MÉTODO E INSTALACIÓN PARA LA TRANSMISIÓN OPTIMIZADA DE DATOS ENTRE UN DISPOSITIVO DE CONTROL Y UNA PLURALIDAD DE DISPOSITIVOS DE CAMPO.

Método para la transmisión optimizada de datos entre un dispositivo de control (20) y una pluralidad de dispositivos de campo (30,

40, 50) que se encuentran conectados unos a otros mediante una red de comunicaciones 860) basada en IP, 5 donde la transmisión de datos es controlada a través de un protocolo PROFINET, presentando la siguiente etapa: a) producción de una única trama de datos conforme al protocolo PROFINET para la transmisión de datos a una pluralidad de N dispositivos de campo (30, 40, 50); caracterizado por las siguientes etapas: b) división de la trama de datos PROFINET en N campos de datos, los cuales se encuentran asignados de manera predeterminada a los N dispositivos de campo (30, 40, 50); c) escritura de datos en cada campo de datos de la trama de datos PROFINET para el dispositivo de campo al cual se encuentra asignado el respectivo campo de datos, siempre que existan datos para este dispositivo de campo; d) retransmisión de la trama de datos PROFINET dividida hacia cada uno de los N dispositivos de campo (30, 40, 50); e) lectura de los datos de cada campo de datos a través del dispositivo de campo, el cual se encuentra asignado al respectivo campo de datos; y / o presentando las siguientes etapas: f) producción de una única trama de datos conforme al protocolo PROFINET para la transmisión de datos de los N dispositivos de campo (30, 40, 50) hacia el dispositivo de control (20); g) división de la trama de datos PROFINET en N campos de datos, los cuales se encuentran asignados de manera predeterminada a los N dispositivos de campo (30, 40, 50); h) transferencia de la trama de datos PROFINET a uno de los N dispositivos de campo (30, 40, 50); i) en caso de una recepción de datos de la trama de datos PROFINET dividida, escritura de datos en uno de los dispositivos de campo, si se encuentra disponible, en el campo de datos asignado a este dispositivo de campo de la trama de datos PROFINET dividida, - 22 j) repetición de las etapas h) e i) hasta que la trama de datos PROFINET dividida haya pasado a través de todos los N dispositivos de campo (30, 40, 50)

La presente invención hace referencia a un método para la transmisión optimizada de datos entre un dispositivo de control y una pluralidad de dispositivos de campo que se encuentran conectados unos a otros mediante una red de comunicaciones basada en IP, donde la transmisión de datos es controlada a través de la utilización de un protocolo PROFINET. Además, la presente invención hace referencia a una instalación de control y de transmisión de datos, la cual es apropiada particularmente para llevar a cabo dicho método.

En la técnica de automatización se emplea, entre otros, el estándar PROFINET, el cual ayuda al control de los dispositivos de campo, por ejemplo con 15 respecto a sensores y actuadores, a través de un dispositivo de control sobrepuesto.

Una versión del estándar PROFINET es PROFINET IO, el cual se basa en la tecnología Ethernet. PROFINET IO fue desarrollado dentro de la Organización de Usuarios Profibus y estandarizado en la IEC61158/IEC61784. PROFINET IO es auxiliar para un, así llamado, modelo de proveedor - consumidor, en el cual datos son transmitidos cíclicamente en tiempo real desde una fuente de datos, llamada proveedor, hacia un receptor de datos, llamado consumidor. Proveedores y consumidores semejantes son implementados tanto en un dispositivo de control E / A como en dispositivos de campo E / A. El intercambio cíclico de datos entre un dispositivo de control E / A y dispositivos de campo E / A remoto, se produce mediante una relación de comunicaciones, también llamada Communication Relätionship (CR), que se constituye entre un proveedor y un consumidor. Una relación de comunicaciones desde un dispositivo de control hacia un dispositivo de campo es denominada como salida-CR o Output-CR, mientras que la relación de comunicaciones desde un dispositivo de campo hacia el dispositivo de control es

30 denominada como entrada-CR o Input-CR. El modo de funcionamiento de un sistema de comunicaciones basado en el estándar PROFINET se encuentra explicado en forma esquemática en la figura 2. La

figura 2 muestra el diagrama de secuencia de un ciclo de comunicaciones entre un dispositivo de control 20 y, a modo de ejemplo, tres dispositivos de campo 30, 40 y 50 de un sistema de comunicaciones conocido, el cual se basa en el estándar PROFINET IO. Un sistema de comunicaciones semejante se encuentra representado esquemáticamente en la figura 1. La figura 1 muestra una red de comunicaciones 60 constituida de acuerdo a una base Ethernet, a la cual se encuentran conectados el dispositivo de control E / A 20, así como los tres dispositivos de campo E / A 30, 40 y 50.

