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WO2008125336A2 - Verfahren und steuergerät zur steuerung eines automatisierungssystems - Google Patents

Verfahren und steuergerät zur steuerung eines automatisierungssystems Download PDF

Info

Publication number
WO2008125336A2
WO2008125336A2 PCT/EP2008/002985 EP2008002985W WO2008125336A2 WO 2008125336 A2 WO2008125336 A2 WO 2008125336A2 EP 2008002985 W EP2008002985 W EP 2008002985W WO 2008125336 A2 WO2008125336 A2 WO 2008125336A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
interface module
module
control unit
controller
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/002985
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2008125336A3 (de
Inventor
Frank Konieczny
Dietmar Krumsiek
Thorsten Behr
Anja Kruse
Ralf Aron
Original Assignee
Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg filed Critical Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg
Priority to EP08735248A priority Critical patent/EP2140317A2/de
Priority to US12/450,844 priority patent/US8190274B2/en
Publication of WO2008125336A2 publication Critical patent/WO2008125336A2/de
Publication of WO2008125336A3 publication Critical patent/WO2008125336A3/de

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/058—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31104—Remote configuration of parameters of controlled devices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/32—Operator till task planning
    • G05B2219/32126—Hyperlink, access to program modules and to hardware modules in www, web server, browser
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34444—Web control system, with intelligent control components each with web server

Definitions

  • the invention generally relates to automation systems and more particularly to a method and a control device for controlling an automation system.
  • PLC programmable logic controller
  • the basic operating principle is based on detecting the current states of the plant / machine to be automated and converting the corresponding physical process signals into electrical signals by means of corresponding sensors.
  • the central unit with program memory and processor as well as the input / output units belongs to the basic configuration of a PLC today, a corresponding PC-based programming device or Windows-based development tool for creating the
  • Control program and the corresponding commissioning in conjunction with the real machine and system - this is generally referred to as engineering.
  • the handling of the control system is primarily determined by the programming system with which the user creates an automation solution, memorizes it into the device and puts it into operation.
  • Prior art is at this point that to control an appropriate programming software available as a Windows application which must be installed on an appropriately equipped Windows PC.
  • controllers of the lowest performance class so-called relay replacement controls - variants have been known for some years, which can also be programmed via a display placed directly on the device (eg Moeller easy and Siemens LOGO!).
  • the solutions available here are limited to a simple representation with a few lines, which is not very convenient for the creation and maintenance of larger programs
  • the invention has for its object to provide a way how the handling and use of automation systems, in particular of programmable logic controllers (PLC) can be improved and simplified
  • a method serves for accessing a control module which can be executed in a control device for controlling an automation system, wherein the control module is designed to execute a function on the control device.
  • the method provides that the control module, as well as a first and a second interface module is provided in the control unit, the control unit is connected to an operating unit via a network, the second interface module is transmitted from the control unit to the operating unit, the Operating unit comprises input and output devices for operation by a user, the second interface module is executed by the operating device, and data is transmitted between the first and second interface module.
  • the data transmission between the first and second interface module is preferably used to create a control function executable on the control unit by the control module, to process and / or execute, to transfer parameters to the control unit and / or to read out process data from the control unit.
  • the control unit may be designed as any device which is involved in the control of a process of
  • controller for example, a sensor, an actuator, a device for input or output of process, parameter or control data, or a device for controlling, monitoring, logging, operating and / or
  • the control module also referred to below as a control engine, is preferably designed as a software module for controlling functions of the control unit, wherein these functions are typically designed as software applications, which are integrated in the control module or stored in a separate memory of the control unit.
  • the functions may advantageously comprise safety-related automation functions or else a combination of safety-related and non-safety-related automation functions.
  • control unit comprises a programmable logic controller (PLC), wherein the by the software module controlled function is designed as a control program for process control of the automation system.
  • PLC programmable logic controller
  • the method makes it possible to carry out engineering tasks in a particularly advantageous manner, wherein a typical structure of engineering tools for creating an automation system as tools comprises the control configuration, program editors, an HMI designer, and a data monitor.
  • Control configuration includes, for example, the I / O configuration, the configuration of the communication networks and the device configuration. Both textual and graphical editors can be used as program editors. An HMI designer is typically used for creating graphical objects and pages that can be displayed in a web browser for operator control and monitoring. A data monitor is used, for example, for monitoring and recording control-internal and / or control-external binary or analog signals.
  • the corresponding engineering application is preferably carried out on the operating device, wherein this advantageously comprises a web browser for this purpose.
  • the first interface module comprises an HTTP server application and the second interface module comprises a client application designed for communication with the HTTP server application.
  • the network is preferably designed as an IP-based network.
  • the second interface module comprises a web-based application adapted for execution in a web browser.
  • a particularly advantageous embodiment provides that the communication between the first and second interface module by means of AJAX technology (Asynchronous JavaScript and XML) using JSON (JavaScript Object Notation) takes place.
  • control module and / or the first interface module preferably comprise an intermediate code, in particular an intermediate code according to the Common Intermediate Language (CIL) standard, as it does for example, provided by the .NET language family.
  • CIL Common Intermediate Language
  • control device advantageously comprises a module for providing a drain environment, which is designed to execute the control module and the first interface module in parallel.
  • the data is transferred from the first to the second interface module and the data received by the first interface module are processed by the controller at predetermined times, the times being related to the real-time requirements imposed by the process on the execution of the control module be adapted dynamically at runtime, further advantageously the control module is executed with a higher priority than the first interface module. In this way, real-time requirements imposed by the respective automation process can be maintained in a particularly advantageous manner.
  • the controller is typically connected to process components that cause changes in the process flow.
  • the operating device and the control module are arranged in a common computer system and the process controlled by the control module is simulated by a simulation module.
  • An inventive control device of a control system for controlling an automation system comprises a memory with a control module stored therein for process control of the automation system and each one therein stored first and second interface module, wherein ' the control module is adapted to perform a function on the controller, a processor unit for executing the control module and the first interface module, and a network interface for connecting the controller to a network, the control unit is designed to transmit the second interface module to an operating unit via the network, and the first interface module is designed to communicate via the network with the second interface module arranged in the operating unit.
  • the invention further provides advantageous embodiments of a control device which comprise means which are suitable for carrying out the above-described advantageous embodiments of the method according to the invention.
  • the second interface module is preferably designed to initiate a data transmission to the first interface module.
  • the control unit is advantageously designed to effect, in dependence on data received via the first interface module, the creation, processing, execution and / or parameterization of a control function executable by the control module on the control unit.
  • the control device comprises a programmable logic controller (PLC) for process control.
  • PLC programmable logic controller
  • the first one comprises
  • Interface module preferably an HTTP server application, which is designed for communication with a remote, arranged in the second interface module client application, the network to this Purpose is preferably designed as an IP-based network.
  • the client application preferably comprises a web-based application adapted to be executed in a web browser.
  • the controller may be any device involved in controlling a process of an automation system.
  • the control device is designed to control a real-time process.
  • the control module and / or the first interface module preferably comprises an intermediate code, in particular according to the Common Intermediate Language (CIL) standard.
  • CIL Common Intermediate Language
  • control unit advantageously comprises a module for providing a BudapestUm proceedings, which is adapted to execute the control module and the first interface module in parallel.
