本發(fā)明涉及一種用于運行具有至少兩個子系統(tǒng)的自動化系統(tǒng)的方法，該子系統(tǒng)分別具有控制程序，其中，為了將其中一個子系統(tǒng)的單機模式的過程控制轉換為具有另一個子系統(tǒng)的冗余控制模式，在自動化系統(tǒng)的更新階段的范圍中將其中一個子系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)傳輸給另一個子系統(tǒng)。另外，本發(fā)明還涉及一種適用于執(zhí)行該方法的冗余自動化系統(tǒng)。

背景技術：
在自動化領域中，越來越需要可支配性高的、適用于將設備的可能出現(xiàn)的停止狀態(tài)時間減小到最小的解決方法(H-系統(tǒng))。這種可支配性高的解決方法的研發(fā)的費用非常高昂，其中，通常使用在自動化領域中的H-系統(tǒng)的特征在于，兩個或多個自動化設備或計算機系統(tǒng)形式的子系統(tǒng)通過同步連接相互連接在一起。這兩個子系統(tǒng)原則上能夠讀取地和/或寫入地訪問連接在這個H-系統(tǒng)上的外圍設備單元。兩個子系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)在連接在系統(tǒng)上的外圍設備方面是主要的。這指的是：到達外圍設備單元的輸出內容或用于這些外圍設備單元的輸出信息僅僅由這兩個子系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)來執(zhí)行，這個子系統(tǒng)作為主機進行工作或承擔著主機功能。這兩個子系統(tǒng)通過同步連接在規(guī)定的間隔下進行同步，以使得這兩個子系統(tǒng)可以同步地運行。在同步的頻率和同步的范圍方面，可以區(qū)分出不同的模式(暖備份，熱備份)。一旦子系統(tǒng)中的一個出現(xiàn)故障并且必須轉換到另一個子系統(tǒng)上時，H系統(tǒng)通常需要一個平穩(wěn)的“失效備援(Failover)”，由此，該另一個子系 統(tǒng)在所謂的單機模式或非冗余模式中承擔過程控制任務。這意味著：盡管在從一個子系統(tǒng)到另一個子系統(tǒng)的這種非計劃的轉換或這種非計劃的切換的情況下，這種轉換或這種切換并不會對待控制的技術過程或過程控制產生干擾。在此，允許在被連接的外圍設備的輸出端上出現(xiàn)(短暫的)停機時間，在該停機時間期間，該輸出端保持在其上一個有效的過程輸出值上。然而，并不期望并且由此應該避免在這個輸出端上由于轉換而出現(xiàn)值的跳躍(突發(fā)情況)。沒有突發(fā)情況由此也被理解成過程輸出值的曲線變化的連續(xù)性。為了實現(xiàn)上述設置，兩個子程序在出現(xiàn)故障的時間點時必須具有相同的系統(tǒng)狀態(tài)。這通過適合的同步方法來確保。當兩個子系統(tǒng)對過程的輸入信息(輸入)進行處理時，那么當兩個系統(tǒng)(在相同的過程輸入數(shù)據(jù)或過程輸入信息的情況下)以相同的方式改變其各自的“線程全局(thread-globalen)”數(shù)據(jù)(程序的、尤其是不同優(yōu)先級的程序的共用的數(shù)據(jù))時，這兩個系統(tǒng)則處在相同的系統(tǒng)狀態(tài)下。為了實現(xiàn)這個設置，同步方法要確保以相同的方法和方式中斷或處理兩個子系統(tǒng)的各自單獨的線程。由此獲得了相同的“線程山(Threadgebirge)”。