Sistema de comunicación para automatización industrial, para la comunicación dentro de un sistema de control,

en el que el sistema de comunicación usa una relación editor/subscriptor, en el que el sistema de comunicación para automatización industrial comprende:

una pluralidad de dispositivos (18) de entradas/salidas, conectados a una primera red de comunicación industrial intra-nivel, en el que cada dispositivo de entradas/salidas está adaptado para intercambiar datos con otros dispositivos de entradas/salidas dentro de la primera red de comunicación industrial intra-nivel;

al menos un controlador (16) lógico programable conectado a la primera red de comunicación industrial intra-nivel, estando adaptado cada controlador lógico programable para intercambiar datos con cada dispositivo de entradas/salidas sobre la primera red de comunicación industrial intra-nivel;

una pluralidad de dispositivos de entradas/salidas conectados a una segunda red de comunicación intra-nivel, estando adaptado cada dispositivo de entradas/salidas para intercambiar datos con los otros dispositivos de entradas/salidas dentro de la segunda red de comunicación industrial intra-nivel;

al menos un controlador lógico programable conectado a la segunda red de comunicación industrial intra-nivel, estando adaptado cada controlador lógico programable para intercambiar datos con cada dispositivo de entradas/salidas en la segunda red de comunicación industrial intra-nivel; y un conector central intra-nivel, adaptado para conectar la primera red de comunicación intra-nivel a la segunda red de comunicación intra-nivel;

en el que la pluralidad de dispositivos (18) de entradas/salidas conectados a la primera red de comunicación industrial intra-nivel y a la segunda red de comunicación industrial intra-nivel están configurados además para enviar al menos una trama sobre la primera red de comunicación industrial intra-nivel y la segunda red de comunicación industrial intra-nivel usando un protocolo de transporte de datagrama de usuario de internet y protocolo de internet, caracterizado porque la al menos una trama que incluye un campo (34) acelerador comprende una cadena de bits, en la que cada bit de la cadena de bits está asociado con una pluralidad diferente de identificaciones de dispositivos lógicos, en el que el valor de cada uno de entre la pluralidad de bits indica si la al menos una trama está asociada con la pluralidad correspondiente de identificaciones de dispositivos lógicos, de manera que un dispositivo puede determinar rápidamente si el dato está direccionado a ese dispositivo en el resto de la al menos una trama.

Sistema de comunicación para un sistema de control sobre redes IP y Ethernet

Solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de patente US No. 60/078.223, presentada el 16 de Marzo de 1998.

Campo técnico

La presente invención se refiere, en general, a un sistema de automatización industrial para supervisar y controlar dispositivos de campo en un sistema de control digital distribuido. Más específicamente, la presente invención se refiere a protocolos y redes de comunicación para una comunicación en tiempo real entre dispositivos simples, dispositivos inteligentes, así como entre otros dispositivos.

Antecedentes

El uso de redes con Protocolo Ethernet -Internet (IP) está muy generalizado en las aplicaciones en el campo de la tecnología de información. Hasta ahora, en las aplicaciones de automatización y control industrial, las redes Ethernet-IP han sido usadas, principalmente, para transferir información para la cual el tiempo no es un factor crítico.

Por ejemplo, aunque el rango de productos HP Ventera usa una relación de editor/subscriptor integrado en el protocolo Tibco, Ventura HP no está optimizada para aplicaciones de automatización en tiempo real, por ejemplo, no proporciona puntualidad de los datos publicados.

El artículo de David J. Preston en Electronic Design, 14 de Abril de 1997, titulado "Internet Protocolos Migrate to Silicon for Networking Devices", describe capas de aplicaciones de red y protocolos, tales como TCP/IP, SNMP, HTTP y RMON y expone la integración de estas aplicaciones y protocolos en silicio en ordenadores, de manera que funcionan con el silicio de la red para pre-procesar y liberar de carga un MPU servidor.

Resumen de la Invención

La presente invención es una solución de datos distribuidos para un control industrial sobre redes Ethernet-IP. El propósito de la presente invención es proporcionar medios para transferir sobre una red Ethernet-IP información, para la cual el tiempo no es un factor crítico, entre dispositivos que participan en una solución de automatización o de control industrial de gran tamaño. La tecnología conocida incluye la relación cliente/servidor usando Modbus (PIMBUS-300) u otro protocolo tradicional de mensajería en capa de aplicación. La presente invención, mediante el uso de una relación editor/subscriptor, soluciones de multidifusión y difusión IP, y medios de validación de datos que hacen uso de estados de puntualidad, proporciona un mejor rendimiento, un bajo costo de los dispositivos que hacen uso de esta solución, así como una capacidad de comunicación directa entre los dispositivos. Además, el rendimiento conseguido con esta solución da una respuesta a las necesidades de las aplicaciones de automatización en tiempo real más exigentes. Además, la simplicidad de la solución proporciona una capacidad para integrarla en dispositivos simples y de bajo coste. Además, la comunicación directa entre los dispositivos reduce el coste de la aplicación global.

