Aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y procedimiento para el funcionamiento de un aparato de comunicación.

Aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante con al menos una primera

(11) y una segunda unidad de emisión y recepción (12), que en cada caso presentan una interfaz para un enlace de red de la red de comunicación industrial (2), en donde ambas unidades de emisión y recepción presentan una dirección de red idéntica y un identificador de aparato idéntico,

- con una unidad de tratamiento de señales (13) enlazada con la primera y segunda unidad de emisión y recepción, que presenta un unidad de multiplexado (131) para el reenvío en paralelo de paquetes de datos a enviar a ambas unidades de envío y una unidad de tratamiento de redundancia (132), para el tratamiento de los paquetes de datos recibidos por ambas unidades de recepción, en donde la unidad de tratamiento de redundancia comprende una unidad de filtrado (133), que está diseñada para detectar los paquetes de datos redundantes recibidos,

- con un nodo de red ligado de forma sencilla. (31-33), enlazado con la unidad de tratamiento de señales a través de un elemento de acoplamiento (14),

caracterizado porque

- la unidad de tratamiento de señales está enlazada con el elemento de acoplamiento a través de una primera (15) y una segunda interfaz (16), en donde la primera interfaz está prevista para una transmisión de paquetes de datos recibidos mediante la primera unidad de recepción, y en donde la segunda interfaz está prevista para una transmisión de paquetes de datos recibidos mediante la segunda unidad de recepción,

- la unidad de tratamiento de redundancia comprende una unidad de caracterización (134), que está diseñada para añadir un indicador de redundancia a un paquete de datos redundante recibido, en donde la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada para un reenvío sin almacenamiento intermedio al elemento de acoplamiento de paquetes de datos, recibidos mediante ambas unidades de recepción,

- al elemento de acoplamiento está asociada una unidad de detección (142), que está diseñada para una valoración de indicadores de redundancia en los paquetes de datos recibidos y para rechazar paquetes de datos con indicadores de redundancia.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12157499.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: LOHMEYER, JOACHIM, ANGST,HERMANN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION... > Redes de datos de conmutación (interconexión o... > H04L12/40 (Redes de bus de línea)

PDF original: ES-2525755_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y procedimiento para el funcionamiento de un aparato de comunicación.

En los sistemas de automatización industriales distribuidos es necesario asegurar, en el caso de una detección, valoración y transmisión de datos de medición y dirección, que se dispone en tiempo real de unos datos completos e inalterados, en especial en el caso de procesos productivos industriales con un tiempo crítico. Deben evitarse modificaciones intencionadas, no intencionadas o provocadas por un fallo técnico, ya que esto puede conducir, dentro de un sistema de automatización industrial, a estados de sistema inconsistentes y averías del sistema con unos tiempos de parada perjudiciales económicamente.

Además de esto, las interrupciones de enlaces de comunicación entre unidades computacionales de un sistema de automatización industrial pueden conducir a una repetición indeseada o innecesaria de una transmisión de una solicitud de servicio. Esto causa una ocupación adicional de enlaces de comunicación del sistema de automatización industrial, lo que puede conducir a perturbaciones o fallos adicionales del sistema. Se produce regularmente una problemática especial en los sistemas de automatización industriales, a causa de un tráfico de información con relativamente muchos mensajes, aunque relativamente cortos, con lo que aumentan los problemas anteriores.

Para poder compensar averías en los enlaces o los aparatos de comunicación se han desarrollado unos protocolos de comunicación, como el High-availability Seamless Redundancy o el Parallel Redundancy Protocol, para redes de comunicación industriales de alta disponibilidad que pueden funcionar de forma redundante. El High-availability Seamless Redundancy (HSR) o el Parallel Redundancy Protocol (PRP) se definen en el estándar IEC 62439-3 y hacen posible una transmisión redundante sin intermitencias de paquetes de datos, con unos tiempos de recuperación extraordinariamente reducidos. De forma correspondiente al High-availability Seamless Redundancy y al Parallel Redundancy Protocol, cada paquete de datos es duplicado por un aparato de comunicación emisor y se envía a un receptor por dos vías diferentes. Mediante un aparato de comunicación en el lado del receptor se filtran unos paquetes de datos redundantes, que representan duplicados, hacia fuera de una corriente de datos recibida.

