配置工业自动化系统的模块式控制设备的方法和模块式控制设备与流程

背景技术：

工业自动化系统用于对技术过程进行监控、闭环控制和开环控制，尤其是在制造、处理和楼宇自动化领域，并且能够实现控制装置、传感器、机器和工业设备的、尽可能自主并且不依赖人工干预的运行。基于信息技术对于包含许多联网的控制或计算机单元的自动化系统不断提升的重要性，对于提供监控、闭环控制和开环控制功能来说，用于可靠地提供分布在一个自动化系统上的功能的方法越来越重要。

工业自动化系统的计算机单元或者自动化设备之间的通信连接的中断可能导致不期望地或不必要地重复传输服务请求。这造成工业自动化系统的通信连接的额外负荷，这可能导致进一步的系统干扰或者错误。此外，未传输或未完整传输的报文可能例如会妨碍工业自动化系统过渡到或者保持在可靠的运行状态。这最终可能导致整个生产设备的停机和高成本的停产。工业自动化系统中经常因为较多、但是相对较短的报文的消息往来而引起特别严重的问题，由此使得以上问题更加严重。

由ep1188293b1已知一种用于可编程逻辑控制器的端口模块，端口模块使得能够通过工业自动化系统以外的通信设备或计算机单元将数据请求传输到可编程逻辑控制器，例如通过因特网。端口模块包括一个具有实时运行系统的处理器、一个通信网络端口和一个用于可编程逻辑控制器的背板总线系统的背板总线驱动器。此外在端口模块中应用了包括第一和第二协议栈的双协议栈、以及一个客户端控制过程。客户端控制过程用于与双协议栈以及背板总线驱动器通信并且初始化数据请求。额外地还预设了服务器控制过程，以用于与双协议栈以及背板总线驱动器通信并且应答数据请求。此外，一个协议控制过程用于与双协议栈以及背板总线驱动器通信并且调取及应答针对协议栈的请求。第一协议栈是为时间不关键的报文所设置的，而时间关键的报文通过第二协议栈被处理。

在us2004/0114591a1中描述了一种可编程逻辑控制器，它包括一个背板总线系统以及与背板总线系统连接的模块，它们借助因特网通信协议(ip)经由背板总线系统通信。在此，每个模块都具有自己的ip地址。

ep2913727a1涉及一种模块式工业自动化设备，其具有一个背板总线系统、多个连接在背板总线系统上的功能模块，功能模块分别包括一个通信网络适配器、一个用于应用通信协议栈的功能单元和一个与通信网络适配器耦联的桥接元件。此外还设计了一个连接在背板总线系统上的路由器模块，路由器模块包括一个通信网络适配器、一个与通信网路适配器耦联的用于应用路由器通信协议栈的功能单元和用于每个功能模块的各一个耦联元件。这种耦联元件经由背板总线系统将用于应用路由器通信协议栈的功能单元与各个功能模块的桥接元件耦联。只有路由器模块的通信协议栈包含路由功能。

技术实现要素：

本发明基于以下目的，实现一种方法，它能够低耗费地配置可与多个不同子网络连接的模块式控制设备，以及提供一种合适的控制设备。

所述目的根据本发明通过一种具有在权利要求1中提出的特征的方法并且通过一种具有在权利要求13中提出的特征的模块式控制设备得以解决。本发明的有利改进方案在从属权利要求中给出。

根据本发明的方法设置用于配置模块式控制设备，模块式控制设备包括用于处理控制程序的中央单元和至少一个通信模块，它们分别包括一个集成的路由器并且经由背板总线系统相互连接。在此，第一路由器具有拓展的路由器功能以用于与上级通信网络连接，而第二路由器具有受限的路由器功能以用于与下级的现场级子网络连接。经由背板总线系统进行的数据传输优选地按照因特网协议实现。

根据本发明，第一路由器的路由器配置单元分别检测经由其他路由器的路由器配置单元可提供的路由器功能和相应路由器所配属的优先值。此外，第一路由器的路由器配置单元分别根据所检测的、其他路由器的路由器功能检查，是否存在其他的第一路由器。此外，在存在其他的第一路由器时，第一路由器的路由器配置单元还分别根据优先值来检查，哪个第一路由器分配有最高优先值。具有最高优先值的第一路由器被配置为上级路由器，以用于与上级通信网络连接。所有其余的路由器分别配置为下级路由器，以用于与下级的现场级子网络连接并且接收通过上级路由器预设的名称服务配置和子网络地址配置。以这种方式，即使没有事先的规划也可以确保模块式控制设备与多个下级的现场级子网络以及与上级通信网络之间的自动连接。

