專利名稱：用于在分布式i/o系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)冗余網(wǎng)絡(luò)接口模塊的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中的分布式I/O系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于在分布式I/o系統(tǒng)中的單底板總線上實(shí)現(xiàn)冗余備用主網(wǎng)絡(luò)接口模塊的方法和系統(tǒng)。背景可編程控制器例如可編程邏輯控制器(PLC)可用于監(jiān)控來自各種輸入點(diǎn)(S卩，輸入傳感器)的輸入信號(hào)，輸入信號(hào)報(bào)告在控制過程中出現(xiàn)的事件和條件。例如，PLC可監(jiān)控這樣的輸入條件例如電機(jī)速度、溫度、壓力、容積流量等。PLC具有儲(chǔ)存在其存儲(chǔ)器內(nèi)指示PLC 在遇到特定的輸入信號(hào)或條件時(shí)采取什么行動(dòng)的控制程序。響應(yīng)于由輸入傳感器提供的這些輸入信號(hào)，PLC獲取并產(chǎn)生輸出信號(hào)，其被傳送以通過各種輸出設(shè)備例如執(zhí)行器和繼電器的LC輸出點(diǎn)來控制過程。例如，輸出信號(hào)可由PLC提供以使輸送機(jī)加速或減速、旋轉(zhuǎn)機(jī)器人手臂、打開或關(guān)閉繼電器、升高或降低溫度以及許多其他可能的控制功能。上面提到的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)通常分別與輸入模塊和輸出模塊相關(guān)聯(lián)。輸入和輸出模塊在本文統(tǒng)稱為“I/o模塊”。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可選地將這樣的I/O模塊稱為“I/O卡”或“I/o板”。I/O模塊通常適于插入位于底板或由PLC提供的其他附接系統(tǒng)上的相應(yīng)的插槽中。插槽通過使插入插槽的任何I/o模塊耦合到中央處理單元(CPU)的主總線來耦合在一起。CPU本身可以位于卡上，該卡適于插入PLC的底板上的專用插槽中。在許多控制系統(tǒng)中，PLC被布置在主/從網(wǎng)絡(luò)中，主/從網(wǎng)絡(luò)包括主PLC和可以包括其它PLC或設(shè)備的多個(gè)遠(yuǎn)程從單元。在這種類型的網(wǎng)絡(luò)中，主PLC控制其自己的I/O連接點(diǎn)并且也控制遠(yuǎn)程從單元的相應(yīng)的I/O連接點(diǎn)。來自主PLC的控制命令從數(shù)據(jù)獲取，該數(shù)據(jù)從遠(yuǎn)程從單元獲得，該數(shù)據(jù)從連接到每個(gè)遠(yuǎn)程從單元的I/O模塊獲得。為滿足機(jī)器制造商和用戶的需求，自動(dòng)化架構(gòu)已被分散或分布，同時(shí)給予與集中式系統(tǒng)可比較的性能。例如，ADVANTYS STB分布式I/O系統(tǒng)是開放式模塊化輸入/輸出系統(tǒng)，它使設(shè)計(jì)由主控制器通過通信網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)/IP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議管理的自動(dòng)化孤立系統(tǒng)變成可能。ADVANTYS STB分布式I/O系統(tǒng)是馬薩諸塞州的North Andover的One HighStreet的施耐德自動(dòng)化公司的產(chǎn)品。(ADVANTYS是施耐德電氣公司的商標(biāo)。)通?？拷鼨C(jī)器安裝的這些自動(dòng)化孤立系統(tǒng)有助于減少傳感器和執(zhí)行器的時(shí)間和布線成本，同時(shí)提高系統(tǒng)的可用性。孤立部件是裝配在一個(gè)或多個(gè)DIN軌道(B卩，標(biāo)準(zhǔn)化軌道)上的電子模塊。稱為段的這些模塊集群將底板總線從每個(gè)孤立系統(tǒng)的開端部分運(yùn)送到末端。孤立總線向兼容模塊提供配電、信號(hào)檢測(cè)和電源管理。自動(dòng)化孤立系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)段，這些段包括網(wǎng)絡(luò)接口模塊(NM)、配電模塊(PDM)以及諸如I/O模塊、總線擴(kuò)展模塊、孤立總線終端和孤立總線擴(kuò)展的各種架構(gòu)的額外模塊。