  • control device is advantageously designed to execute the transmission of data from the first to the second interface module and the processing of data received by the first interface module at predetermined times, the times to the real-time requirements imposed by the process on the execution of the control module at runtime are dynamically adaptable.
  • control unit is designed to execute different software modules with different priority, wherein in particular the
  • Control module is executed with a higher priority than the first interface module to comply with the real-time requirements imposed by the process.
  • the control unit is preferably with Process components connectable, which are designed to effect changes in the process flow.
  • the invention advantageously provides for the physical integration of control equipment and control programming, whereby technologies known from Web 2.0 technologies, in particular under the name Ajax, make it possible to transmit this to standard equipment.
  • This is a notebook with Windows operating system in the typical application today, but can also be a Linux or Mac OS computer, for example, as well as include new device classes such as Ultra Mobile PCs (UMPC), PDAs, web pads and modern mobile phone generations.
  • UMPC Ultra Mobile PCs
  • PDAs personal digital assistants
  • web pads web pads
  • modern mobile phone generations modern mobile phone generations.
  • the invention makes it possible with particular advantage to be able to carry out the programming of a controller directly via a standard browser without specific extensions. All information necessary for the product use of the controller comes from the controller itself and are provided via an existing, known standard environment. This results in the following basic advantages compared to a traditional configuration with a standalone software tool:
  • the current project is always the one that is currently controlling the application, -
  • a platform-independent engineering is possible, for example, embedded devices (web pad), MAC OS (Apple), Linux and Windows (PCs) are supported, since only the availability of a corresponding web browser is required.
  • Fig. 3 schematically shows the basic structure of a
  • Fig. 4 is a schematic representation of the basic components of a control system for controlling an automation system according to a first preferred embodiment of the present invention, adapted for carrying out a method according to the invention, and
  • FIG. 5 schematically shows HTTP-based communication mechanisms of the web-based control system illustrated in FIG.
  • Hypermedia documents 10 connected via (hyper) links 20 form a network of information
  • the web browser 100 is the terminal to this network.
  • the request for a web page 40 is made by entering a URL in the address line of the web browser 100.
  • the addressed via this web server sends the requested HTML document 10 to the browser 100, which brings this according to the display. If the displayed content of the page should be changed, this must be done via a new request to the web server and a retransmission of the complete page to the browser 100 - the user sees a sequence of static pages 4T).
  • FIG. 2 shows the structure of a classic server-side web application, in which the interactions between user and application are handled via the web server 200.
  • a request 50 is generated to the server 200 which generates a new document 42 and sends 60 to the browser 100 in which standard representations and user-specific data are mixed in a stream of HTML markup - the browser 100 discards the previous document 41 and displays the new document 42.
  • Ajax's fundamental principle is to abandon this classic page-based application model, where the browser is used only as a passive terminal, and to relocate part of the application logic from the server to the browser.
  • Ajax (asynchronous JavaScript and XML) was coined in early 2005 by Jesse James Garrett of Adaptive Path in his essay "Ajax: A New Approach to Web Applications" and describes a concept, as with existing technologies - basically JavaScript and the XMLHttpRequest Object - Replaces the traditional classic web application's request / response model by splitting it into a front-end application - which is relocated to the browser - and replacing a back-end application on the server that is connected by an asynchronous communication can.
  • the motivation for Ajax described by Jesse James Garrett, is to approximate web application behavior to that of a desktop-only application.
  • An Ajax web application by definition, is an application that works exclusively as a workflow environment in a Web browser, but at the same time acts as a desktop application in the direction of its interactions with the user.
  • an Ajax web application would not be different from a desktop application from the user's point of view.
  • the application interface 70 is relocated to the web browser 100 and decoupled from communication with the web server 200 via a so-called Ajax engine 80, as shown in FIG. 3, which illustrates the basic structure of an Ajax Web-based application shows.
  • FIG. 3 illustrates the basic structure of an Ajax Web-based application shows.
  • Ajax is a concept that describes how different well-known web technologies are used and combined to create interactive desktop-like web applications. It describes the use and use of the technologies, but not the structure of the web application itself.
  • the invention allows a Web loop particularly advantageous.
  • Browser-based engineering application in particular using Ajax, for a programmable logic controller (PLC), the basic components of which are illustrated in FIG.
  • PLC programmable logic controller
  • the components shown in FIG. 4 comprise a control unit designed as an engineering computer 300 and a programmable logic controller (PLC) 400 trained control unit, which are designed for carrying out a method according to the invention.
  • PLC programmable logic controller
  • Engineering computer 300 and controller 400 are interconnected via a communication link 500 via a physical cable or wireless connection capable of transmitting Hypertext Transfer Protocol (HTTP), e.g. Ethernet TCP / IP.
  • HTTP Hypertext Transfer Protocol
  • controller 400 At the heart of the controller 400 is a control engine 410 which executes the control application 600 by controlling the process connected via the peripheral layer 700 in accordance with this application 600.
  • This application 600 is created, commissioned and maintained via the engineering application 310, which is created on the basis of the web technologies HTML or XHTML, CSS and JavaScript and is executed completely in a web browser 110 as a standard runtime environment - alternatively
  • the engineering of the application is also possible via a standalone Windows application.
  • All components of the engineering application 310 are stored in a file system on the controller 400.
  • the HTML start page is loaded from the file system.
  • This HTML page contains the software components of the engineering application 310 in the form of
  • JavaScript code The browser 110 executes this code and thereby provides the user with the engineering application 310.
  • the current control application 600 is loaded from the control engine 410 and the current
  • control application 600 can now be edited by the user in the engineering application 310 - for this purpose, according to the selected processing steps loaded further components (tools) from the tool tray 450 on the controller 400. If the control application 600 has a modular structure, then only the parts that have been selected by the user and want to observe or process them are also loaded into the engineering application 310. This modular loading restricts the components and data to be transferred to the necessary proportions, thereby reducing the resource requirements for communication and waiting times for the user.
  • This concept is particularly advantageous only once at the start a HTML page loaded.
  • This basic application (home page) contains the user interface and the infrastructure components of the engineering application 310 directly or via references to separate files. Special tools can only be loaded when they are needed by the user to process the corresponding data of the application - this reloading is preferably done in the background and is controlled by the basic application.
  • JavaScript Infrastructure components include examples of controls or components for communication.
  • Engineering tools or tools for special tasks include, for example, tools for control configuration, program editors, an HMI designer or a data monitor.
  • the data of the control application 600 are loaded into the browser 110 for processing by the engineering application 310 and presented to the user via these tools and made editable. It will always be there transfer only the parts of the control application 600 from the control engine 410 into the engineering application 310 that are needed in the current application scenario. Only after a processing step has been completed are the processed parts of the control application transferred from the engineering application 310 back into the current control application 600 of the control engine 410. The processing of the data takes place exclusively in the engineering application 310 in the browser 110, so that the resources' of the controller 400 are kept free of this.
  • the communication between the control engine 410 of the controller 400 and the engineering application 310 in the browser 110 takes place exclusively via the HTTP server 420, which also operates on the controller 400.
  • Fig. 5 shows the HTTP-based communication mechanisms of the described Web-based control system.
  • commands which are triggered by the engineering application 310 and messages which are triggered by events in the control engine 410.
  • HTTP transaction-oriented hypertext transfer protocol
  • HTTP requests HTTP requests
  • JavaScript application running in the browser
  • HTTP responses HTTP responses
  • a command is the triggering of an action in the control engine 410 by a processing step of the engineering application 310. Since engineering application 310 and control engine 410 in different processes and typically also on work separate computers with different runtime environments, a transport mechanism to transfer the command is needed.
