СПОСОБ КОНФИГУРИРОВАНИЯ МОДУЛЬНОГО УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ И МОДУЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ
METHOD OF CONFIGURING MODULAR CONTROL DEVICE OF INDUSTRIAL AUTOMATION SYSTEM AND MODULAR CONTROL DEVICE

Промышленные системы автоматизации служат для контроля, управления и регулирования технологических процессов, особенно в области автоматизации производства, обработки и зданий, и обеспечивают режим работы устройств управления (контроллеров), датчиков, машин и промышленных установок, который должен осуществляться по возможности самостоятельно и независимо от вмешательства человека. Ввиду постоянно растущей важности информационных технологий для систем автоматизации, которые включают в себя многочисленные сетевые управляющие и вычислительные блоки, все более важными становятся способы для надежного предоставления распределяемых через систему автоматизации функций для обеспечения контроля, управления и регулирования.
Прерывания соединений связи между вычислительными блоками промышленной системы автоматизации или устройствами автоматизации могут привести к нежелательному или ненужному повторению передачи служебных запросов. Это вызывает дополнительную загрузку соединений связи промышленной системы автоматизации, что может привести к дальнейшим системным помехам или неисправностям. Кроме того, непереданные или не полностью переданные сообщения могут, например, препятствовать переходу или нахождению промышленной системы автоматизации в безопасном рабочем состоянии. Это в конечном итоге может привести к выходу из строя всей производственной установки и к убыточным простоям производства. Особая проблема возникает в промышленных системах автоматизации регулярно вследствие трафика сообщений с относительно многочисленными, но относительно короткими сообщениями, из-за чего вышеуказанные проблемы усугубляются.
Из ЕР 1 188 293 B1 известен интерфейсный модуль для контроллера с программным управлением, который обеспечивает возможность передачи запросов данных посредством устройства связи или вычислительного блока вне промышленной системы автоматизации на контроллер с программным управлением, например, через Интернет. Интерфейсный модуль содержит процессор с операционной системой реального времени, сетевой коммуникационный интерфейс и драйвер шины задней (объединительной) панели для системы шины задней панели контроллера с программным управлением. Кроме того, интерфейсный модуль имеет двойной стек протоколов, который содержит первый и второй стек протоколов, а также реализует клиентский процесс управления. Клиентский процесс управления клиента служит для того, чтобы осуществлять связь с двойным стеком протоколов и драйвером шины задней платы и инициировать запросы данных. Кроме того, предусмотрен серверный процесс управления, чтобы осуществлять связь с двойным стеком протокола и драйвером шины задней панели и отвечать на запросы данных. Кроме того, протокольный процесс управления служит для того, чтобы осуществлять связь с двойным стеком протоколов и драйвером шины задней панели и вызывать запросы, направленные в стек протоколов, и отвечать на них. В то время как первый стек протоколов предусмотрен для некритичных по времени сообщений, критичные по времени сообщения обрабатываются с помощью второго стека протоколов.
В US 2004/0114591 A1 описан контроллер с программным управлением, который включает в себя систему шины задней панели и модуль, соединенный с системой шины задней панели, которые осуществляют связь посредством коммуникационного Интернет-протокола (IP) через систему шины задней панели. При этом каждый модуль имеет собственный IP-адрес.
EP2913727A1 относится к модульному промышленному устройству автоматизации с системой шины задней панели, несколькими функциональными модулями, подключенными к системе шины задней панели, каждый из которых содержат адаптер сети связи, функциональный блок для реализации стека протоколов связи и связанный с адаптером сети связи мостовой элемент. Кроме того, предусмотрен модуль маршрутизатора, подключенный к системе шины задней панели, который включает в себя адаптер сети связи, функциональный блок, связанный с адаптером сети связи, для реализации стека протоколов связи маршрутизатора и для каждого функционального модуля соответствующий элемент связи. Такой элемент связи связывает функциональный блок для реализации стека протоколов связи маршрутизатора через систему шины задней панели с мостовым элементом соответствующего функционального модуля. Только стек протоколов связи модуля маршрутизатора включает в себя функции маршрутизации.