孤立系統(tǒng)通常使用用戶接口來配置。NM負(fù)責(zé)向I/O模塊分配地址并維持I/O模塊的過程映像。NIM和I/O模塊都可以在I/O模塊中參于基于它們的相對(duì)物理位置使用自動(dòng)尋址協(xié)議自動(dòng)獲得它們的地址。NIM負(fù)責(zé)維持I/O模塊的過程映像，這基于I/O模塊的地址。NM也代表在單總線上實(shí)現(xiàn)的分布式孤立系統(tǒng)上的單個(gè)故障點(diǎn)。如果NM出故障或需要被拆除和更換，則與NIM相關(guān)聯(lián)的所有I/O模塊停止工作，作為結(jié)果，由I/O模塊控制的任何自動(dòng)化部件本質(zhì)上被斷開。在諸如工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，可靠性是至關(guān)重要的。例如,在工廠中，如果I/O孤立系統(tǒng)作為NM故障的結(jié)果而變得不運(yùn)轉(zhuǎn)，則生產(chǎn)線將停止并且設(shè)備可能被損壞。在這樣的環(huán)境中，有故障的NM的恢復(fù)必須是自動(dòng)且透明的。因此，需要一種為在單總線分布式I/O系統(tǒng)上的NM提供自動(dòng)恢復(fù)的方法，NM可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的I/O模塊透明地接管對(duì)孤立系統(tǒng)的控制。 發(fā)明概述本文描述的發(fā)明提供了用于在分布式I/O系統(tǒng)中的單總線底板網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)冗余NIM作為總線主控器的方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，第一NM初始化為主要主控NM以及第二 NIM初始化為從屬主控NM。所述從屬NIM在備用模式下保持在所述總線上并維持與主要[M的配置文件連續(xù)同步的配置文件。因此，如果所述主要NIM放棄控制、出故障或必須脫機(jī)，則對(duì)正被控制的I/O模塊透明地，所述從屬NM可以立即接管對(duì)所述系統(tǒng)的主控權(quán)，即“無擾切換”。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，如果從屬NIM確定主要NIM未能初始化,則所述從屬NIM可初始化為臨時(shí)的主要主控NM。當(dāng)原始的主要NM能夠初始化時(shí)，所述原始的主要NIM可以用作臨時(shí)的冗余NM，以防臨時(shí)的NM設(shè)備出故障。根據(jù)本發(fā)明，為工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境提供了一種分布式I/O系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)I/O模塊；第一網(wǎng)絡(luò)接口模塊(NIM)，其通過單總線網(wǎng)絡(luò)耦合到所述I/O模塊并適于將從所述I/O模塊提供的信息轉(zhuǎn)換成待提供給上游控制器的另一格式，所述第一 NIM適于用作所述總線上的主要主控NM;以及第二 NM，其通過所述單總線網(wǎng)絡(luò)耦合到所述I/O模塊和所述第一 NM，并適于將從所述I/O模塊提供的信息轉(zhuǎn)換成待提供給上游控制器的另一格式，所述第二[M適于用作總線上的從屬主控NM，并且還適于在所述主要主控NM出故障時(shí)接管所述總線的主控權(quán)而無需重置所述系統(tǒng)。由于所述主要NIM和所述第二 NM在所述系統(tǒng)的整個(gè)正常操作期間保持連續(xù)同步，所述第二 NM初始化為所述總線上的新的主要主控NM是控制的無擾轉(zhuǎn)移。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，為工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境提供了一種在分布式I/O系統(tǒng)中的單個(gè)總線上實(shí)現(xiàn)冗余網(wǎng)絡(luò)接口模塊(NM)的方法，所述系統(tǒng)具有第一NM和第二NM以及連接到所述總線的I/O模塊，所述方法包括以下步驟Ca)在所述第一 NIM處確定所述第一 NIM是所述總線上的主要主控NM ； (b)在所述第二 NIM處確定所述第二 NIM是所述總線上的從屬主控NM ; (c)實(shí)時(shí)地維持所述第一 NM和所述第二 NM之間的同步設(shè)備配置；(d)在所述從屬NIM處確定所述主要主控NM不再是起作用的；以及(e)由所述第二 NIM接管所述總線的主控權(quán)而無需重置所述系統(tǒng)總線。由于在所述第二 NM接管所述總線的主控權(quán)時(shí)總線重置通信命令沒有被發(fā)出并且所述總線上的所述設(shè)備沒有被重啟，切換包括從所述主要主控NIM到所述從屬主控NIM的無擾轉(zhuǎn)移。
