用于时间敏感型现场总线联网的方法、系统和网关 |
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| 申请号 | CN202080076249.4 | 申请日 | 2020-11-20 | 公开(公告)号 | CN114641970B | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | WAGO管理有限责任公司; | 发明人 | 法比安·施万伯恩; | ||||
| 摘要 | 用于将时间敏感型的第一 现场总线 (10)与时间敏感型的第二现场总线(20)联网的方法，时间敏感型的第一现场总线(10)包括第一用户设备(12、14)并且具有自身的第一时域(16)，时间敏感型的第二现场总线(20)包括第二用户设备(22、24)并且具有自身的第二时域(26)，第一现场总线(10)和第二现场总线(20)借助于网关(30)相互连接以进行数据传输，所述方法具有以下步骤：通过第一现场总线(10)的第一用户设备(12、14)定义在第一现场总线(10)中的第一时域(16)；通过第二现场总线(20)的第二用户设备(12、24)定义在第二现场总线(20)中的第二时域(26)；在第一现场总线(10)内部在已定义的第一时隙(50)中传输时间敏感型数据；在第二现场总线(20)内部在已定义的第二时隙(52)中传输时间敏感型数据；以及网关(30)作为从设备基于第一现场总线(10)的第一时域(16)并且附加地基于第二现场总线(20)的第二时域(26)同步，网关(30)同时支持至少两个时域(32、34)。此外，要求保护相应的系统和相应的网关(30)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于将时间敏感型的第一现场总线(10)与时间敏感型的第二现场总线(20)联网的方法，其中，所述时间敏感型的第一现场总线(10)包括第一用户设备(12、14)并且具有自身的第一时域(16)，并且其中，所述时间敏感型的第二现场总线(20)包括第二用户设备(22、 |
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| 说明书全文 | 用于时间敏感型现场总线联网的方法、系统和网关技术领域[0001] 本发明涉及时间敏感型的现场总线系统，特别是用于控制工业系统的工业现场总线系统。特别是本发明涉及用于将至少两个时间敏感型的现场总线联网的方法、系统和网关。 背景技术[0002] 现场总线用于将工厂(例如工业生产厂房、车辆、建筑物等)中的各种用户设备(例如，传感器、执行器、探测器、促动器等现场设备)，以及例如，控制或自动化设备、可编程存储控制器PLC等控制器)连接起来以用于相互通信。在此，通信尤其(但不是仅仅)发生在不同的现场设备和现场总线控制器之间，该现场总线控制器控制和监控在设备中运行的过程。用户设备可以是现场设备或者控制器并且特别是具有与现场总线的接口。 [0003] 待通过现场总线传输的信息(例如数据块、数据流)在此至少部分是时间敏感型的，亦即它们对传输等待时间有实时要求。例如，对于这种时间敏感型的数据，现场总线控制器或者连接到现场总线上的另一个现场设备在可预测的时间间隔内可靠地接收到由用户设备发送的信息是必需的。 [0004] 在现场总线的用户设备之间待传输的数据不仅包括值通信，比如测量值、控制值或指令，而且还包括用于机器和工厂部件的时间协调的事件通信。例如，机器部件运动的协调和同步不再越来越多地通过机械设备(例如，在机器循环中具有机械刚性耦接的插入设备和弹出设备的金属压力机、凸轮轴、变速器等)进行，而是通过数字消息进行，这些数字消息带着实时要求通过现场总线被传输。 [0005] 一个现场总线配设给一个时域，在所述时域中，所有用户设备具有各一个计时器(例如时钟)。用户设备的计时器在时域内相互同步并且因此对时间有共同的理解。因此，现场总线的所有用户设备都可以遵循固定的现场总线通信周期并且相互协调，以便在正确的时间点执行相应的行动。现场总线的一个用户设备在此用作时域的主设备，其中，该主设备的计时器为时域的其他用户设备提供时间参考。后者的在时域内从主设备得出其时间的用户设备也被称为从设备。在现场总线中时间主设备的角色在此可以由现场总线控制器承担，然而也可以由连接到现场总线上的另一个用户设备承担。现场总线的时间主设备可以将其时基与另一个时基同步，例如与另一个现场总线的时间主设备或者与更高级别的时基同步。通过多个现场总线的主设备相互同步各自的现场总线时间，一个时域也可以包括多个现场总线。通过同步时基来平衡“时钟”。然而，这并不一定意味着两个现场总线在一个时域内具有相同的通信周期。 [0006] 开发了第一代现场总线，以通过数字传输技术取代以前借助于电缆束对机器部件进行常见的并行布线所造成的布线耗费。为此，开发了多种、部分专有的现场总线协议。之后几代现场总线主要基于IEEE 802.3以太网标准，其中，修改或者扩展了以太网协议以实现时间敏感型网络(英语Time‑Sensitive Networks，TSN)。 [0007] 例如，针对TSN网络的IEEE 802.1Q任务组开发了实时以太网协议的标准。实时支持的调度器(时间感知调度器)例如通过IEEE802.1QBv标准定义。调度器能实现将网络中的通信划分为固定的、周期性重复的通信周期并且在周期内定义、保留或者协商固定时隙，以便传输时间关键型数据。由此，实现了在两个用户设备之间实现时钟驱动的端对端传输。 [0008] 在设定用于实时传输的时隙之外，可以传输非时间敏感型数据(Best‑Effort数据)，其中，为此使用已知的用于分组交换的传输协议(例如以太网协议)。通过实时支持的调度器，可以设立保护带，以避免非时间敏感型数据包的传输与为实时传输保留的时隙重叠。 [0009] 此外，在TSN网络中，可能在实时间隔期间中断并且此后继续进行非时间敏感型数据包的传输。通过这种方式，时间敏感型的和非时间敏感型的通信能在能实现TSN的网络中实现共存。 [0010] 在工厂(例如整个生产现场)日益数字化和网络化的过程中，需要能实现现场总线之间的通信以及现场总线与上一级的控制层面、过程控制层面、运行控制层面和/或公司层面的设备之间的通信。联网不仅涉及非时间敏感型数据而且涉及时间敏感型数据。 [0011] 尽管目前使用的大多数现场总线实时协议都基于以太网，然而虽然存在这一共同点，但仍存在技术差异，从而不同的现场总线类型彼此不兼容或者不完全兼容。也可能发生使用不同代现场总线的情况，例如当添加、更换或改造设备的部件时，其中，不同代的现场总线不是必须完全兼容。目前正在努力指定可通用的实时协议，所述实时协议应该接替用于时间敏感型现场总线的多个专有和相互不兼容的协议。然而，它们的使用以现有的现场总线系统的更换或者改装为前提，这在经济上通常是不合理的。 [0012] 用于两个或者多个现场总线之间的时间敏感型通信的现有解决方案的出发点在于，所有待耦接的现场总线不仅具有统一的时间理解，然而其中，所有时间偏移量以及持续时间和/或现场总线通信周期的开始时间是同步的。然而，现场总线通常在生产开始时耗费地配置，从而由现场总线控制的机器和/或工厂部件相互优化协调。然而，使现有现场总线的周期时间与具有其他现场总线的新增加的工厂部件的平衡使得需要重新配置由现场总线控制的现有过程。 [0013] 因此，存在将彼此不完全兼容的时间敏感型的现场总线联网的需求。 