用于冗余控制子设备的方法及系统.pdf

本发明涉及一种控制-及数据传输装置(10)，用于冗余控制子设备(40)，该子设备可以尤其是一种现场设备。通过控制-及数据传输装置(10)能实现，即在控制装置(20、30)故障时也可以确保现场设备(40)的基本上无缝的控制。对此，控制-及数据传输装置(10)具有至少两个控制装置(20、30)和至少一个子设备(40)，这些设备可以通过通信网络(70)相互连接。子设备(40)包括多个可寻址的输出接口(61、62)，用于接收输出-及状态数据。每个控制装置(20、30)具有一个装置，用于为子设备(40)的单个输出接口(61、62)生成和传输状态-及输出数据，其中子设备(40)具有评估装置(60)，其在响应由控制装置接收的状态信号时将控制所接收的用于其他应用的输出数据的传递。

1.  一种控制-及数据传输装置(10)，用于冗余控制子设备，所述控制-及数据传输装置具有至少两个控制装置(20、30)和至少一个子设备(40)，所述这些设备可以通过通信网络(70)相互连接，其中，所述子设备(40)包括多个可寻址的输出接口(61、62)，用于接收输出-及状态数据，其中，所述每个控制装置(20、30)具有一个装置，用于为所述子设备(40)的单个输出接口(61、62)生成和传输所述状态-及输出数据；并且其中所述子设备(40)具有评估装置(60)，其在响应由所述控制装置接收的状态信号时将控制所接收的用于其他应用的输出数据的传递。

2.  根据权利要求1所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述评估装置(60)在响应以信号表示所述所有控制装置(20、30)均按计划运行的状态信号时，仅传递一个预定控制装置的输出数据。

3.  根据权利要求1或2所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述评估装置(60)在响应以信号表示一个所述控制装置(20、30)故障的状态信号时，则传递由一个按计划工作的控制装置带来的输出数据。

4.  根据权利要求1、2或3所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述评估装置(60)在响应以信号表示所述所有控制装置故障的状态信号时，则将所述子设备(40)控制在一个可限定的运行状态中。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述子设备(40)具有至少一个可寻址的输入接(51、52)，用于为所述控制装置(20、30)提供输入数据，并且其中所述控制装置(20、30)分别具有一个装置，用于接收由所述输入接口提供的输入数据。

6.  根据权利要求5所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述子设备(40)具有多个单独的可寻址的输入接(51、52)，其使得所述输入数据由所述每一个控制装置支配。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述每个控制装置(20、30)具有一个装置(22、32)，用于查明所述其他控制装置的故障，和/或一个装置，用于访问所述子设备(40)的一个预定的输入接(51、52)。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述每个控制装置(20、30)具有一个存储器(21、31)，所述至少一个输入接口和输入接口的地址都储存在所述存储器中。

9.  根据权利要求1至8中任一项所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述通信网络(70、72、74)是一个基于TCP/IP的网络或一个现场总线，并且所述子设备(40)具有一个现场设备。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述两个控制装置(20、30)控制所述子设备(40)。

11.  根据权利要求1至10中任一项所述的控制-及数据传输装置，其特征在于，所述输入接(51、52)和/或所述输出接口(61、62)设计为逻辑接口。

12.  一种方法，用于通过至少两个控制装置(20、30)冗余控制一个子设备(40)，所述这两个控制装置通过一个通信网络(70、72)与所述子设备(40)连接，根据所述方法，所述每个控制装置(20、30)将状态-及输出数据传输给所述子设备(40)的一个单独的输出接口(61、62)；所接收的状态数据被评估，并且在响应到已评估的状态信号时仅传递用于其他应用的源于一个预定控制装置的输出数据。

13.  根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述状态数据表示了每个控制装置的运行状态，并且当所述状态数据以信号表示一个控制装置故障时，将传递其它控制装置的输出数据，并且当所述状态信号以信号表示所有控制装置均按计划运行时，仅传递一个预定控制装置的输出数据。

14.  根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述控制装置(20、30)请求所述子设备(40)，所述输入数据将传输到所述控制装置上。

15.  根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述输入数据在同一时间被传输到所述多个控制装置上。

16.  根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述多个控制装置可以彼此之间交换状态数据，并且每个控制装置可以将以信号表示所述多个控制装置运行状态的状态数据传输到所述子设备的其对应的输出接口。

