
根据本发明，由于在读模式下，即当所述从单元试图向所述主单元发 送数据时，通过所述主单元的发送控制单元将带有对于所述通信系统的每 个连接的用户均具有 一 关联数据区域的数据字段的信息信号传送给所述两 个发送单元，因此以一简单方式进一步提高了所述通信系统的容错能力。而 后这两个信息信号分别以相反方向在所述第一和第二通信路径上发送，当 信息信号通过时，所述用户在所述关联的数据区域写入。而后所述主单元 的接收控制单元将所述第一通信路径和所述第二通信路径上接收到的两个 信息信号的数据字段进行叠加。
按照上述过程，所述通信系统的可操作性以 一 简单的方式保证了可靠 的读模式，特别是在冗余的情况下，也就是说当由于链路故障而使所述通 信系统重新配置并且单独的用户已经转换到故障模式时也是如此。这是因 为，通过对接收到的两个信息信号的数据字段进行叠加，即，特别是通过 将其或运算，生成了一合并的数据字段，在该字段中，无论所述信息信号 如何通过所述通信路径反馈送给所述主单元，所有用户待发送的数据都包 括在内了。因此，根据本发明的过程以一简单方式提供了高容错，特别是 在双环结构中链路故障的情况下。此外，重新配置模式下所述主单元的求 值方法与正常模式下没有不同。
以下结合附图对本发明进行更为详细的说明。
图l是根据本发明的具有主从结构的通信系统的示意图，其中 图1A代表正常模式。
图1B代表发生双链路故障时第 一通信系统的重新配置。 图1C代表发生从单元故障时第二通信系统的重新配置。 图2是#4居本发明的用户的示意图。
具体实施例方式
在自动化技术中，现场总线系统的使用日益增加，在现场总线中，以 分布式布局的机器外围设备通过现场总线与自动化、工程和视频显示系统 进行通信。通常该现场总线系统具有一串行总线，其可以是，例如，电线、光 波导管或高频电缆。所有总线用户都与该现场总线相连，并区分主动总线 用户与被动总线用户。该现场总线系统上的主动总线用户是决定总线上的
数据流量的主单元。该主单元是例如在生产过程中作为过程控制计算机使
用的工业PC。该主单元拥有总线接入授权并且无需外部请求即可向现场总 线输出数据。位于该总线系统上的被动总线用户是外围机器设备，例如1/0
设备、阀门、驱动器和传感器。这些设备作为从单元使用，没有获得总线 接入授权，即，仅允许这些设备确认接收到信息信号或应主单元的要求向 后者发送信息信号。
该主从系统中的数据传输的通信标准最好是采用以太网原理。在以太 网通信系统中，待发送数据被封装为具有预定格式的数据分组，在本文中
也称为报文。该以太网报文可以具有长达1500字节的数据长度，除包含有 用数据之外，其还包含控制数据，该控制数据包括起始标识符、目标和源 地址、数据分组的类型和故障机制。
具有主从结构的以太网通信系统最好按下述方案设计各个从单元通 过传输媒体连接起来以构成一链，每个从单元与两个相邻单元连接，所述链 上的第一和最后用户与主单元连接，从而形成一环状结构。在该方案中，数 据沿着一个始于主单元的方向向紧邻的第一从单元发送，并由此依次向下 一从单元发送直至最后从单元，而后返回主单元。
为了确保高容错，特别是在通信系统中链路发生故障的情况下，即，带 有从单元的整个传输区域发生故障的情况下，例如，由于线缆断开而导致 的故障，具有主从结构的通信系统经常具有以彼此相反的方向操作的两条 通信路径。由于这种沿相反方向操作的双环结构，在链路故障的情况下就 有可能在所述通信系统中执行重新配置措施以便在存在链路故障的情况仍 能维持所述通信系统的可操作性。
图1所示为根据本发明一实施例的上述容错通信系统的基本电路图。 该通信系统具有通过双环结构2与N个从单元3串联的主单元1。所述双环 结构包括两个相互对向经过被连接的从单元3的单向通信路径21、 22。主 单元1作为数据提取点通过第一发送单元TX11与第一通信路径21连接，并 作为数据提取点通过第二发送单元TX12与第二通信路径22连接。此外，主 单元1作为第一通信路径21的数据注入点具有第一接收单元RX13,作为第 二通信路径22的数据注入点具有第二接收单元RX14。第一发送单元TX11