按照根据本发明的方法的一种有利的改进方案，如果不存在第一路由器，就将中央单元的路由器配置为上级路由器。在这种情况下，中央单元的路由器例如可以接收借助规划系统预设的名称服务配置和子网络地址配置，从而始终确保限定的配置。

此外，按照本发明的另一种有利的设计方案，上级路由器能够借助它的路由器配置单元从上级通信网络接收名称服务配置和子网络地址配置。优选地，下级路由器借助它们的相应的路由器配置单元接收上级路由器的名称服务配置和子网络地址配置。因此确保模块式控制设备的所有集成的路由器的彼此一致的配置。

按照根据本发明的方法的一种优选的设计方案，在运行持续期间，在不替换地移除一个通信模块时，剩余的路由器的配置保持不变。以有利的方式，在运行持续期间，配属于中央单元的路由器配置单元只有或者说在添加通信模块时才检查，哪个路由器要配置成上级路由器。与之相应地，配属于中央单元的路由器配置单元只有在上级路由器发生改变时才使得配置分别与上级路由器的改变相关的路由器进行重新配置。以这种方式能够使得模块式控制设备的配置在运行持续时保持尽可能稳定。尤其是，尚未完全结束的通信模块更换以这种方式不会导致出现不一致的或者不稳定的系统配置。在这个意义上还可以提出，在控制程序运行期间，配属于中央单元的路由器配置单元针对配置改变被锁止。在这种情况下还优选地，在控制程序运行期间，配置于中央单元的路由器配置单元即使在添加通信模块时也针对配置改变被锁止。

按照本发明的另一种设计方案，在存在其他的第一路由器时，第一路由器的路由器配置单元检查，在中央单元内是否存储有上级路由器的规划，该规划相对于相应的第一路由器的优先值是优先的。有利地，在检查结果为是的情况下，符合存储在中央单元中的规划的第一路由器被配置为上级路由器。因此也可以通过规划的配置来预设期望的路由器拓扑。

根据本发明的模块式控制设备设置用于执行符合先前实施方式的方法，并且包括用于处理控制程序的中央单元和至少一个通信模块，它们分别包括集成的路由器并且经由背板总线系统相互连接。在此，第一路由器具有拓展的路由器功能，以用于与上级通信网络连接，而第二路由器具有受限的路由器功能，以用于与下级的现场级子网络连接。第一路由器的路由器配置单元构造和设置用于，分别检测经由其他路由器的路由器配置单元可提供的路由器功能和相应的路由器所配属的优先值。此外，第一路由器的路由器配置单元构造和设置用于，分别根据所检测的、其他路由器的路由器功能检查，是否存在其他的第一路由器。

根据本发明，第一路由器的路由器配置单元构造和设置用于，在存在其他的第一路由器时分别根据优先值检查，哪些第一路由器分配有最高优先值。此外，路由器还构造和设置用于，将具有最高优先值的第一路由器配置为上级路由器，用于与上级通信网络连接。额外地，路由器还构造并且设置用于，将所有其余的路由器分别配置为下级路由器以用于与下级的现场级子网络连接，并且接收通过上级路由器所预设的名称服务配置和子网络地址配置。

附图说明

接下来根据实施例借助附图更详尽地阐述本发明。图中示出

图1示意性示出工业自动化系统的模块式控制设备，具有多个连接在背板总线系统上的通信模块和集成的路由器，

图2示出根据图1的模块式控制设备，它的集成的路由器分别分配有一个路由器管理器或路由器拓扑管理器组件。

具体实施方式

在图1中所示的模块式控制设备具有控制中央单元101和多个通信处理器102，它们经由基于ipv6的背板总线103相互连接。模块式控制设备在本实施例中是可编程逻辑控制器。

控制中央单元101和通信处理器102都分别包括至少一个以太网端口105或现场总线端口106，用于将模块式控制设备上行链接(uplink)到设施网络111上或者下行链接(downlink)到现场总线子网络112上。以太网端口105除了可以用于上行链接之外还可以用于下行链接到基于profinet的现场总线子网络。此外，控制中央单元101和通信处理器102还分别包括集成的路由器104，它尤其应用ip通信协议栈并且经由作为硬件提取元件的端口驱动器访问以太网端口105或现场总线端口106。

在迄今的模块式控制设备中，必须在启动之前规划：哪些端口设置用于上行链接，并且哪些端口用于下行链接。因为模块式控制设备的背板总线103允许构建具有多播特性的、独立的ipv6链接并且可以由于ipv6堆栈被视为以太网链接，所以可提供的功能也能够用在背板总线103上。这尤其包括自行地分散生成ipv6地址。

为了在一个层级内对集成到控制中央单元101和通信处理器102中的路由器104进行组织，为每个路由器104或者指派一个作为上行路由器的角色或者指派一个作为下行路由器的角色。通常为每个模块式控制设备仅设置一个路由器作为上行路由器。在特殊情况下，多个路由器可以同时承担上行路由器的角色。在此适用具有自动链接的多宿主网络的有关规则。

