网络、首用户及数据传输方法
【技术领域】
[0001]本发明与具有控制节点的网络及经由封闭环形数据路径而连接至控制节点的多个网络用户有关，数据路径通过出站路程与入站路程两者上的网络用户。本发明另外与形成从节点开始的网络用户链路终端的首用户有关。此外，本发明与这类网络的数据传输方法有关。
【背景技术】
[0002]在工业自动化中，使用串行总线系统于传感器/致动器能级和控制能级之间的通信。在工业自动化中也称为场总线的这种类型的串行总线系统承受关于传输速度与无误率的高通信要求。传感器/致动器级和控制器级具有在它们之间实时传输的过程状态，亦即传感器数据与致动器指令。这种数据交换通常都是周期性发生。然而，除了这种类型的周期性数据交换以外，在传感器/致动器级和控制器级之间也传输非周期性数据，以例如为了将参数传送至传感器/致动器级，或为了查询状态数据。
[0003]在场总在线的数据交换通常是基于主/从式原理来执行。主动总线用户(一般为控制级的控制节点)具有总线接入权限并且确定数据传送。对比地，传感器与致动器通常是被动总线用户，它们不被提供有总线接入权限，亦即，它们仅能应答接收到的信息信号、或在有来自控制节点的请求时将信息信号传送至控制节点。
[0004]信息信号一般由控制节点以数据消息的形式发送，数据消息是由控制数据与有用数据构成，数据消息优选地基于以太网标准而设计。与总线连接的传感器与致动器处理控制节点馈送至总在线的数据消息中的各自的装置所要的有用数据。
[0005]具有主/从结构的场总线系统通常是利用环形拓朴来设计，以避免复杂的布线，其中所有网络用户都连接至环形数据路径。控制节点产生的数据消息是通过控制节点馈送至数据路径中、并依次地中转通过与数据路径连串连接的其他网络用户，以接着由控制节点再次接收。
[0006]为了在网络中有高数据传输率，优选地是执行全复用模式。在这个情况中，环形数据路径是由出站路程与入站路程构成，它连接网络用户，且因此允许网络用户进行同时发送及接收。网络被设计为使得网络用户从控制节点开始形成链路，其中以首用户作为终端，环形数据路径是在出站路程和入站路程两者上中转通过网络用户。网络用户可接着在出站路程及入站路程两者上执行与控制节点馈送至数据路径上的数据消息的数据交换。
[0007]由于在以太网中数据传输率的增加，不断增加使用lGbit/s的数据传输率来替代一般的数据传输率(100Mbit/S)，通过网络用户的数据消息的延迟时间在传感器/致动器能级和控制能级之间的数据交换速度上更为显著地增益。
[0008]在工业自动化中，使用经由网络的数据交换的控制通常会发生，使得控制节点周期性地执行控制过程，以基于传感器/致动器级的输入数据来确认传感器/致动器级的输出数据。在控制过程周期终止之后，控制节点以数据消息的形式发送输出数据，其中网络用户读取与各自的网络用户相关联的输出数据，然后使用这些输出数据来执行本地网络用户过程。以这些本地网络用户过程确认的数据接着通过由网络用户返回至控制节点，然后由控制节点使用作为下个控制过程周期的输入数据。
[0009]在这个情况中，来自控制节点输出的数据消息的输出数据是由网络用户于数据路径的出站路程上读入。网络用户提供的输入数据是在入站路径上被读入到控制节点发送的这个或另一个数据消息，并被反馈至控制节点。由于读出及读入数据期间通过网络用户的中转时间无法缩短至与网络中数据传输增加达相同程度，控制节点进行的控制过程的最短周期时间由环形数据路径上数据消息的周期时间而被渐增地确定，所述周期时间是基于通过网络用户的中转时间来取得。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种网络和用于此网络的数据传输方法，所述网络具有全复用模式的环形数据路径，所述数据传输方法可使控制过程的周期时间缩短。
[0011]上述目的是利用根据权利要求1所述的网络、根据权利要求10所述的用于此网络中的首用户、及根据权利要求11所述的传输方法而实现。优选的改良则于从属权利要求中具体指定。