和第二发送单元TX12通过第一控制线路15与发送控制单元16连接。第一 接收单元RX13和第二接收单元RX14通过第二控制线^各17与接收控制单元 18连接。
每个从单元3都具有第一接收单元RX31的接口和第一发送单元TX32 的接口。第一接收单元RX31的接口用来接收通过第一通信路径21传送的 来自前一用户的报文，第一发送单元TX32的接口用来通过第一通信路径21 向下一用户转发。此外，每个从单元3都具有第二接收单元RX33的接口和 第二发送单元TX34的接口 ，第二接收单元RX33的接口用来接收通过第二 通信路径22传送的来自前一用户的循环以太网报文，第二发送单元TX34 的接口用来向下一用户转发。在每个从单元3中，在第一接收单元RX31、第 二4^收单元RX32、第一发送单元TX33和第二发送单元TX34之间，还连4妄 了处理单元35和可触发的耦合器件37。
图2更详细地示出了从单元3的基本电路图。在从单元3中，连接到 第一通信路径21的第一接收单元RX31和连接到第二通信路径22的第二发 送单元TX34组成端口 0。连接到第二通信路径22的第二接收单元RX33和 连接到第一通信路径21的第一发送单元TX32组成端口 1。
可触发耦合器件37具有被设计为2-1多路复用器的第一转换开关38 和第二转换开关39。在本方案中，接受和发送单元31、 32、 33、 34、可触 发耦合器件37的多路复用器38、 39以及处理单元35通过线路网络40按 照图2中箭头所示的方式互联。
第一接收单元RX31的输出端连接到第一多路复用器38的第一输入端。 第 一多路复用器38的第二输入端连接到第二接收单元RX33。第 一多路复用 器38的输出端还连接到处理单元35。而第二多路复用器39的第一输入连 接到第二接收单元RX33，其第二输入连接到处理单元35的输出端。第二多 路复用器39的输出端连接到第二发送单元TX34。另外，处理单元35的输 出端还通过线路网络40连接到第 一发送单元TX32。
在图1A所示的通信系统的无故障正常操作情况下，所述主单元的发送 控制单元16将一报文传输给第一发送单元TX11和第二发送单元TX12，而后 这两个发送单元沿相反方向通过第一通信路径21和第二通信路径22同时 将所述报文发出。在该过程中，所述报文沿相反方向经过被连接的从单元 3，从单元3中的所有可触发的耦合器件37都以下述方式连接处理单元35 的输入端连接到第一接收单元RX31，处理单元35的输出端连接到第一发送 单元TX32,并且第二接收单元RX33连接到第二发送单元TX34。
在从单元3的上述操作模式下，可触发耦合器件37确保了沿相反方向 在第一通信路径21和第二通信路径22上循环的所述两个相同的报文总是 按如下方式通过所述从单元只有通过第一通信路径21发送的报文会由处
理单元35处理。与此相反，在第二通信路径22上循环的报文仅由从单元3 经过，未经处理就再次抵达主单元1。沿相反方向经由第一和第二通信路径 21、22循环的两个报文在这种情况下由主单元1的第一接收单元RX13和第 二接收单元RX14识别，并通过第二控制线路17被发送给接收控制单元18 以进行求值。
因此，在根据本发明的设计方案中，包含两个2-1多路复用器38的可 触发耦合器件37,在无故障正常操作下按如下方式接受控制在两条通信 路径21、 22上同时但方向相反地循环的两个相同的报文中，只有第一通信 路径21上的报文通过从单元3的处理单元35进行处理。在第二通信路径 22上循环的报文用作冗余并且被不经改变地反馈到主单元1。
根据本发明的具有主从结构的该通信系统同样够在链路故障的情况下 即发生链路故障时在各个从单元中重新配置通信路径，从而维持整体通信 系统的可操作性。在该主从结构中从单元通过沿相反方向操作的两个双环 结构与主单元串联，每个从单元3中只提供单独一个处理单元35。
图1B示出了在从单元M和从单元M+l之间的双链路故障。图1C代表 从单元M的完全故障，相当于发生了两个双链路故障， 一个位于从单元M-1 和从单元M之间，另 一个位于从单元M+l和从单元M之间。发生此种双链路 故障时，按如下方式驱动从单元3的可触发耦合器件37:在所有情况下，由第 一通信路径21或第二通信路径22抵达的报文在另一条通信路径上反馈到 主单元1,所述报文总是首先通过从单元3的处理单元35。