上行路由器对于背板总线103代表用于下行路由器的默认路由器。在此，规定上行路由器的一个端口作为上行端口。上行路由器的所有其余端口被视为下行端口。下行路由器使用上行路由器作为它的默认路由器。除了下行路由器的用于背板总线103的内部端口以外，下行路由器的所有端口都被视为下行端口。ipv6路由器经由上行端口接收子网络前缀以及它的dns配置、即dns服务器地址和dns搜索列表。例如可以在分级的或者中央化的前缀代理(praefix-delegation)的范畴内接收子网络前缀。路由器的dns配置经由相应的下行端口转发给下级的子网络、尤其是基于profinet的现场总线子网络。

为了确定集成的路由器104在模块式控制设备内部的拓扑耦联，根据图2的控制中央单元101包括路由器拓扑管理器组件201。与之类似地，通信处理器103分别具有一个对应的路由器管理器组件202。路由器拓扑管理器组件201设置用于协调模块式控制设备内部的集成的路由器104的拓扑耦联。经由背板总线103，路由器拓扑管理器组件201借助相应的路由器管理器组件202针对每个通信处理器102询问与协调相关的信息，尤其是基本上可能的路由器角色。关于可能的路由器角色的信息与配属于相应路由器104的优先值一起分别存储在数据库203中，数据库配属于路由器拓扑管理器组件201或者相应的路由器管理器组件202。在本实施例中，对于存储在相应数据库203中的信息，适用以下普遍性的规定。

1.对于具有上行能力的控制中央单元，在相应的数据库203中将“上行可能”存储为角色属性并存储优先值0。

2.对于用于连接现场总线子网络的profinet通信处理器，在相应的数据库203中将“仅下行”存储为角色属性并存储优先值0。

3.对于连接到设施网络上的以太网通信处理器，在相应的数据库203中将“上行可能”分配为角色属性并且分配优先值10。

路由器拓扑管理器组件201基于询问的信息进行评估，从而为控制中央单元101的和通信处理器102的路由器104确定具体的路由器角色。这些确定的路由器角色然后被用于配置集成的路由器104，尤其是关于例如ra-relay(路由器通告)204和dhcpv6-relay(动态主机配置协议)205的路由器功能组件方面。在本实施例中，在通过路由器拓扑管理器组件201对询问的信息进行评估时，适用以下的普遍性原则：

1.对于具有角色属性“仅下行”的路由器，总是配置为下行路由器的角色。从而完成评估。

2.在具有角色属性“上行可能”的多个路由器的情况中，具有最高优先值的路由器配置为上行路由器；

3.所有具有角色属性“上行可能”的其余路由器被配置为下行路由器。

在结束评估以后，控制中央单元101的路由器拓扑管理器组件201经由背板总线103将信息-即分别需要配置哪些路由器角色-传输到通信处理器102的路由器管理器组件202。路由器管理器组件202然后与之相应地配置它们的所配属的路由器104。以类似的方式，这也适用于集成到控制中央单元101中的路由器104的、通过路由器拓扑管理器组件201所配置的路由器角色。

如果通信处理器在运行持续期间被更换(热插拔)，需要确保配置好的路由器角色不会自主地或者说不协调地发生改变。作为代替，在模块式控制设备内集成的路由器104的拓扑耦联除另有告知以外保持不变。因此，在添加通信处理器时，仅仅将对应的事件报告传输到控制中央单元101的路由器拓扑管理器组件201。只有基于该事件报告，路由器拓扑管理器组件201才对需要确定的路由器角色进行重新评估。只有当基于该重新评估发生路由器角色改变时，路由器拓扑管理器组件201使得相应的路由器104重新配置。尤其是在从模块式控制设备中移除通信处理器102时不直接丢弃配置信息，而是首先进行保留。以这种方式，防止了在移除-添加过程重叠时尚未被替换的通信处理器从以上评估中漏掉。

此外，只要在模块式控制设备中运行有控制程序，就可以锁止控制中央单元101的路由器拓扑管理器组件201，以确保在集成的路由器104于模块式控制设备内的稳定的拓扑耦联基础上的程序运行。在这个意义上，即使在添加事件的情况下也没有对需要确定的路由器角色进行重新评估。

原则上，所期望的路由器拓扑可以通过借助规划或工程设计系统生成的总配置来设置。在此，路由器角色借助工程设计系统在计划阶段期间被规划，并且作为总配置存储在控制中央单元101的数据库203中。规划的路由器角色然后通过控制中央单元101的路由器拓扑管理器组件201经由背板总线103传输到通信处理器102的路由器管理器组件203，进行进一步的处理。