[0012]根据本发明，在网络中，控制节点是经由封闭环形数据路径而连接至多个网络用户，其中网络用户形成链路，从控制节点开始，以首用户作为所述链路的终端。环形数据路径于出站路程和入站路程上中转通过网络用户，其中网络用户被设计为在出站路程上与在入站路程上执行与环形数据路径上周期性传送的数据消息的数据交换。控制节点是另外被设计为使得它于数据路径上输出具有标识符的数据消息，其中链路中的首用户具有过滤功能，以使用规定的标识符于数据消息在出站路程上中转通过首用户之后阻挡具有对应标识符的数据消息在入站路程上的进一步输送。首用户还具有传输功能，以在规定的时刻于入站路程上另外输出数据消息。
[0013]利用以全复用模式操作的网络中的首用户的设计(具有两种附加功能:用以在数据路径的出站路程上中转之后从数据路径中移除特定数据消息的过滤功能、以及用以在规定时刻将附加数据消息输出至数据路径的入站路程上的传输功能)可缩短网络中控制周期的处理数据的中转时间。
[0014]用以将控制周期中的处理数据从控制节点传输至传感器/致动器级的网络用户的数据消息不再反馈至控制节点，理由是在数据路径的出站路程上中转之后，首用户基于数据消息的标识符而过滤出数据消息。首用户输出至入站路程上的独立数据消息被使用来收集数据路径的入站路程上的网络用户的处理数据，而非使用控制节点发送的数据消息。
[0015]将处理数据写入传感器/致动器级、及从传感器/致动器级读取处理数据可因此而彼此独立地进行，因为相关联的数据消息是独立的，且由传感器/致动器级的网络用户在数据路径的不同路程上处理。这造成了可在最佳时刻于传感器/致动器能级中对处理数据执行读取与写入操作的选择，例如包括利用覆盖，并且因此缩短了控制过程周期的处理数据的中转时间，这允许在工业自动化中的控制过程有更快速的性能。
[0016]当控制节点被设计为周期性执行控制过程以在网络用户的输入数据的基础上确认针对网络用户的输出数据时，特别可得到这个优点，其中，在控制过程终止之后，控制节点将具有写入数据消息形式的输出数据输出至数据路径的出站路程上。在写入数据消息于数据路径的出站路程上中转时，网络用户接着从写入消息中读取与各自的网络用户相关联的输出数据。每一个网络用户依序取得输出数据作为周期性执行本地网络用户过程的基础，其中，接着从这个网络用户过程得到控制节点的下一个控制过程周期的输入数据。
[0017]在写入数据消息中转之后，在链路中的首用户阻挡写入数据消息、并防止数据路径的入站路程上的进一步输送。此外，首用户在规定时刻于数据路径的入站路程上输出读取数据消息，其中，在读取数据消息于数据路径的入站路程上中转时，网络用户将针对下一个控制过程周期的网络用户输入数据写入读取数据消息中。由于写入数据消息并不阻挡数据路径的入站路程，首用户传输读取数据消息时的合适定时允许利用覆盖来于传感器/致动器级中读入及读出数据。因此可缩短控制节点的控制过程所需的处理数据的中转时间，并且可减少该控制过程的周期时间。
[0018]首用户将读取数据消息输出至数据路径的入站路程上的时刻优选地选择为使得与读取数据消息中的网络用户相关联的数据区域仅在网络用户过程终止之后才运行通过相关的网络用户。这种由首用户以时间协作形式进行读取数据消息的传输可确保针对控制节点的下一个控制过程周期的输入数据被可靠地取出。
[0019]为控制节点的控制过程缩短处理数据的中转时间可另外地通过控制节点将输出数据设置在写入数据消息中而实现，使得网络用户的输出数据是以沿数据路径上的链路中的网络用户顺序相反的顺序来分类，其中首先是首用户的输出数据。利用输出数据在写入数据消息中的这种分类，与各别网络用户相关联的输出数据在实质相同时间中转通过网络用户。网络用户可因此实质上同时地读入他们的输出数据，并开始本地网络用户过程。在那样的情况下，从网络用户过程得到的控制节点的下一个控制过程周期的输入数据也为早期可用，并可利用首用户传输的读取数据消息而取出。
[0020]控制节点还另外被设计为使得单独的查验总和可针对来自每一个网络用户的输出数据而被确立，并与来自