專利名稱：用于操作兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備的方法， 該現(xiàn)場總線設(shè)備連接到基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)，通過該通信網(wǎng)絡(luò)可以 使用預(yù)定通信協(xié)議棧來傳輸數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
在自動化系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線設(shè)備和高級控制設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)(例 如通過以太網(wǎng))相互通信。為了達(dá)到這個目的，通常使用一種標(biāo)準(zhǔn)化 通信協(xié)議，以使能在現(xiàn)場總線設(shè)備和高級控制設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。因 為通常專用通信協(xié)議安裝在現(xiàn)場總線設(shè)備上，在自動化系統(tǒng)執(zhí)行之前 必須確定使用哪種通信協(xié)議，并確定相應(yīng)地使用哪個制造商的哪種現(xiàn) 場總線設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于公開一種可在低成本情況下靈活地建立基于以太 網(wǎng)的通信系統(tǒng)的方法的問題。特別地，本發(fā)明的問題是可在不同的基 于以太網(wǎng)的通信系統(tǒng)上操作獨立于制造商的現(xiàn)場總線設(shè)備。
本發(fā)明的核心思想在于使兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備自動地適 應(yīng)中心位置的任意基于以太網(wǎng)的通信系統(tǒng)，以使不同制造商的現(xiàn)場總 線設(shè)備可通過基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)相互交換和/或與高級控制設(shè)備 交換用戶數(shù)據(jù)。
以上命名的技術(shù)問題通過用于操作連接到基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng) 絡(luò)的兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備的方法解決，通過該通信網(wǎng)絡(luò)可以使 用預(yù)定通信協(xié)議棧來傳輸數(shù)據(jù)。
初始時，在兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備與連接到通信網(wǎng)絡(luò)的管 理設(shè)備之間建立網(wǎng)絡(luò)管理信道。網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議可以是簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，也縮寫為SNMP。這種基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議同時安裝在現(xiàn)
場總線設(shè)備以及管理設(shè)備中。此時，為了能夠傳輸用戶數(shù)據(jù)，即有效 載荷，通過使用預(yù)定網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，將通信協(xié)議棧從管理設(shè)備傳輸?shù)?兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備。預(yù)定通信協(xié)議棧存儲在兼容以太網(wǎng)的現(xiàn) 場總線設(shè)備中。接著，構(gòu)建在現(xiàn)場總線設(shè)備中的控制設(shè)備可使用通信 協(xié)議棧來控制用戶數(shù)據(jù)通過基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)路的傳輸。
這里應(yīng)該注意，通信協(xié)議?？砂蕴W(wǎng)協(xié)議棧，例如包含
Ethernet/IP棧、TCP/IP協(xié)議或AppleTalk協(xié)議棧的實時以太網(wǎng) (Profinet)。
有利的改進(jìn)作為從屬權(quán)利要求的主題。
由于缺少預(yù)定通信協(xié)議棧，初始時無法將基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總 線設(shè)備合并到通信網(wǎng)絡(luò)，因此在連接到通信網(wǎng)絡(luò)之后，基于以太網(wǎng)的 現(xiàn)場總線設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)管理信道向管理設(shè)備發(fā)送請求信號，以請求傳 輸預(yù)定通信協(xié)議棧。接著，管理設(shè)備響應(yīng)于該請求信號，向基于以太 網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備發(fā)送預(yù)定通信協(xié)議棧。
為了節(jié)約通信網(wǎng)絡(luò)中的信道容量，在用戶數(shù)據(jù)傳輸開始之前， 再次釋放網(wǎng)絡(luò)管理信道。
為了可從管理設(shè)備向現(xiàn)場總線設(shè)備傳輸通信協(xié)議棧，根據(jù)網(wǎng)絡(luò) 管理協(xié)議，將該通信協(xié)議棧分為幀或塊，并以IP包向兼容以太網(wǎng)的 現(xiàn)場總線設(shè)備傳輸。


下文將參考結(jié)合單個附圖的實施例，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
具體實施例方式