Retornamos ahora a la figura 2. Tal como se representa en la figura 2, el dispositivo de control 20 debe formar una salida – CR separada con respecto a cada dispositivo de campo, cuando éste desea transmitir datos hacia los dispositivos de campo. Para ello, en el dispositivo de control se da inicio a una aplicación del proveedor P, mientras que en el respectivo dispositivo de campo se da inicio a una aplicación del consumidor C. De la misma manera, debe ser formada una entrada CR propia entre el dispositivo de control 20 y cada dispositivo de campo que desea transmitir datos hacia el dispositivo de control 20. Para ello, en cada dispositivo de campo se da inicio a una aplicación del proveedor P y en el dispositivo de control 20 se da inicio a una aplicación del consumidor C para cada dispositivo de campo. Estas relaciones se representan esquemáticamente en la figura 2. Conforme al diagrama de secuencia representado, en primer lugar se produce una relación de salida entre el dispositivo de control 20 y el dispositivo de campo 30. A continuación, se produce una relación de entrada entre el dispositivo de campo 30 y el dispositivo de control

20. De manera consecutiva en cuanto al aspecto temporal, se constituyen, de este modo, de manera similar, relaciones de salida y de entrada entre el dispositivo de 25 control 20 y los dispositivos de campo 40 y 50.

Para cada salida CR, en la capa de enlace de datos del dispositivo de control, la cual corresponde a la capa 2 del modelo OSI, es producido un paquete Ethernet, en donde es intercalada la trama PROFINET que contiene los datos a ser transmitidos y es transmitida al respectivo dispositivo de campo. De manera similar, cada dispositivo de campo que desea transmitir datos en una entrada CR hacia el dispositivo de control, produce un paquete Ethernet, en donde nuevamente es intercalada una trama PROFINET. En la figura 2 se representa, a modo de ejemplo, un paquete Ethernet 90, en donde se encuentra intercalada una trama PROFINET para una entrada CR desde el dispositivo de campo 50 hacia el dispositivo de control

20. El paquete Ethernet 90 presenta, de modo conocido, una cabecera Ethernet que sucede a una cabecera PROFINET. Seguidamente, se juntan los datos de entrada a 5 ser transmitidos desde el dispositivo de campo 50 (datos -E ranura 1; datosE ranura 2), los cuales se dividen en ranuras 1 y 2. Debe tomarse en cuenta que en las variantes de ejecución descritas los datos almacenados en los dispositivos de campo se encuentran contenidos sólo en dos ranuras debido a que se trata de una representación simplificada. La longitud mínima de un paquete Ethernet asciende a 10 72 bytes, de los cuales 8 bytes corresponden al preámbulo. En el caso de un tamaño semejante del paquete, PROFINET admite una transmisión de 44 bytes de datos útiles en un paquete Ethernet. En caso de que, por ejemplo, los datos a ser transmitidos desde el dispositivo de campo 50 posean una longitud más reducida, por ejemplo de sólo 4 bytes, el resto del paquete Ethernet es ocupado con bytes de 15 relleno correspondientes, tal como se representa en la figura 2. La transmisión de paquetes Ethernet separados entre el dispositivo de control y los dispositivos de campo conduce, particularmente en el caso de componentes de automatización con una longitud reducida de datos útiles, a un comportamiento de transmisión desfavorable. En primer lugar, la tasa de bits es pequeña debido a la reducida 20 proporción de los datos útiles con respecto a los datos de relleno. En segundo lugar, de acuerdo a esto se producen tiempos de ciclo elevados. Asimismo, en un tiempo de ciclo dado sólo puede ser activa una reducida cantidad de posibles participantes, puesto que el ancho de banda del medio de transmisión se encuentra limitado, por ejemplo, a 100 Mbit/s. Esto se muestra también, a modo de ejemplo, en la solicitud

25 US-A1-2006/161705. Es objeto de la presente invención el proporcionar un método, así como una instalación de control y de transmisión de datos, mediante la cual pueda lograrse una transmisión de datos más eficaz entre un dispositivo de control y dispositivos de campo, al mismo tiempo que una compatibilidad con respecto al estándar PROFINET. Una idea central de la presente invención reside en que los datos a ser transmitidos desde el dispositivo de control hacia una pluralidad de dispositivos de

campo sólo pueden ser transmitidos en una única trama dividida en los campos de datos y, los datos a ser transmitidos por una pluralidad de dispositivos de campo hacia un dispositivo de control, igualmente, sólo pueden ser transmitidos en una trama común dividida en campos de datos. De esta manera la tasa de bits puede ser incrementada en comparación con la tasa de bits obtenida con la trama PROFINET estándar, puesto que, entre otras cosas, puede ser reducida la cantidad de bits de relleno a ser transmitidos.

El problema técnico anteriormente mencionado se resolverá, igualmente, a través de las etapas del método de la reivindicación 1.