发明内容[0014] 所述任务特别是通过一种用于将时间敏感型的第一现场总线与时间敏感型的第二现场总线联网的方法、通过一种用于至少两个时间敏感型现场总线联网的系统以及通过一种用于时间同步和用于至少两个时间敏感型的现场总线联网的网关来解决。 [0015] 为了解决该任务要特别使用一种网关，该网关促成在时间敏感型的现场总线之间的通信。由于网关支持与其连接的所有现场总线的相应时域，因此现场总线可以相互通信，尽可能无需平衡时间、尤其是通信周期的时间。这不仅适用于时间敏感型数据而且适用于非时间敏感型数据。 [0016] 本发明的一个方面涉及一种用于将时间敏感型的第一现场总线与时间敏感型的第二现场总线联网的方法。时间敏感型的第一现场总线包括第一用户设备并且具有自身的第一时域。时间敏感型的第二现场总线包括第二用户设备并且具有自身的第二时域。第一和第二现场总线借助于网关相互连接以用于数据传输。该方法包括，通过第一现场总线的第一用户设备定义在第一现场总线中的第一时域以及通过第二现场总线的第二用户设备定义在第二现场总线中的第二时域，在第一现场总线内在已定义的第一时隙中传输时间敏感型数据和在第二现场总线内在已定义的第二时隙中传输时间敏感型数据。该方法还包括，网关作为从设备基于第一现场总线的第一时域并且附加地基于第二现场总线的第二时域同步，其中，网关同时支持至少两个时域。通过支持两个时域，网关设用于在维持在现场总线上已定义的用于时间敏感型数据的通信周期和时隙的情况下在现场总线之间传输信息或者数据、比如像数据包，而不必基于绝对时间同步现场总线的各自的时域以及平衡通信周期的周期时间。 [0017] 在一种实施方式中，该方法还包括以下步骤：在第一时隙之外的时间将非时间敏感型数据从第一现场总线向网关传输，在网关中暂存非时间敏感型数据，以及在第二时隙之外的时间将从第一现场总线接收的非时间敏感型数据从网关传输到第二现场总线上。按照这种方式，在考虑相应的现场总线上已定义的第一现场总线的第一时隙和第二现场总线的第二时隙的情况下，可以传输非时间敏感型数据。 [0018] 在实际中，第一时域和第二时域之间可能存在时间偏移。所述时间偏移是由于第一时域和第二时域的时间定义不同以及第一现场总线和第二现场总线的通信周期的开始时间之间的差异造成的。此外，现场总线的时域可以具有不同的频率。特别是用户设备的时钟具有特定的时钟频率，这些时钟频率虽然在时域内是相应地频率同步的，然而这并不适用于时域之间。即使在第一现场总线和第二现场总线的时域中时钟频率标称相同，用于计时器的本地振荡器也会有细微的差异，该差异导致时钟的频率差异。此外，在第一时域和第二时域中可以为通信周期定义不同的持续时间，在所述持续时间内分别周期性地重复用于传输时间敏感型数据的第一时隙或第二时隙。此外，在第一现场总线和第二现场总线之间可能存在时间差，例如基于用于传输时间敏感型数据的第一时隙和第二时隙的时间差。 [0019] 在一种实施方式中，网关具有第一计时器和第二计时器，并且该方法还包括，将作为从设备的第一计时器与第一现场总线的第一时域同步以及将作为从设备的第二计时器与第二个现场总线的第二时域同步的步骤。由此，网关“知道”分别在第一时域和第二时域中已定义的时间，并且例如，可以这样协调非时间敏感型数据的传输，使得不碰到用于传输时间敏感型数据的时隙。 [0020] 在一种实施方式中，首先根据网关的第二计时器的第二时域的频率仅确定网关的第一计时器的频率，并且将网关的第一计时器确定为用于第一现场总线的主设备，以便根据第二时域的频率确定第一个现场总线的频率。按照这种方式，时钟频率的同步可以在第一现场总线和第二现场总线的时域中进行。基于这样的最小同步，第一现场总线和第二现场总线或者第一时域和第二时域虽然可以具有不同定义的时间，然而时间偏移是时间不变的，亦即是时间恒定的。