附圖
簡(jiǎn)述本發(fā)明作為例子在下圖中示出并且不被附圖限制，在附圖中圖IA描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有單總線底板的單NIM分布式I/O系統(tǒng)；圖IB描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的圖IA的示例性NM的配置；圖2描繪本發(fā)明的實(shí)施方式可被執(zhí)行的具有單總線底板的示例性分布式I/O系統(tǒng)；圖3描繪根據(jù)本文描述的技術(shù)的冗余NIM的正常起動(dòng)序列；圖4描繪根據(jù)本文描述的技術(shù)的主要NM故障序列；圖5描繪根據(jù)本文描述的技術(shù)的在起動(dòng)時(shí)的主要NIM故障序列。
本發(fā)明的詳細(xì)描述圖IA描繪根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的分布式I/O系統(tǒng)100，如通常在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)施中發(fā)現(xiàn)的。系統(tǒng)100包括單個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口模塊或NM 102。PLC上游(未顯示)通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接到NIM 102并與NM 102通信。單個(gè)NM 102通過單總線網(wǎng)絡(luò)106連接到其底板并在其底板上通信。網(wǎng)絡(luò)106可使用任何適當(dāng)?shù)目偩€協(xié)議——包括眾所周知的CANopen協(xié)議——來實(shí)現(xiàn)。輸入/輸出或I/O模塊110、112和114也連接到底板總線106并能夠通過總線106與NIM 102通信。根據(jù)實(shí)現(xiàn)的具體自動(dòng)化環(huán)境，可以有多于或少于三個(gè)的I/O模塊。如也本領(lǐng)域中已知的，NM 102可用如圖IB所示的各種常規(guī)部件實(shí)現(xiàn)。NM 102至少包括在NIM的前面與PLC通信的以太網(wǎng)Ι/P插孔122和在NIM的后面用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的底板端口 124。NIM 102還至少包括中央處理器126、系統(tǒng)存儲(chǔ)器128和系統(tǒng)總線130，系統(tǒng)總線130耦合不同的系統(tǒng)部件，包括插孔/端口 122和124、中央處理器126和系統(tǒng)存儲(chǔ)器128。系統(tǒng)總線130可以是幾種類型的總線結(jié)構(gòu)中的任一種，包括存儲(chǔ)器總線或者存儲(chǔ)器控制器、外圍總線和使用各種總線架構(gòu)中的任一種的局部總線。系統(tǒng)存儲(chǔ)器128的結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是眾所周知的，并可包括儲(chǔ)存在只讀存儲(chǔ)器(ROM)中的基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)和儲(chǔ)存在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)中的一個(gè)或多個(gè)程序模塊如操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及程序數(shù)據(jù)。此外，NIM 102可包括用于與其他類型的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)通過接口連接的驅(qū)動(dòng)器。與圖IA的單NM配置相反，本發(fā)明的方面提供用于在分布式控制系統(tǒng)如工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)冗余NIM的方法和系統(tǒng)。圖2描繪本發(fā)明的實(shí)施方式可被執(zhí)行的示例性單總線網(wǎng)絡(luò)。分布式I/O系統(tǒng)200同時(shí)包括主要NM 202和冗余或從屬NM 204。主要NM 202和從屬NM 204都通過單總線網(wǎng)絡(luò)106連接到系統(tǒng)200的底板并在底板上通信。