另外，還必須確保在從單機的或非冗余的模式中將過程控制轉換為冗余模式的過程中，例如，在更換完發(fā)生故障的子系統(tǒng)之后，要設法平穩(wěn)地實現(xiàn)這種轉換或者說這種過渡。在這種傳輸?shù)姆秶?，需要將相關數(shù)據(jù)從迄今為止主導過程的子系統(tǒng)傳輸?shù)叫碌幕蝾~外地連接的或接通的子系統(tǒng)上。在這個被稱為連接和更新的傳輸?shù)倪^程中，在所謂的連接階段和更新階段(AuA階段)中不允許對待控制的技術過程或者說過程控制產生干擾影響，過程控制在這個AuA階段(在下文中出于簡明的原因稱為更新階段)期間不受干擾地繼續(xù)進行。在2011版的西門子目錄的第六章節(jié)的ST70中公知了一種由兩個子系統(tǒng)構成的冗余自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設置用于，提高受控制的設備的可支配性。通過以下方法和方式設法實現(xiàn)更新，即，逐步地傳輸數(shù)據(jù)，其中， 首先檢測在單機模式下運行的子系統(tǒng)的、存儲在數(shù)據(jù)區(qū)域中的值是否不同于新的待寫入的值。一旦這些值不相同的話，那么將設置所謂的“臟位(Dirty-Bit)”，這表明，這個數(shù)據(jù)區(qū)域的數(shù)據(jù)應被傳輸給另一個子系統(tǒng)。如果所有數(shù)據(jù)均被傳輸?shù)脑?，那么自動化系統(tǒng)在冗余模式下工作。其缺點在于：這個數(shù)據(jù)區(qū)域的數(shù)據(jù)代表的是高動態(tài)數(shù)據(jù)，在更新階段結束時無法沒有突發(fā)情況地實現(xiàn)轉變(“更新突發(fā)情況(Aufdatstoβ)”)，這是因為在單機模式下工作的子系統(tǒng)必須被中止并且過程控制必須被短暫地停止。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明由此基于以下目的，即，提供一種如開頭所述類型的方法，借助該方法簡化更新。另外，實現(xiàn)一種適用于執(zhí)行該方法的冗余自動化系統(tǒng)。有利的是：能夠放棄費用高昂的“臟位機構(Dirty-Bit-Mecha-nismus)”。在更新階段開始時，在單機模式下工作的子系統(tǒng)(下文中稱為主機)創(chuàng)建其相關數(shù)據(jù)的副本，該相關數(shù)據(jù)代表的是在這個更新階段開始時主機的內部狀態(tài)，其中，這些數(shù)據(jù)被以分段的方式傳輸給“待更新的”或新接入的子系統(tǒng)(下文中稱為輔機或備用系統(tǒng))。這種內部狀態(tài)主要通過靜態(tài)的和動態(tài)的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)模塊、過程輸入值和過程輸出值、以及配置數(shù)據(jù)來確定或者說預先給定。最后，輔機將通過釋放信息(Freigaben)逐步地并且與實際的由主機進行的控制程序的處理時間同步地接近主機的內部狀態(tài)，其中，輔機只有在它完全獲得副本時才開始處理該釋放信息。輔機在設定完釋放信息之后利用相關數(shù)據(jù)在時間上延遲地經(jīng)過主機已經(jīng)過的相同的程序路徑。這意味著：在程序處理或運行方面，主機在時間上先于輔機運行或者說輔機在時間上晚于主機運行?！巴碛谶\行(Nachlauf)”或“先于運行(Vorauslauf)”在此理解為通過主機進行的處理段的處理開始和通過輔機進行的相應的處理段的處理開始之間的時間差，這相應于釋放信息或者說釋放信號出現(xiàn)的時間點。