用于冗余控制子设备的方法及系统
技术领域
本发明不仅涉及一种控制-及数据传输装置，还涉及一种方法，都用于通过至少两个控制装置来冗余控制子设备，其尤其能够应用在自动化技术中。
背景技术
为了提高在自动化技术中机器和设备的实用性和可靠性，首先冗余设置有多个电子组件。在电子组件故障时，其他冗余设置的电子组件将承担所要求的任务和功能，其中一个无法解决的问题是，冗余的电子组件是否以平行运行的方式工作或是首先在发生电子组件故障时才运行其他的电子组件。
目前已知有现场总线系统，其中两个冗余的控制装置控制一个现场设备。一旦一个控制装置故障，则另一个控制装置将承担其任务，在此期间从一个控制装置切换到另一个控制装置上。这种所谓的冗余切换要视具有一个确定切换持续时间的待控制现场设备而定，从而在控制装置故障时则不能确保无缝的控制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种方法以及一种控制-及数据传输装置，其在控制装置故障时也能保证现场设备基本上无缝的控制。
本发明的核心理念在于，一种子设备，其尤其可以是一个现场设备，其具有多个，优选两个可寻址的输出接口，其中每个输出接口能由一个单独的控制装置来控制。子设备的评估装置用于，在任意时间内该评估装置都可以使控制装置提供用于子设备的输出数据。
上述技术问题首先通过权利要求1的特征来实现。
随后设置有用于冗余控制子设备的控制-及数据传输装置。在此要值得注意的是，控制-及数据传输装置是一种自动化设备以及子设备是一种现场设备。
子设备通过通信网络与至少两个控制装置连接。子设备具有多个，优选两个可寻址的输出接口，用于接收输出-及状态数据。输出数据可以是控制数据，例如参数化-及配置数据以及类似数据。状态数据另一方面将用信号传递出一个控制装置的运行状态。每个控制装置具有一个装置，用于为子设备的一个单独输出接口生成和传输状态-及输出数据。另外，子设备具有评估装置，其在响应由控制装置接收的状态信号时将控制用于其他应用的所接收的输出数据。
在这一点上得以证明，即输出接口表现为一个装置，其将接收来自于控制装置的数据。输出接口优选是逻辑接口，从而在通信网络上的实际连接可以仅通过物理接口，例如一种以太网接口来实现。可选地是，输出接口也可以是物理接口。
通过设计方案(Formulierungen)，即所接收的用于其他应用的输出数据的传递被控制，则例如查明输出数据到物理输出端上的传递，在这些端口上例如可以连接激励器、存储器和/或子设备的一个处理器，输出数据被提供给这些器件。另外，通过这种设计方案可以理解一个实施例，在该实施例中，输出数据将提供给一个在子设备中运行的应用。
多个有利的改进方案在从属权利要求中说明。
为了保证，在所有控制装置均按计划运行时所有控制装置的输出数据不必由子设备采纳，则评估装置这样设计，即该评估装置在响应状态信号时将以信号传递所有控制装置根据安排的工作状态，仅仅一个预设控制装置的输出数据被传递。
因为所有设置用于控制子设备的控制装置传输用于子设备的状态-及输出数据，在控制装置故障时可以由此而确保子设备无缝及正确地继续工作，即在评估装置这样设计，即在响应状态信号时，该状态信号将以信号传递控制装置的故障，仅仅源于均按计划运行的控制装置的输出数据被子设备采纳。
为了避免，在所有控制装置故障时子设备转到一个非控制的功能运行中，评估装置在响应以信号传递所有控制装置故障中的状态信号时将控制子设备在一个可限定的工作状态中。例如，在这种情况下将中断子设备的能源供应。
为了控制装置的控制程序相对于待控制的子设备基本上同步地运行，子设备具有至少一个可寻址的输入接口，用于准备提供用于控制装置的输入数据。输入接口应理解为一个装置，该装置视控制装置而定来准备提供用于该控制装置的输入数据。为此，每个控制装置具有用于接收由各个输入接口提供的输入数据的装置。
子设备包括多个输入接口，从而其对应到单个的地址，通过这些地址控制装置可以访问输入数据。换句话说，输入接口用于将多个确定用于控制装置的输入数据授予多个输入接口，从而输入数据优选输入逻辑的控制下能够同步地从输入接口传输到每个控制装置。通过这种方式可以保证，子设备基本上同步地由控制装置控制。在这一点上值得注意的是，输入接口优选是逻辑接口，从而子设备在通信网络上的连接可以仅通过一个物理接口来实现。可选地，输入接口可以设计为物理接口。
另外，每个控制装置可以具有一个装置，用于针对性地访问子设备的预定输入接口。
为了能够控制装置相互间监测，多个控制装置设置用于交换状态数据。每个控制装置还具有一个装置，用于在评估所接收的状态数据时查明其他控制装置的故障。