在如图1B所示的从单元M和从单元M+l之间发生双链路故障的情况下， 从单元1到M-1和M+2到M处于正常操作，而从单元M和M+l被重新配置。 在图1C所示的从单元M完全故障的故障情况下，从单元1到M-2和从单元 M+2到M处于正常操作。而从单元M-l和M+l被重新配置。
上述重新配置最好由>^人单元3的两个端口 0和1触发。这两个端口 0 和1采用已知的检测程序检测所述从单元是否能与一相邻从单元通信。若 端口 0或端口 l检测到链路故障，则执行一相应的故障模式，并且按需要 方式驱动从单元的可触发耦合器件34。
在端口 l的故障模式中，如同图1B所示的双链路故障中在从单元M中 所发生的情况，以及如图1C所示的器件故障中在从单元M-1中所发生的情 况，可触发耦合器件37以下述方式驱动处理单元35的输入端连接到第一 接收单元RX31，处理单元35的输出端连接到第二发送单元TX34。在第一 通信路径21上循环的报文由此经处理单元35反馈回第二通信路径22。在 如图2所示的可触发耦合器件37的设计方案中，在具有第一多路复用器38 和第二多路复用器39的从单元3中，其按下述方式发生第二多路复用器 39的第二输入端与其输出端连接。而第一多路复用器38维持在正常模式。
在从单元3的端口 0的故障模式的情况下，即当第一接收单元RX31和 /或第二发送单元TX34冲全测到通向相邻从单元的通信路径中断时，在图1B 所示的双链路故障的情况下发生在从单元M+1，在图1C所示的器件故障的 情况下发生在从单元M+l，从单元3中的可触发耦合器件34以下述方式驱 动处理单元35的输入端连接到第二接收单元RX33，处理单元35的输出 端连接到第一发送单元TX32，这样在第二通信路径22上通过的报文在经处 理单元35处理后由第一通信路径21反馈到主单元1。在如图2所示的可触 发耦合器件34的实施例中，其按以下述方式发生第一多路复用器38将 其第二输入端切换到其输出端，而第二多路复用器39维持在正常模式。
由此，根据本发明的程序使得可以借助于双环结构和可触发耦合器件， 以一简单方式在只具有一处理单元的从单元中执行所述通信系统中的重新 配置措施，从而确保通信系统在链路故障情况下的可操作性，在冗余情况 下所述从单元关于报文处理的行为与正常模式中没有不同。
除了图1B和1C所示的通向相邻用户的两条通信路径都中断的双链路 故障之外，根据本发明的程序还实现了只有 一条通信路径中断的单链路故 障的检测，并通过相应地重新配置与故障位置相邻的用户实现了维持所述 通信系统的可操作性。
由于在从单元3中还始终只提供了一个处理单元35,因此，与具有两 个处理单元的从单元相比，不需要对由哪一个处理单元负责处理报文做出 决定。
为了以较低硬件支出，还特别是主单元1的较低硬件支出，获得通信 系统的高容错，以这样一种方式执行沿相反方向在第一通信路径21和第二 通信路径22上循环的报文的处理在无故障正常操作过程中的处理与在故 障模式的情况下的没有显著不同。在链路故障情况下通过重新配置单独的 从单元来维持通信系统的可操作性。所述从单元可以采用本发明的方式设 计。但也可使用可用作具有双环结构的主从系统的 一部分的具有不同转换 构造的/入单元。
根据本发明，在主单元1中，通过位于第一通信路径21上的第一接收 单元RX13和通过位于第二通信路径22上的第二接收单元RXM接收的两个 报文在接收控制单元18中叠加，以由此产生单独一个报文。这最好通过对 所述两个报文的有用数据逐位进行或运算来进行。
此外，在所有情况下，所述报文均在控制数据区域具有一个计数器字 段，为了确定通信系统的操作状态，特别是确定链路故障的发生，而求取 该字段的数值，最好是相加到一起。根据本发明，该工作按下述方式进行主 单元1的发送控制单元16分别向第一发送单元TX22和第二发送单元TX12 的发送一个具有按预定值设定的数据字段和计数器字段的相同的报文，分