  • the principle of such a call of a "remote" action (procedure) via a communication protocol is known and is referred to as a "remote procedure call". In conjunction with the Ajax concept, this is usually done by calling a SOAP web service or a comparable XML-based web service dialect.
  • the major drawbacks of using XML are the lack of compact transmission format and the cumbersome way of accessing the information.
  • JSON JavaScript Object Notation
  • JSON-RPC is used to transfer the commands 710 between the engineering application 310 in the browser 110 and the control engine 410 on the controller 400.
  • the transformation of the command 710 transmitted with JSON-RPC into the call of a corresponding action of the control engine 410 is implemented in the HTTP server 420 of the controller 400.
  • JSON and JSON-RPC are described, for example, in the article deposited on the website "http://www.heise.de/ix/izate/2006/01/070/", whereby the content of this website at the time of application is hereby incorporated by reference ,
  • a message 720 is a notification from the control engine 410 to the engineering application 310.
  • the underlying HTTP communication can basically only be initiated from the side of the client, that is, in the browser. An application running in the browser would therefore, in order to be able to receive messages from the server, constantly send corresponding requests to the server (polling). This method results in unnecessary communication, which in turn would burden, in particular, the limited resources of the HTTP server 420 and thus the controller 400.
  • Comet a mechanism is known that allows server-initiated transmission of data. For the use of Comet a corresponding extension of the HTTP server 420 is provided on the side of the browser 110, no extensions or plug-ins are necessary, so that still a standard browser is sufficient.
  • the invention therefore preferably provides for implementing both the control engine 410 and the HTTP server 420 by means of the Microsoft .Net language family, which translates into a Common Intermediate Language (CIL) and in a corresponding run environment be executed.
  • CIL Common Intermediate Language
  • the runtime environment is referred to as the CLR - Common Language Runtime and is also available for various microcontroller platforms under the name Embedded CLR.
  • This embodiment allows easy porting of web engineering to various embedded devices since both the control engine 410 and the HTTP server 420 are implemented against a standard environment.
  • a programmable logic controller primarily has the task of controlling a process connected via its peripheral system.
  • control units which are designed as compact and small controls, there is hardly any free computing power available for further tasks.
  • Control system considers this on the one hand by the above-described relocation of the engineering application 310 in the browser 110. Further processing power of the controller 400 now need the HTTP server 420 and its communication to the engineering application 310. For proper operation of the control engine 410, this preferably has to get sufficient resources for processing the control application 600 and must not be affected by, for example, the HTTP communication to the engineering application 310.
  • the control engine 410 typically reads in the input signals of the attached peripherals 700 at the beginning of each of these cycles, then the automation functions corresponding to the current one Executed control application 600 and output at the end of the cycle, the output signals via the connected peripherals 700.
  • the HTTP server 420 is activated when an HTTP request arrives or the control engine 410 issues a corresponding message 720.
  • the processes for executing the control engine 410 and the HTTP server 420 are managed via threads and a dynamic priority control.
  • the dynamic priority control ensures that the control engine 410 is allocated sufficient computing time in order to be able to execute the control application 600.
  • Offline means that the engineering tool is not connected to the controller and the control application can only be edited.
  • a communication link is established between the engineering computer and the controller, via which the engineering tool then transfers the corresponding data to the controller.
  • an engineering tool created on the basis of web technologies is typically always online, since a browser-based application can in principle only work in cooperation with the server.
  • applications are quite often offline, that is created independently of the automation device.
  • HTTP server 420 and control engine 410 are advantageously installed on the same computer on which the browser 110 with the engineering application 310 runs.
  • This installation process can be done from a disk, such as a CD or DVD, over the Internet, for example, via the homepage of a device manufacturer, or directly from the controller 400 done.
  • the now physically no longer available process periphery 700 can be replaced by a simulation component. This makes it possible to execute the control application 600 also offline.
  • the field of application of the invention in particular a method according to the invention and / or a control device according to the invention, and thus the described mechanisms of a Web-based control system are in particular industrial programmable logic controllers (PLC / PLC), but also safety-related systems and in particular combinations of safety-related and non-safety-related automation functions.
  • PLC / PLC industrial programmable logic controllers
  • safety-related systems and in particular combinations of safety-related and non-safety-related automation functions.
  • the mechanism described can be used advantageously as a basis for web-based HMI functions and their display systems.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Programmable Controllers (AREA)
  • Information Transfer Between Computers (AREA)

Abstract

Um die Handhabung und Benutzung von Automatisierungssystemen, insbesondere von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) zu verbessern und zu vereinfachen, sieht die Erfindung ein Verfahren zum Zugreifen auf ein in einem Steuergerät (400) zur Steuerung eines Automatisierungssystems ausführbares Steuermodul (410) vor, wobei das Steuermodul (410) dazu ausgebildet ist, eine Funktion (600) auf dem Steuergerät (400) auszuführen, wobei das Verfahren vorsieht, dass in dem Steuergerät (400) das Steuermodul (410) sowie ein erstes (420) und ein zweites (310) Schnittstellenmodul bereitgestellt, das Steuergerät (400) mit einem Bediengerät (300) über ein Netzwerk (500) verbunden, das zweite Schnittstellenmodul (310) von dem Steuergerät (400) zu dem Bediengerät (300) übertragen, das zweite Schnittstellenmodul (310) durch das Bediengerät (300) ausgeführt, und Daten zwischen dem ersten (420) und dem zweiten (310) Schnittstellenmodul übertragen werden. Ferner sieht die Erfindung ein zur Ausführung des Verfahrens ausgebildetes Steuergerät vor.

Description

Verfahren und Steuergerät zur Steuerung eines Automatisierungssystems
Beschreibung Die Erfindung betrifft allgemein Automatisierungssysteme und insbesondere ein Verfahren und ein Steuergerät zur Steuerung eines Automatisierungssystems.
Das Prinzip der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ist heute bereits ca. 30 Jahre alt und mit der zunehmenden
Reife des Marktes haben sich Differenzierungen in Bezug auf Aufbau und Arbeitsweise angeglichen. Das grundsätzliche Arbeitsprinzip basiert darauf, die aktuellen Zustände der zu automatisierenden Anlage/Maschine zu erfassen und die entsprechenden physikalischen Prozesssignale durch entsprechende Sensoren in elektrische Signale umzuwandeln. Neben der Zentraleinheit mit Programmspeicher und Prozessor so wie den Ein- /Ausgabeeinheiten gehört zur Grundkonfiguration einer SPS heute auch ein entsprechendes PC-basiertes Programmiergerät bzw. Windows-basiertes Entwicklungswerkzeug zur Erstellung des
Steuerungsprogrammes und der entsprechenden Inbetriebnahme im Zusammenspiel mit der realen Maschine und Anlage - dieses wird allgemein auch als Engineering bezeichnet.