为了每个控制装置能够需要确定用于该控制装置的输出数据以及传输确定用于子设备的状态-及输出数据，在一个存储器中不仅储存了输入接口的地址也储存了子设备的输出接口的地址。
优选地，控制装置和子设备通过基于TCP/IP的网络，例如以太网或现场总线彼此连接。
两个控制装置以特别有利的方式控制子设备。
上述技术问题也通过权利要求12的方法步骤来实现。
随后，一种方法设计用于通过两个控制装置冗余控制一个子设备，这两个控制装置通过通信网络与子设备连接。每个控制装置将发送状态-及输出数据给子设备的一个单独的输出接口。在这一点上值得注意的是，状态-及输出数据不必以打包或帧的方式传输给子设备。值得考虑的是，即首先传输状态数据，并且随后以一个单独的通信周期传输用于子设备的输出数据。所接收的状态数据随后被评估并且在响应已评估的状态信号时仅传递用于其他应用的源于一个预定控制装置的输出数据，也就是说被子设备采纳。
状态数据表示了每个控制装置的运行状态，其中，当状态数据以信号表示一个控制装置故障时，将传递其它控制装置的输出数据，并且其中，当状态信号以信号表示所有控制装置均按计划运行时，仅传递一个预定控制装置的输出数据。
根据一个有利的实施例，控制装置请求子设备，输入数据将传输到控制装置上。在最简单的情况下，每个控制装置通过电缆连接与子设备连接，通过该电缆连接输入数据传输到控制装置上。子设备优选具有一个控制逻辑电路，其用于，多个输入数据在相同的时间内使用到控制装置中。通过这种方式将保证，控制装置能够同步地控制字设备。
在可选的实施例中，多个控制装置可以彼此之间交换状态数据，其中每个控制装置可以将以信号表示自身运行状态和其他控制装置运行状态的状态数据传输到子设备的每个输出接口。通过这种方式，子设备可以对此告知控制装置的故障，即中止故障控制装置和子设备之间的连接并且因此也可以不再将该控制装置的状态数据传输给子设备。
附图说明
本发明在下文中将根据一个实施例来详细说明。
具体实施方式
单一的附图使出了示例的控制-及数据传输装置10，该装置例如可以应用到自动化技术中。控制-及数据传输装置10冗余地建立。这意味着在该实施例中，一个子设备40(下文中也表示为现场设备)优选与两个控制装置20、30同步地通信。控制装置20、30通过通信网络与现场设备40连接。通信网络(其通过曲线的连接延长线70、72和74象征性地表示)可以是一种TCP/IP通信网络，例如以太网或现场总线。
在这一点值得注意的是，当然两个以上的控制装置也可以与现场设备进行数据交换。控制-及数据传输装置10通常也包含一个以上的现场设备。
为了能够保证控制装置20、30和现场设备40之间无冲突的，也就是无缝的通信，现场设备40具有两个输入接口51、52，其能够将数据传输给控制装置20或30。输入接口51、52用于，控制装置20或控制装置30的建立于物理输入端53上的输入数据优选同步地输送。设置在物理输入端53和输入接口51、52之间的输入逻辑电路50用于，输入数据能同时由控制装置20、30使用。通过这种方式将确保，两个控制装置20、30能够处理相同的控制程序或应用，从而通过控制装置20、30实现了现场设备40的平行的，也就是冗余的监测和控制。此外，由此而确保，即现场设备40无冲突地控制，也就是说能够无缝地从一个控制装置上过渡到另一个控制装置上。多个输入接口51、52在该实施例中设计为逻辑接口，其可以通过一个单一的、未示出的物理接口，例如一个以太网接口与控制装置20或30进行通信。
在这一点值得注意的是，逻辑输入接口51、52以及输入逻辑电路并非强制需要。有利的是，建立于物理输入端上的输入数据能够同时传输到控制装置20、30上或者两个控制装置能够同时读取输入数据。例如，输入数据能够储存在一个存储器装置(未示出)中，两个控制装置20、30可以依次或同时地在该存储器装置上读取。这种存储器可以在输入接口51、52中执行，而且在此其是物理接口。在该实施例中，每个逻辑输入接口对应一个地址。例如，输入接口51的地址存储在控制装置20的存储器21中，相应地输入接口52的地址存储在控制装置30的存储器31中。现场设备40的输入数据31可以通过已知的查询程序(在控制装置20、30上执行)来访问。可选地，输入接口51、52例如通过输入逻辑电路50这样触发，即对于每一个任意时间点或循环周期内，输入数据通过输入接口51和输入接口52有针对性地发送给控制装置20或控制装置30。