如將在下面詳細(xì)解釋的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式,主要NIM 202初始化為主要底板主控NIM，以及從屬NM 204也初始化為從屬底板主控NM，但是在從屬或備用模式中，如果主要主控NIM 202出故障，則從屬NM 204準(zhǔn)備接管系統(tǒng)200的主控權(quán)。在圖2中，底板網(wǎng)絡(luò)106可使用任何總線協(xié)議——包括CANopen協(xié)議——來實(shí)現(xiàn)。I/o模塊110、112和114也連接到底板總線106，并能夠通過總線106同時(shí)與主要NIM 202和從屬NM 204通信。根據(jù)實(shí)現(xiàn)的具體自動(dòng)化環(huán)境，可以有多于或少于三個(gè)的I/O模塊。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以有在主要NM 202和冗余NM 204之間的第二通信鏈路208。第二通信鏈路208可使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，并可用于直接在與底板網(wǎng)絡(luò)106分離的兩個(gè)NM 202和204之間的同步和其他通信。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)是可用在工業(yè)自動(dòng)化和過程控制系統(tǒng)中的控制和/或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。CANopen是常常用于分布式控制系統(tǒng)中的通信的協(xié)議。在自動(dòng)化(CiA)非營(yíng)利組織中的CAN公布了在自動(dòng)化行業(yè)中用于實(shí)現(xiàn)CANopen協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。本文提到的CANopen尋址技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)在自動(dòng)化(CiA)標(biāo)準(zhǔn)草案CiA 301中的CAN中被進(jìn)一步描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的方面可以使用支持在物理上或邏輯上被構(gòu)造為總線的網(wǎng)絡(luò)，即，每一節(jié)點(diǎn)必須聽到在網(wǎng)絡(luò)上交換的所有消息的網(wǎng)絡(luò)的其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來實(shí)現(xiàn)?？捎糜趯?shí)現(xiàn)本發(fā)明的方面的其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的例子包括DeviceNet和J1939或者其他基于CAN的協(xié)議、基于EIA 485的協(xié)議例如Modbus串行(Modbus是施耐德電氣公司的注冊(cè)商標(biāo))和執(zhí)行器傳感器接口(ASi)。圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的冗余NM的正常起動(dòng)序列。在圖3中，NM202坐落于總線上的NM 204的左邊(上游)，并因此用作主要NM。NIM 204用作從屬或冗余NIM。如圖3所描繪的，設(shè)備202和204可控制I/O模塊110，I/O模塊110被進(jìn)一步定位到總線上的從屬NM 204的右邊(下游)。根據(jù)描繪的實(shí)施方式，在事件302時(shí)，主要NM202在它接收到外部邏輯低信號(hào)時(shí)初始化，指示它初始化為總線上的主要NM。此外部信號(hào)可來自作為分布式I/O系統(tǒng)的一部分的高階控制器如PLC或附接到NM 202的其他設(shè)備。主 要NM的初始化也可被實(shí)現(xiàn)為其左邊的接地自動(dòng)尋址消息，讓主要NM知道它是總線上最左邊的設(shè)備,并因此根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式將充當(dāng)主要NM。在初始化后，主要NM可在事件304時(shí)開始將自動(dòng)尋址消息發(fā)送到總線上的主要NM的右邊(下游)的其余設(shè)備。當(dāng)從屬NM 204在事件304時(shí)看到在總線上上游的積極的自動(dòng)尋址消息時(shí)，右邊的NM 204在事件306時(shí)將該消息傳遞到下游的I/O模塊，并且也知道在事件308時(shí)將其本身初始化為總線上的從屬NM。可選地，從屬NM 204可在接收到外部邏輯高信號(hào)時(shí)初始化，指示它作為總線上的從屬NIM來啟動(dòng)。