本公开总体上涉及工业网络，更具体地说，涉及支持多种工业以太网协议、现场总线协议和工业应用处理并为用于工业架构中的可编程逻辑控制器的背板通信提供高性能的系统。
背景技术：
1、工业自动化/控制系统用于控制多种系统(包括过程、机器等)的操作，并且通常可通过多个控制系统部件或装置(诸如控制模块、输入/输出(i/o)模块、i/o装置等)的配置和互连来适应不同的控制应用。现有的工业控制系统通常包括运行或执行控制程序的处理器，以与i/o系统(例如，通常一个或多个i/o模块或装置)交互，从而从现场传感器接收呈模拟和/或数字输入形式的系统信息并且向一个或多个致动器提供输出(模拟和/或数字)。除了过程/机器控制功能之外，工业控制系统正越来越多地与制造设施中的管理信息和其他系统互连，并且可操作地连接到任何数量的通信网络以促进各种业务管理功能，诸如库存控制、会计、制造控制等。
2、随着快速以太网的演变和发展(例如，具有全双工功能的交换机模式)，集成业务和控制网络结构以将工业控制系统与通用系统互连的愿望已允许工业以太网网络(例如，诸如允许将现场装置直接连接到以太网网络的以太网/ip网络)广泛应用于工业应用。事实上，工业以太网正在成为工业自动化领域的主导技术(如果不是现有的)。
3、如图1所示，在切片i/o架构中，独立i/o岛连接到控制装置，如具有现场总线(如以太网/ip)的可编程逻辑控制器plc，并包含分别通过集群管理器cm驱动i/o模块的集群的头部hd。集群是一组i/o模块iom，至多64个模块，通过背板物理链接在一起，i/o模块iom是将电信号转换为数字值的常用自动化模块。集群管理器和不同模块之间在集群中通信的通常方法是使用外部交换机swe，外部交换机swe直接连接到每个i/o模块和集群管理器。
4、然而，在有空间限制的情况下，外部交换机swe可能会变得麻烦和昂贵，并且其中i/o模块的数量高达64个，从而使实时解决方案成为问题。
5、因此，需要实现i/o模块和集群管理器之间的高效通信，同时考虑实时限制以及高速通信和可靠性。
技术实现思路
1、本概述旨在介绍与本发明主题相关的概念。该概述不旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。
2、在一个实现中，提供了一种用于控制背板通信的工业系统，包括：
3、集群管理器，经由无源光网络链接到包括至少一个输入/输出模块的一组通信装置，
4、其中，无源光网络包括用于将数据从集群管理器传输到通信装置的无源光分路器，
5、其中，无源光网络包括用于将数据从通信装置传输到集群管理器的无源光耦合器，
6、其中，通信装置在时间上与集群管理器同步，并配置为在相应的调度时间窗口经由无源光网络发送数据。
7、有利的是，该系统提供了不涉及交换机或集线器的多点以太网连接，并通过使用无源基板和光连接，在考虑到实时约束和低成本产品的同时，实现通信装置与集群管理器之间的通信。在无源基板中使用光分路器和光耦合器可以实现高水平的可靠性，其中底板中没有有源部件并将故障风险降至最低，并提供了无需额外交换机的解决方案。
8、从集群管理器的角度来看，光总线的接收和传输线路的分离创建了1000mb/s或更高的全双工通信。
9、在实施例中，数据以以太网帧发送。
10、在实施例中，数据根据开放平台通信联合架构进行格式化。
11、在实施例中，其中集群管理器和每个通信装置包括用于在光总线上传输和接收数据的相应交换机。
12、在实施例中，所述交换机是时间敏感网络(time sensitive networking)交换机。
13、时间敏感网络交换机允许创建从通信装置到集群管理器的时间共享多点通信，而无需使用外部交换机。时间敏感网络交换机的使用为数据传输带来了确定性和高水平的性能和开放性(标准以太网)。
14、在实施例中，交换机包括基于精确时间协议同步的相应时钟。
15、在实施例中，集群管理器在调度时间窗口将数据以帧形式在无源光网络的传输总线上传输到所有通信装置。
16、在实施例中，每个通信装置仅处理帧中寻址到其的数据，并丢弃帧的其他数据。
17、在实施例中，数据可以是输入/输出数据或服务数据，其中输入/输出数据对应于包括通信装置的输入和输出值的机器数据，并且服务数据涉及关于来自连接到i/o模块的装置的服务的信息。
18、在实施例中，输入/输出数据以确定性延迟方式在静态时间窗口中发送到集群管理器。
19、在实施例中，服务数据以尽最大努力的方式在动态时间窗口中发送到集群管理器。使用动态分配的时间窗口进行服务通信允许优化无源光网络pon上的带宽使用。
20、在实施例中，交换机使用ieee802.1qbv时间感知调度器来实现，以调度时间窗口。
1.一种工业系统，用于控制背板通信，包括：
2.根据权利要求1所述的工业系统，其中，所述数据以以太网帧发送。
3.根据前述权利要求中任一项所述的工业系统，其中，所述数据根据开放平台通信联合架构进行格式化。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工业系统，其中，所述集群管理器和每个通信装置包括用于在所述无源光网络上传输和接收数据的相应交换机。
5.根据权利要求4所述的工业系统，其中，所述交换机是时间敏感网络交换机。
6.根据权利要求4或5所述的工业系统，其中，所述交换机包括基于精确时间协议同步的相应时钟。
7.根据前述权利要求中任一项所述的工业系统，其中，所述集群管理器在调度时间窗口在所述无源光网络的传输线路上向所有通信装置传输帧形式的数据。
8.根据权利要求7所述的工业系统，其中，每个通信装置仅处理帧中寻址到它的数据并丢弃所述帧的其他数据。
9.根据前述权利要求中任一项所述的工业系统，其中，数据可以是输入/输出数据或服务数据，其中输入/输出数据对应于包括通信装置的输入和输出的值的机器数据，服务数据涉及关于来自连接到通信装置的装置的服务的信息。
10.根据权利要求9所述的工业系统，其中，在静态时间窗口中以确定性延迟的方式将输入/输出数据发送到集群管理器。
11.根据权利要求9或10所述的工业系统，其中，在动态时间窗口中以尽最大努力的方式将服务数据发送到集群管理器。
12.根据权利要求4或11所述的工业系统，其中，所述交换机使用ieee802.1qbv时间感知调度器来实现，以调度时间窗口。
