[发明专利]用于分配并优先化数据传输的方法和设备

说明书

技术领域

本文中所公开的主题一般涉及用于控制机器和工业过程的工业控制网络，更具体地，涉及使用时间同步来在用于分布式控制系统的工业控制网络上分配并优先化数据通信。

背景技术

工业控制器是用于控制工厂自动化等的专用计算机。工业控制器通常执行为特定控制应用而高度定制的控制程序。诸如“继电器梯形逻辑”的专门控制语言一般用于使装置的编程更容易。在所存储的程序的指导下，工业控制器的处理器周期性地检查输入装置的状态并更新输出装置的状态。为了确保对机器或过程的可预测控制，控制程序必须非常可靠，并且以定义明确的时间段来执行。

随着工业过程越来越复杂，越来越多的装置与工业控制器连接。装置通常分布在机器附近或者沿着工艺线分布。工业网络通常用于连接分布式装置并且使得数据可以在装置之间传输。类似地，为了保持控制程序的可靠性，分布式装置之间的通信必须非常可靠并且以定义明确的时间段来执行。

响应于工业网络越来越复杂，已开发了许多工业通信协议来在分布式装置之间提供高调度通信。这些工业协议预留各个装置在该网络上进行通信的时隙，从而确保所有的关键通信都可以在预定义的时间内发生。

尽管这些工业通信协议满足工业通信的结构化要求，但是这些协议也有它们的缺点。高调度通信要求限制了工业控制系统的灵活性。随着系统的大小和复杂性增长，越来越多的通信和调度要求基于装置之间的交互而需要复杂、循环的调度优化例程。如果期望进一步扩展该系统，则必须重新配置整个调度表以容纳新装置。另外，扩展可能具有拓扑限制，以确保网络的可用带宽沿着网络的每个分支都满足性能要求。因而，期望提供一种满足工业控制系统的确定性要求的系统，并且为了易于安装和扩展而保持灵活性。

发明内容

本文中所公开的主题描述了一种用以在工业控制网络上分配并优先化数据通信的方法，其中工业控制网络包括但不限于采用电气和电子工程协会(IEEE)802.3标准的工业以太网络。建立包括多个优先窗口(prioritywindow)和多个传输优先级队列的传输调度表。传输调度表定义每个优先窗口的起始时间和持续时间。每个优先窗口可具有分配给该优先窗口的任意数量的优先级队列，并且可选地，可以不具有分配给该优先窗口的优先级队列。另外，每个优先级队列可被分配给一个或多个优先窗口。在控制网络上通信的控制装置根据传输调度表传输数据包。在每个优先窗口内，可传输与分配给该优先窗口的各优先级队列中的一个优先级队列对应的数据包。数据包可在优先窗口内的任意点处传输，但将仅在没有来自更高优先级队列的数据包正等待传输的情况下传输。

根据本发明的一个实施例，用于被配置为在工业网络上进行通信的工业控制装置的网络接口包括被配置为与工业网络连接的多个端口。每个端口均具有发送电路和接收电路。发送电路包括多个队列。网络接口还包括开关电路。该开关电路与每个端口均进行通信，并且定义多个优先窗口。每个优先窗口具有持续时间以及被分配为在优先窗口内传输的零个或更多个队列。在每个优先窗口的持续时间内，开关电路被配置为如果不存在来自分配给该优先窗口的更高优先级队列的数据包，则开始传送分配给该优先窗口的队列中的数据包。如果未将队列分配给优先窗口，则不在该优先窗口的持续时间内开始新的数据包传送。

因而，本发明的特征在于，可确定性地传递来自控制装置的数据包，又仍保持调度传输的灵活性。根据应用要求确定优先窗口的数量和分配给每个优先窗口的队列。

根据本发明的另一实施例，一种在工业网络上的多个控制装置之间传输数据的方法定义了多个优先窗口。每个优先窗口均包括起始时间和结束时间。还定义了多个队列，并且将每个队列分配给一个或多个优先窗口。将要传输的数据包分配给各队列中的一个队列。在每个优先窗口内，监控分配给该优先窗口的每个队列的数据包，并且如果将至少一个队列分配给该优先窗口，则在不存在来自分配给该优先窗口的更高队列的数据包的情况下，传输分配给该优先窗口的每个队列的数据包，而如果未将队列分配给该优先窗口，则不传输任何附加数据包。

根据详细描述和附图，本发明的这些和其他优点和特征对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。然而，应该理解，尽管说明了本发明的优选实施例，但是详细描述和附图是作为示例给出的，而不具有限制性。可在不背离本发明的精神的情况下，在本发明的范围内进行各种改变和修改，并且本发明包括全部这样的修改。

附图说明