特别是通过仅在第一现场总线和第二现场总线中的计时器的时钟频率同步避免了在第一现场总线中的剧烈的时间断层，该时间断层可能在平衡第一现场总线时间和第二现场总线时间时出现。在此，频率的平衡可以在不损害在第一现场总线中控制的过程的运行的时段内进行。 [0021] 在一种实施方式中，在进行频率同步之后，网关在特定参考时间点确定第一时域的周期持续时间和第二时域的周期持续时间。可以基于在第一时域和/或第二时域中的有效时间来确定后一参考时间点。 [0022] 此外，网关可以在参考时间点确定第一时域和第二时域之间的时间偏移。时间偏移包括在第一时域和第二时域中时间定义的差异以及在第一现场总线和第二现场总线的通信周期的开始时间之间的差异。网关还可以将第一时域的周期持续时间传送给第二现场总线并且将第二时域的周期持续时间传送给第一现场总线。按照这种方式，例如，在第一时域中的第一用户设备或者在第二时域中的第二用户设备能够基于参考时间点确定分别在另外的现场总线中的周期持续时间和时间偏移并且继续运行。 [0023] 在一种实施方式中，第一用户设备在第一现场总线中定义用于时间关键型数据的通信的第一时隙，并且第二用户设备在第二现场总线中定义用于时间关键型数据的通信的第二时隙，其中，该定义这样进行，使得第一现场总线和第二现场总线的时隙在时间上重叠。在此，第一时隙和第二时隙可以是相同的(亦即完全重叠)，或者它们至少具有时间交集，以便能够在第一现场总线和第二现场总线之间建立时间关键型的通信。 [0024] 在一种实施方式中，在时间上重叠的第一时隙和第二时隙期间，通过网关将时间关键型数据从第二现场总线传导到第一现场总线上和/或反向传导。因此实现两个用户设备之间越过现场总线边界的时钟驱动的端到端传输。 [0025] 本发明的另一方面涉及一种用于至少两个时间敏感型现场总线联网的系统，该系统具有时间敏感型的第一现场总线，所述时间敏感型的第一现场总线具有第一用户设备和自身的第一时域，其中，第一时域包括用于传输时间敏感型数据的第一时隙。该系统还包括时间敏感型的第二现场总线，所述时间敏感型的第二现场总线具有第二用户设备和自身的第二时域，其中，第二时域包括用于传输时间敏感型数据的第二时隙。此外，该系统具有至少一个网关，该网关将第一现场总线和第二现场总线彼此连接以进行数据传输，其中，该网关具有第一计时器，该第一计时器作为从设备设用于基于第一现场总线的第一时域同步，并且该网关具有第二定时器，该第二定时器作为从设备设用于基于第二现场总线的第二时域同步。通过支持两个时域，网关设用于在维持在现场总线上已定义的用于时间敏感型数据的通信周期和时隙的情况下在现场总线之间传输信息或者数据、比如像数据包，而不必基于绝对时间同步现场总线各自的时域和平衡通信周期的周期时间。 [0026] 在一种实施方式中，网关可以具有暂存器，用于暂存在第一时隙之外的时间从第一现场总线传输并且由网关接收的第一现场总线的非时间敏感型数据，以及用于在第二时隙之外将暂存的数据从网关传输到第二现场总线上。因此，非时间敏感型数据的传输可以在如下时间进行，在该时间中在两个现场总线中都不传输时间敏感型数据。 [0027] 网关还可以设用于接收关于第一现场总线和第二现场总线的第一时隙和第二时隙的信息并且在发送非时间关键型数据时考虑这些信息。按照这种方式，防止不在为时间关键型传输保留的第二现场总线的时隙期间发送非时间关键型数据。 [0028] 在此，第一现场总线的用户设备可以设用于这样定义第一时隙，并且第二时隙的用户设备可以设用于这样定义第二时隙，使得第一时隙和第二时隙在时间上重叠。在此，网关还可以设用于在第一现场总线和第二现场总线的重叠的第一时隙和第二时隙期间将时间关键型数据从第二现场总线传导到第一现场总线上或者反向传导。 [0029] 另一方面涉及用于将至少两个具有不同时域的时间敏感型现场总线联网的网关。