另外需要指出：程序既被理解成那樣的程序，也被理解成子程序、程序部分、任務、線程、組織模塊、功能 模塊或其它的適用于實現(xiàn)自動化功能的程序碼，其中，自動化系統(tǒng)的程序通常被劃分為多個優(yōu)先級并且根據(jù)其被分配的優(yōu)先性來運行或者說實施。在輔機彌補了該延后或延遲或這個延遲超過待預先給定的或已預先給定的且被視作為非極限的時間周期或可容忍的值的時間點時，更新階段結束并且自動化系統(tǒng)自該時間點起在冗余運行模式下進行工作。在過程控制方面，主機由此從單機模式轉換到帶有輔機或備用系統(tǒng)的冗余模式中，其中，自這個時間點開始，主機和輔機基于例如過程警報形式的事件而優(yōu)選地時間同步地經(jīng)過相同的程序路徑。在以這種方式時間同步地經(jīng)過的程序路徑方面，參考在先的歐洲專利申請12166006.2，其整個公開內容應作為本申請的組成部分。當然也可以這樣設計自動化系統(tǒng)，即，在更新階段之后或者說在更新之后實現(xiàn)程序路徑的時間同步的處理?；谠谥鳈C和輔機之間的時間同步的通信，在更新階段期間也能夠使用緩慢的通信連接。這意味著也可以設置一個本身在傳輸帶寬或應答時間方面不好的通信連接，或設置一個也被其它通信參與者所使用并且由此不專門地提供給連接和更新過程使用的通信連接。由此可以放棄獨立的同步連接。另外，還能夠在不通過高信號傳輸時間或高恢復時間過分地惡化系統(tǒng)功率的情況下克服兩個子系統(tǒng)之間的大的間距。在本發(fā)明的一個設計方案中提出，將過程輸入值與釋放信息一起傳輸給另一個子系統(tǒng)。用于另一個子系統(tǒng)的相關的信息首先被概括或集中并且最后被傳輸給另一個子系統(tǒng)。由此減小了兩個子系統(tǒng)的“管理費用”。附圖說明下面根據(jù)示出了本發(fā)明的一個實施例的視圖來進一步闡述本發(fā)明、其設計方案以及優(yōu)點。圖中示出：圖1示出了兩個子系統(tǒng)的時間同步連接的過程；圖2示出了更新過程；以及圖3示出了冗余自動化系統(tǒng)。在圖1至圖3中的相同的部分以相同的參考標號示出。具體實施方式首先參考圖3，其中示出了公知的、包括兩個子系統(tǒng)的冗余自動化系統(tǒng)。第一子系統(tǒng)Ta和第二子系統(tǒng)Tb通過現(xiàn)場總線Fb與外圍設備Pe相連接。在此，現(xiàn)場總線Fb例如符合PROFIBUS-DP-標準。原則上，其它總線系統(tǒng)，例如以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線，modbus協(xié)議，ProfiNetIO或還有并行總線系統(tǒng)也都適用。外圍設備單元Pe通過輸入導線Es從用于檢測過程狀態(tài)的測量變換器或測量值傳感器中獲得信號，并且通過輸出導線As將信號提供給用于影響過程的控制元件。出于清楚的原因，該圖中沒有示出過程以及測量變換器、測量值傳感器和控制元件。兩個子系統(tǒng)Ta，Tb周期性地和同步地運行相同的控制程序。為了它們的同步設置了同步連接Sv，其中，通過這個同步連接Sv實現(xiàn)了冗余功能和監(jiān)控功能。如所描述的那樣，從更新階段結束的那個時間點開始，自動化系統(tǒng)在冗余運行模式下工作，并且在過程控制方面，一個子系統(tǒng)從單機模式轉換為具有另一個子系統(tǒng)的冗余模式。從這個時間點開始，例如，基于過程報警形式的突發(fā)事件，兩個子系統(tǒng)突發(fā)事件同步地經(jīng)過相同的程序路徑，其中，借助主機進行的過程(Durchlauf)和借助輔機進行的過程優(yōu)選地時間上不同步地進行。