采用网络环拓扑的工业控制装置的互联网协议寻址的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业控制器，并且具体地涉及采用网络环拓扑的工业控制器的寻址。
【背景技术】
[0002]用于在工业控制器之间进行通信的网络与标准网络的不同在于:它们必须进行操作以在预定义时限内可靠地传送数据。通常，这通过另外的通信协议来实现，其中该通信协议保留网络带宽并调度消息以防止能够将不可预测的延迟引入到网络通信中的冲突等的发生。
[0003]许多计算机网络还引入协议以在发生网络节点故障的情况下修复网络。一些协议会花费相对长的时间来重新连接网络(长达30秒)，因此对于工业控制网络而言是无法接受的，在工业控制网络中在重新连接网络期间受控过程不能不受控制却没有灾难性后果。
[0004]通常能够通过使用例如冗余网络拓扑来避免工业控制中削弱网络的故障的风险，在冗余网络拓扑中，网络节点被连接在具有管理器的环中。通常，环在用于所有标准数据的管理器节点处打开，从而以正常的线性拓扑运行。管理器可以沿环上的一个方向发送测试“报文”或者“信标”帧，在管理器处沿另一方向接收回所述测试“报文”或者“信标”帧，以指示环的完整性。如果环断开，例如被节点或介质故障断开，则管理器接合当前被故障部件分离的环的端部以再次产生连续的线性拓扑。可以使用通知帧将管理器的运行模式的从“分离”到“接合”的改变传输至其它节点，使得这些节点能够重建其被用于将端口与目的地地址关联起来的MAC地址路由表。
[0005]这样的环系统的错误检测时间可以相当快，主要受限于信标的传输速率(每个信标有几微秒)。该速率限定了下述最大时间:在该最大时间之前检测到错误并且可以重新配置所述环。如美国专利8，244，838号中所描述的，通过以信标帧本身来传送拓扑改变，以及监测环节点中信标帧的接收或未接收，甚至能够实现更快的恢复时间，其中所述参考文献通过引用被整体合并到本文中。
[0006]虽然装置级环拓扑为工业控制系统提供了明显优势，但是在系统能够投入使用之前，要实现的控制程序软件通常需要环参与者的寻址知识。这导致实现系统时的不灵活性。另外，如果配置在环中的现有工业控制系统需要更换一个或更多个环参与者，则控制程序通常还需要对一个或更多个更换装置的寻址进行修改。这能够导致增加在现场更换的复杂度，这又可以导致增大高代价的系统停机时间。因此，存在提供下述工业控制系统的需求:该工业控制系统在使上述缺陷最小化的同时还具有装置级环拓扑的优势。
【发明内容】
[0007]本发明的发明人已经认识到:通过将环管理器实现成充当用于为环中的装置维护和分配地址的服务器可以提供装置级环拓扑，所述环拓扑显著减少了在投入使用或更换之前对寻址知识的需要。环管理器可以通过发送经过环上的每个装置的数据采集帧来获得环中的装置的有序列表，其中，所述每个装置附加其预配置地址信息。从而，环管理器可以进行操作以应用每个装置所提供的寻址，或可替选地，将独立的池中的不同地址分配给每个
目.Ο
[0008]因此，能够使用通用地址池来开发用于环装置的控制程序软件，而不需要在环中将投入使用的环参与者的实际地址的具体知识。而且，如果环中的装置需要更换，则可以在不需要修改控制程序以为更换装置提供地址的情况下更换装置。
[0009]根据一个实施方式，环网络可以包括多个交换节点，所述多个交换节点提供第2层功能以在端口之间转发数据帧，每个交换节点具有能够连接到网络介质的至少第一端口和第二端口，所述交换节点被布置在网络环中，其中，每个交换节点的第一端口和第二端口连接到网络环的不同交换节点，并且其中，交换节点中的至少一个是活动环管理器，并且其它交换节点是环装置。活动环管理器可以进行操作以:(a)将数据采集帧从一个端口发送出去以遍历该环，其中，数据采集帧按照连接环上的每个装置的顺序传输通过所述每个装置，并且其中，响应于数据采集帧，每个装置将其MAC地址和IP地址中的至少一个提供给活动环管理器；以及(b)维护列出环上的每个装置的数据结构，其中，该数据结构指示在环上连接每个装置的顺序，并且其中，该数据结构指示每个装置的MAC地址和IP地址中的至少一个。
