Aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante y procedimiento para hacer funcionar una red de comunicación.

Aparato de comunicación para una red de comunicación industrial que puede hacerse funcionar de forma redundante, con

- al menos una primera y una segunda unidad de emisión y recepción

(11, 12), que presentan en cada caso una interfaz para una conexión 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,

- una unidad de tratamiento de señales (13) unida a la primera y segunda unidad de emisión y recepción para una transmisión de datos sin irregularidades dentro de la red de comunicación industrial, en donde la unidad de tratamiento de señales presenta una unidad multiplexora (131) para la transmisión paralela de los paquetes de datos a enviar a ambas unidades de emisión, así como una unidad de tratamiento de redundancia (132) para tratar los paquetes de datos recibidos por ambas unidades de recepción, y en donde la unidad de tratamiento de redundancia comprende una unidad de filtro (133), que está diseñada para la detección de paquetes de datos redundantes recibidos,

- al menos una conexión de red para un aparato de automatización (31-33), conectada a la unidad de tratamiento de señales a través de un elemento de acoplamiento (14),

caracterizado porque

- la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción están diseñadas tanto para una transmisión de datos afectada por irregularidades como para una sin irregularidades, dentro de la red de comunicación industrial, y puede conmutarse selectivamente a un modo de transmisión afectado por irregularidades o sin irregularidades, en donde sólo en el modo de transmisión sin irregularidades se duplica cada paquete de datos mediante un aparato de comunicación emisor y se envía a un receptor por dos vías diferentes,

- a la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción está unida una unidad de valoración (138), que está diseñada para la detección de paquetes de datos a transmitir afectados por irregularidades o sin irregularidades dentro de la red de comunicación industrial, en donde un paquete de datos afectado por irregularidades o sin irregularidades presenta, en al menos un campo de datos predeterminado, una caracterización para un modo de transmisión respectivo,

- la unidad de tratamiento de redundancia y la unidad de filtro están desactivadas durante la detección de un paquete de datos a transmitir afectado por irregularidades,

- la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada para una transmisión sin almacenamiento intermedio de paquetes de datos, recibidos por ambas unidades de recepción, al elemento de acoplamiento,

- a la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción está asociada una unidad de memoria (139), que está diseñada para una regulación de al menos un paquete de datos a transmitir afectado por irregularidades, durante un periodo de tiempo prefijado, en el modo de transmisión afectado por irregularidades.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12166109.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: GOTZ, FRANZ-JOSEF, KASPER, MICHAEL, LOHMEYER, JOACHIM, ANGST,HERMANN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION > Detalles de los sistemas de transmision, no cubiertos... > H04B1/74 (para aumentar la fiabilidad, p. ej. utilizando canales o aparatos suplementarios o de reserva)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION... > Redes de datos de conmutación (interconexión o... > H04L12/823 (Supresión de paquetes)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS > TRANSMISION DE INFORMACION DIGITAL, p. ej. COMUNICACION... > Redes de datos de conmutación (interconexión o... > H04L12/939 (Disposiciones para la conmutación redundante, p. ej.:utilizando planos paralelos de conmutación)

PDF original: ES-2532579_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 hacer funcionar una red 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 control, que se presenten en tiempo real unos datos completos e invariables en especial en procesos de producción industriales críticos. Las variaciones intencionadas, no intencionadas o provocadas por un fallo técnico deben evitarse, ya que esto dentro de un sistema de automatización industrial puede conducir a unos estados de sistema inconsistentes y averías del sistema, con unos periodos de parada económicamente perjudiciales.

Un sistema de automatización industrial comprende habitualmente un gran número de aparatos de automatización integrados en red entre sí a través de una red de comunicación industrial y se usa, en el marco de una automatización de fabricación o proceso, para controlar o regular instalaciones, máquinas o aparatos. A causa de las condiciones marco críticas en sistemas técnicos automatizados mediante sistemas de automatización industriales se utilizan en las redes de comunicación industriales, para la comunicación ente aparatos de comunicación, sobre todo protocolos de comunicación en tiempo real como Profinet, Profibus o Real-Time-Ethernet.