為了闡述控制程序的事件同步處理以及為了更好地理解本發(fā)明，下面將參考圖1，其中示出了在先的歐洲專利申請12166006.2中所提出的、時間上不同步地連接兩個子程序的過程?！笆录降奶幚怼痹诖酥傅氖菬o論是主機還是輔機都基于一個事件經(jīng)過各個控制程序的相同的程序路徑，其中，在時間上不同步地實現(xiàn)該過程。假設一個子系統(tǒng)作為主機M而另一個子系統(tǒng)作為輔機S或作為備用系統(tǒng)運行。主機M由此在控制技術過程方面是主要的并且承擔過程控制任務，其中，主機從外圍設備單元Pe(圖3)中讀取過程輸入信息或者說過程輸入值并且時間上不同步地提供給輔機S。只有一旦主機M基于干擾出現(xiàn)故障的時輔機S才承擔主機功能或者說主控權(Masterschaft)。主機M對用于控制技術過程的程序P1進行處理，其中，輔機S也對這個與控制程序P1相應的程序P2進行處理。兩個控制程序P1，P2具有持續(xù)時間不同的多個處理段(Va)，其中，控制程序P1，P2在每個處理段Va每次開始和每次結束時被中斷。通常包括多個程序碼的每個處理段Va的開始和結束由此代表了可中斷的程序點或中斷點0，1，2，…y。在這些點0，1，2，…y上，可以在需要時借助主機M和輔機S中斷各個控制程序P1，P2，以便在出現(xiàn)事件或過程警報之后能夠作出適合的應對。另外，在這些中斷點0，1，2，…y上可以中斷每個控制程序P1，P2，由此使得主機M和輔機S可以通過現(xiàn)場總線Fb或通過同步連接Sv交換釋放信息、應答信息或其它信息。在經(jīng)過各個待預先給定的或已被預先給定的時間間隔Zi，i＝1，2，…之后并且在到達經(jīng)過各個時間間隔Zi之后出現(xiàn)中斷點(優(yōu)選的是緊接著各個時間間隔Zi的第一個中斷點)的每個時間點時，主機M將釋放信息或釋放信息信號傳輸給輔機S，該釋放信息信號告知輔機S直到哪個處理段Va才允許輔機S對控制程序P2進行處理?？刂瞥绦騊2的這些處理段Va相應于主機M在處理控制程序P1的過程中已經(jīng)處理過的那些處理段。在本實施例中假設：在經(jīng)過時間間隔Z1到達時間點t1和到達時間點t2(在該時間點上第一中斷點P1_6(中斷點6)出現(xiàn)在時間 間隔Z1之后)時，主機M向輔機S傳輸釋放信息F1。這個釋放信息F1包括用于輔機S的信息，即允許該輔機處理它的待處理的控制程序P2直至到達中斷點P2_6(中斷點6)為止，其中，控制程序P1的中斷點P2_6與控制程序P1的中斷點P1_6相應。這意味著：基于該釋放信息，輔機S能夠對控制程序P2的處理段Va進行處理，這些處理段相應于控制程序P1的、直至到達產生釋放信息或釋放信息信號的時間點處的處理段Va，其中，在該實例中出于簡明性的原因而假設：產生釋放信息的時間點相應于向輔機S傳輸釋放信息的時間點。也就是說，借助輔機S實現(xiàn)的這個處理段Va的處理在時間上不與借助主機M對相應的處理段Va進行的處理同步，其中，在通過輔機S處理完控制程序P2的處理段Va之后，當主機M向輔機S傳輸另一個釋放信息時，才能利用輔機S處理下一個處理段Va。出現(xiàn)這種中斷點P1_6，P2_6(中斷點6)的時間點代表的是在時間間隔Z1之后的時間間隔Z2的開始。在所描述的方法和方式中，進一步在時間上不同步地處理控制程序P1，P2。在經(jīng)過時間間隔Z2之后在到達出現(xiàn)第一中斷點P1_A的時間點t3時，主機M向輔機M傳輸了另一個釋放信息F2，該釋放信息告知輔機S能夠處理其它處理段Va直至到達中斷點P2_A為止。