用于能冗余操作的工业通信网络的通信设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于能冗余操作的工业通信网络的通信设备。
【背景技术】
[0002]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制造或生产自动化的范围中用于控制或调节装置、机器或者设备。由于在借助于工业自动化系统自动化的技术系统中的时间重要的帧条件，在工业通信网络中主要应用实时通信协议，如Profinet、Profibus或实时以太网来在自动化设备之间进行通信。
[0003]在工业自动化系统或者自动化设备的计算单元之间的通信连接的中断能够导致服务请求的传输的不期望或者不必要的重复。这造成工业自动化系统的通信连接的附加的负荷，这可能会导致进一步的系统故障或系统错误。此外，没有被传输的或没有完全地传输的消息例如阻碍工业自动化系统过渡到安全的操作状态下或者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故障和成本高昂的生产停工状态。在工业自动化系统中，常常由具有相当多的、但是相对短的消息的讯息流量而引起特殊困难，由此加剧了上述问题。
[0004]为了能够补偿通信连接或通信设备的故障，通信协议(例如媒体冗余协议、高可用性无缝冗余或并行冗余协议)被开发用于高可用性的、可冗余操作的工业通信网络。在IEC标准62439中定义媒体冗余协议(MSR)，并且在具有简单的环形拓扑的网络中在有扰动地冗余传递数据包的情况下实现对各个连接故障进行补偿。根据媒体冗余协议，冗余管理器在环形拓扑之内与具有两个端口的交换机相关联，所述冗余管理器监视网络的连接故障，并且必要时导入用于闭环的开关措施。在标准的操作状态中，冗余管理器根据测试数据包来检查: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数据包从一个端口转发到其他的端口。因此，防止具有有效数据的数据包永久地在环形拓扑之内循环。如果在环形拓扑之内交换机或连接故障，那么不再在相应的其他端口上接收由端口发送的测试数据包。据此，冗余管理器能够识别故障并且在故障时不同于标准的操作状态而将具有有效数据的数据包从端口转发到其他的端口并且反之亦然。此外，冗余管理器命令通知其余的交换机关于由故障所引起的拓扑变化。以这种方式避免:数据包经由故障的连接进行传输。
[0005]原则上，能够用相对小的耗费实现有扰动的媒体冗余法。然而缺点是，一方面在故障情况下信息可能丢失并且另一方面在重新配置通信网络期间首先存在干扰状态。这种故障状态必须通过叠加的通信协议，例如借助于传输或运输层面上的TCP/IP进行保护，以便避免通信连接的中断。
[0006]PROFINETdEC 61158类型10)也提到将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法。相反地，计划地复制媒体冗余(MRPD)提供用于无扰动地传输等时的实时数据的扩展。然而计划地复制媒体冗余不是应用中性的无扰动的媒体冗余法，而是PROFINET特殊的扩展。
[0007]在IEC标准62439-3中定义高可用性无缝冗余(HSR)和并行冗余协议(PRP)，并且以极短的恢复时间实现无扰动地冗余传输数据包。根据高可用性无缝冗余和并行冗余协议，由进行发送的通信设备复制每个数据包，并且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数据包。