别沿相反方向在第一通信路径21和第二通信路径22上发送。每个被连接 的从单元3的处理单元35也以下述方式设计当所述报文通过时，所述计 数器字段的数值被一预定数值改变。在接收控制单元18中，则在分別求取 由第 一通信路径21上的第 一接收单元RX13和由第二通信3各径22上的第二 接收单元RX14接收到的两个报文的计数器字段的数值。然后就可以根据所 述两个计数器字段的数值通过简单相加来确定所有连接的从单元是否都是 有效活动的。
上述工作最好以下述方式进行将所述报文的计数器字段在沿相反方 向送出时设置为数值0，当所述报文通过从单元3时，处理单元35将该计 数器字段的数值加l。由于本发明的所述用户设计，在正常模式和在用户电 路重新配置的故障模式下，都只有一个报文曾经被所述处理单元处理，因 此反馈到主单元1的所述两个报文的计数器字段的合值确定了活动用户的
用户的例如:图、1C所示的两个双链路故障引起的完全1丈障。此外，根据已 知的连接从单元的数目作，通过比较所述两个计数器字段的数值，可以确 定所述链3各故障的确切位置，例如在图1B其发生在从单元M和从单元M+l 之间。
由于沿相反方向在第一通信路径21和第二通信路径22上循环的两个 相同的报文是以下述方式设计的即在有用数据字段中数据区域被分配给 每个相连的从单元，因此还实现了通信系统的容错操作，特别是在链路故 障发生时通过改变所述信号在用户中的行程来重新配置所述通信系统的情 况下。每个从单元3的处理单元35在相关数据区域与所述通过的报文进行 数据交换。而后，在主单元1的接收控制单元18中，叠加由第一通信路径 21上的第一接收单元RX13和由第二通信路径22上的第二接收单元RX14所 接收到的两个报文的有用数据字段，从而得到一公共报文。只要所有的从 单元3都还是有效活动的，无论所述通信系统是在正常操作还是在发生时 链路故障的故障模式，该叠加后的报文总是相同的。
在读^t式中，当从单元3试图向主单元1发送数据时，由主单元1的 发送控制单元16通过第一控制线路15向两个发送单元TXll、 TX12传送整 个有用数据字段设置为0的报文。而后从单元3的处理单元35将所需数据 写入相关的有用数据区域。主单元1的接收控制单元18随后对由第一通信 路径21上的第一接收单元RX13和由第二通信路径22上的第二接收单元 RX14接收到的两个报文的有用数据字段进行或运算，以构成公共报文。无 论所述通信系统是处于正常模式还是处于重新配置模式，经过或运算后的 报文总是包括了由主单元1要求的相连的从单元3的所有的数据。
在写才莫式中，当主单元1希望经由第一控制线^各15向从单元3发送例 如控制命令时，主单元1的发送控制单元16向发送单元TXll、 TX12发送 具有有用数据的含有等发送从单元3数据的字段的报文，以便在两个通信 3各径21、 22沿相反方向同时将其发送。而后，从单元3的处理单元35都 会从所述报文中提取相关数据，无论是处于正常模式还是处于重新配置模 式。原则上，不再需要对反馈到主单元1并被第一接收单元RX13和第二接 收单元RX14接收的两个报文中的有用数据字段进行或运算。这样一种或运 算处理得到了带有有用数据字段的公共报文，该有用数据字段与所发送的 才艮文中的有用数据字段相对应。
按照本发明的主从通信系统的设计方案，在各个独立的从单元随机排 列的情况下，但特别是如果从单元按照本发明的方式排列和操作的情况下， 主单元可以以一种简单方式确定通信系统中的故障自由度，特别是在链路 故障发生后重新配置双环结构中信号行程的情况下。此外，即使是在冗余 情况下，即当所述通信系统中的单独用户已经转换到故障模式时，仍然能 够通过将两个反馈报文的有用数据字段进行叠加确保可靠的读写操作。
权利要求