這些處理段Va又相應于主機M從時間點t2直至時間點t3，也就是說直至到達中斷點P1_A為止已經(jīng)處理過的處理段。這意味著：輔機S處理的是從上次的釋放信息F1的時間點t2到當前的釋放信息F2的時間點t3為止的處理段。在經(jīng)過時間間隔Z2之后出現(xiàn)第一中斷點P1_A的時間點t3是時間間隔Z2之后的時間間隔Z3的開始?，F(xiàn)在可以發(fā)現(xiàn)：在時間間隔中出現(xiàn)了事件，例如過程警報形式的事件。在實施例中，以E來代表這種事件，根據(jù)該事件，主機M在時間間隔Z3到時間點t4的過程中必須合適地根據(jù)控制程序P1的規(guī)定作出反應。在這個情況下，主機M并不在時間間隔Z3之后的、在時間間隔Z3之后出現(xiàn)中斷點的時間點上，而是在事件E出現(xiàn)之后出現(xiàn)中斷點P1_C(中斷點C) 的時間點t5上向輔機S傳輸釋放信息F3。這意味著：由于事件E而使得時間間隔Z3被縮短，其中，時間點t5是下一個時間間隔Z4的開始?；趥鬏斀o輔機S的釋放信息F3，輔機S對控制程序P2的處理段Va進行處理，這些處理段相應于控制程序P1的、在時間點t3和t5之間已經(jīng)被主機M處理過的處理段Va。由于該事件E，主機M在時間間隔Z4中對更高優(yōu)先級的處理段Va進行處理，例如，主機M在時間點t5上執(zhí)行線程切換，并且在經(jīng)過時間間隔Z4后到達時間點t6，在到達時間點t7時重新傳輸釋放信息F4，在該時間點上出現(xiàn)了在時間間隔Z4之后的第一個中斷點P1_12(中斷點12)。根據(jù)這個釋放信息，輔機S同樣對處理段Va進行處理直至到達控制程序P2的中斷點P2_12(中斷點12)為止，其中，這些處理段Va相應于控制程序P1在時間點t5和t7之間的處理段Va，并且其中，輔機S同樣執(zhí)行了線程切換。如闡述的那樣，主機M的釋放信息在輔機S經(jīng)過與主機M相同的“線程山”，也就是說，輔機S在控制程序P2中的與控制程序P1中的位置相應的位置處執(zhí)行“線程切換”。只有當主機M通過釋放信息對輔機提出要求時輔機S才繼續(xù)進行它的操作。在對處理段進行處理方面，主機M正如在單獨的或非冗余的模式中那樣實時地處理這些處理段并且將其給予到有規(guī)律的時間間隔中以及在出現(xiàn)事件之后給予釋放信息以便通過輔機S處理相應的處理段，其中，主機M繼續(xù)處理它的控制程序P1并且不主動地等待輔機S的應答。在對相應的處理段進行處理方面，輔機S晚于主機M并且基于被給予的主機釋放信息來對這些處理段進行處理。下面假設：主機M的單機模式的過程控制轉換為具有輔機S的冗余的控制模式。例如，當輔機S在修復之后重新連接到主機M上時才需要這種類型的轉換。為此參考了圖2，在該附圖中示出了自動化系統(tǒng)的更新過程。這種轉換在直到主機M發(fā)現(xiàn)輔機S連接到現(xiàn)場總線Fb(圖3)上的時間點t11開始，其中，從這個時間點t11開始，無論是主機M還是輔機S的更新階段均開始。主機M從這個時間點t11開始創(chuàng)建所有相關數(shù)據(jù)的本地副本K，這些數(shù)據(jù)代表了主機直至到達這個時間點t11的內部狀態(tài)，其中，主機繼續(xù)在單機模式中對控制程序P5的技術過程進行控制并且對控制程序的處理段Va進行處理。從時間點t12開始直到主機M的更新階段結束的時間點t13為止，主機M將這個副本K以分段的方式傳輸給輔機S(這在圖中借助箭頭Kf來表示)，直到時間點t14，輔機S才完全地接收完該副本。