En el documento DE 10 2008 017 192 A1 se describe un procedimiento para estructurar una red, que comprende un primer abonado de red con una serie de puertos. Estos puertos están conectados a unos puertos de otros abonados de red de la red. En un primer paso de procedimiento los puertos asociados al primer abonado de red se conectan en un primer modo de funcionamiento. En el primer modo de funcionamiento pueden recibirse y enviarse a través de los puertos telegramas de prueba. De forma correspondiente a otro paso de procedimiento se envían telegramas de prueba a través de los puertos asociados al primer abonado de red. Aparte de esto se conectan los puertos asociados al primer abonado de red en un segundo modo de funcionamiento, en el caso de que el primer abonado de red no reciba de nuevo ningún telegrama de prueba de los telegramas de prueba enviados. En el segundo modo de funcionamiento se reenvían, a través de los puertos remanentes, los telegramas que se reciben a través de un puerto asociado al primer abonado de red. De este modo puede evitarse una formación de bucles de red a la hora de integrar en la red o ampliar unas redes complejas.

Del documento EP 2 282 452 A1 se conoce un procedimiento para transmitir datos dentro de una red de comunicación anular, en el que la transmisión de datos se realiza de forma correspondiente al High-availability Seamless Redundancy y la red de comunicación comprende al menos un nodo maestro, un nodo fuente y un nodo de destino. Cada nodo presenta una primera y una segunda interfaz de comunicación, con un respectivo primer y segundo nodo adyacente. Aparte de esto cada nodo recibe unos marcos de datos a través de la primera interfaz de comunicación y reenvía los marcos de datos recibidos, ya sea modificados o sin modificar, a través de la segunda interfaz de comunicación sin un retardo adicional. El nodo maestro envía un primer y un segundo marco de datos redundante, o un paquete de datos vacío, a su primer o segundo nodo adyacente. Al recibir los dos marcos de datos redundantes, el nodo fuente llena con datos de procesamiento el marco de datos respectivo en una región reservada predeterminada. A continuación se reenvía cada marco de datos llenado, de forma inmediata e individual, al primer o segundo nodo adyacente del nodo fuente. El nodo de destino extrae finalmente los datos de procesamiento del primer marco de datos llenado recibido, de entre una pareja de marcos de datos redundantes.

En el documento EP 2 343 857 A1 se describe un nodo de red para una red de comunicación, que comprende una primera red parcial y una segunda red parcial conectada a la primera red parcial. Mientras que en la primera red parcial se realiza una transmisión de datos de forma correspondiente a un protocolo Spanning Tree, para la transmisión de datos en la segunda red parcial se utiliza un segundo protocolo, que se diferencia del protocolo utilizado en la primera red parcial. El nodo de red descrito en el documento EP 2 343 857 A1 se diseña como un elemento para la segunda red parcial y para la comunicación dentro de la segunda red parcial. Además de esto, el nodo de red se diseña, mediante una funcionalidad Spanning Tree, como un nodo principal Spanning Tree para el control y la dirección de la segunda red parcial. Por medio de esto, la segunda red parcial puede tratarse como nodo de red virtual, mediante el protocolo Spanning Tree utilizado en la primera red parcial.

Del documento EP 2 413 538 A1 se conoce un procedimiento para obtener una comunicación redundante en un sistema de comunicación, que comprende varias redes de comunicación. Las redes de comunicación están conectadas entre sí a través de al menos un nodo de acoplamiento. Se impide una retro-transmisión de datos que procedan de una primera red de comunicación, desde una segunda red de comunicación de vuelta a la primera red de comunicación, sobre la base de una información definida antes de la transmisión de datos.

En el documento US 7 209 453 B1 se conoce un procedimiento para tratar fallos de enlace de dirección dentro de un conmutador con un sistema de bus Backplane, en el que se reasignan selectivamente interconexiones entre enlaces Backplane y conexiones Backplane, en función de fallos de enlace detectados.

La presente invención se ha impuesto la tarea de indicar un aparato de comunicación eficiente y económico para una red de comunicación industrial, que puede hacerse funcionar de forma redundante, y un procedimiento para el funcionamiento de un aparato de comunicación de este tipo.