該圖中，示出了一種示例自動化系統(tǒng)10，該自動化系統(tǒng)具有連 接高級控制設(shè)備30 (以下也稱為主機(jī))的基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)20。 主機(jī)30中，網(wǎng)絡(luò)管理功能(如SNMP)也是一種構(gòu)建在應(yīng)用層34 中的兼容以太網(wǎng)的物理接口 31，主機(jī)通過該物理接口 31連接到通信 網(wǎng)絡(luò)20。高級控制設(shè)備30可通過SNMP協(xié)議依靠通信網(wǎng)絡(luò)20發(fā)送和接收配置及參數(shù)化數(shù)據(jù)。另外，在本示例中主機(jī)30的應(yīng)用層34
中安裝了預(yù)定通信協(xié)議棧，可通過通信網(wǎng)絡(luò)20發(fā)送和接收用戶數(shù)據(jù) 或有效載荷。本示例中，在主機(jī)30中安裝Profinet協(xié)議作為通信協(xié) 議棧。此外，以已知的方式在主機(jī)30的傳輸層33或網(wǎng)絡(luò)層32安裝 TCP/IP協(xié)議。
此外，將現(xiàn)場總線設(shè)備40連接到通信網(wǎng)絡(luò)20，其中該現(xiàn)場總線 設(shè)備通過兼容以太網(wǎng)的物理接口 41連接到通信網(wǎng)絡(luò)20。與高級控制 設(shè)備30類似，現(xiàn)場總線設(shè)備40可具有兼容以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全層。作 為應(yīng)用軟件，在現(xiàn)場總線設(shè)備40中，將Profinet存儲為通信協(xié)議棧， 且將SNMP協(xié)議存儲為網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。
對通過通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換的控制發(fā)生在通過TCP/IP協(xié)議的高 級控制設(shè)備30中以及現(xiàn)場總線設(shè)備40中。通過使用Profinet協(xié)議， 在現(xiàn)場總線設(shè)備40和高級控制設(shè)備30之間交換用戶數(shù)據(jù)或應(yīng)用數(shù) 據(jù)。
現(xiàn)在假設(shè)將參考標(biāo)號50所指示的另一現(xiàn)場總線設(shè)備連接到通信 網(wǎng)絡(luò)20。類似地，現(xiàn)場總線設(shè)備50通過兼容以太網(wǎng)的物理接口 51 連接到通信網(wǎng)絡(luò)20。轉(zhuǎn)而，將TCP/IP協(xié)議用作安排在傳輸層53和 網(wǎng)絡(luò)層52中的傳輸協(xié)議。在現(xiàn)場總線設(shè)備50的應(yīng)用層54中，安裝 SNMP協(xié)議和非Profinet的設(shè)備相關(guān)或制造商相關(guān)的通信協(xié)議，作為 網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。因此，現(xiàn)場總線設(shè)備50不能登陸到高級控制設(shè)備30， 也不能被作為將要增加的新的現(xiàn)場總線設(shè)備的該控制設(shè)備識別。
為了能將現(xiàn)場總線設(shè)備50合并到自動化系統(tǒng)10中，現(xiàn)場總線 設(shè)備50也需要Profinet協(xié)議。因此，首先現(xiàn)場總線設(shè)備50產(chǎn)生請求 信號，在用于基于以太網(wǎng)設(shè)備的配置和參數(shù)化的SNMP協(xié)議的控制 下，該請求信號被發(fā)送到高級控制設(shè)備30。高級控制設(shè)備30的標(biāo)識 符和現(xiàn)場總線設(shè)備50的標(biāo)識符與請求信號一起被發(fā)送到控制設(shè)備 30。請求信號也被現(xiàn)場總線設(shè)備40接收。但是，僅有高級控制設(shè)備 30構(gòu)造為使其將請求信號解釋為請求，將Profinet協(xié)議發(fā)送到現(xiàn)場總 線設(shè)備50。
高級控制設(shè)備30將待發(fā)送的Profinet協(xié)議打包為根據(jù)SNMP協(xié)議產(chǎn)生的幀，并通過通信網(wǎng)絡(luò)20以IP包發(fā)送到現(xiàn)場總線設(shè)備50。 將在IP包中接收的Profinet協(xié)議發(fā)送到應(yīng)用層54，在應(yīng)用層54中， Profinet協(xié)議在SNMP協(xié)議的控制下重建并作為通信協(xié)議存儲在特定 存儲器55中。接收Profinet協(xié)議之后，現(xiàn)場總線設(shè)備50可通過使用 SNMP協(xié)議向高級控制設(shè)備30發(fā)送關(guān)于Profinet協(xié)議的接收和安裝 的確認(rèn)信息。另一種選擇或另外地，現(xiàn)場總線設(shè)備50可構(gòu)建為在 Profinet協(xié)議的控制下產(chǎn)生確認(rèn)信息并將該信息發(fā)送到高級控制設(shè)備 30。構(gòu)造高級控制設(shè)備30，使其通過確認(rèn)信息的正確接收識別出 Profinet協(xié)議已經(jīng)正確地安裝在現(xiàn)場總線設(shè)備50中。