另外，在现场设备40中执行两个逻辑输出接口61、62，该接口分别对应一个地址。逻辑输出接口61、62在这种情况下通过一个物理接口(未示出)与控制装置20或30进行通信。例如，输出接口61的地址作为目标地址存储在控制装置20的存储器21中，而输出接口62的地址作为目标地址存储在控制装置30的存储器31中。通过这种方式，输出-及状态数据有针对性地通过控制装置20传输给输出接口61并且输出-及状态数据通过控制装置30传输给输出接口62。输出逻辑电路60(下文中也称为评估装置)与两个输出接口61、62连接并且用于，即在输出接口上接收的输出数据以预定的方式传递到现场设备40的物理输出端63上。值得注意的是，输出接口61、62可选地也可以设计为物理接口，子设备40通过该物理接口与通信网络连接。
多个控制装置20、30也可以相互间进行状态数据交换，以便于同步控制程序的流程和/或告知其他控制装置的每个运行状态。
接下来将详细描述在附图中示出的控制-及数据传输装置的功能。
首先要说明的是，将使用到输入接口的概念，以表示，从现场设备40发送给控制装置20、30的数据是用于控制装置的输入数据。使用到输出接口的概念，以表示，在现场设备40的输出接口中得到的输出-和/或状态数据是控制装置的输出数据。
现在可以设想，在现场设备40的物理输入端53上可以支配控制装置20、30的输入数据。输入数据可以是关于设备的状态数据、温度传感器的温度数据或类似的数据，该温度传感器连接到物理输入端53的其中一个上。建立在物理输入端53上的输入数据在控制输入逻辑电路50时由输入接口51、52传输到控制装置20或控制装置30，并且甚至于优选同时传输。所接收的输入数据随后提供给相应的在控制装置中运行的应用程序，从而控制装置20、30能够同步地控制现场设备40。可选地，输入数据也可以通过现场设备40的控制装置20、30来访问。对此，每个控制装置发送一个包含有各个输入接口的各个目标地址的请求包。例如，控制装置20发送一个输入数据请求包给输入接口51，其中输入数据请求包不仅包含控制装置20的地址，也包含有输入接口51的目标地址。控制装置30能够以类似的方式将一个输入数据请求包传输给现场设备40的输入接口52，该输入数据请求包不仅包含有控制装置30的地址，也包含有输入接口52的目标地址。例如，输入逻辑电路50可以读出包含在包内的输入数据请求指令并且这样控制输入接口51、52，即输入数据通过输入接口51传输给控制装置20并且通过输入接口52传输给控制装置30。
根据一个实施例来继续设想，控制装置20、30规则地或对于任意时间点地将数据包传输给现场设备，该数据包包含状态数据。在该实施例中，控制装置20将包含状态数据的包传输给输出接口61并且控制装置将包含状态数据的包传输给输出接口62。在此，控制装置20记载了输出接口61在待传输包中的目标地址，而控制装置30记载了输出接口62在待传输包中的目标地址。包含在包中的状态数据以信号来传递给现场设备40，控制装置是否无故障或有故障地工作。数据包的评估例如在输出逻辑电路60中实现。如果设立输出逻辑电路60，即从控制装置20、30传输到包中的状态数据以信号传递出两个控制装置的无故障的运行状态，从而输出逻辑电路60用于，即例如仅从控制装置20传输到输出接口61的输出数据将传递到现场设备40的物理输出端63上，用于其他应用。多个物理输出端63例如构成了用于微处理器、促动器或其他激励器的接口。
反之，如果设立现场设备40的输出逻辑电路60，即包含在控制装置30的数据包中的状态数据将以信号传递控制装置30的有故障的运行状态，从而输出逻辑电路60用于，即仍然仅仅包含在控制装置20的数据包中的输出数据将传递给物理输出端63。通过这种方式可以实现无冲突，也就是说，当其中一个控制装置出现故障时，现场设备40的物理输出端仍将无缝地进行工作。
对于这种情况，即在通过两个控制装置20、30传输的状态信号以信号传递一个有故障的运行状态时，输出逻辑电路60将使现场设备40进入到一个限定的运行状态中。例如输出逻辑电路60可以用于，即现场设备40的能源供应被中断，或者物理输出端被设置在一个限定值上。
需要注意的是，两个控制装置20、30通常可以完成相同的控制程序。但是这不必同步地进行。
综上所述，两个控制装置20、30可以这样设置，即一个控制装置能够察觉到另一个控制装置的故障。为了实现该目的，控制装置20可以具有用于查明控制装置30的监测装置22，并且控制装置30可以具有用于查明控制装置20的监测装置32。在这种情况下可以实现，无故障工作的控制装置，例如控制装置20将状态数据传输给输出接口61，该输出接口以信号传递给输出逻辑电路，即控制装置30工作存在故障。在这种情况下，输出逻辑电路60又将用于，即仅仅从控制装置20来到输出接口61上的输出数据被传递到物理输出端63上。