在初始化為冗余NM之后，冗余NM 204可聽到由主要NM 202和I/O模塊發(fā)送和接收的消息。這些消息在圖3中被示為事件318時(shí)的輸出過程數(shù)據(jù)和事件320時(shí)的輸入過程數(shù)據(jù)。冗余NM 204可以在總線上轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)，并且也可保存消息中包含的信息(例如關(guān)于I/O模塊的地址信息)以保持實(shí)時(shí)配置文件?？偩€業(yè)務(wù)也可包括I/O模塊的識(shí)別，例如在事件310時(shí)從識(shí)別I/O模塊110發(fā)送的CANopen模塊識(shí)別消息。此外在初始化時(shí)，從屬NIM 204可在事件312時(shí)通過發(fā)送啟動(dòng)消息例如CANopen啟動(dòng)消息來通知主要NM 202其在總線上的存在，該消息也可傳達(dá)NIM 204的唯一節(jié)點(diǎn)地址。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù),主要NM 202和從屬NM 204每個(gè)都有兩個(gè)不同的地址，SP，共享的節(jié)點(diǎn)地址和唯一的節(jié)點(diǎn)地址。如果根據(jù)CANopen協(xié)議被實(shí)現(xiàn)，則NM 202和204可共享NM節(jié)點(diǎn)地址127，以及NM也可每個(gè)都有唯一的節(jié)點(diǎn)地址分別是節(jié)點(diǎn)地址125和節(jié)點(diǎn)地址126。這種尋址方案幫助主要和冗余NM完成控制的透明或“無擾”轉(zhuǎn)移，如下所述。上述方法論利用底板總線網(wǎng)絡(luò)的方面。雖然只有一個(gè)[M可以在給定時(shí)間控制著總線(即主控)，但是兩個(gè)NM都有聽到總線業(yè)務(wù)的能力(和義務(wù)，如果使用CANopen協(xié)議來實(shí)現(xiàn))。這允許有相同配置的輸入對(duì)象字典的兩個(gè)NIM都維持實(shí)時(shí)同步的字典。換句話說，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，主要NM 202和從屬NM 204都保持與總線業(yè)務(wù)的每個(gè)事件連續(xù)同
止/J/ O本發(fā)明的方面進(jìn)一步規(guī)定通過復(fù)制來維持主要和從屬NM 202和204上的相同配置文件。雖然兩個(gè)NM都可在總線上同時(shí)收聽并因此能夠獨(dú)立地維持當(dāng)前的配置文件，但是NM之間的分離通信鏈路允許主要NM 202將配置文件——包括所有的對(duì)象字典——的副本發(fā)送到從屬NM 204。回來參考圖3，在事件316時(shí)，主要NM 202可通過分離的通信鏈路208或通過底板總線106復(fù)制其配置。然而，配置文件的復(fù)制也可在外部發(fā)生。例如，在使用以太網(wǎng)/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中，NM可從高階控制器如PLC接收命令。在這種情況下，主要和從屬NIM都可同時(shí)從這個(gè)外部控制器接收到輸出命令，用于同步。根據(jù)本文所述的技術(shù)，不同的方法可用于將控制從主要NIM轉(zhuǎn)移到從屬NM。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，如果主要NM知道它將被取下，則主要NM可將消息發(fā)送到從屬NM以轉(zhuǎn)讓控制。然而，在突然的故障的情況下，主要NIM可能不能夠發(fā)送這樣的消息，而可能采用上述技術(shù)。在另一實(shí)施方式中，CANopen或其他協(xié)議的心跳消息能力可以用來確定主要NM 是否不再是可用的以及從屬NIM應(yīng)接管總線的主控權(quán)。圖4描繪當(dāng)主要NM 202出故障或脫機(jī)時(shí)從屬NM 204可如何接管對(duì)總線的主控權(quán)。根據(jù)此實(shí)施方式，如事件402和404所示的，NM 202和204使用它們自己的不同的唯一節(jié)點(diǎn)地址來交換心跳消息。然而，為了防止在總線繁忙時(shí)的時(shí)間期間的錯(cuò)誤跳閘，NIM之間的心跳只需要由從屬NM 204準(zhǔn)時(shí)傳送，因?yàn)槿绻饕狽M 202在事件406時(shí)正將CANopen消息如CANopen心跳消息傳送到I/O模塊，則從屬NM 204知道主要NM是運(yùn)行中的。然而如果主要NM在指定時(shí)間間隔內(nèi)沒有傳送任何其他信息，主要NM 202可以向從屬NM 204傳送心跳消息以宣告它仍然是運(yùn)行中的。