根據(jù)一個特定實施例，高級控制設(shè)備30可通知現(xiàn)場總線設(shè)備 40:另一個現(xiàn)場總線設(shè)備50已合并到自動化系統(tǒng)10中。此時通信操 作可通過使用Profinet協(xié)議在所有連接到通信網(wǎng)絡(luò)20的用戶之間發(fā) 生。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，在將要增加的新的現(xiàn)場總線設(shè)備50的初 始化階段期間，將Profinet協(xié)議從高級控制設(shè)備30發(fā)送到將要增加 的該新的現(xiàn)場總線設(shè)備。為了達(dá)到這個目的，在SNMP協(xié)議的控制 下，在現(xiàn)場總線設(shè)備50和高級控制設(shè)備30之間初始建立網(wǎng)絡(luò)管理信 道。接著在SNMP協(xié)議的控制下，從現(xiàn)場總線設(shè)備50發(fā)送的請求信 號以及從高級控制設(shè)備發(fā)送的Profinet協(xié)議都通過建立的網(wǎng)絡(luò)管理信 道傳輸。在初始化階段的最后，再次釋放網(wǎng)絡(luò)管理信道，并開始實際 用戶數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡(luò)管理信道也可作為參數(shù)化信道或配置信道，也可 同時用于用戶數(shù)據(jù)的傳輸。
權(quán)利要求
1.一種用于操作連接到基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)(20)的兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備(50)的方法，依靠基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)(20)，使用預(yù)定通信協(xié)議棧來傳輸數(shù)據(jù)，該方法包括如下處理步驟a)通過使用安裝在現(xiàn)場總線設(shè)備(50)和管理設(shè)備(30)兩者中的基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，在兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備(50)與連接到通信網(wǎng)絡(luò)(20)的管理設(shè)備(30)之間建立網(wǎng)絡(luò)管理信道；b)使用預(yù)定網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，將通信協(xié)議棧從管理設(shè)備(30)發(fā)送到兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備(50)；c)將預(yù)定通信協(xié)議棧存儲在兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備(50，55)中，其中通信協(xié)議?？刂朴杏脭?shù)據(jù)通過基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)(20)的傳輸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于以太網(wǎng)的現(xiàn) 場總線設(shè)備(50)通過通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理信道，將用于發(fā)送預(yù)定通 信協(xié)議棧的請求信號發(fā)送到管理設(shè)備(30)，并且管理設(shè)備(30)響 應(yīng)于所述請求信號，將預(yù)定通信協(xié)議棧發(fā)送到基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線 設(shè)備(50)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在有用數(shù)據(jù) 傳輸開始之前，釋放網(wǎng)絡(luò)管理信道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的方法，其特征在于，通信協(xié)議 棧是包含Ethernet/IP棧、TCP/IP協(xié)議或AppleTalk協(xié)議棧的以太網(wǎng) 協(xié)議棧。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，將SNMP 協(xié)議用作網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，根據(jù)網(wǎng) 絡(luò)管理協(xié)議，將通信協(xié)議棧分為幀，并發(fā)送到兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備(50)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，通信網(wǎng) 絡(luò)(20)包含基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線。
全文摘要
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，通過使用安裝在現(xiàn)場總線設(shè)備(50)以及管理設(shè)備(30)兩者中的基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，在兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備(50)與連接到通信網(wǎng)絡(luò)(20)的管理設(shè)備(30)之間建立網(wǎng)絡(luò)管理信道。接著通過使用預(yù)定網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，將安裝在管理設(shè)備(30)的通信協(xié)議棧從管理設(shè)備(30)發(fā)送到兼容以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線設(shè)備(50)，并將其存儲在所述現(xiàn)場總線設(shè)備(50)中。
文檔編號H04L12/40GK101542980SQ200780044430
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者約翰內(nèi)斯·卡爾霍夫 申請人:菲尼克斯電氣公司