Der Umgang mit der Steuerung wird für den Anwender maßgeblich durch das Programmiersystem bestimmt, mit dem der Benutzer eine Automatisierungslösung erstellt, in das Gerät einprägt und in Betrieb nimmt. Stand der Technik ist an dieser Stelle, dass zu der Steuerung eine entsprechende Programmiersoftware als Windows-Anwendung zur Verfügung gestellt wird, die hierzu auf einem entsprechend ausgestatteten Windows-PC installiert werden muss. Bei Steuerungen der untersten Leistungsklasse - so genannten Relais-Ersatzsteuerungen - sind seit einigen Jahren Varianten bekannt, die auch über ein direkt auf dem Gerät platziertes Display programmiert werden können (z.B. Moeller easy und Siemens LOGO!). Die hier verfügbaren Lösungen sind aber auf eine einfache Darstellung mit wenigen Zeilen begrenzt, was für die Erstellung und Wartung umfangreicherer Programme wenig komfortabel und zur
Darstellung komplexerer Zusammenhänge nicht ausreichend ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die Handhabung und Benutzung von Automatisierungssystemen, insbesondere von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) verbessert und vereinfacht werden kann
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie ein Steuergerät nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Dementsprechend dient ein erfindungsgemäßes Verfahren dem Zugreifen auf ein in einem Steuergerät zur Steuerung eines Automatisierungssystems ausführbares Steuermodul, wobei das Steuermodul dazu ausgebildet ist, eine Funktion auf dem Steuergerät auszuführen. Das Verfahren sieht vor, dass im Steuergerät das Steuermodul, sowie ein erstes und ein zweites Schnittstellenmodul bereitgestellt wird, das Steuergerät mit einem Bediengerät über ein Netzwerk verbunden wird, das zweite Schnittstellenmodul von dem Steuergerät zu dem Bediengerät übertragen wird, wobei das Bediengerät Ein- und Ausgabeeinrichtungen zur Bedienung durch einen Benutzer umfasst, das zweite Schnittstellenmodul durch das Bediengerät ausgeführt wird, und Daten zwischen dem ersten und zweiten Schnittstellenmodul übertragen werden.
Die Datenübertragung zwischen dem ersten und zweiten Schnittstellenmodul dient vorzugsweise dazu, eine auf dem Steuergerät durch das Steuermodul ausführbare Steuerfunktion zu erstellen", zu bearbeiten und/oder auszuführen, Parameter an das Steuergerät zu übergeben und/oder Prozessdaten aus dem Steuergerät auszulesen.
Das Steuergerät kann als jegliches Gerät ausgebildet sein, welches an der Steuerung eines Prozesses eines
Automatisierungssystems beteiligt ist. Dementsprechend bezeichnet der Begriff Steuergerät beispielsweise einen Sensor, einen Aktor, ein Gerät zur Ein- oder Ausgabe von Prozess-, Parameter- oder Steuerdaten, oder ein Gerät zum Steuern, Überwachen, Protokollieren, Bedienen und/oder
Beobachten eines Prozesses. Das Steuermodul, im Folgenden auch als Control Engine bezeichnet, ist vorzugsweise als Softwaremodul zur Steuerung von Funktionen des Steuergerätes ausgebildet, wobei diese Funktionen typischerweise als Softwareapplikationen ausgebildet sind, welche im Steuermodul integriert oder in einem separaten Speicher des Steuergerätes abgelegt sind. Die Funktionen können vorteilhaft sicherheitsgerichtete Automatisierungsfunktionen oder auch eine Kombination aus sicherheits- gerichteten und nicht sicherheitsgerichteten Automatisierungsfunktionen umfassen.
Besonders vorteilhaft umfasst das Steuergerät eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), wobei die durch das Softwaremodul gesteuerte Funktion als SteuerProgramm zur Prozesssteuerung des Automatisierungssystems ausgebildet ist.
Durch das Verfahren wird auf besonders vorteilhafte Weise das Ausführen von Engineering-Aufgaben ermöglicht, wobei eine typische Gliederung von Engineering-Werkzeugen zur Erstellung eines Automatisierungssystems als Werkzeuge die Steuerungskonfiguration, Programmeditoren, einen HMI- Designer, und einen Daten-Monitor umfasst. Die
Steuerungskonfiguration umfasst beispielsweise die I /O- Konfiguration, die Konfiguration der Kommunikations- netzwerke, sowie die Geräteparametrierung. Als Programmeditoren können sowohl textuelle als auch grafische Editoren eingesetzt werden. Ein HMI-Designer dient typischerweise dem Erstellen grafischer Objekte und in einem Webbrowser anzeigbare Seiten zum Bedienen & Beobachten. Ein Daten-Monitor dient beispielsweise dem Beobachten und Aufzeichnen steuerungsinterner und/oder steuerungsexterner binärer oder analoger Signale.
Die entsprechende Engineering-Anwendung wird vorzugsweise auf dem Bediengerät ausgeführt, wobei dieses zu diesem Zweck vorteilhaft einen Web-Browser umfasst. Über das erste und zweite Schnittstellenmodul tauscht die jeweilige
Engineering-Anwendung Daten mit dem Steuermodul auf dem Steuergerät aus. Das Übertragen von Daten zwischen dem ersten und dem zweiten Schnittstellenmodul erfolgt in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens in Antwort auf Benutzereingaben am Bediengerät.
Das Übertragen von Daten zwischen dem ersten und dem zweiten Schnittstellenmodul kann jedoch je nach Einsatzzweck, beispielsweise abhängig von der jeweils ausgeführten Engineering-Anwendung, sowohl vom Bediengerät als auch vom Steuergerät initiiert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst das erste Schnittstellenmodul eine HTTP- Server-Anwendung und das zweite Schnittstellenmodul eine zur Kommunikation mit der HTTP-Server-Anwendung ausgebildete Client-Anwendung. Dementsprechend ist das Netzwerk vorzugsweise als IP-basiertes Netzwerk ausgebildet.
Vorzugsweise umfasst das zweite Schnittstellenmodul eine web-basierte Anwendung, die zur Ausführung in einem WebBrowser ausgebildet ist. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Kommunikation zwischen erstem und zweitem Schnittstellenmodul mittels AJAX- Technologie (Asynchronous JavaScript and XML) unter Verwendung von JSON (JavaScript Object Notation) erfolgt.
Auf diese Weise kann beispielsweise die Programmierung einer Steuerung auf einfache Weise direkt über einen Standard-Browser ohne spezifische Erweiterungen durchgeführt werden, wobei alle für den Produkteinsatz der Steuerung notwendigen Informationen aus der Steuerung selber kommen und über eine vorhandene, bekannte Standard- Umgebung zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch ergeben sich im Vergleich zu einer traditionellen Konfiguration mit einem eigenständigen Software-Tool deutliche Vorteile.
Aufgrund der speziellen Anforderungen im Bereich der industriellen Steuerung umfassen das Steuermodul und/oder das erste Schnittstellenmodul vorzugsweise einen Zwischencode, insbesondere einen Zwischencode entsprechend dem CIL-Standard (Common Intermediate Language) , wie er besipielsweise durch die .NET-Sprachfamilie bereitgestellt wird.
Ferner umfasst das Steuergerät vorteilhaft ein Modul zur Bereitstellung einer AblaufUmgebung, das dazu ausgebildet ist, das Steuermodul und das erste Schnittstellenmodul parallel auszuführen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Übertragen von Daten von dem ersten zu dem zweiten Schnittstellenmodul und das Abarbeiten von mittels des ersten Schnittstellenmoduls empfangener Daten durch das Steuergerät zu vorgegebenen Zeiten, wobei die Zeiten an die vom Prozess an die Ausführung des Steuermoduls gestellten Echtzeitanforderungen zur Laufzeit dynamisch angepasst werden, wobei ferner vorteilhaft das Steuermodul mit einer höheren Priorität ausgeführt wird als das erste Schnittstellenmodul. Auf diese Weise können durch den jeweiligen Automatisierungsprozess gestellte Echtzeitanforderungen in besonders vorteilhafter Weise eingehalten werden.