例如，根據(jù)圖4的實(shí)施方式，主要NM 202在事件406時(shí)傳送CANopen心跳消息、在事件408時(shí)傳送輸出過程數(shù)據(jù)以及然后在事件410時(shí)在NMS之間發(fā)送心跳消息。主要NM202定期接收輸入過程數(shù)據(jù)，這被示為事件412。從屬NM 204在事件414時(shí)返回心跳消息并等待來自主要NM 202的后續(xù)消息。當(dāng)從屬NM 204在事件416時(shí)沒有接收到心跳消息或來自主要NM202的其他消息時(shí)，從屬NM 204可以立即接管總線的主控權(quán)。從屬NM204可然后在事件418時(shí)接管CANopen心跳消息的傳送或在事件420時(shí)其他心跳消息到總線上的I/O模塊的傳送。根據(jù)圖4的實(shí)施方式，為實(shí)現(xiàn)透明，在NM之間發(fā)送的心跳消息之間的間隔可以比發(fā)送到I/O模塊的CANopen心跳消息快，使得從屬NM可以在I/O模塊出故障之前接管主控。這個(gè)NM轉(zhuǎn)換是真正“無擾的”，即，主要NM的斷開和從屬NM取代主要單元的連接被執(zhí)行，使得它不影響分布式I/O系統(tǒng)的行為，除了可能在當(dāng)前執(zhí)行的操作中引入的短時(shí)間延遲以外。不需要重啟和重新初始化該系統(tǒng)，或者強(qiáng)制通信網(wǎng)絡(luò)的主復(fù)位，或關(guān)閉底板總線106的操作。(如本文所用的，“重啟”包括“熱啟動(dòng)”程序)。上游PLC甚至不必知道發(fā)生的轉(zhuǎn)移，并且來自下游I/O模塊的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移不會(huì)受到干擾。分布式I/O系統(tǒng)的操作繼續(xù)是不間斷的，從屬NM在422發(fā)送輸出過程數(shù)據(jù)并在424接收輸入過程數(shù)據(jù)。圖5描繪根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的異常起動(dòng)情況。在圖5的例子中，預(yù)期的主要NM 202 (在左邊)未能初始化，因此在指定的時(shí)間間隔之后，從屬NM 204 (在右邊)在事件502時(shí)初始化為主要NM。在初始化后，從屬NM 204在一段時(shí)間內(nèi)充當(dāng)系統(tǒng)中的唯一 NM，在事件504-508時(shí)執(zhí)行自動(dòng)尋址、模塊識(shí)別和配置。在從屬NM 204已被初始化為主要NM之后，左邊的NM 202在事件510時(shí)嘗試初始化為主要NM，并在事件512時(shí)發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)尋址消息。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方式，當(dāng)右邊的NM 204 (臨時(shí)的主要NM)檢測(cè)到左邊NM的存在時(shí)，右邊的NM 204例如通過在事件516時(shí)使用地址127發(fā)送CANopen啟動(dòng)消息來將啟動(dòng)主要挑戰(zhàn)發(fā)送到左邊的NM 202。在這種情況下，當(dāng)右邊的NM 204對(duì)啟動(dòng)消息挑戰(zhàn)使用NM節(jié)點(diǎn)地址127而不是其從屬唯一地址126時(shí)，在事件518時(shí)左邊的NM 202明白它必須初始化為冗余從屬NM，而不是初始化為主要NM。一旦左邊的NM準(zhǔn)備同步，它就在事件522時(shí)(使用其從屬節(jié)點(diǎn)地址)將啟動(dòng)從屬消息發(fā)送到右邊的NM 204。在事件524時(shí)，NIM可使用先前所描述的技術(shù)之一使它們的設(shè)備配置同步，使得這兩個(gè)NIM有相同配置的對(duì)象字典。在整個(gè)這個(gè)啟動(dòng)過程中，右邊的NM 204在事件514、520、526和528時(shí)維持總線的主要主控并執(zhí)行輸出過程數(shù)據(jù)和輸入過程數(shù)據(jù)功能，而左邊的NM 202保持從屬或冗余的作用。本發(fā)明提供了額外的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵诜植际絀/O系統(tǒng)200上請(qǐng)求輸入數(shù)據(jù)并控制輸出數(shù)據(jù)的過程控制器如PLC并不需要在主要NM出故障或在從屬NIM接管來自主要NM的主控權(quán)時(shí)被編程來干預(yù)。