10 A continuación, se prevé un método para la transmisión optimizada de datos entre un dispositivo de control y una pluralidad de dispositivos de campo. Los dispositivos de campo y el dispositivo de control se encuentran conectados unos a otros mediante una red de comunicaciones basada en IP, donde la transmisión de datos es controlada a través de un protocolo PROFINET.

15 Para poder transmitir datos en una fase de salida desde el dispositivo de control hacia una pluralidad de N dispositivos de campo, es producida una única trama conforme al protocolo PROFINET (etapa a). Esta trama PROFINET, conocida por sí misma, es dividida en N campos de datos que se encuentran asignados de manera predeterminada a los dispositivos de campo, hacia los cuales deben ser transmitidos datos (etapa b). La asignación de campos de datos con respecto a los respectivos dispositivos de campo puede tener lugar durante la fase de planificación. A partir de ese momento, en cada campo de datos de la trama...

1. Método para la transmisión optimizada de datos entre un dispositivo de control (20) y una pluralidad de dispositivos de campo (30, 40, 50) que se encuentran conectados unos a otros mediante una red de comunicaciones 860) basada en IP,

5 donde la transmisión de datos es controlada a través de un protocolo PROFINET,

presentando la siguiente etapa: a) producción de una única trama de datos conforme al protocolo PROFINET para la transmisión de datos a una pluralidad de N dispositivos de campo (30, 40, 50); caracterizado por las siguientes etapas: b) división de la trama de datos PROFINET en N campos de datos, los cuales se encuentran asignados de manera predeterminada a los N dispositivos de campo (30, 40, 50); c) escritura de datos en cada campo de datos de la trama de datos PROFINET para el dispositivo de campo al cual se encuentra asignado el respectivo campo de datos, siempre que existan datos para este dispositivo de campo; d) retransmisión de la trama de datos PROFINET dividida hacia cada uno de los N dispositivos de campo (30, 40, 50); e) lectura de los datos de cada campo de datos a través del dispositivo de campo, el cual se encuentra asignado al respectivo campo de datos; y / o presentando las siguientes etapas: f) producción de una única trama de datos conforme al protocolo PROFINET para la transmisión de datos de los N dispositivos de campo (30, 40, 50) hacia el dispositivo de control (20); g) división de la trama de datos PROFINET en N campos de datos, los cuales se encuentran asignados de manera predeterminada a los N dispositivos de campo (30, 40, 50); h) transferencia de la trama de datos PROFINET a uno de los N dispositivos de campo (30, 40, 50); i) en caso de una recepción de datos de la trama de datos PROFINET dividida, escritura de datos en uno de los dispositivos de campo, si se encuentra disponible, en el campo de datos asignado a este dispositivo de campo de la trama de datos PROFINET dividida,

- 22 j) repetición de las etapas h) e i) hasta que la trama de datos PROFINET dividida haya pasado a través de todos los N dispositivos de campo (30, 40, 50).

2. Método conforme a la reivindicación 1, caracterizado por la siguiente

5 etapa: en función de la cantidad de datos a ser transmitidos a los N dispositivos de campo y /o desde los dispositivos de campo, decisión con respecto a si los datos, hacia los N dispositivos de campo y / o desde los N dispositivos de campo, son transmitidos en una única trama de datos PROFINET dividida, o si los datos, desde y / o hacia al menos uno de los N dispositivos de campo son transmitidos respectivamente en una trama de datos PROFINET convencional separada.

3. Método conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las

etapas a) hasta e) y / o f) hasta j) se repiten en forma cíclica hasta que todos los datos 15 hayan sido transmitidos completamente, en particular en tiempo real.

4. Método conforme a la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque las etapas a) hasta d) son ejecutadas por el dispositivo de control.

5. Método conforme a la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque las etapas a) hasta d) son ejecutadas por un dispositivo de optimización (100) asociado al 20 dispositivo de control (20), donde son llevadas a cabo en el dispositivo de control las

siguientes etapas antes de la ejecución de la etapa a): producción de una trama de datos PROFINET para cada uno de los N dispositivos de campo hacia los cuales deben transmitirse datos; escritura de los datos determinados para un dispositivo de campo en las respectivas tramas de datos PROFINET; transmisión de las tramas de datos PROFINET utilizando la dirección destino del respectivo dispositivo de campo hacia el dispositivo de optimización, donde en la etapa c) la dirección destino de cada dispositivo de campo es reemplazada por una dirección de multidifusión.

6. Método conforme a la reivindicación 5, caracterizado por las siguientes etapas:

- 23 recepción de una trama de datos PROFINET dividida, la cual se encuentra determinada para el dispositivo de control, en el dispositivo de optimización (100); escritura de los datos de cada campo de datos de la trama de datos 5 PROFINET dividida en una trama de datos PROFINET separada y transmisión de cada trama de datos PROFINET utilizando la dirección fuente del respectivo dispositivo de campo hacia el dispositivo de control.