В основе настоящего изобретения лежит задача создать способ, который обеспечивает возможность конфигурирования с невысокими затратами модульного устройства управления, соединяемого с множеством различных подсетей, а также предложить соответствующее устройство управления.
Эта задача согласно изобретению решается способом с признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения, и модульным устройством управления с признаками, приведенными в пункте 13 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Соответствующий изобретению способ предназначен для конфигурирования модульного устройства управления, которое включает в себя центральный блок для обработки управляющих программ и по меньшей мере один модуль связи, которые, соответственно, включают в себя встроенный маршрутизатор и соединены друг с другом посредством системы шины задней панели. При этом первые маршрутизаторы имеют расширенную функцию маршрутизатора для соединения с сетью связи верхнего уровня, в то время как вторые маршрутизаторы имеют ограниченную функцию маршрутизатора для соединения с подчиненной подсетью эксплуатационного (полевого) уровня. Передача данных с помощью системы шины задней панели осуществляется предпочтительно в соответствии с Интернет-протоколом.
В соответствии с изобретением, блоки конфигурации маршрутизатора первого маршрутизатора обнаруживают, соответственно, через блоки конфигурации маршрутизатора других маршрутизаторов, доступные функции маршрутизатора и соотнесенные значения приоритета соответствующих маршрутизаторов. Кроме того, блоки конфигурации маршрутизатора первых маршрутизаторов проверяют, соответственно, на основе обнаруженных функций маршрутизатора других маршрутизаторов, имеются ли другие первые маршрутизаторы. Кроме того, блоки конфигурации маршрутизатора первых маршрутизаторов, при наличии других первых маршрутизаторов, проверяют, соответственно, на основе значений приоритета, с каким первым маршрутизатором соотнесено наивысшее значение приоритета. Первый маршрутизатор с наивысшим значением приоритета конфигурируется как маршрутизатор верхнего уровня для соединения с сетью связи верхнего уровня. Все остальные маршрутизаторы конфигурируются, соответственно, как подчиненные маршрутизаторы для соединения с подчиненной подсетью эксплуатационного уровня и принимают на себя заданную маршрутизатором верхнего уровня конфигурацию адреса службы имен и подсети. Таким образом, автоматическое соединение модульного устройства управления с множеством подчиненных подсетей эксплуатационного уровня, а также с сетью связи верхнего уровня может быть обеспечено без предварительного проектирования.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления соответствующего изобретению способа, маршрутизатор центрального блока конфигурируется в качестве маршрутизатора верхнего уровня, если не имеется никаких первых маршрутизаторов. В этом случае маршрутизатор центрального блока может, например, принимать на себя конфигурацию адреса службы имен и подсети, заданную посредством системы проектирования, так что всегда обеспечивается определенная конфигурация.
Кроме того, маршрутизатор верхнего уровня, в соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, может посредством своего блока конфигурации маршрутизатора принимать на себя конфигурацию адреса службы имен и подсети из сети связи верхнего уровня. Предпочтительно, подчиненные маршрутизаторы, посредством своего соответствующего блока конфигурации маршрутизатора, принимают на себя конфигурацию адреса службы имен и подсети маршрутизатора верхнего уровня. Таким образом, обеспечивается взаимно согласованная конфигурация всех встроенных маршрутизаторов модульного устройства управления.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления соответствующего изобретению способа, конфигурации остающихся маршрутизаторов, при удалении без замены модуля связи во время текущей работы, сохраняются неизменными. Предпочтительным образом, соотнесенный с центральным блоком блок конфигурации маршрутизатора проверяет во время текущей работы, только при добавлении модуля связи, какой маршрутизатор должен конфигурироваться в качестве маршрутизатора верхнего уровня. Соответственно, соотнесенный с центральным блоком блок конфигурации маршрутизатора, только при изменении маршрутизатора верхнего уровня, вызывает реконфигурирование маршрутизаторов, конфигурация которых, соответственно, зависит от изменения маршрутизатора верхнего уровня. Таким образом, конфигурация модульного устройства управления во время текущей работы может поддерживаться стабильной, насколько это возможно. В частности, еще не полностью завершенная замена модулей связи, таким образом, не приводит к несогласованной или нестабильной конфигурации системы. В этом смысле, кроме того, может быть предусмотрено, что соотнесенный с центральным блоком блок конфигурации маршрутизатора блокируется от изменений конфигурации во время выполнения управляющей программы. В этом случае, соотнесенный с центральным блоком блок конфигурации маршрутизатора блокируется от изменений конфигурации во время выполнения управляющей программы предпочтительно также при добавлении модуля связи.