Las interrupciones de conexiones de comunicación entre unidades de ordenador de un sistema de automatización industrial o aparatos de automatización pueden conducir a una repetición indeseada o innecesaria de una transmisión de una solicitud de servicio. Esto causa una carga adicional de conexiones de comunicación del sistema de automatización industrial, lo que puede conducir a perturbaciones o fallos del sistema adicionales. Una problemática especial se produce en sistemas de automatización industriales regularmente a causa de un tráfico de información con relativamente muchos, aunque relativamente cortos mensajes, con lo que se refuerzan los problemas anteriores.

Para poder compensar averías en conexiones o aparatos de comunicación se han desarrollado protocolos de comunicación como Media Redundancy Protocol, High-availability Seamless Redundancy o Paralell Redundancy Protocol para redes de comunicación industriales de alta disponibilidad y que pueden hacerse funcionar de forma redundante. El Media Redundancy Protocol (MSR) está definido en el estándar IEC 62439 y hace posible una compensación de averías de conexión aisladas en redes con una topología anular sencilla, en el caso de una transmisión de paquetes de datos redundante afectada por irregularidades. De forma correspondiente, al Media Redundancy Protocol está asociado a un conmutador con dos puertos dentro de la topología anular un gestor de redundancia, que vigila las averías de conexión en la red y, dado el caso, aplica una medida de conmutación para una ciclización. En el estado de funcionamiento normal el gestor de redundancia comprueba, con base en paquetes de datos de prueba, si dentro de la topología anular se ha producido una interrupción. Sin embargo el conmutador asociado al gestor de redundancia normalmente no transmite los paquetes de datos con datos útiles desde un puerto al otro puerto. De este modo se impide que circulen permanentemente dentro de la topología anular paquetes de datos con datos útiles. Si dentro de la topología anular se avería un conmutador o una conexión, los paquetes de datos de prueba enviados desde un puerto ya no se reciben en el otro puerto respectivo. Con base a esto el gestor de redundancia puede reconocer una avería y transmite, en caso de avería, paquetes de datos con datos útiles, a diferencia del estado de funcionamiento normal, desde un puerto al otro puerto y a la inversa. Aparte de esto el gestor de redundancia provoca una información del conmutador habitual sobre una variación de tipología causada por la avería. De este modo se evita que se transmitan paquetes de datos a través de la conexión averiada.

Los procedimientos de redundancia de medio afectados por irregularidades pueden materializarse básicamente con una complejidad relativamente reducida. Sin embargo, existe el inconveniente de que, por un lado, pueden perderse informaciones en caso de error y, por otro lado, durante una reconfiguración de una red de comunicación se presenta en primer lugar un estado de perturbación. Un estado de perturbación de este tipo tiene que protegerse mediante un protocolo de comunicación superpuesto, por ejemplo mediante TCP/IP en el plano de capa de conmutación o transporte, para evitar una interrupción de una conexión de comunicación.

También PROFINET (IEC 61158 Type 10) es una referencia de Media Redundancy Protocol como procedimiento de redundancia de medio afectado por irregularidades dentro de una red de comunicación con topología anular. La Media Redundancy Planned Duplication (MRPD) representa por el contrario una ampliación para una transmisión sin irregularidades de datos en tiempo real isocrónicos. En el caso de Media Redundancy Planned Duplication no se trata sin embargo de un procedimiento de redundancia de medio sin irregularidades de aplicación neutra, sino de una ampliación específica de PROFINET.

La High-availability Seamless Redundancy (HSR) y el Parallel Redundancy Protocol (PRP) están definidos en el estándar IEC 62439-3 y hacen posible una transmisión redundante sin irregularidades de paquetes de datos con unos tiempos de recuperación extremadamente cortos. De forma correspondiente a la High-availability Seamless Redundancy y al Parallel Redundancy Protocol, cada paquete de datos se duplica mediante un aparato de comunicación emisor y se envía, por dos vías diferentes, a un receptor. Mediante un aparato de comunicación en el

lado del receptor se extraen por filtrado, desde una corriente de datos recibida, unos paquetes de datos redundantes que representan duplicados.

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 puertos de otros abonados de red de la red. En un primer paso de procedimiento se conmutan los puertos asociados al primer abonado de red en un primer modo de funcionamiento. En el primer modo de funcionamiento pueden recibirse y enviarse telegramas de prueba a través de los puertos. 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, los puertos asociados al primer abonado de red de se conmutan a un segundo modo de funcionamiento, en el caso de que el primer abonado de red no reciba ningún telegrama de prueba de los telegramas de prueba enviados. En el segundo modo de funcionamiento se transmiten los telegramas, que son recibidos a través de uno de los puertos asociados al primer abonado de red, a través de los puertos restantes. De este modo puede evitarse la formación de bucles de red durante una integración en red o ampliación de redes complejas.