7. Instalación de control y de transmisión de datos (10) para la transmisión de datos entre un dispositivo de control (20) y una pluralidad de dispositivos de campo 10 (30, 40, 50), el cual presenta un dispositivo de control (20) y una pluralidad de dispositivos de campo (30, 40, 50) que se encuentran conectados unos a otros a través de una red de comunicaciones (60) basada en IP, donde un protocolo PROFINET es utilizado como protocolo de comunicaciones, y un dispositivo (100) asignado al dispositivo de control (20) para la optimización de la transmisión de

15 datos, el cual presenta la siguiente característica: un dispositivo (110) para la producción de una única trama de datos conforme al protocolo PROFINET para la transmisión de datos hacia los N dispositivos de campo, caracterizado porque el dispositivo de control (20) presenta además las siguientes características: un dispositivo (120) para la división, de manera predeterminada, de la trama de datos PROFINET en N campos de datos hacia los N dispositivos de campo, un dispositivo (170) para la escritura selectiva de datos en los campos de datos de la trama de datos PROFINET dividida; un dispositivo (180, 190) para la transmisión de la trama de datos PROFINET dividida hacia cada uno de los N dispositivos de campo (30, 40, 50); donde cada dispositivo de campo (30, 40, 50) se encuentra configurado para la lectura de los datos determinados para él, del campo de datos a él asignado de la trama de datos PROFINET dividida.

8. Instalación de control y de transmisión de datos conforme a la reivindicación 7, caracterizada porque el dispositivo de optimización (100) es implementado en el dispositivo de control (20).

9. Instalación de control y de transmisión de datos conforme a la reivindicación 7, caracterizada porque el dispositivo de optimización (100) es implementado en uno de los dispositivos de campo o forma un dispositivo (80) separado que se encuentra conectado a la red de comunicaciones (60), donde el

5 dispositivo de optimización (100) presenta las siguientes características: un primer dispositivo (54, 55) para la recepción de tramas de datos PROFINET convencionales desde el dispositivo de control (20), las cuales, respectivamente, se encuentran determinadas para uno de los N dispositivos de campo (30, 40, 50), un dispositivo (53) para la lectura de los datos desde las tramas de datos PROFINET recibidas, donde el dispositivo de escritura (53) se encuentra configurado para escribir los datos leídos en los campos de datos de la trama de datos PROFINET, los cuales se encuentran asignados a los respectivos dispositivos de campo, un segundo dispositivo (54, 55) para la recepción de una de las tramas de datos PROFINET dividida, la cual se encuentra determinada para el dispositivo de control, un dispositivo (53) para la escritura de los datos de cada campo de datos de la trama de datos PROFINET dividida en una trama de datos PROFINET convencional separada, y un dispositivo (54, 55) para la transmisión de la trama de datos PROFINET convencional mediante la utilización de las direcciones fuente del respectivo campo de datos hacia el dispositivo de control.

10. Instalación de control y de transmisión de datos conforme a una de las reivindicaciones 7 a 9 , caracterizada porque al menos uno de los N dispositivos de campo presenta un dispositivo para la producción (51) de una trama de datos conforme al protocolo PROFINET para la transmisión de datos hacia el dispositivo de control y un dispositivo (52) para la división de la trama de datos PROFINET en N campos de datos, donde cada dispositivo de campo se encuentra conformado para la escritura de datos en el campo de datos de la trama de datos PROFINET dividida, la cual se encuentra asignada al respectivo dispositivo de campo.

11. Instalación de control y de transmisión de datos conforme a una de las reivindicaciones precedentes caracterizada porque el dispositivo de optimización

(100) presenta un dispositivo para la escritura de una dirección de multidifusión en

un paquete IP para la transmisión de la trama de datos PROFINET dividida hacia los 5 N dispositivos de campo.

12. Instalación de control y de transmisión de datos conforme a una de las reivindicaciones precedentes caracterizada porque el dispositivo de optimización

(100) presenta un dispositivo de decisión (130), el cual, en función de la cantidad de datos a ser transmitidos hacia los N dispositivos de campo y / o desde los N dispositivos de campo, decide si los datos son transmitidos desde los N dispositivos de campo y / o hacia los N dispositivos de campo respectivamente en una única trama de datos PROFINET dividida, o si los datos son transmitidos desde y /o hacia al menos uno de los N dispositivos de campo, respectivamente en una trama de datos PROFINET convencional separada.

13. Instalación de control y de transmisión de datos conforme a una de las reivindicaciones precedentes caracterizada porque la red de comunicaciones basada en IP se encuentra configurada de acuerdo al estándar Ethernet.

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