网关具有第一计时器，该第一计时器设用于作为从设备基于第一现场总线的第一时域同步，以及具有第二计时器，该第二计时器设用于作为从设备基于第二现场总线的第二时域同步。通过支持两个时域，网关设用于在维持在现场总线上已定义的用于时间敏感型数据的通信周期和时隙的情况下在现场总线之间传输信息或者数据、比如像数据包，而不必基于绝对时间同步现场总线各自的时域和平衡通信周期的周期时间。 [0030] 在一种实施方式中，网关设立用于在第一现场总线或者说第二现场总线的时间关键型数据的时隙之外的时间点或者时间间隔在第一现场总线和第二现场总线之间进行非时间关键型数据的数据传输，其中，网关具有暂存器，用于在发送到另外的现场总线之前暂存现场总线的接收的非时间关键型数据。 [0031] 网关还可以设用于接收关于第一现场总线的时隙的信息和关于第二现场总线的时隙的信息并且在发送数据时考虑这些信息。 [0032] 此外，网关可以设用于在重叠的时隙期间将时间关键型数据从第一现场总线传导到第二现场总线上或者反向传导。 [0034] 在以下详细描述中，参考附图描述了本发明的各个方面，其中， [0035] 图1示出具有时间敏感型的第一现场总线并且具有时间敏感型的第二现场总线的系统的框图； [0036] 图2示意性地示出第一现场总线和第二现场总线的时间图以及非时间敏感型数据经由网关的传输； [0037] 图3示意性地示出针对第一现场总线和第二现场总线定义的周期时间的详细时间图；以及 [0038] 图4示意性地示出第一现场总线和第二现场总线的时间图以及时间敏感型数据经由网关的传输。 具体实施方式[0039] 以下的详细描述借助于上述附图阐述本发明的实施例。在此，在不同的附图中相同的附图标记分别表示相同的设备、相同的方法步骤或者相同的时间单位，等等。 [0040] 图1示出了具有时间敏感型的第一现场总线10和时间敏感型的第二现场总线20的示例性的系统1的框图。第一现场总线10和第二现场总线20示例性地包括用户设备12、14a‑c或者22、24a‑c，其中，用户设备12、22均为现场总线的控制器，例如自动化设备、可编程存储控制器PLC、节点或者另一工业控制器，并且用户设备14a‑c或者24a‑c是现场设备，例如用于传感器和/或执行器的I/O模块，这些现场设备可以测量或者影响通过现场总线自动化的过程的变量。用户设备12、14a‑c或者22、24a‑c在各自的现场总线10、20中彼此连接，能通过接口进行通信，其中，接口的定义包括接口协议。 [0041] 第一现场总线10的用户设备12、14a‑c属于第一时域16，其中，所有用户设备12、14a‑c对绝对时间具有相同的理解。为此，每个用户设备12、14a‑c分别具有一个计时器，该计时器在图1中由时钟的刻度盘示意性地表示。以相应的方式，第二现场总线20的用户设备 22、24a‑c属于第二时域26。在现场总线10和20中，现场总线线路从控制器12、22出发，星形地与现场设备连接。一般来说，现场总线也可以由其他拓扑构成，例如树形拓扑、总线拓扑、环形拓扑。现场总线10、20的用户设备12、24a‑c或22、24a‑c也可以至少部分通过无线网络彼此连接。 [0042] 各一个用户设备12、24a‑c或者22、24a‑c为相应的现场总线10或20预定时间并且因此被称为主设备。例如，在第一现场总线10中，控制器12是主设备，这在图1中用带实线的刻度盘示出。例如，在第二现场总线20中，用户设备24a是现场总线主设备。在此，主设备12或者24a的时钟分别预定现场总线中的时间，其中，现场总线的其余用户设备、亦即第一现场总线中的用户设备14a‑c或者用户设备22、24b‑c分别从主设备获得它们的时间。这例如通过如下方式发生，即，现场总线内部的用户设备根据基于IEEE 1588标准的精密时间协议以规则或不规则的间隔交换消息，并且因此以这种方式实现并且保持对时间的共同理解。 [0043] 在第一现场总线10和第二现场总线20内部均可以传输非时间敏感型数据以及时间敏感型数据，如下面将更详细描述的那样。例如，在两个现场总线中的数据传输可以根据IEEE 802.1Q标准划分传输周期，其中，在第一现场总线10中定义第一时隙并且在第二现场总线20中定义第二时隙，在这些时隙中，在相同的现场总线的两个用户设备之间的时钟驱动的端对端的传输是可能的。 [0044] 系统1还包括网关30，两个现场总线10、20通过所述网关相互通信连接。尽管图1示出现场总线10、现场总线20通过它们的控制器12和22相互连接，但这不是强制性的。更确切地说，网关30具有到每个现场总线10和20的接口，从而该网关对于相应的现场总线10、20呈现为一个用户设备。在此，网关30支持至少两个时域32和34。根据待耦合的现场总线的数量，可以支持其他时域。尤其，网关包括计时器36和38，可以分别针对第一时域16和第二时域26配置这些计时器。 [0045] 网关30可以将第一现场总线10和第二现场总线20相互连接以进行数据传输。为此，网关30提供一个用于缓冲或者暂存数据的存储器35。例如，可以将非时间敏感型数据存储在存储器35中。网关30也可以在定义的时隙期间无延迟地传导在第一现场总线10和第二现场总线20之间的时钟驱动的端对端的传输。 [0046] 图2示出了第一现场总线10和第二现场总线20的示例性时间图。在此，第一现场总线10具有包含定期重复的周期间隔TC1的通信或者传输周期，所述周期间隔根据位置和持续时间按照在图2的上方的时间轴定义。相应地，第二现场总线20具有包含定期重复的周期间隔TC2的通信周期，所述周期间隔根据位置和持续时间按照在图2的下方的时间轴定义。 [0047] 在现场总线10、20中，可以定义、协商或者确定用于在相应的现场总线10、20内部传输时间敏感型数据的第一时隙50或者第二时隙52。为此，例如可以使用在IEEE 802.1QBv标准中定义的实时支持的调度器(时间感知调度器)。第一时隙50和第二时隙52仅示例性地与相应的通信周期的起点一致。通常，用于时间敏感型传输的时隙50、52可以处于传输周期内的任何位置。也可能的是，对于每个传输周期来说，为时间敏感型通信定义多个分开的时隙50、52。 [0048] 图2还示出了属于相应的传输周期的时间间隔54和时间间隔56，这些时间间隔位于为了传输时间敏感型数据而保留的时隙50和时隙52之外。在这些间隔54、56中，非时间敏感型数据例如可以根据以太网协议在现场总线10、20之间传输，CSMA/CD(具有冲突检测的载波侦听多路访问)访问方法适用于该以太网协议。 [0049] 在一种实施例中，网关30的计时器36和38作为从设备首先基于现场总线10和20的时域16、26同步。因为网关30具有作为用户设备的、不仅用于第一现场总线10而且用于第二现场总线20的接口，所以网关30方面也知道相应的周期持续时间TC1和TC2、通信周期的时间位置以及时隙50和52，在所述时隙50和52中在相应的现场总线10、20中进行时间敏感型通信。相应地，那些传输非时间敏感型数据的间隔54和间隔56也是已知的。 [0050] 非时间敏感型数据在第一现场总线10和第二现场总线20之间的传输可以通过如下方式进行，即，将非时间敏感型数据60在非时间敏感型的第一间隔54期间从第一现场总线10传输到网关30，如通过箭头60表示的那样。可以将这些数据60暂存在网关30的暂存器35中，如通过步骤62表示的那样。最后，可以将暂存的数据在第二时隙52之外的间隔56期间从网关30传输到第二现场总线20上，如通过箭头64表示的那样。