Esta tares es resuelta conforme a la invención mediante un aparato de comunicación con las particularidades indicadas en la reivindicación 1 y mediante un procedimiento con las particularidades indicadas en la reivindicación 11. En las reivindicaciones subordinadas se indican unos perfeccionamientos ventajosos de la presente invención.

El aparato de comunicación conforme a la invención para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante comprende al menos una primera y una segunda unidad de emisión y recepción, que en cada caso presentan una interfaz para un enlace de red de la red de comunicación industrial. Con ello ambas unidades de emisión y recepción presentan una dirección de red idéntica y un identificador de aparato idéntico. En el... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante con al menos una primera (11) y una segunda unidad de emisión y recepción (12) , que en cada caso presentan una interfaz para un enlace de red de la red de comunicación industrial (2) , en donde ambas unidades de emisión y recepción presentan una dirección de red idéntica y un identificador de aparato idéntico, -con una unidad de tratamiento de señales (13) enlazada con la primera y segunda unidad de emisión y recepción, que presenta un unidad de multiplexado (131) para el reenvío en paralelo de paquetes de datos a enviar a ambas unidades de envío y una unidad de tratamiento de redundancia (132) , para el tratamiento de los paquetes de datos recibidos por ambas unidades de recepción, en donde la unidad de tratamiento de redundancia comprende una unidad de filtrado (133) , que está diseñada para detectar los paquetes de datos redundantes recibidos, -con un nodo de red ligado de forma sencilla. (31-33) , enlazado con la unidad de tratamiento de señales a través de un elemento de acoplamiento (14) , caracterizado porque -la unidad de tratamiento de señales está enlazada con el elemento de acoplamiento a través de una primera (15) y una segunda interfaz (16) , en donde la primera interfaz está prevista para una transmisión de paquetes de datos recibidos mediante la primera unidad de recepción, y en donde la segunda interfaz está prevista para una transmisión de paquetes de datos recibidos mediante la segunda unidad de recepción, -la unidad de tratamiento de redundancia comprende una unidad de caracterización (134) , que está diseñada para añadir un indicador de redundancia a un paquete de datos redundante recibido, en donde la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada para un reenvío sin almacenamiento intermedio al elemento de acoplamiento de paquetes de datos, recibidos mediante ambas unidades de recepción, -al elemento de acoplamiento está asociada una unidad de detección (142) , que está diseñada para una valoración de indicadores de redundancia en los paquetes de datos recibidos y para rechazar paquetes de datos con indicadores de redundancia.

2. Aparato de comunicación según la reivindicación 1, en el que unos paquetes de datos mutuamente redundantes están caracterizados por un número secuencial uniforme, y en el que a la unidad de tratamiento de datos está asociada una unidad de memoria (135) , que está diseñada para archivar números secuenciales de paquetes de datos ya recibidos sin fallos, y en el que la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada para una comprobación de un número secuencial ya archivado, al recibirse un nuevo paquete de datos.

3. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que al elemento de acoplamiento está asociada una unidad de conteo (143) , que está diseñada para la detección de paquetes de datos recibidos sin fallos y con fallos, y en el que la unidad de conteo está enlazada con una unidad de valoración (144) , que está diseñada para la señalización de un estado de red redundante sin fallos, en el caso de una diferencia situada por debajo de un nivel umbral prefijable entre paquetes de datos recibidos sin fallos y con fallos.

4. Aparato de comunicación según la reivindicación 3, en el que la unidad de valoración está diseñada para la señalización de un estado de red con pérdida de redundancia, en el caso de un número creciente de paquetes de datos recibidos sin fallos y un número al mismo tiempo fundamentalmente estancado de paquetes de datos recibidos con fallos.

5. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 3 ó 4, en el que la unidad de valoración está diseñada para la señalización de una avería de red, en el caso de un número estancado de paquetes de datos recibidos sin fallos y con fallos.

6. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el indicador de redundancia está formado por una fecha inválida añadida.