1.一种通信系统中的用户(3)，其具有通过第一通信路径(21)和第二通信路径(22)互相连接的若干用户，其中所述第一通信路径和第二通信路径彼此以相反的方向操作，并且所述用户(3)包括第一接收单元(31)，其连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通信路径(21)上接收信息信号；第一发送单元(32)，其连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通信路径(21)上发送信息信号；第二接收单元(33)，其连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通信路径(22)上接收信息信号；和第二发送单元(34)，其连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通信路径(22)上发送信息信号；处理单元(35)，其具有输入端和输出端，用来处理所述信息信号；和可以被触发的耦合器件(37)；该可以触发的耦合器件(37)在正常模式下将所述处理单元(35)的输入端与所述第一接收单元(31)连接，将所述处理单元的输出端与所述第一发送单元(32)连接并将所述第二接收单元(33)与所述第二发送单元(34)连接；该可以触发的耦合器件(37)在所述第一发送单元(32)和/或所述第二接收单元(33)的故障模式下，将所述处理单元(35)的输入端与所述第一接收单元(31)连接，将所述处理单元(35)的输出端与所述第二发送单元(34)连接；并且该可以触发的耦合器件(37)在在所述第一接收单元(31)和/或所述第二发送单元(34)的故障模式下，将所述处理单元(35)的输入端与所述第二接收单元(33)连接，将所述处理单元(35)的输出端与所述第一发送单元(32)连接。
2. 如权利要求1所述的通信系统中的用户，其中所述可触发的耦合器 件(37)包括第一多路复用器(38 )，其第一输入端与所述第一接收单元(31 )连接， 其第二输入端与所述第二接收单元(33)连接，其输出端与所述处理单元 (35)的输入端连接；第二多路复用器(39 )，其第一输入端与所述第二接收单元(35 )连接， 其第二输入端与所述处理单元(35)的输出端连接，其输出端与所述第二 发送单元(34 )连接； 所述第一多路复用器(38)在正常模式下将其第一输入端与其输出端 连接；在所述第一接收单元(31)和/或所述第二发送单元(34)的故障模 式下将其第二输入端与其输出端连接；所述第二多路复用器(39)在正常模式下将其第一输入端与其输出端 连接，在所述第一发送单元(32)和/或所述第二接收单元(33)的故障模 式下将其第二输入端与其输出端连接。
3. 如权利要求1或2所述的通信系统中的用户，其中所述第一发送单 元(32)和所述第二发送单元(34)和/或所述第一接收单元(31)和所述 第二接收单元(33)用来检测已经连接的通信路径(21、 22)上的链路故 障并启动相应的故障模式。
4. 一种通信系统中的具有主从结构的主单元，所述通信系统具有作为 从单元(3)的多个用户，所述从单元通过由所述第一通信路径(21)和第 二通信路径(22)构成的沿相反方向操作的双环结构(2)与所述主单元串 联，其中所述主单元(1)包括第一发送单元(ll)，其连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通 信路径(21)上发送信息信号；第二发送单元(21)，其连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通 信路径(22)上发送信息信号；第一接收单元(13)，其连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通 信路径(21)上接收信息信号；第二接收单元(14)，其连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通 信路径(22)上接收信息信号；发送控制单元(16)，其连接到所述第一发送单元(11)和所述第二发 送单元(12 );和接收控制单元(18)，其连接到所述第一接收单元(13)和所述第二接 收单元(14 );所述发送控制单元(16)用来将带有按预定值设定的数据字段和计数 器字段的信息信号传输给所述第一发送单元(11)和所述第二发送单元 (12),以便别沿相反方向在所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径 (22 )上发送，每个用户的处理单元用来在所述信息信号经过时将所述计数器字段的 数值改变一预定数值，并且所述接收控制单元(18)分别对所述第一通信路径(31)上的接收单 元(13)和所述第二通信路径(22)上的接收单元(14)接收到的两个信 息信号中的计数器字段的数值进行求值。