Блоки конфигурации маршрутизатора первых маршрутизаторов, в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения, проверяют, сохранено ли в центральном блоке проектирование маршрутизатора верхнего уровня, который является приоритетным по сравнению со значениями приоритетов соответствующих первых маршрутизаторов. Предпочтительным образом, первый маршрутизатор конфигурируется, при положительном результате проверки, в соответствии с сохраненным в центральном блоке проектированием как маршрутизатор верхнего уровня. Таким образом, желательная топология маршрутизаторов также может быть задана посредством спроектированной конфигурации.
Соответствующее изобретению модульное устройство управления предусмотрено для осуществления способа по любому из предыдущих вариантов осуществления и включает в себя центральный блок для обработки управляющих программ и по меньшей мере один модуль связи, которые, соответственно, включают в себя встроенный маршрутизатор и соединены друг с другом посредством системы шины задней панели. При этом первые маршрутизаторы имеют расширенную функцию маршрутизатора для соединения с сетью связи верхнего уровня, в то время как вторые маршрутизаторы имеют ограниченную функцию маршрутизатора для соединения с подчиненной подсетью эксплуатационного уровня. Блоки конфигурации маршрутизатора первых маршрутизаторов сконфигурированы и выполнены так, чтобы, соответственно, посредством блоков конфигурации маршрутизатора других маршрутизаторов обнаруживать доступные функции маршрутизаторов и соотнесенные значения приоритета соответствующих маршрутизаторов. Кроме того, блоки конфигурации маршрутизатора первых маршрутизаторов сконфигурированы и выполнены так, чтобы, соответственно, на основе обнаруженных функций маршрутизатора других маршрутизаторов проверять, имеются ли другие первые маршрутизаторы.
В соответствии с изобретением, блоки конфигурации маршрутизатора первых маршрутизаторов сконфигурированы и выполнены так, чтобы, при наличии других первых маршрутизаторов, соответственно, на основе значений приоритета проверять, с каким первым маршрутизатором соотнесено наивысшее значение приоритета. Кроме того, маршрутизаторы сконфигурированы и выполнены так, что первый маршрутизатор с наивысшим значением приоритета конфигурируется как маршрутизатор верхнего уровня для соединения с сетью связи верхнего уровня. Кроме того, маршрутизаторы сконфигурированы и выполнены так, что все остальные маршрутизаторы конфигурируются, соответственно, как подчиненный маршрутизатор для соединения с подчиненной подсетью эксплуатационного уровня и принимают на себя заданную маршрутизатором верхнего уровня конфигурацию адреса службы имен и подсети.
Настоящее изобретение будет объяснено более подробно ниже на примере выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показано следующее:
Фиг. 1 - схематичное представление модульного устройства управления промышленной системы автоматизации с несколькими подключенными к системе шины задней панели модулями связи и встроенными маршрутизаторами,
Фиг. 2 - модульное устройство управления согласно фиг. 1, с встроенными маршрутизаторами которого соотнесен соответствующий компонент менеджера маршрутизатора или компонент менеджера топологии маршрутизатора.
Показанное на фиг. 1 модульное устройство управления включает в себя центральный блок 101 управления и несколько процессоров 102 связи, которые соединены друг с другом через шину 103 задней панели, основанную на IPv6. Модульное устройство управления в данном примере выполнения представляет собой контроллер с программным управлением.
Как центральный блок 101 управления, так и процессоры 102 связи содержат, соответственно, по меньшей мере один Ethernet-интерфейс 105 или Feldbus (полевая шина)-интерфейс 106 для соединения восходящей линии связи модульного устройства управления с сетью 111 установки или для соединения нисходящей линии связи с Feldbus-подсетями 112. Ethernet-интерфейсы 105 могут, помимо использования для соединения восходящей линии связи, также применяться для соединения нисходящей линии связи с Feldbus-подсетями на основе PROFINET. Кроме того, центральный блок 101 управления и процессоры 102 связи содержат, соответственно, встроенный маршрутизатор 104, который реализует, в частности, стек IP-протоколов связи и получает доступ через драйверы интерфейсов в качестве элементов абстракции аппаратных средств к Ethernet-интерфейсам 105 или Feldbus-интерфейсам 106.