[0010]活动环管理器可以充当动态主机配置协议(DHCP)服务器，并且进行操作以向环上的每个装置分配IP地址。
[0011]当环中的一个或更多个目标装置改变时，活动环管理器可以发送第二数据采集帧，并且将上述数据结构与所述第二数据采集帧所导致的更新数据结构进行比较。
[0012]在比较之后，当确定环中相同数目的装置以及环中相同顺序的装置，并且仅有一个或更多个目标装置被改变为一个或更多个不同的装置时，活动环管理器将来自所述一个或更多个目标装置的每个IP地址重新分配给所述一个或更多个不同装置。
[0013]在比较之后，当确定环中不同数目的装置以及环中不同顺序的装置中的至少一个时，活动环管理器将警告所述改变的提醒消息发送给用户。
[0014]根据以下详细描述和附图，对于本领域的技术人员而言，本发明的这些以及其它特征和优势将变得明显。然而应当理解的是:在指明本发明的优选实施方式时，通过解释说明而不是通过进行限制来给出详细描述和具体示例。在不偏离本发明的精神的前提下，可以在本发明的范围内做出许多改变和修改，并且本发明包括所有这样的修改。
【附图说明】
[0015]在附图中示出了本发明的优选的示例性实施方式，其中，在整个说明书中相似的附图标记表示相似的部件，并且其中:
[0016]图1是被配置成根据本发明的实施方式来使用的工业控制网络的图示；
[0017]图2A是根据本发明一个实施方式的用于在环中进行通信的数据采集帧的字段的描述，并且图2B是根据本发明一个实施方式的提供装置的有序列表和预配置地址信息的数据采集帧的字段的描述；
[0018]图3是示出根据本发明一个实施方式的将地址分配给环中的装置的环管理器的图示；
[0019]图4是根据本发明一个实施方式的用于查看和配置环中的地址的用户界面；
[0020]图5A是根据本发明一个实施方式的列出已经更换过装置的环上的每个装置的数据结构的描述，图5B是根据本发明一个实施方式的已经更换过装置并且装置已经被重新排序的数据结构的描述，以及图5C是根据本发明一个实施方式的已经添加了装置的数据结构的描述；
[0021]图6是示出根据本发明一个实施方式的初始地址分配的过程的流程图；以及
[0022]图7是示出根据本发明一个实施方式的在装置更换后进行地址分配的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0023]现在参照图1，以与美国专利8，244，838号中所描述的工业控制网络相似的装置级环拓扑提供示例工业控制网络10，其中该参考文献通过引用被整体合并到本文中。工业控制网络10可以包括例如可编程逻辑控制器12，其运行所存储的程序以提供对工业过程14的实时控制。本文中，实时控制是指受制于由可编程逻辑控制器12生成的输出信号与被发送至工业过程14中的执行器的电信号之间的明确定义的最大延迟时间，以及工业过程14中的传感器生成信号与可编程逻辑控制器12对该信号的接收和处理之间的同样明确定义的最大延迟时间的控制。
[0024]通常，可编程逻辑控制器12包括执行存储在非暂态介质中的程序的电子计算机，其中所述程序提供必要的控制的详细逻辑。通常针对特定的工业过程14唯一地生成存储的程序。
[0025]可编程逻辑控制器12可以与允许用户配置工业控制器的终端装置16或人机接口(HMI)通信，所述配置包括控制程序的生成及其部件的初始化。可编程逻辑控制器12还可以与网络节点或环装置18(在本示例中为活动环管理器18a)通