5. 如权利要求4所述的通信系统中的具有主从结构的主单元，其中所 述接收控制单元(18)用来对所述第一通信路径(21)上的接收单元(13) 和所述第二通信路径(22)上的接收单元(14)接收到的信息信号的计数 器字段的数值进行相加。
6. 如权利要求4或5所述的通信系统中的具有主从结构的主单元，其 中，在读模式中，所述发送控制单元被用来向所述第一发送单元(11)和 所述第二发送单元(12)传送信息信号，该信息信号中包含数据字段，该 数据字段中具有与每个已连接用户(3)都相关的数据区域，用来在分别沿 相反的方向在第一通信路径(21)和第二通信路径(22)上发送；所述每个用户的处理单元(35)被用来在处理所述通过的信息信号时 写入相关数据区域；所述接收控制单元(18)用来将所述第一通信路径(21)上的接收单 元(13)和所述第二通信路径(22)上的接收单元(l4)接收到的两个信 息信号的数据字段进行叠加。
7. —种通信系统中的具有主从结构的主单元，所述通信系统具有多个 作为从单元(3)的用户，所述从单元通过由所述第一通信路径(21)和第 二通信路径(22)构成的沿相反方向操作的双环结构(2)与所述主单元串 联，其中，所述主单元(1)包括第一发送单元(ll)，其连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通 信路径(21)上发送信息信号；第二发送单元(21)，其连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通 信路径(22)上发送信息信号；第一接收单元(13)，其连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通 信路径(21)上接收信息信号；第二接收单元(14)，其连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通 信路径(22)上接收信息信号；发送控制单元(16 )，其连接到所述第一发送单元(11)和所述第二发 送单元(12);接收控制单元(18)，其连接到所述第一接收单元(13)和所述第二接 收单元(14 );其中所述发送控制单元(16)在读模式中将信息信号传输给所述第一 发送单元(11)和所述第二发送单元(12)，该信息信号具有数据字段，该 数据字段中具有与每个连接用户(3)相关联的数据区域，以便分别沿相反 方向在所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)上发送，其中所述接收控制单元(18)在读模式中对所述第一通信路径(21) 上的接收单元(13)和所述第二通信路径(22)上的接收单元(14)接收 到的两个信息信号的数据字段进行叠加。
8. —种具有主从结构的通信系统，包括如权利要求4至6中任意权利 要求所述的主单元(1)和作为从单元(3)的多个用户，特别是如权利要 求1至3中任意权利要求中所述的用户。
9. 一种用来操作通信系统中的用户(3)的方法，该通信系统中具有多 个经由第一通信路径(21)和第二通信路径(22)彼此相连用户(3)，所 述用户，其中所述第一通信路径(21)和所述第二通信路径(22)沿彼此 相反的方向操作，并且其中所述用户(3)包括第一接收单元(31),连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通信 路径(21)上接收信息信号；第一发送单元(32)，连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通信 路径(21)上发送信息信号；第二接收单元(33)，连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通信 路径(22)上接收信息信号；和第二发送单元(34)，连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通信 