例如，为了借助于CSMA/CD方法或者另一应用方法(英语：contention)将数据64发送到第二现场总线上，网关30必须确保第二现场总线20在时隙56期间是能自由传输的。 [0051] 图3示意性地示出按照本发明的一些方面的为第一现场总线10和第二现场总线20定义的周期时间的详细时间图。在一个示例中，在现场总线10和20的用户设备中的时钟发生器可以具有不同的时钟频率f1和时钟频率f2。在图3中，时钟频率的倒数1/f1或者1/f2，亦即时钟周期持续时间，分别通过黑条示出。即使两个时钟频率f1和时钟频率f2名义上(亦即根据规范)都具有相同的频率，当时钟频率f1和时钟频率f2的实际值稍微不同时，两个现场总线的时域16或者时域26的时钟也快慢不同地运行。 [0052] 此外，在通信周期的起始时间点之间可能出现时间偏移58。这种时间偏移58一方面是由于在两个现场总线10、20中的时间定义不同，另一方面也是由于第一现场总线10和第二现场总线20的通信周期的开始时间点之间的差异，即使两个现场总线对时间具有相同的理解。此外，通信周期可以具有不同的持续时间TC1和TC2。因此，一般而言，时间偏移58只能基于(绝对)参考时间点TRef来被定义。在这种情况下，绝对参考时间点TRef不仅可以在第一现场总线10的时间中而且可以在第二现场总线20的时间中相应地表示。如果持续时间TC1和TC2彼此处于合理的比例，则特定的时间偏移58在第一现场总线或者第二现场总线的可预测的周期数之后再现。例如，如果在第一现场总线中的周期持续时间TC1为50ms而在第二现场总线中的周期持续时间TC2为25ms，则时间偏移58例如可以在第二现场总线的第一个周期后为零，在第二现场总线中的第二个周期后与第一现场总线相比为25ms，并且然后再次为零，等等。然而，如果时间偏移58在时间点TRef是已知的，则可能的是，提前为第一现场总线和第二现场总线的所有通信周期确定时间偏移58，即使周期持续时间TC1和周期持续时间TC2彼此未处于合理的比例。 [0053] 此外，在现场总线10和20上可以出现用于时间敏感型通信的第一时隙50和第二时隙52的不同的持续时间TS1和TS2，因为对于现场总线10和现场总线20这两者来说可以相互独立地协定这些持续时间。此外，第一时隙50和第二时隙52在开始时间内可以具有时间差TD。通常，这些时间差又只基于绝对参考时间TRef可预测地确定，因为用于时间敏感型通信的时隙50和时隙52的开始时间可能随着各个现场总线中的周期时间而变化。 [0054] 根据一种实施方式，如上所述，网关30的第一计时器36设为第一现场总线10的从设备，并且网关30的第二计时器38设为第二现场总线20的从设备。为了简化第一现场总线10和第二现场总线20之间的通信，现在可能有用的是，仅同步第一时域16和第二时域26的频率f1和f2。通过计时器时钟频率的这种同步使两个时域16、26的时间之间的时间偏移保持稳定，由此可以使得分别基于其他时域16、26确定网关30中的或者第一现场总线和第二现场总线的用户设备12、14a‑c或者22、24a‑c中的时间点变得简单。在一种实施方式中，两个时域16、26的时钟发生器具有相同的标称频率。现在可以通过如下方式进行频率同步，即，将网关30的第一计时器36确定为第一现场总线10的主设备，从而网关30可以支配第一现场总线的时间设置。此外，网关30的第一计时器36的频率f1可以同步到第二时域26的频率f2上。为了避免在第一现场总线10中的用户设备的时间断层，在时域16、26中仅频率f1和频率f2的同步可能是有意义的。在此，频率的同步可以在第一现场总线10的持续运行中在选择的足够长的适配持续时间内进行，从而第一现场总线10的过程可以无干扰地运行。 [0055] 在进行频率同步之后，网关30可以在参考时间点TRef确定第一时域16和第二时域26的周期持续时间TC1和TC2。