7. Aparato de comunicación según la reivindicación 6, en el que un paquete de datos afectado por un fallo de transmisión sufre una modificación mediante la unidad de tratamiento de señales en forma de una fecha inválida añadida.

8. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el elemento de acoplamiento es de forma preferida un bus de alta velocidad, y en el que a través del bus de alta velocidad están enlazados con la unidad de tratamiento de señales otros nodos de red ligados de forma sencilla.

9. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la unidad de tratamiento de señales está materializada mediante un Field Programmable Gate Array, y en donde el elemento de acoplamiento es un conmutador Backplane con un controlador (141) asociado, y en el que el conmutador Backplane está enlazado, a través de al menos una conexión Interlink, con el al menos un nodo de red ligado de forma sencilla.

10. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que se realiza una transmisión de datos de forma correspondiente al High-availability Seamless Redundancy y/o de forma correspondiente al Parallel Redundancy Protocol.

11. Procedimiento para hacer funcionar un aparato de comunicación en una red de comunicación industrial redundante, en el que

- el aparato de comunicación (1) comprende al menos una primera (11) y una segunda unidad de emisión y recepción (12) , que en cada caso presentan una interfaz para un enlace de red de la red de comunicación industrial (2) , en donde ambas unidades de emisión y recepción presentan una dirección de red idéntica y un identificador de aparato idéntico, -con la primera y la segunda unidad de emisión y recepción está enlazada una unidad de tratamiento de señales (13) , que reenvía los paquetes de datos a enviar en paralelo a ambas unidades de emisión y detecta los paquetes de datos redundantes recibidos por las unidades de recepción, -a través de un elemento de acoplamiento (14) está enlazado con la unidad de tratamiento de señales un nodo de red (31-33) ligado de forma sencilla, caracterizado porque -la unidad de tratamiento de señales está enlazada con el elemento de acoplamiento a través de una primera (15) y una segunda interfaz (16) , en donde a través de la primera interfaz se transmiten paquetes de datos recibidos mediante la primera unidad de recepción, y en donde a través de la segunda interfaz se transmiten paquetes de datos recibidos mediante la segunda unidad de recepción, -la unidad de tratamiento de señales añade a un paquete de datos redundante recibido un indicador de redundancia, y reenvía sin almacenamiento intermedio al elemento de acoplamiento de paquetes de datos recibidos mediante ambas unidades de recepción, -una unidad de detección (142) asociada al elemento de acoplamiento valora indicadores de redundancia en los paquetes de datos recibidos y rechaza paquetes de datos con indicadores de redundancia.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que unos paquetes de datos mutuamente redundantes están caracterizados por un número secuencial uniforme, y en el que en una unidad de memoria asociada a la unidad de tratamiento de señales se archivan números secuenciales de paquetes de datos ya recibidos sin fallos, y en el que la unidad de tratamiento de señales comprueba que su número secuencial coincide con un número secuencial ya archivado, al recibirse un nuevo paquete de datos.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 ó 12, en el que una unidad de conteo (143) asociada al elemento de acoplamiento detecta paquetes de datos recibidos sin fallos y con fallos, y en el que una unidad de valoración (144) , en el caso de una diferencia situada por debajo de un nivel umbral prefijable entre paquetes de datos recibidos sin fallos y con fallos, señaliza un estado de red redundante sin fallos, y en el que se establecen paquetes de datos recibidos con fallos mediante una comprobación de redundancia cíclica.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, en el que la unidad de valoración señaliza un estado de red con pérdida de redundancia, en el caso de un número creciente de paquetes de datos recibidos sin fallos y un número al mismo tiempo fundamentalmente estancado de paquetes de datos recibidos con fallos.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 13 ó 14, en el que la unidad de valoración señaliza una avería de red, en el caso de un número estancado de paquetes de datos recibidos sin fallos y con fallos.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 15, en el que el indicador de redundancia está formado por la adición de una fecha inválida a un marco de datos.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, en el que un paquete de datos afectado por un fallo de transmisión sufre una modificación mediante la unidad de tratamiento de señales en forma de una fecha inválida añadida.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 17, en el que se transmiten paquetes de datos de forma correspondiente al High-availability Seamless Redundancy y/o de forma correspondiente al Parallel Redundancy Protocol.