Por lo tanto, la presente invención puede ser usada en todas las aplicaciones en las que, en la actualidad, se usan buses de dispositivos o buses de campo tradicionales (por ejemplo, DeviceNet, ControlNet, Fieldbus Foundation, Profibus, Modbus+, WordlFIP, Interbus-S, etc.) . Las aplicaciones de la presente invención pueden incluir, por ejemplo, control industrial, automatización, control de procesos, distribución eléctrica, automatización de edificios y otras aplicaciones.

La invención permite un sistema de comunicación según se define en las reivindicaciones adjuntas.

Otras ventajas y aspectos de la presente invención se harán evidentes con la lectura de la descripción siguiente de los dibujos y la descripción detallada de la invención.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 es un diagrama de bloques de una red de comunicaciones intra-nivel de la presente invención.

La Figura 2 es un diagrama de bloques de la red de comunicaciones intra-nivel de la Figura 1, que tiene múltiples dispositivos inteligentes en la misma.

La Figura 3 es un diagrama de bloques de una red de comunicaciones intra-nivel de la presente invención.

La Figura 4 es un diagrama de bloques de múltiples redes de comunicaciones intra-nivel conectadas a través de una conexión central inter-nivel de la presente invención.

La Figura 5 es un diagrama de bloques de múltiples redes de comunicaciones intra-nivel conectadas a través de una conexión central inter-nivel de la presente invención.

La Figura 6 es un diagrama de bloques de múltiples de redes de comunicaciones intra-nivel conectadas a través de una conexión central intra-nivel, que representa conexiones adicionales a otros dispositivos y redes de la presente invención.

La Figura 7 es un diagrama de bloques de las conexiones de bases de datos distribuidas en tiempo real (RTDDB) de dispositivos en una única agrupación de la presente invención.

La Figura 8 es un diagrama de bloques de múltiples redes de comunicaciones intra-nivel conectadas a través de una conexión central inter-nivel y a través de una conexión central intra-nivel de la presente invención.

La Figura 9 es un esquema de codificación de trama de datos RTDDB según la presente invención.

La Figura 10 es un esquema de cabecera A_PDU para el esquema de codificación de trama de datos RTDDB de la Figura 9.

La Figura 11 representa referencias lógicas de dispositivos simples de un acelerador.

La Figura 12 es un esquema de la gestión de datos de la presente invención.

La Figura 13 representa ejemplos de tramas de tramas de datos publicados de la presente invención.

Descripción detallada Aunque la presente invención es susceptible de ser realizada en muchas formas diferentes, en los dibujos se muestra y en la presente memoria se describe, en detalle, una realización preferente de la invención con la comprensión de que la presente divulgación debe ser considerada como una ejemplificación de los principios de la invención y no pretende limitar el amplio aspecto de la invención a las realizaciones ilustradas.

Con referencia a las Figuras, Ethernet puede ser usada como una red de nivel 1 de dispositivos (denominada, en la presente memoria, núcleo de Ethernet de nivel 1) , que puede incluir buses de sensores y se centra en la necesidad de muestrear el entorno físico de fabricación y de proporcionar muestras de datos en tiempo real a un nivel de control, para la toma de decisiones. Los servicios de mensajería de la capa de aplicación, tales como los proporcionados por Modbus, sobre la capa de transporte seguro de Internet - capa de red Internet (TCP-IP) , pueden ser usados como una solución básica. Para las aplicaciones más exigentes, con requisitos de alto rendimiento, se han estudiado y evaluado otras soluciones. La solución base de datos distribuida en tiempo real (RTDDB) , haciendo uso de capacidades de multidifusión del protocolo datagrama de usuario (UDP) de Internet de la capa de transporte, hace el mejor uso posible de Ethernet con un alto rendimiento. Puede ser usada además de, por ejemplo, Modbus.