Das Steuergerät ist typischerweise mit Prozesskomponenten verbunden, durch welche Änderungen im Prozessablauf bewirkt werden. Zur Offline-Bearbeitung einer Steuerfunktion liegt es ferner im Rahmen der Erfindung, dass das Bediengerät und das Steuermodul in einem gemeinsamen RechnerSystem angeordnet sind und der durch das Steuermodul gesteuerte Prozess durch ein Simulationsmodul simuliert wird.
Ein erfindungsgemäßes Steuergerät eines Steuerungssystems zur Steuerung eines Automatisierungssystems, insbesondere ausgebildet zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens, umfasst einen Speicher mit einem darin gespeicherten Steuermodul zur Prozesssteuerung des Automatisierungssystems und jeweils einem darin gespeicherten ersten und zweiten Schnittstellenmodul, wobei ' das Steuermodul dazu ausgebildet ist, eine Funktion auf dem Steuergerät auszuführen, eine Prozessor-Einheit zur Ausführung des Steuermoduls und des ersten Schnittstellen- moduls, und eine Netzwerk-Schnittstelle zum Verbinden des Steuergerätes mit einem Netzwerk, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, über das Netzwerk das zweite Schnittstellenmodul zu einem Bediengerät zu übertragen und das erste Schnittstellenmodul dazu ausgebildet ist, über das Netzwerk mit dem in dem' Bediengerät angeordneten zweiten Schnittstellenmodul zu kommunizieren.
Die Erfindung sieht ferner vorteilhafte Ausführungsformen eines Steuergerätes vor, die Mittel umfassen, welche dazu geeignet sind, die oben beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
Dementsprechend ist das zweite Schnittstellenmodul vorzugsweise dazu ausgebildet, eine Datenübertragung zum ersten Schnittstellenmodul zu initiieren. Ferner ist das Steuergerät vorteilhaft dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von über das erste Schnittstellenmodul empfangenen Daten das Erstellen, Bearbeiten, Ausführen und/oder Parametrieren einer auf dem Steuergerät durch das Steuermodul ausführbaren Steuerfunktion zu bewirken. Besonders vorteilhaft umfasst das Steuergerät eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) zur Prozesssteuerung.
Wie bereits oben beschrieben umfasst das erste
Schnittstellenmodul vorzugsweise eine HTTP-Server- Anwendung, welche zur Kommunikation mit einer entfernten, im zweiten Schnittstellenmodul angeordneten Client- Anwendung ausgebildet ist, wobei das Netzwerk zu diesem Zweck vorzugsweise als IP-basiertes Netzwerk ausgebildet ist. Die Client-Anwendung umfasst vorzugsweise eine webbasierte Anwendung, die zur Ausführung in einem Web-Browser ausgebildet ist.
Wie bereits oben beschrieben, kann das Steuergerät jedes Gerät sein, welches an der Steuerung eines Prozesses eines Automatisierungssystems beteiligt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuergerät zur Steuerung eines Echtzeitprozesses ausgebildet. Zu diesem Zweck umfasst das Steuermodul und/oder das erste Schnittstellenmodul vorzugsweise einen Zwischencode, insbesondere entsprechend dem CIL-Standard (Common Intermediate Language) .
Analog zu den oben beschriebenen vorteilhaften
Ausgestaltungen des Verfahrens umfasst das Steuergerät vorteilhaft ein Modul zur Bereitstellung einer AblaufUmgebung, das dazu ausgebildet ist, das Steuermodul und das erste Schnittstellenmodul parallel auszuführen.
Ferner ist das Steuergerät vorteilhaft dazu ausgebildet, das Übertragen von Daten von dem ersten zu dem zweiten Schnittstellenmodul und das Abarbeiten von mittels des ersten Schnittstellenmoduls empfangener Daten zu vorgegebenen Zeiten auszuführen, wobei die Zeiten an die vom Prozess an die Ausführung des Steuermoduls gestellten Echtzeitanforderungen zur Laufzeit dynamisch anpassbar sind. Besonders vorteilhaft ist das Steuergerät dazu ausgebildet, verschiedene Softwaremodule mit unterschied- licher Priorität auszuführen, wobei insbesondere das
Steuermodul mit einer höheren Priorität ausgeführt wird als das erste Schnittstellenmodul, um durch den Prozess vorgegebene Echtzeitanforderungen einzuhalten. Zur Prozesssteuerung ist das Steuergerät vorzugsweise mit Prozesskomponenten verbindbar, die zum Bewirken von Änderungen im Prozessablauf ausgebildet sind.
Die Erfindung sieht vorteilhaft vor, Steuerungsgerät und Steuerungsprogrammierung physisch zu integrieren, wobei mittels bekannter Web 2. O-Technologien, insbesondere unter dem Namen Ajax bekannte Technologien, ermöglicht wird, dieses auf Standard-Geräte zu übertragen. Dieses ist im typischen Anwendungsfall heute ein Notebook mit Windows- Betriebssystem, kann aber beispielsweise auch ein Linuxoder Mac OS-Rechner sein, als auch neue Geräteklassen wie Ultra Mobile PCs (UMPC), PDAs, Webpads und moderne Handy- Generationen umfassen.
Durch die inzwischen enorme Verbreitung des Internet ist der Umgang mit einem Browser für viele Menschen weltweit heute tägliche Praxis. Die Erfindung ermöglicht dementsprechend mit besonderem Vorteil, die Programmierung einer Steuerung direkt über einen Standard-Browser ohne spezifische Erweiterungen durchführen zu können. Alle für den Produkteinsatz der Steuerung notwendigen Informationen kommen aus der Steuerung selber und werden über eine vorhandene, bekannte Standard-Umgebung zur Verfügung gestellt. Hierdurch ergeben sich im Vergleich zu einer traditionellen Konfiguration mit einem eigenständigen Software-Tool folgende grundsätzliche Vorteile:
- es ist keine spezifische Software und deren Installation notwendig,
- es sind keine Inkonsistenzen oder Versionskonflikte zwischen dem Gerät und dem separaten Software-Tool möglich,
- es ist keine separate Projektverwaltung mit den damit verbundenen Inkonsistenzen notwendig,
- das aktuelle Projekt ist immer das, dass gerade die Applikation steuert, - ein Plattform-unabhängiges Engineering wird ermöglicht, wobei z.B. embedded Geräte (Web-Pad), MAC OS (Apple), Linux und Windows (PCs) unterstützt werden, da Voraussetzung nur noch die Verfügbarkeit eines entsprechenden Webbrowsers ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder ähnliche Teile.
Es zeigen:
Fig.l schematisch ein Informationssystem nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 schematisch den Aufbau einer klassischen serverseitigen Webanwendung,
Fig. 3 schematisch die grundsätzliche Struktur einer
Ajax-basierten Webanwendung, Fig. 4 eine schematische Darstellung der grundsätzlichen Komponenten eines Steuerungssystems zur Steuerung eines Automatisierungssystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ausgebildet zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 5 schematisch HTTP-basierte Kommunikations- mechanismen des in Fig. 4 dargestellten webbasierten Steuerungssystems .