不同于來自從屬NM的指示它已接管底板的主控權(quán)的報(bào)警消息的潛在意識(shí)，PLC控制邏輯不負(fù)擔(dān)管理切換。此外，本發(fā)明的冗余NM實(shí)現(xiàn)不要求PLC具有任何額外的軟件或特殊配置來管理或適應(yīng)切換。另一優(yōu)勢(shì)是，因?yàn)閮蓚€(gè)NM具有相同配置的對(duì)象字典，沒有特別為主要或次要角色配置任一NM所需的額外努力。根據(jù)本文所述的本 發(fā)明的方面，從主要NM到從屬NIM的過渡對(duì)附接的I/O模塊應(yīng)該是無擾或透明的，這本質(zhì)上意味著通信總線不能被臨時(shí)關(guān)閉，如否則重置通信命令或重啟程序所需要的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，上述技術(shù)可在各種基于總線的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)上并使用各種傳輸介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)?；谟芯€、光纖電纜、無線或其他傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)可利用本發(fā)明。應(yīng)該進(jìn)一步注意，本文已經(jīng)描述了本發(fā)明的某些方面，但是本發(fā)明不限于所述的實(shí)施方式。在閱讀或?qū)嵺`本發(fā)明時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到由本發(fā)明所體現(xiàn)的額外變化。下面的權(quán)利要求展示本發(fā)明的廣度。
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境的分布式i/o系統(tǒng),包括 至少一個(gè)I/o模塊； 第一網(wǎng)絡(luò)接口模塊(NIM)，其通過單總線網(wǎng)絡(luò)耦合到所述I/O模塊，并適于將從所述I/0模塊提供的信息轉(zhuǎn)換成待提供給上游控制器的另一格式，所述第一 NIM適于用作所述總線上的主要主控NM ； 第二 NIM，其通過所述單總線網(wǎng)絡(luò)耦合到所述I/O模塊和所述第一 NIM，并適于將從所述I/O模塊提供的信息轉(zhuǎn)換成待提供給上游控制器的另一格式，所述第二 NIM適于用作所述總線上的從屬主控NM，并且還適于在所述主要主控NM出故障時(shí)接管所述總線的主控權(quán)而無需重置所述系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式I/O系統(tǒng)，其中，所述第二NIM適于初始化為所述總線上的從屬主控NM，并且將關(guān)于其在所述總線上的存在的消息傳送到所述主要主控NM。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分布式I/O系統(tǒng)，其中，所述第二NIM還適于確定所述第一NIM是否不再是起作用的，并且基于這樣的確定初始化為所述總線上的新的主要主控NM。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分布式I/O系統(tǒng)，其中，所述第二NIM初始化為所述總線上的所述新的主要主控NIM是控制的無擾轉(zhuǎn)移。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分布式I/O系統(tǒng)，其中，所述第一NIM和所述第二 NIM都在所述系統(tǒng)的整個(gè)正常操作期間保持連續(xù)同步。
6.一種用于工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中的分布式I/O系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口模塊(NM)，所述網(wǎng)絡(luò)接口模塊適于作為冗余NM與另一 NIM —起使用，其中，所述分布式I/O系統(tǒng)在單個(gè)總線上實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)NIM都適于作為通過所述總線耦合到至少一個(gè)I/O模塊的主控NM，所述NIM包括 處理器； 存儲(chǔ)器，其耦合到所述處理器，其中，所述存儲(chǔ)器包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行以下行為 Ca)將所述NIM初始化為所述總線上的從屬NM ； (b)將關(guān)于所述從屬NIM在所述總線上的存在的消息發(fā)送到所述主要NM； (c)實(shí)時(shí)地維持與所述主要NM的同步設(shè)備配置； (d)確定所述主要NIM不再是起作用的；以及 (e)基于這樣的確定，初始化為所述總線上的新的主要主控NM而無需重置所述系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求6所述的NM，其中，所述存儲(chǔ)器還包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以執(zhí)行復(fù)制所述主要NIM的配置的行為。