路径(22)上发送信息信号；具有输入端和输出端的处理单元(35)，用来处理信息信号；和可以触发的耦合器件(37)，该可以触发的耦合器件(37):在正常模式下将所述处理单元(35)的输入端与所述第一接收单元(21 ) 连接，将所述处理单元的输出端与所述第一发送单元(38)连接，将所述 第二接收单元(33)与所述第二发送单元(34)连接；在所述第一发送单元(32)和/或所述第二接收单元(33)的故障模式 下将所述处理单元(35)的输入端与所述第一接收单元(31)连接并将所 述处理单元(35)的输出端与所述第二发送单元(34)连接；在所述第一接收单元(31)和/或所述第二发送单元(34)的故障模式 下，将所述处理单元(35)的输入端与所述第二接收单元(33)连接，将 所述处理单元的输出端与所述第一发送单元(32)连接。
10. 如权利要求9所述的用来操作通信系统中的用户(3)的方法，其 中所述可触发的耦合器件(37)包括第一多路复用器(38)，其第一输入端与所述第一接收单元(31)连接, 其第二输入端与所述第二接收单元(33)连接，其输出端与所述处理单元 (35)的输入端连接；第二多路复用器(39 )，其第一输入端与所述第二接收单元(33 )连接， 其第二输入端与所述处理单元(35)的输出端连接，其输出端与所述第二 发送单元(34)连接；所述第一多路复用器(38)在正常模式下将其第一输入端与其输出端 连接；在所迷第一接收单元(31)和/或所述第二发送单元(34)的故障模 式下将其第二输入端与其输出端连接；所述第二多路复用器(39)在正常模式下将其第一输入端与其输出端 连接；在所述第一发送单元(32)和/或所述第二接收单元(34)的故障模 式下将其第二输入端与其输出端连接。
11. 如权利要求9或10所述的用来操作通信系统中的用户(3 )的方法， 其中所述第一发送单元(32)和所述第二发送单元(34)和/或所述第一接 收单元(31)和所述第二接收单元(33)用来检测连接的通信路径(21、 22)上的链路故障并启动相应的故障模式。
12. —种用来操作具有主从结构的通信系统的方法，所述通信系统包括 主单元(1)和作为从单元的多个用户(3),特别是采用如权利要求9至11 任意一个所述的方法进行操作的用户，其中所述从单元(3)通过所述第一通 信路径(21)和第二通信路径(22 )构成的沿相反方向操作的双环结构(2 ) 与所述主单元(1)串联，其中所述主单元(1)包括第一发送单元(ll)，其连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通 信路径(21)上发送信息信号；第二发送单元(12)，其连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通 信路径(22)上发送信息信号；第一接收单元U3)，其连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通 信路径(21)上接收信息信号；第二接收单元(14),其连接到所述第二通信路径(22),用来在所述 第二通信路径(22)上接收信息信号；发送控制单元(16 ),其连接到所述第一发送单元(11)和所述第二发 送单元(12 );接收控制单元(18),其连接到所述第一接收单元(13)和所述第二接 收单元(14);其中，所述发送控制单元(16)将具有设按预定值设定的数据字段和 计数器字段的信息信号传输给所述第一发送单元(11)和所述第二发送单元(12)，以便分别沿相反方向在所述第一通信路径(21)和所述第二通信 路径(22 )上发送；当所述信息信号经过时，每个用户的处理单元都按照一预定数值将所 述计数器字段的数值改变，并且所述接收控制单元(18)在所有情况下对由所述第一通信路径(21) 上的接收单元(13)和由所述第二通信路径(22)上的接收单元(14)接 收到的两个信息信号的计数器字段的数值进行求值。