Es ist bekannt, das Word Wide Web (WWW) als Infrastruktur zur weltweiten Verteilung von Informationen zu benutzen. Ein solches Informationssystem ist in Fig. 1 gezeigt. Hierbei bilden über (Hyper-) Links 20 verbundene Hypermedia- Dokumente 10 ein Netzwerk von Informationen, der Webbrowser 100 ist das Terminal zu diesem Netzwerk. Die Anforderung einer Webseite 40 erfolgt durch die Eingabe einer URL in die Adresszeile des Webbrowsers 100. Der hierüber adressierte Webserver sendet das angeforderte HTML-Dokument 10 an den Browser 100, der dieses entsprechend zur Anzeige bringt. Soll der dargestellte Inhalt der Seite verändert werden, so muss dies über eine Neuanforderung beim Webserver und einer erneuten Übertragung der kompletten Seite zum Browser 100 erfolgen - der Benutzer sieht eine Abfolge statischer Seiten 4T).
Mit dem Internetboom ab Mitte der 90er Jahre des letzten Jahrhunderts wurde das WWW auf weitere Anwendungsbereiche ausgeweitet, insbesondere auf die im Rahmen von E-Business und elektronischem Handel entstandenen virtuellen
Marktplätze und Webshops. Besonders bekannte Formen von E- Commerce-Anwendungen sind Buch- und Musikversand und Internetauktionen. Schnell wurde dabei von einem Onlineshop mehr erwartet, als durch statische HTML-Seiten möglich ist, was zur Entwicklung dynamischer serverseitiger Webanwendungen geführt hat.
Bei Webanwendungen mit serverseitig dynamischen Seiten wird eine Webseite 41, 42 bzw. 43 erst aufgrund der Anfrage des Browsers beim Server generiert. Fig. 2 zeigt den Aufbau einer klassischen serverseitigen Webanwendung, bei der die Interaktionen zwischen Benutzer und Anwendung über den Webserver 200 abgewickelt werden. Bei jeder Interaktion im Browser 100 wird eine Anfrage 50 an den Server 200 erzeugt, der ein neues Dokument 42 generiert und zum Browser 100 sendet 60, in dem Standarddarstellungen und benutzerspezifische Daten in einem Stream aus HTML-Markup vermischt sind - der Browser 100 verwirft das bisherige Dokument 41 und zeigt das neue Dokument 42 an. Das wesentliche Grundprinzip von Ajax ist demgegenüber, dieses klassische seitenbasierte Anwendungsmodell, in dem der Browser nur als passives Terminal genutzt wird, aufzugeben und einen Teil der Anwendungslogik vom Server in den Browser zu verlagern.
Ajax (Asynchrones JavaScript And XML) wurde als Begriff Anfang 2005 von Jesse James Garrett von Adaptive Path in seinem Essay "Ajax: A New Approach to Web Applications " geprägt und beschreibt ein Konzept, wie mit bereits bestehenden Technologien - im Kern JavaScript und das XMLHttpRequest-Object - das herkömmliche Request/Response- Modell der klassischen Webanwendung durch Teilung in eine Front-End-Anwendung - die in den Browser verlagert wird - und eine Backend-Anwendung auf dem Server, die über eine asynchrone Kommunikation miteinander verbunden sind, ersetzt werden kann. Die von Jesse James Garrett beschriebene Motivation für Ajax ist es, das Verhalten von Webanwendungen an das einer reinen Desktopanwendung anzunähern. Eine Ajax-Webanwendung ist entsprechend dieser Definition eine Anwendung, die ausschließlich in einem Webbrowser als AblaufUmgebung arbeitet, sich aber gleichzeitig in Richtung seiner Interaktionen mit dem Benutzer wie eine Desktopanwendung darstellt.
Beispiele hierfür sind z.B. die webbasierten Textverarbeitungsprogramme
- ajaxWrite (http://us.ajaxl3.com/en/ajaxwrite/) oder - Writely (http://docs.google.com/) die sich mit ihrer Anwendungsoberfläche (User-Interface) an Microsoft WORD orientieren. AJAX wird beispielsweise in dem auf der Webseite "http: //www. heise.de/ix/artikel/2005/ll/056/" hinterlegten Artikel beschrieben, wobei der Inhalt dieser Webseite zum AnmeldeZeitpunkt hiermit durch Referenz inkorporiert wird.
Im Idealfall würde sich eine Ajax-Webanwendung aus der Sicht des Benutzers nicht von einer Desktopanwendung unterscheiden. Um dieses zu erreichen, wird bei einer Ajax- Webanwendung die Anwendungsoberfläche 70 in den Webbrowser 100 verlagert und über eine' sogenannte Ajax-Engine 80 von der Kommunikation mit dem Webserver 200 entkoppelt, wie in Fig. 3 dargestellt, welche die grundsätzliche Struktur einer Ajax-basierten Webanwendung zeigt. Diesem Konzept folgend lassen sich Anwendungsoberflächen aufbauen die sich gegenüber dem Benutzer wie eine Desktopanwendung verhalten, da sie unabhängig von der Latenzzeit der Http-Kommunikation arbeiten kann.
Ajax ist ein Konzept, das beschreibt, wie verschiedene bekannte Web-Technologien eingesetzt und miteinander kombiniert werden, um interaktive, Desktop-ähnliche Webanwendungen zu realisieren. Es beschreibt den Einsatz und Nutzung der Technologien, nicht aber die Struktur der Webanwendung selber.
Die Erfindung ermöglicht besonders vorteilhaft eine Webbzw. Browser-basierte Engineering-Anwendung, insbesondere unter Verwendung von Ajax, für eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) , deren grundsätzlichen Komponenten in Fig. 4 dargestellt sind.
Die in Fig. 4 dargestellten Komponenten umfassen ein als Engineering-Rechner 300 ausgebildetes Bediengerät und ein als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 400 ausgebildetes Steuergerät, welche zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sind.
Engineering-Rechner 300 und Steuerung 400 sind über eine Kommunikationsverbindung 500 über ein physikalisches Kabel oder eine drahtlose Verbindung miteinander verbunden, die in der Lage ist, dass Hypertext Transfer Protocol (HTTP) zu übertragen, z.B. Ethernet TCP/IP. Kern der Steuerung 400 ist eine Control Engine 410, die die Steuerungsapplikation 600 ausführt, indem sie den' über die Peripherieebene 700 angeschlossenen Prozess entsprechend dieser Applikation 600 steuert. Erstellt, in Betrieb genommen und gewartet wird diese Applikation 600 über die Engineering-Anwendung 310, die auf Basis der Web-Technologien HTML bzw. XHTML, CSS und JavaScript erstellt ist und vollständig in einem Webbrowser 110 als Standard-Ablaufumgebung ausgeführt wird - alternativ ist das Engineering der Applikation auch über eine autarke Windows-Anwendung möglich.