此外，网关30可以在参考时间点TRef确定第一时域和第二时域之间的时间偏移58。网关30还可以将第一时域16的周期持续时间TC1传送给第二现场总线20并且将第二时域26的周期持续时间TC2传送给第一现场总线10。这可以基于参考时间点TRef来进行。按照这种方式，第一现场总线10或者第二现场总线20的特定的用户设备可以可预测地确定各其他现场总线20、10的通信周期。 [0056] 图4示意性地示出第一现场总线10和第二现场总线20在时间敏感型数据传输期间的时间图。由于第一时域16和第二时域26的周期持续时间TC1和TC2在两个现场总线中的参考时间点TRef处是已知的，因此第一现场总线10的用户设备14c可以例如向第二现场总线20的用户设备24b传输时间敏感型数据。这可以通过如下方式进行，即，在相应的现场总线 10、20中的用户设备14c和24b定义用于时间关键型数据通信的时隙50、52，这些时隙至少部分重叠。例如，用户设备14c和24b可以在协商框架内交换可能的用于时间敏感型通信的时间间隔，只要它们是为此设立的(例如，作为根据IEEE802.1QBv标准的调度器)。例如，用户设备14c可以向用户设备24b发送查询，以询问可能的时间间隔，并且然后确定共同的时间间隔。也可能的是，用户设备14c和/或用户设备24b可以有代表性地通过第一现场总线10或者第二现场总线20的另一个为此设立的用户设备确定用于时间关键型数据通信的第一时隙50或者第二时隙52。 [0057] 在根据图4的本示例中，第一现场总线和第二现场总线的相应用户设备已经协定在时隙50和时隙52中的共同的重叠区域OL1和OL2，并且通过网关30交换所述信息，从而网关30也知道所述信息。也可能的是，用于时间敏感通信的对应时隙50或者时隙52在相对于相应的第一现场总线或者第二现场总线的周期间隔的相应的周期中相对移动，以此可以在每个周期中创建重叠区域OL1或者重叠区域OL2。 [0058] 在一种实施方式中，不必在第一现场总线10或者第二现场总线20的每个周期TC1或者TC2中为时间敏感型通信创建重叠区域OL1、重叠区域OL2。例如，在第一现场总线10或者第二现场总线20的每个第二、第三、等等的周期期间定义重叠区域可能就足够了。 [0059] 如果在第一现场总线10和第二现场总线20的通信周期期间为在现场总线内部的时间敏感型通信保留的第一时隙50和第二时隙52是已知的，则可以基于规则确定或者计算出用于现场总线之间的时间敏感型通信的重叠区域OL1和重叠区域OL2。然后在参考时间点TRef确定唯一的一对重叠时隙50和时隙52就足够了。 [0060] 如果周期持续时间TC1和TC2彼此之间存在合理的比例，则会产生定期重复的重叠区域OL1和OL2。在这种情况下，使时隙50和52的协商和/或确定变得简单，从而在这些情况下重叠区域OL1、重叠区域OL2定期重复并且因此不必被单独协商或者确定。在一个实施例中，网关30还设立用于，在时间重叠的时隙、例如OL1或OL2期间传输时间关键型数据70、72。在一种实施方式中这通过如下方式进行，即，网关30确定在第一现场总线10和第二现场总线20之间确定的、用于时间敏感型传输50和52的时隙，并且特别是相应的重叠间隔OL1、OL2，并且在所述间隔期间在第一现场总线10和第二现场总线20之间传导信号。 [0061] 通过所描述的方法、系统1和网关30可以将时间敏感型的现场总线10、20彼此联网，而无需进行现场总线时间以及现场总线的通信周期的平衡。由此，特别是现有的并且部分相互不兼容的现场总线不仅可以设立用于非时间敏感型数据的交换，而且也可以设立用于时间敏感型数据的交换。 |
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