Como referencia, a continuación se muestra un glosario de términos usados en la presente memoria: (1) Modbus es una capa de aplicación de mensajería (servicios de lectura/escritura) usada como una solución aplicativa básica y usada también para la configuración RTDDB; (2) RTDDB es un protocolo y servicios de aplicación nuevos especificados por la presente especificación, que proporcionan una comunicación eficaz en una red Ethernet de nivel 1 usando las capacidades de multidifusión UDP; (3) Los agentes son dispositivos configurados para realizar la gestión de red; (4) un Gestor es un dispositivo que proporciona la configuración de gestión de red a los agentes; (5) Los dispositivos simples, normalmente, están conectados directamente al proceso (por ejemplo, para realizar mediciones, adquisición de entradas, para proporcionar salidas, etc.) . También son dispositivos agentes. Los ejemplos son dispositivos de entradas/salidas (E/S) , motores y centros de control de motores (MCC) ; (6) Los dispositivos inteligentes son programables. Pueden ser gestores. Los ejemplos son ordenadores personales (PC) , controladores lógicos programables (PLC) , dispositivos programables especializados, interfaces humano-máquina (HMI) y pasarelas. Los intercambios... [Seguir leyendo]

1. Sistema de comunicación para automatización industrial, para la comunicación dentro de un sistema de control, en el que el sistema de comunicación usa una relación editor/subscriptor, en el que el sistema de comunicación para automatización industrial comprende:

una pluralidad de dispositivos (18) de entradas/salidas, conectados a una primera red de comunicación industrial intra-nivel, en el que cada dispositivo de entradas/salidas está adaptado para intercambiar datos con otros dispositivos de entradas/salidas dentro de la primera red de comunicación industrial intra-nivel;

al menos un controlador (16) lógico programable conectado a la primera red de comunicación industrial intra-nivel, estando adaptado cada controlador lógico programable para intercambiar datos con cada dispositivo de entradas/salidas sobre la primera red de comunicación industrial intra-nivel;

una pluralidad de dispositivos de entradas/salidas conectados a una segunda red de comunicación intra-nivel, estando adaptado cada dispositivo de entradas/salidas para intercambiar datos con los otros dispositivos de entradas/salidas dentro de la segunda red de comunicación industrial intra-nivel;

al menos un controlador lógico programable conectado a la segunda red de comunicación industrial intra-nivel, estando adaptado cada controlador lógico programable para intercambiar datos con cada dispositivo de entradas/salidas en la segunda red de comunicación industrial intra-nivel; y un conector central intra-nivel, adaptado para conectar la primera red de comunicación intra-nivel a la segunda red de comunicación intra-nivel;

en el que la pluralidad de dispositivos (18) de entradas/salidas conectados a la primera red de comunicación industrial intra-nivel y a la segunda red de comunicación industrial intra-nivel están configurados además para enviar al menos una trama sobre la primera red de comunicación industrial intra-nivel y la segunda red de comunicación industrial intra-nivel usando un protocolo de transporte de datagrama de usuario de internet y protocolo de internet, caracterizado porque la al menos una trama que incluye un campo (34) acelerador comprende una cadena de bits, en la que cada bit de la cadena de bits está asociado con una pluralidad diferente de identificaciones de dispositivos lógicos, en el que el valor de cada uno de entre la pluralidad de bits indica si la al menos una trama está asociada con la pluralidad correspondiente de identificaciones de dispositivos lógicos, de manera que un dispositivo puede determinar rápidamente si el dato está direccionado a ese dispositivo en el resto de la al menos una trama.

2. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que la trama es enviada a un dispositivo conectado a la primera red intra-nivel usando una dirección de protocolo de Internet individual.

3. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que la trama es enviada a un grupo de dispositivos conectados a la primera red intra-nivel usando una dirección de protocolo de internet de mutidifusión de grupo.

4. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que la trama es enviada a todos los dispositivos conectados a la primera red intra-nivel usando una dirección de protocolo de internet de multidifusión de agrupación.

5. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que la trama es publicada cíclicamente.

6. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que la trama es publicada cuando se produce un evento predeterminado.

7. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que la trama contiene datos y algunos de los dispositivos conectados a la primera red intra-nivel se subscriben a los datos.

8. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que la trama es recibida por un dispositivo conectado a la primera red intra-nivel que tiene un estado de actualización y un temporizador de inmediatez que responde a los datos recibidos.

9. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que la trama incluye un campo (32) de indicación, un campo (36) de gestión para decodificar la trama.

10. Sistema de comunicación según la reivindicación 1, en el que los dispositivos de entradas/salidas se establecen inicialmente en una configuración por defecto para minimizar la comunicación sobre la red.

11. Sistema de comunicación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la trama comprende una trama de base de datos distribuida de tiempo real (RTDDB) .