Alle Komponenten der Engineering-Anwendung 310 sind in einem Dateisystem auf der Steuerung 400 hinterlegt. Durch Eintragen der URL der Steuerung 400 in der Adresszeile des Browsers 110 wird die HTML-Startseite aus dem Dateisystem geladen. Diese HTML-Seite beinhaltet die Software- Komponenten der Engineering-Anwendung 310 in Form von
JavaScript-Code. Der Browser 110 führt diesen Code aus und stellt dem Anwender hierdurch die Engineering-Anwendung 310 zur Verfügung. Nach dem Aufstarten der Engineering- Anwendung 310 wird die aktuelle Steuerungsapplikation 600 aus der Control-Engine 410 geladen und der momentane
Zustand der Steuerung dem Anwender dargestellt. Die Steuerungsapplikation 600 kann nun in der Engineering- Anwendung 310 vom Benutzer bearbeitet werden - hierzu werden, entsprechend den ausgewählten Bearbeitungsschritten weitere Komponenten (Tools) aus der Werkzeugablage 450 auf der Steuerung 400 nachgeladen. Ist die Steuerungsapplikation 600 modular aufgebaut, so werden auch von dieser nur die Teile in die Engineering-Anwendung 310 geladen, die der Benutzer entsprechend selektiert hat und beobachten oder bearbeiten möchte. Dieses modulare Laden beschränkt die zu übertragenden Komponenten und Daten auf die notwendigen Anteile und reduziert hierdurch den Ressourcenbedarf für die Kommunikation und die Wartezeiten für den Anwender.
Auf der Seite der Anwendung wird bei diesem Konzept besonders vorteilhaft nur beim Start ein einziges Mal eine HTML-Seite geladen. Diese Grundanwendung (Home-Page) beinhaltet die Anwendungsoberfläche (User-Interface) und die Infrastruktur-Komponenten der Engineering-Anwendung 310 direkt oder über Referenzen auf separate Dateien. Spezielle Werkzeuge können auch erst geladen werden, wenn diese vom Anwender zur Bearbeitung der entsprechenden Daten der Applikation benötigt werden - dieses Nachladen erfolgt vorzugsweise im Hintergrund und wird von der Grundanwendung gesteuert .
JavaScript Infrastruktur-Komponenten umfassen beispielhaft Bedienelemente oder Komponenten zur Kommunikation.
Engineering Tools bzw. Werkzeuge für spezielle Aufgaben umfassen beispielhaft Werkzeuge zur Steuerungskonfiguration, Programmeditoren, einen HMI-Designer oder einen Daten-Monitor.
Die Daten der Steuerungsapplikation 600 werden zu ihrer Bearbeitung von der Engineering-Anwendung 310 in den Browser 110 geladen und über diese Tools dem Benutzer präsentiert und bearbeitbar gemacht. Es werden dabei immer nur die Teile der Steuerungsapplikation 600 aus der Control Engine 410 in die Engineering-Anwendung 310 übertragen, die im momentanen AnwendungsSzenario benötigt werden. Erst nachdem ein Bearbeitungsschritt abgeschlossen ist, werden die bearbeiteten Teile der Steuerungsapplikation aus der Engineering-Anwendung 310 in die aktuelle Steuerungsapplikation 600 der Control Engine 410 zurück übertragen. Die Bearbeitung der Daten erfolgt ausschließlich in der Engineering-Anwendung 310 im Browser 110, so dass die Ressourcen' der Steuerung 400 hiervon freigehalten sind.
Die Kommunikation zwischen der Control Engine 410 der Steuerung 400 und der Engineering-Anwendung 310 im Browser 110 erfolgt ausschließlich über den HTTP-Server 420, der ebenfalls auf der Steuerung 400 arbeitet.
Fig. 5 zeigt die HTTP-basierten Kommunikationsmechanismen des beschriebenen Web-basierten Steuerungssystems. Entsprechend der Initiierung des Informationsaustausches wird unterschieden in Kommandos, die von der Engineering- Anwendung 310 ausgelöst werden und Meldungen, die durch Ereignisse in der Control Engine 410 ausgelöst werden.
Beispiele für Kommandos sind:
Start/Stop der zyklischen Bearbeitung der
Steuerungsapplikation
Reset, Grundzustand der Control Engine
Upload/Download, Laden bzw. Zurückschreiben der Steuerungsapplikation oder Teilen hiervon
Abfragen des aktuellen Zustandes der Control Engine Abfrage des aktuellen Bearbeitungszustandes der Steuerungsapplikation Abfrage des aktuellen Zustandes der angeschlossenen Peripherie (Eingänge/Ausgänge)
Einrichten einer Liste einzelner zu beobachtender Zustände bzw. Zustandsobjekte der Steuerungsapplikation und der angeschlossenen Peripherie (Eingänge/Ausgänge)
Beispiele für Meldungen sind:
Status- und Fehlermeldungen der Control-Engine Status- und Fehlermeldungen der Steuerungsapplikation - Statusänderung zur Beobachtung angemeldeter Zustände bzw. Zustandsobjekte der Steuerungsapplikation und der angeschlossenen Peripherie (Eingänge/Ausgänge) . Benachrichtigung über Änderungen der Steuerungsapplikation
Grundsätzlich erfolgt die Kommunikation zwischen einem Webbrowser und einem Webserver über das transaktionsorientierte Hypertext Transfer Protokoll (HTTP) . Entsprechend der Client/Server-Architektur des WorldWideWeb wird eine Transaktion immer vom Client
(Browser) gestartet, indem dieser eine Anfrage (Request) erzeugt und an einen Server gesendet. Der Server schließt die Transaktion ab, indem er eine Antwort (Response) generiert und zurück an den Client sendet. Moderne Browser bieten über einen als XMLHttpRequest bezeichneten
Mechanismus die Möglichkeit, direkt aus einer im Browser ablaufenden JavaScript-Anwendung HTTP-Anfragen (HTTP- Requests) zu senden und HTTP-Anworten (HTTP-Responses) entgegen zu nehmen .
Ein Kommando ist das Auslösen einer Aktion in der Control Engine 410 durch einen Bearbeitungsschritt der Engineering- Anwendung 310. Da Engineering-Anwendung 310 und Control Engine 410 in verschiedenen Prozessen und typisch auch auf separaten Rechnern mit verschiedenen Laufzeitumgebungen arbeiten, wird ein Transportmechanismus zur Übertragung des Kommandos benötigt. Das Prinzip eines solchen Aufrufes einer "fernen" Aktion (Prozedur) über ein Kommunikations- Protokoll ist bekannt und wird als "Remote Procedure CaIl" bezeichnet. In Verbindung mit dem Ajax-Konzept geschieht dies normalerweise über den Aufruf eines SOAP-Web-Services oder eines vergleichbaren XML-basierten Web-Service- Dialektes. Hauptnachteile bei der Verwendung von XML sind das wenig kompakte Format bei der Übertragung und die umständliche Art des Zugriffs auf die Informationen. Mit JSON (JavaScript Object Notation) steht ein kompaktes Format zur Verfügung, das direkt in JavaScript ausgewertet werden kann - mit JSON bzw. JSON-RPC übertragene Objekte stehen unmittelbar als JavaScript-Objekte zur Verfügung. Vorzugsweise wird daher JSON-RPC zur Übertragung der Kommandos 710 zwischen der Engineering-Anwendung 310 im Browser 110 und der Control Engine 410 auf der Steuerung 400 verwendet. Die Transformation des mit JSON-RPC übertragenen Kommandos 710 in den Aufruf einer entsprechenden Aktion der Control Engine 410 ist im HTTP- Server 420 der Steuerung 400 realisiert.
JSON und JSON-RPC wird beispielsweise in dem auf der Webseite "http://www.heise.de/ix/artikel/2006/01/070/" hinterlegten Artikel beschrieben, wobei der Inhalt dieser Webseite zum Anmeldezeitpunkt hiermit durch Referenz inkorporiert wird.