En el documento EP 2 282 452 A1 se describe un procedimiento para la transmisión de datos dentro de una red de comunicación anular, en el que la transmisión de datos se realiza a través de High-availability Seamless Redundancy y la red de comunicación comprende al menos un nodo maestro, un nodo fuente y un nodo destino. Cada nodo presenta una primera y una segunda interfaz de comunicación con un respectivo primer y segundo nodo vecino. Además de esto, cada nodo recibe marcos de datos a través de la primera interfaz de comunicación y transmite el marco de datos recibido, modificado o sin modificar, a través de la segunda interfaz... [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 y una segunda unidad de emisión y recepción (11, 12) , que presentan en cada caso una interfaz para una conexión 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, -una unidad de tratamiento de señales (13) unida a la primera y segunda unidad de emisión y recepción para una transmisión de datos sin irregularidades dentro de la red de comunicación industrial, en donde la unidad de tratamiento de señales presenta una unidad multiplexora (131) para la transmisión paralela de los paquetes de datos a enviar a ambas unidades de emisión, así como una unidad de tratamiento de redundancia (132) para tratar los paquetes de datos recibidos por ambas unidades de recepción, y en donde la unidad de tratamiento de redundancia comprende una unidad de filtro (133) , que está diseñada para la detección de paquetes de datos redundantes recibidos, -al menos una conexión de red para un aparato de automatización (31-33) , conectada a la unidad de tratamiento de señales a través de un elemento de acoplamiento (14) , caracterizado porque -la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción están diseñadas tanto para una transmisión de datos afectada por irregularidades como para una sin irregularidades, dentro de la red de comunicación industrial, y puede conmutarse selectivamente a un modo de transmisión afectado por irregularidades o sin irregularidades, en donde sólo en el modo de transmisión sin irregularidades se duplica cada paquete de datos mediante un aparato de comunicación emisor y se envía a un receptor por dos vías diferentes, -a la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción está unida una unidad de valoración (138) , que está diseñada para la detección de paquetes de datos a transmitir afectados por irregularidades o sin irregularidades dentro de la red de comunicación industrial, en donde un paquete de datos afectado por irregularidades o sin irregularidades presenta, en al menos un campo de datos predeterminado, una caracterización para un modo de transmisión respectivo, -la unidad de tratamiento de redundancia y la unidad de filtro están desactivadas durante la detección de un paquete de datos a transmitir afectado por irregularidades, -la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada para una transmisión sin almacenamiento intermedio de paquetes de datos, recibidos por ambas unidades de recepción, al elemento de acoplamiento, -a la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción está asociada una unidad de memoria (139) , que está diseñada para una regulación de al menos un paquete de datos a transmitir afectado por irregularidades, durante un periodo de tiempo prefijado, en el modo de transmisión afectado por irregularidades.

2. Aparato de comunicación según la reivindicación 1, en el que la unidad de tratamiento de señales está diseñada para la adjudicación de un número secuencial a un paquete de datos a transmitir afectado por irregularidades, y/o la adición de una información redundante a un paquete de datos a transmitir sin irregularidades, solamente en el caso de detectarse un paquete de datos a transmitir sin irregularidades.

3. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la unidad de tratamiento de redundancia está diseñada para un filtrado de duplicado solamente en el caso de detectarse un paquete de datos a transmitir sin irregularidades.

4. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la red de comunicación industrial presenta una topología anular, y en el que está prevista una unidad de vigilancia y control (130) , que está diseñada para detectar una interrupción dentro de la tipología anular con base en paquetes de datos de prueba enviados, y para el control de una transmisión de paquetes de datos con datos útiles, que están dirigidos a una primera conexión de la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción, a una segunda conexión de la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción.

5. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los paquetes de datos a transmitir afectados por irregularidades o sin irregularidades están caracterizados por un registro respectivo en un campo Ethertype de un marco de datos Ethernet.

6. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que una caracterización de un paquete de datos como a transmitir afectado por irregularidades o sin irregularidades depende de un protocolo de comunicación a aplicar en cada caso en el plano de la capa de protección.

7. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que a los paquetes de datos a transmitir sin irregularidades se asocia una prioridad superior a la de los paquetes de datos a transmitir afectados por irregularidades.

8. Aparato de comunicación según la reivindicación 7, en el que a los paquetes a transmitir sin irregularidades se asocia en cada caso un tag VLAN con prioridad 6, de forma correspondiente al estándar IEEE 802.1Q.

9. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la unidad de tratamiento de señales está unida a través de una primera y una segunda interfaz (15, 16) al elemento de acoplamiento, 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.

10. Aparato de comunicación según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que 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.

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 y una segunda unidad de emisión y recepción (11, 12) , que presentan en cada caso una interfaz para una conexión de red (211, 212) 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, -a la primera y segunda unidad de emisión y recepción está unida una unidad de tratamiento de señales (13) para una transmisión de datos sin irregularidades dentro de la red de comunicación industrial, que transmite los paquetes de datos a enviar en paralelo a ambas unidades de emisión y detecta los paquetes de datos redundantes recibidos desde las unidades de recepción, -está prevista al menos una conexión de red para un aparato de automatización (31-33) , conectada a la unidad de tratamiento de señales a través de un elemento de acoplamiento (14) , caracterizado porque -la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción transmiten a elección paquetes de datos afectados por irregularidades o sin irregularidades, dentro de la red de comunicación industrial, y se conmutan selectivamente a un modo de transmisión afectado por irregularidades o sin irregularidades, en donde sólo en el modo de transmisión sin irregularidades se duplica cada paquete de datos mediante un aparato de comunicación emisor y se envía a un receptor por dos vías diferentes, -a la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción está unida una unidad de valoración (138) , que detecta paquetes de datos a transmitir afectados por irregularidades o sin irregularidades dentro de la red de comunicación industrial, en donde un paquete de datos afectado por irregularidades o sin irregularidades presenta, en al menos un campo de datos predeterminado, una caracterización para un modo de transmisión respectivo, que se valora mediante la unidad de valoración, -una unidad de tratamiento de redundancia (132) para tratar paquetes de datos recibidos por ambas unidades de recepción y una unidad de filtro (133) para detectar paquetes de datos redundantes recibidos, se desactivan durante la detección de un paquete de datos a transmitir afectado por irregularidades, -la unidad de tratamiento de redundancia transmite sin almacenamiento intermedio los paquetes de datos, recibidos por ambas unidades de recepción, al elemento de acoplamiento, -a la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción está asociada una unidad de memoria (139) , que regula al menos un paquete de datos a transmitir afectado por irregularidades, durante un periodo de tiempo prefijado, en el modo de transmisión afectado por irregularidades.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la unidad de tratamiento de señales adjudica un número secuencial al paquete de datos a transmitir afectado por irregularidades y/o añade una información redundante al paquete de datos a transmitir sin irregularidades, solamente en el caso de detectarse un paquete de datos a transmitir sin irregularidades.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 ó 12, en el que la unidad de tratamiento de redundancia filtra duplicados de paquetes de datos redundantes recibidos, solamente si se detecta un paquete de datos a transmitir sin irregularidades.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la red de comunicación industrial presenta una topología anular, y en el que está prevista una unidad de vigilancia y control (130) , que detecta una interrupción dentro de la tipología anular con base en paquetes de datos de prueba enviados, y controla una transmisión de paquetes de datos con datos útiles, que están dirigidos a una primera conexión de la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción, a una segunda conexión de la primera y/o segunda unidad de emisión y recepción.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 14, en el que los paquetes de datos a transmitir afectados por irregularidades o sin irregularidades se caracterizan mediante un registro respectivo en un campo Ethertype de 15 un marco de datos Ethernet.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 15, en el que se caracterizan paquetes de datos como a transmitir afectados por irregularidades o sin irregularidades, en función de un protocolo de comunicación a aplicar en cada caso en el plano de la capa de protección.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 16, en el que a los paquetes de datos a transmitir sin

irregularidades se asocia una prioridad superior a la de los paquetes de datos a transmitir afectados por irregularidades.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 17, en el que la unidad de tratamiento de redundancia comprende una unidad de caracterización (134) , que añade en cada caso un indicador de redundancia a los paquetes de datos redundantes recibidos.