[发明专利]使用互联网协议通过可编程控制器对设备的直接控制

说明书

背景

可编程逻辑控制器(PLC)或可编程控制器通常是数字计算机，经常用于工业过程自动化，例如工厂装配线上的机械控制、化学过程控制、娱乐设施控制及照明装备控制。PLC被用在许多不同的工业和机械中，诸如打包和半导体机械。和通用计算机不同，PLC被设计用于多输入和多输出布置、扩展的温度范围、对电噪声免疫及抵抗振动和冲击。控制机械操作的程序通常被存储在带蓄电池后备电源的或非易失性的存储器中。PLC是实时系统的例子，因为输出结果是响应于一定时间内的输入条件而产生的；否则，可能产生非预计操作。

与其他计算机的主要不同是，PLC通常适合用于苛刻的条件(灰尘、潮湿、热、冷及其他环境因素)并且具有广泛的输入/输出(I/O)布置能力。在工业自动化系统中，PLC通常连接到传感器和致动器以读取有限的开关、模拟过程变量(例如，温度和压力)及定位系统的位置，其中传感器和致动器设备可以是具有几个操作状态(例如，开/关)的简单外围(“哑的”)设备并且无条件地由PLC控制。

传统的工业自动化系统通常直接由PLC通过中间设备控制简单的外围设备(例如，按钮、指示灯、继电器)。因此，PLC不直接与外围设备通信。而是中间设备与PLC通信并将PLC所需要的动作传递给外围设备。消除需要中间设备同时有效地通信和控制外围设备，在工业自动化系统中可能是有利的。

在传统的自动化系统中，PLC通常控制和掌管在自动化系统中执行的所有功能和操作。指示灯可以由按钮的输入决定被打开或关闭，但在指示灯和按钮之间没有直接的连接。PLC读取按钮的输入。基于按钮输入的状态，PLC随后通过中间设备写至指示灯以将指示灯设置为所需要的状态(在这种情况下或者为开或者为关)。简单外围设备和中间设备的任何联系由PLC完成。在简单的外围设备之间没有直接的布线。简单的外围设备连接到中间设备，中间设备转而连接到PLC。PLC发送信息到中间设备以控制所有的中间设备的简单外围设备。信息可以包含以中间设备的存储器中的具体存储器位置为目的地的字。字通常被分解为位，每一位对应被连接到中间设备的简单外围设备中的每一个的状态。因此，在传统的自动化系统中经常有在PLC和简单的外围设备之间所需要的操作可能被毁坏或操作员犯错误的情况。

概述

本发明的一方面提供支持通过工业自动化系统中的自动化总线在底层设备和可编程控制器之间直接通信来控制和监控工业过程的装置、计算机可读介质及方法。

关于本发明的另一方面，叶节点设备包括底层设备。叶节点设备直接在网络层(例如，互联网协议(IP))与可编程控制器通信。

关于本发明的另一方面，叶节点设备通过自动化总线直接接收来自可编程控制器的数据包。叶节点设备从数据包提取控制信息以控制底层设备。

关于本发明的另一方面，叶节点设备从底层设备获得状态信息，将状态信息插入数据包，并直接将数据包传送给可编程控制器。

关于本发明的另一方面，工业自动化系统支持可以与具有不同通信介质的不同自动化总线联系的多个叶节点设备。

关于本发明的另一方面，通过自动化总线的信号基于包含在信号中的IP地址被指派给不同的叶节点设备。在每一叶节点设备认出它的被分配的IP地址的地方，信号可以不用交换元件导引。关于本发明的另一方面，信号通过交换元件导引，例如，IP交换元件或以太网交换元件。

关于本发明的另一方面，工业自动化系统包括电连接在可编程控制器和叶节点设备之间的桥节点。桥在物理层转换在可编程控制器和叶节点设备之间的信号。因此，在可编程控制器和叶节点设备之间的直接通信在网络层被保持。

附图的简要说明

本发明的更完整的理解及其优势可以通过参考鉴于附图的下列描述获得，在附图中同样的参考数字指示同样的特征，其中：

图1示出了根据已有技术的自动化网络。

图2示出了根据本发明的实施方式的工业自动化系统。

图3示出了根据本发明的实施方式在可编程控制器和底层设备之间基于IP通信的协议层。

图4示出了根据本发明的实施方式的叶节点设备。

图5示出了根据本发明的实施方式具有IP交换元件的工业自动化系统。

图6示出了根据本发明的实施方式的另一工业自动化系统。

图7示出了根据本发明的实施方式支持在可编程控制器和底层设备之间的介质独立通信的工业自动化系统。

图8示出了根据本发明的实施方式具有桥节点的工业自动化系统。

图9示出了根据本发明的实施方式可编程控制器控制底层设备的过程。