8.如權(quán)利要求7所述的NM，其中，復(fù)制所述主要NM配置包括通過所述主要NM和所述從屬NIM之間的分離的通信鏈路來使配置文件同步。
9.如權(quán)利要求6所述的NIM，其中，所述總線使用CANopen協(xié)議。
10.如權(quán)利要求6所述的NM，其中，所述NM被定位到所述總線上的所述主要NM的右邊和下游。
11.如權(quán)利要求6所述的NM，其中，行為(d)包括確定所述主要NM在所述總線上不再傳送消息，其中，所述消息包括CANopen心跳消息。
12.如權(quán)利要求6所述的NIM，其中，行為(e)中的所述初始化包括從所述主要NIM的無擾切換。
13.一種在工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中在分布式I/O系統(tǒng)中的單個(gè)總線上實(shí)現(xiàn)冗余網(wǎng)絡(luò)接口模塊(NIM)的方法，所述系統(tǒng)具有第一 NIM和第二 NM以及連接到所述總線的I/O模塊，所述方法包括以下步驟 (a)在所述第一NM處確定所述第一 NM是所述總線上的主要主控NM ； (b)在所述第二NM處確定所述第二 NM是所述總線上的從屬主控NM ； (c)實(shí)時(shí)地維持所述第一NIM和所述第二 NIM之間的同步設(shè)備配置； Cd)在所述第二 NIM處確定所述主要主控NIM不再是起作用的；以及 Ce)由所述第二 NM接管所述總線的主控權(quán)而無需重置所述系統(tǒng)總線。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述總線是位于所述分布式I/O系統(tǒng)的底板上的CANopen 總線。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在步驟(c)中還包括通過分離的通信鏈路在所述第二 NM上復(fù)制所述第一 NM配置。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，步驟(d)包括在所述第二NM處確定所述主要主控NM不再在所述總線上傳送消息。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述消息是CANopen心跳消息。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一NM和所述第二 NM每個(gè)在所述總線上具有兩個(gè)不同的地址，并且所述第一 NM的所述不同地址中的一個(gè)與所述第二 NM的所述不同地址中的一個(gè)相同，以及所述第一 [M的所述不同地址中的一個(gè)與所述第二 NM的所述不同地址中的一個(gè)不同。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述第二NIM接管所述總線的主控權(quán)時(shí)，總線重置通信命令沒有被發(fā)出并且所述總線上的設(shè)備沒有被重啟。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，步驟(e)包括從所述主要主控NIM到所述從屬主控NIM的無擾轉(zhuǎn)移。
全文摘要
公開了用于在工業(yè)分布式I/O系統(tǒng)(200)中的單個(gè)總線(106)上實(shí)現(xiàn)冗余主控NIM(202、204)以控制所選擇的I/O模塊(110、112、114)的方法和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的方面，兩個(gè)主控NIM(202、204)在單個(gè)總線(106)上相互協(xié)作，一個(gè)是主要的起作用的主設(shè)備(202)，以及如果主要主設(shè)備(202)不再是起作用的，則在從屬備用模式中的第二主設(shè)備(204)準(zhǔn)備接管該系統(tǒng)的主控權(quán)。
文檔編號(hào)H04L12/40GK102804699SQ201080062750
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者布魯斯·M·德克爾 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司