在這個時間點t14時，輔機S現(xiàn)在具有與時間點t11時的主機相同的內部狀態(tài)。另外，從時間點t12開始，主機M的所有釋放信息以及被主機M、由外圍設備單元Pe(圖3)讀取的、所有的主機M上的過程輸入值均被緩沖存儲在輔機S或自動化系統(tǒng)的另一個子系統(tǒng)上，其中，在副本K被完全接收之后才激活這些通過輔機S處理的釋放信息。在本實施例中假設：在從時間點t11開始到副本K的傳輸結束的時間點t13的時間段中在單機模式中運行的主機M產生了釋放信息F13，F(xiàn)14，F(xiàn)15，F(xiàn)16并且另外讀取過程輸入值Ew3，Ew4。這些釋放信息F13至F16和這些過程輸入值Ew3，Ew4在輔機S中從時間點t14、即主機M的內部狀態(tài)被完全提供給輔機S使用的時間點開始才被激活，這在圖中通過箭頭Fs和通過擺動的線L3，L4來表示。在通過主機M進行的這個激活之后，輔機S通過輔機S根據(jù)釋放信息F13至F16的規(guī)則而處理副本K的數(shù)據(jù)的方式來轉變成主機Ms的內部狀態(tài)。在此，輔機S對其控制程序S6的處理段Va進行處理，這些處理段相應于直至時間點t13為止主機M的控制程序P5的處理段Va，其中，輔機S在控制程序P6的處理方面將過程輸入值Ew3，Ew4納入到了考慮范圍內。由于輔機S在時間上不同步地接近主機M的內部狀態(tài)，所以在對控制程序P6相應的處理段Va進行處理的方面，輔機S晚于主機M，其中，這種時間上的延遲必須被減小到可容忍的范圍，因為過高的時滯可能會導致出現(xiàn)冗余損失。為了減少這種時滯而設計為，輔機S的處理速度相對于 主機M的處理速度而言更高，這在圖中以控制程序P6中的“縮短”形式表示的處理段Va來表示。輔機S的處理速度的這種相對的提高可以例如，通過使得輔機S更快地處理它的程序P6的處理段Va或使得主機M更慢地處理它的程序P5的處理段Va的方式來實現(xiàn)。只有當延遲被彌補上或被減小到可容忍的范圍或預先給定的值時，輔機S以及由此自動化系統(tǒng)的在時間點t12時開始的更新階段才會結束。在本實施例中假設，將在時間點t15時的延遲減小的可容忍的范圍。這樣選擇或預先給定這個范圍，即，在主機M出現(xiàn)故障的情況下，輔機S能夠沒有突發(fā)情況地承擔主控權。在圖中，在時間點t16和時間點t15之間的時間差代表了該可容忍的范圍，在本發(fā)明的實際的實施例中該范圍大概是20毫秒。在輔機S的更新階段的范圍內，輔機S從時間點t14開始直至時間點t15為止既對在傳輸副本K的過程中所緩沖存儲的釋放信息F13至F16進行處理，又對主機M在這個傳輸之后傳輸給輔機S的釋放信息F17，F(xiàn)18，F(xiàn)19進行處理。這些釋放信息F17至F19告知輔機S，控制程序P6的哪些處理段Va可以另外通過該輔機S進行處理，其中，這些處理段Va相應于控制程序P5的、從時間點t14開始已被主機M所處理的那些處理段Va。換言之：在主機M將副本完全傳輸給輔機S或輔機S完全地接收這個副本K之后，輔機S從時間點t14開始直至時間點t16為止對它的控制程序P6的所有釋放的處理段Va進行處理，這些釋放的處理段相應于主機M從時間點t11開始直至時間點t15為止已經(jīng)處理的處理段。從時間點t15開始，更新階段已結束并且自動化系統(tǒng)轉換為冗余模式。過程控制被主機M的單機模式所忽略且被輔機S的冗余模式所忽略，其中，從時間點t16開始能以所描述的方法和方式在時間上不同步地或以公知的方法和方式在時間上同步地在主機M和輔機S上進一步經(jīng)過相應的程序路徑。