13. 如权利要求12所述的用来操作具有主从结构的通信系统的方法，其 中所述接收控制单元(18 )将所述第一通信路径(21 )上的接收单元(13 ) 和所述第二通信路径(22)上的接收单元(14)接收到的信息信号的计数 器字段的数值进行相加。
14. 如权利要求12或13所述的用来操作具有主从结构的通信系统的方 法，其中在读模式中，所述发送控制单元(16)向所述第一发送单元(11) 和所述第二发送单元(12)传输带有数据字段的信息信号，以分别沿相反 的方向在第一通信路径(21)和第二通信路径(22)上发送，所述数据字 段具有与每个相连用户(3)的关联数据区域；所述每个用户的处理单元(35)在处理所述通过的信息信号时写入相 关数据区域，并且所述接收控制单元(18)对所述第一通信路径Ul)上 的接收单元(13)和所述第二通信路径(22)上的接收单元(14)接收到 的两个信息信号的数据字段进行叠加。
15. —种用来操作具有主从结构的通信系统的方法，所述通信系统包 括主单元(1)和作为从单元的多个用户(3),特别是采用如权利要求7至 9中任意一个所述的方法进行操作的用户，其中所述从单元(3)通过所述第 一通信路径(21)和第二通信路径(22)构成的沿相反方向操作的双环结 构(2)与所述主单元(1)串联，其中所述主单元(1)包括第一发送单元(ll)，连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通信 路径(21)上发送信息信号；第二发送单元(12),连接到所述第二通信路径，用来在所述第二通信 路径(22)上发送信息信号；第一接收单元(13),连接到所述第一通信路径，用来在所述第一通信 路径(21)上接收信息信号；第二接收单元(14)，连接到所述第二通信路径(22),用来在所述第二通信路径(22)上接收信息信号；发送控制单元(16),连接到所述第一发送单元(11 )和所述第二发送 单元(12);接收控制单元(18),连接到所述第一接收单元(13)和所述第二接收 单元(14);其中，所述发送控制单元(16)将信息信号传输给所述第一发送单元 (11)和所述第二发送单元(12),该信息信号具有数据字段，该数据字段 具有每个相连用户(3)的相关数据区域，以便分别沿相反方向在所述第一 通信路径(21)和所述第二通信路径(22)上发送，当所述信息信号经过时，每个用户的处理单元(35)写入相关数据区 域，并且所述接收控制单元(18 )对所述第一通信路径(21 )上的接收单元(13 ) 和所述第二通信路径(22)上的接收单元(14)接收到的两个信息信号的 数据字段进行叠加。
16.如权利要求11至14中任意权利要求所述的用来4喿作具有主从结 构的通信系统的方法，该方法被用来控制和调节多个伺服马达。
全文摘要
本发明涉及一种具有主从结构的通信系统，其包括通过第一通信路径和第二通信路径互相连接的若干用户，其中所述第一通信路径和第二通信路径以彼此相反的方向操作，在所有情况下，所述用户具有连接到所述第一通信路径的第一接收单元，用来在所述第一通信路径上接收信息信号；连接到所述第一通信路径的第一发送单元，用来在所述第一通信路径上发送信息信号；连接到所述第二通信路径的第二接收单元，用来在所述第二通信路径上接收信息信号；和连接到所述第二通信路径的第二发送单元，用来在所述第二通信路径上发送信息信号；用来处理信息信号的输入端和输出端的处理单元；和可以触发的耦合器件，其中所述可以触发的耦合器件在正常模式，将所述处理单元的输入端与所述第一接收单元连接，将所述处理单元的输出端与所述第一发送单元连接，将所述第二接收单元与所述第二发送单元连接，在所述第一发送单元和/或所述第二接收单元的故障模式，将所述处理单元的输入端与所述第一接收单元连接，将所述处理单元的输出端与所述第二发送单元连接，在所述第一接收单元和/或所述第二发送单元的故障模式，将所述处理单元的输入端与所述第二接收单元连接，将所述处理单元的输出端与所述第一发送单元连接。
文档编号H04L12/437GK101176313SQ200680016637
公开日2008年5月7日 申请日期2006年4月1日 优先权日2005年4月11日
发明者弗良兹-约瑟夫·古查斯基, 德克·江森 申请人:倍福自动化有限公司