В прежних модульных устройствах управления, перед вводом в эксплуатацию должно проектироваться, какой интерфейс предусмотрен для соединения восходящей линии связи, и какие интерфейсы применяются для соединения нисходящей линии связи. Так как шина 103 задней панели модульного устройства управления позволяет создать структуру самостоятельных IPv6-линий связи со свойствами многоадресной передачи и обеспечивает возможность обработки с помощью IPv6-стека как Ethernet-линии связи, доступные функции могут также применяться на шине задней панели. Это включает в себя, в частности, самостоятельную децентрализованную генерацию IPv6-адресов.
Для того чтобы организовать маршрутизаторы 104, встроенные в центральный блок 101 управления и в процессоры 102 связи, в иерархии, каждому маршрутизатору 104 отводится либо роль маршрутизатора восходящей линии связи, либо роль маршрутизатора нисходящей линии связи. Как правило, на каждое модульное устройство управления предусматривается только один маршрутизатор в качестве маршрутизатора восходящей линии связи. В особых случаях, несколько маршрутизаторов могут взять на себя роль маршрутизатора восходящей линии связи одновременно. Здесь применяются соответствующие правила для многозонных сетей с автоматической привязкой.
Маршрутизатор восходящей линии связи представляет собой для шины 103 задней панели маршрутизатор по умолчанию для маршрутизатора нисходящей линии связи. При этом устанавливается интерфейс маршрутизатора восходящей линии связи в качестве интерфейса восходящей линии связи. Все остальные интерфейсы маршрутизатора восходящей линии связи рассматриваются как интерфейсы нисходящей линии связи. Маршрутизаторы нисходящей линии связи используют маршрутизатор восходящей линии связи в качестве своего маршрутизатора по умолчанию. За исключением внутренних интерфейсов маршрутизаторов нисходящей линии связи к шине 103 задней панели, все интерфейсы маршрутизаторов нисходящей линии связи рассматриваются как интерфейсы нисходящей линии связи. IPv6-маршрутизатор принимает для себя через интерфейс восходящей линии связи префиксы подсети, а также свою DNS-конфигурацию, то есть адреса DNS-сервера DNS и DNS-списки поиска. Префиксы подсети могут, например, приниматься в рамках иерархического или централизованного делегирования префикса. DNS-конфигурация маршрутизаторов передается через подчиненные подсети соответствующих интерфейсов нисходящей линии связи, особенно Feldbus-подсети на основе PROFINET.
Для того чтобы определить топологическую связь встроенного маршрутизатора 104 в модульном устройстве управления, центральный блок 101 управления в соответствии с фиг. 2 включает в себя компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора. Аналогичным образом, процессоры 103 связи содержат, соответственно, соответствующий компонент 202 менеджера маршрутизатора. Компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора предусмотрен для координации топологической связи встроенных маршрутизаторов 104 в модульном устройстве управления. Через шину 103 задней панели, компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора запрашивает посредством соответствующего компонента 202 менеджера маршрутизатора, по каждому процессору 102 связи, релевантную для координации информацию, в частности, принципиально возможные роли маршрутизатора. Информация о возможных ролях маршрутизатора сохраняется вместе со значением приоритета, соотнесенным с соответствующим маршрутизатором 104, в базе данных 203, которая соотнесена с компонентом 201 менеджера топологии маршрутизатора или с соответствующим компонентом 202 менеджера маршрутизатора. В настоящем примере выполнения, для информации, сохраненной в соответствующей базе данных 203, применимы следующие общие определения.
1. Для центрального блока управления с функциональной возможностью восходящей линии связи, в соответствующей базе данных 203 сохраняются ʺвозможна восходящая линии связиʺ в качестве атрибута роли и значение приоритета 0.