[0008]从WO 2008/119649 Al中已知一种用于重新配置分组交换的通信网络的方法，所述通信网络包括第一子网和第二子网。在第一子网中应用第一网络协议时，而在第二子网中应用不同于第一网络协议的第二网络协议。两个子网通过至少三个冗余的数据链相互连接，分别仅激活所述三个冗余的数据链中的一个以用于有效数据交换。在此，主数据链预先设定地是激活的，而至少两个从数据链预先设定地是禁用的。通过第二子网的与主数据链连接的主桥来监视主数据链或者从数据链的失效。在这样的失效的情况下，主桥生成第一数据包并且将其传送给第二子网的与从数据链连接的从桥。根据可预设的选择规则通过主桥来选择从桥。接下来，通过所选择的从桥来处理第一数据包。第一数据包包括逻辑信息，根据所述逻辑信息至少部分地执行在从桥的与从数据链连接的端口上的第一网络协议并且通过在从桥的端口上执行的第一网络协议来激活从数据链。
[0009]在EP 2 343 857 Al中说明了一种用于通信网络的网络节点，所述通信网络包括第一子网和与所述第一子网连接的第二子网。在第一子网中应用生成树协议，而在第二子网中应用与第一子网的协议不同的第二协议。网络节点设立为用于第二子网的元素并且构造成用于在第二子网内进行通信。此外，网络节点借助于生成树功能构造和设立为用于监视和控制第二子网的生成树主节点。因此，第二子网被在第一子网中应用的生成树协议视作为虚拟的网络节点，其方式为:作为生成树主节点的网络节点对第二子网的其他网络节点进行生成树协议应用。
[0010]从WO 2010/105828 Al中已知一种用于操作具有冗余特性的通信网络的方法，所述通信网络具有环形网络拓扑。在通信网络内，通信设备经由数据线以其数据端口相互连接并且基于通信协议经由数据线交换控制数据以及有效数据。为了避免消息在通信网络的网中无限地循环，除用于控制或者监视媒体冗余的消息以外，借助于通信协议阻止消息经由各个通信设备的所选定的数据端口进行传输。在通信网络内将两个不同的通信协议彼此并行地应用在通信设备中。例如通过将待阻塞的数据端口的监控分配给单独的通信协议来实现不同的通信协议的并行应用。替选于此，能够为通信协议选择参数，使得通过第一通信协议不阻挡根据第二通信协议视为激活的连接。
[0011]在申请号为12177233.9的早期的欧洲专利申请中描述一种用于在具有树状拓扑的第一子网和第二子网的、能冗余操作的通信网络中传输消息的方法。在第一子网中根据生成树协议传输消息。在此，为了形成树状拓扑，与第一子网的网络节点相关联的通信设备相互交换具有拓扑信息的消息。在第二子网中，根据并行或环形冗余协议传输消息。与第二子网的网络节点相关联的通信设备根据并行或环形冗余协议相互交换具有第一子网的拓扑信息的消息并且将所述消息与第一子网的存在于本地的拓扑信息进行比较。根据比较结果，与第二子网的网络节点相关联的通信设备确定第一子网的所得出的拓扑信息。
[0012]从申请号为12178677.6的早期的欧洲专利申请中已知一种用于在包括具有树状拓扑的第一子网和第二子网的、能冗余操作的通信网络中传输消息的方法。在第一子网中，根据生成树协议传输消息。在此，与第一子网的网络节点相关联的通信设备为了形成树状拓扑而相互交换具有拓扑信息的消息。在第二子网中，根据并行或环形冗余协议传输消息。将虚拟的网络节点配置为第一子网的网络根节点，所述虚拟的网络节点经由各不能由于故障而中断的虚拟连接而与第二子网的所有网络节点连接。
【实用新型内容】
[0013]本实用新型基于下述的目，提出一种用于在能冗余操作的工业通信网络中传输消息的通信设备，所述工业通信网络具有至少一个生成树子网和并行或环形冗余子网，所述通信设备一方面实现两个子网之间的可靠的分离并且另一方面实现两个子网之间的相互的可访问性。
[0014]根据本实用新型，所述目的通过根据本文的通信设备实现。本实用新型的有利的改进方案在下文中说明。
[0015]根据本实用新型，在具有树状拓扑的第一子网中根据生成树协议传输消息。在此，与第一子网的网络节点相关联的通信设备为了形成树状拓扑而相互交换具有拓扑信息的消息。根据所交换的拓扑信息，通过与第一子网的网络节点相关联的通信设备确定作为树状拓扑的基本元素的网络根节点。从网络根节点起建立到第一子网的其余的网络节点的无环路的连接。在第二子网中，根据并行或环形冗余协议传输消息。第一子网和第二子网经由多