2. Для PROFINET-процессора связи для привязки Feldbus-подсетей, в соответствующей базе данных 203 сохраняются ʺтолько нисходящая линия связиʺ в качестве атрибута роли и значение приоритета 0.
3. Для Ethernet-процессора связи для привязки к сети установки, в соответствующей базе данных 203 соотносятся ʺвозможна восходящая линии связиʺ в качестве атрибута роли и значение приоритета 10.
Компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора выполняет на основе запрошенной информации оценку, чтобы установить конкретные роли маршрутизаторов для маршрутизаторов 104 центрального блока 101 управления и процессоров 102 связи. Эти установленные роли маршрутизаторов затем применяются для конфигурирования встроенных маршрутизаторов 104, особенно в отношении функциональных компонентов маршрутизатора как ретранслятора RA 204 (объявлений маршрутизатора) и ретранслятора DHCPv6 205 (протокола динамического конфигурирования хоста). В настоящем примере выполнения, при оценке информации, запрошенной компонентом 201 менеджера топологии маршрутизатора, применимы следующие общие принципы.
1. Для маршрутизатора с атрибутом роли ʺтолько нисходящая линия связиʺ всегда конфигурируется роль в качестве маршрутизатора нисходящей линии связи. Оценка этим завершается.
2. В случае нескольких маршрутизаторов с атрибутом роли ʺвозможна восходящая линии связиʺ, маршрутизатор с наивысшим значением приоритета конфигурируется как маршрутизатор восходящей линии связи;
3. все остальные маршрутизаторы с атрибутом роли ʺвозможна восходящая линии связиʺ конфигурируются как маршрутизаторы нисходящей линии связи.
После завершения оценки, компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора центрального блока 101 управления передает через шину 103 задней панели на компоненты 202 менеджера маршрутизатора процессоров 102 связи информацию о том, какая роль маршрутизатора должна, соответственно, конфигурироваться. Затем компоненты 202 менеджера маршрутизатора соответственно конфигурируют свои соотнесенные маршрутизаторы 104. Аналогичным образом, это также верно для конфигурируемой посредством компонента 201 менеджера топологии маршрутизатора роли маршрутизатора для встроенного в центральный блок 101 управления маршрутизатора 104.
Если процессоры связи заменяются во время текущей работы (горячее подключение), то следует гарантировать, чтобы сконфигурированные роли маршрутизатора не изменялись самостоятельно или некоординированным образом. Вместо этого, топологические связи встроенных маршрутизаторов 104 в модульном устройстве управления должны поддерживаться. Поэтому на компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора центрального блока 101 управления при добавлении процессора связи передается только соответствующее сообщение о событии. Только в ответ на это сообщение о событии компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора выполняет заново оценку подлежащей установке роли маршрутизатора. Только если на основе этой новой оценки роль маршрутизатора изменяется, компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора вызывает реконфигурирование соответствующего маршрутизатора 104. В частности, информация о конфигурации при удалении процессоров 102 связи не сразу удаляется из модульного устройства управления, но сначала поддерживается. Таким образом, предотвращается то, что, при перекрывающихся процессах удаления-добавления, еще не замененные процессоры выпадают из вышеописанной оценки.
Кроме того, компонент 201 менеджера топологии маршрутизатора центрального блока 101 управления может блокироваться, если управляющая программа выполняется в модульном устройстве управления, чтобы обеспечить выполнение программы на основе стабильных топологических связей встроенных маршрутизаторов 104 в модульном устройстве управления. В этом смысле, также при событиях добавления не происходит новая оценка подлежащих установке ролей маршрутизатора.
В принципе, желательная топология маршрутизатора может задаваться посредством общей конфигурации, созданной с помощью системы проектирования или технической разработки. При этом роли маршрутизаторов проектируются с помощью системы технической разработки во время стадии планирования и сохраняются в базе данных 203 центрального блока 101 управления в качестве общей конфигурации. Спроектированные роли маршрутизаторов затем передаются посредством компонента 201 менеджера топологии маршрутизатора центрального блока 101 управления через шину 103 задней панели на компоненты 203 менеджера маршрутизатора процессоров 102 связи для дальнейшей обработки.