Eine Meldung 720 ist eine Benachrichtigung von der Control Engine 410 an die Engineering-Anwendung 310. Eine Problematik liegt an dieser Stelle darin, dass die zugrunde liegende HTTP-Kommunikation grundsätzlich nur von der Seite des Clients, das heißt im Browser initiiert werden kann. Eine im Browser ablaufende Anwendung müsste daher, um Meldungen vom Server empfangen zu können, laufend entsprechende Anfragen an den Server senden (Polling) . Dieses Verfahren führt zu unnötiger 'Kommunikation, die wiederum insbesondere die begrenzten Ressourcen des HTTP- Servers 420 und damit der Steuerung 400 belasten würde. Unter dem Namen Comet ist ein Mechanismus bekannt, der eine vom Server initiierte Übertragung von Daten ermöglicht. Für die Nutzung von Comet ist eine entsprechende Erweiterung des HTTP-Servers 420 vorgesehen, auf Seite des Browsers 110 sind keine Erweiterungen oder Plug-ins notwendig, so dass weiterhin ein Standard-Browser ausreichend ist.
Comet wird beispielsweise in dem auf der Webseite "http: //www. entwiekler . com/zonen/portale/psecom, id, 101, onli ne, 1151 , .html " hinterlegten Artikel beschrieben, wobei der Inhalt dieser Webseite zum Anmeldezeitpunkt hiermit durch Referenz inkorporiert wird.
Industrielle Steuerungen sind auf Grund der speziellen
Anforderungen der verschiedenen Einsatzbereiche überwiegend proprietäre Lösungen. Sie unterscheiden sich sowohl im Bereich der verwendeten Hardware, die insbesondere durch die eingesetzte Micro-Controller Plattform bestimmt wird als auch beim verwendeten Betriebssystem. Im Vergleich zum Windows-PC, der eine sehr stabile Plattform zur Verfügung stellt, bedeutet dies einen erheblichen Aufwand bei der Portierung von Software für die jeweils spezifischen Geräte. Die Erfindung sieht daher vorzugsweise vor, sowohl die Control-Engine 410 als auch den HTTP-Server 420 mit den Mitteln der Microsoft .Net-Sprachfamilie zu implementieren, die in eine standardisierte Zwischensprache (CIL - Common Intermediate Language) übersetzt und in einer entsprechenden AblaufUmgebung ausgeführt werden. Diese Ablaufumgebung wird als CLR - Common Language Runtime bezeichnet und ist unter dem Namen Embedded CLR auch für verschiedene Micro-Controller Plattformen verfügbar. Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfache Portierung des Web-Engineerings auf verschiedene embedded Geräte, da sowohl die Control-Engine 410 als auch der HTTP-Server 420 gegen eine Standard-Umgebung implementiert sind.
In typischen Internet-Szenarien sind die Rechner, auf denen Web-Server ablaufen, entsprechend leistungsfähige
Maschinen, häufig sogar eine Gruppe vernetzter Rechner - so genannte Serverfarmen, die es erlauben, für die verschiedenen Prozesse immer ausreichend Performance vorhalten zu können. Eine Speicherprogrammierbare Steuerung hat primär die Aufgabe, einen über ihr Peripheriesystem angeschlossenen Prozess zu steuern. Insbesondere bei Steuergeräten, welche als Kompakt- und Kleinsteuerungen ausgebildet sind, steht hierüber hinaus kaum freie Rechenleistung für weitere Aufgaben zur Verfügung. Die erfindungsgemäße Konzeption eines Web-basierten
Steuerungssystems berücksichtigt dieses zum einen durch die oben beschriebene Verlagerung der Engineering-Anwendung 310 in den Browser 110. Weitere Rechenleistung der Steuerung 400 benötigen nun noch der HTTP-Server 420 und dessen Kommunikation zur Engineering-Anwendung 310. Für eine einwandfreie Funktion der Control-Engine 410 muss diese vorzugsweise ausreichend Ressourcen zur Bearbeitung der Steuerungsapplikation 600 bekommen und darf nicht durch z.B. die HTTP-Kommunikation zur Engineering-Anwendung 310 beeinträchtigt werden. Wie bei industriellen Steuerungen üblich, werden von der Control Engine 410 typischerweise am Anfang eines jeden dieser Zyklen die Eingangssignale der angeschlossenen Peripherie 700 eingelesen, dann die Automatisierungsfunktionen entsprechend der aktuellen Steuerungsapplikation 600 ausgeführt und am Ende des Zyklus die Ausgangssignale über die angeschlossene Peripherie 700 ausgegeben. Der HTTP-Server 420 wird aktiviert, wenn eine HTTP-Anfrage eintrifft oder die Control Engine 410 eine entsprechende Meldung 720 absetzt. Besonders vorteilhaft werden die Prozesse zur Ausführung der Control Engine 410 und des HTTP-Servers 420 über Threads und eine dynamische Prioritätssteuerung verwaltet. Die dynamische Prioritätssteuerung stellt sicher, dass die Control Engine 410 ausreichend Rechenzeit zugeteilt bekommt, um die Steuerungsapplikation 600 abarbeiten zu können.
Klassische Engineering-Werkzeuge für Speicherprogrammierbare Steuerungen kennen zwei grundsätzliche Zustände, die normalerweise mit Online und Offline bezeichnet werden.
Dabei bedeutet Offline, dass das Engineering-Werkzeug nicht mit der Steuerung verbunden ist und die Steuerungsapplikation nur editiert werden kann. Zur Übertragung der Steuerungsapplikation wird eine Kommunikationsverbindung zwischen Engineering-Rechner und Steuerung hergestellt, über die dann das Engineering-Werkzeug die entsprechenden Daten zur Steuerung überspielt. Demgegenüber ist ein auf Basis von Web-Technologien erstelltes Engineering-Werkzeug typischerweise immer Online, da eine Browser-basierte Anwendung prinzipbedingt nur in Kooperation mit dem Server arbeiten kann. Bei einem Engineering-Werkzeug in Form einer autarken Desktop-Anwendung werden Applikationen aber durchaus häufig Offline, das heißt unabhängig vom Automatisierungsgerät erstellt. Um diesen Anwendungsfall abzudecken, werden HTTP-Server 420 und Control Engine 410 vorteilhaft auf dem selben Rechner installiert, auf dem auch der Browser 110 mit der Engineering-Anwendung 310 ablaufen. Dieser Installationsvorgang kann von einem Datenträger, wie zum Beispiel einer CD oder DVD, über das Internet, beispielsweise über die Homepage eines Geräteherstellers, oder auch direkt aus der Steuerung 400 erfolgen. Zusätzlich kann die nun physikalisch nicht mehr verfügbare Prozess-Peripherie 700 durch eine Simulationskomponente ersetzt werden. Hierdurch ist es möglich, die Steuerungsapplikation 600 auch Offline auszuführen.
Der Anwendungsbereich der Erfindung, insbesondere eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder eines erfindungsgemäßen Steuergerätes, und somit der beschriebenen Mechanismen eines Web-basierten Steuerungssystems sind insbesondere industrielle Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS/PLC) , aber auch sicherheitsgerichtete Systeme und insbesondere auch Kombinationen aus sicherheitsgerichteten und nicht sicherheitsgerichteten Automatisierungsfunktionen. Außerdem kann der beschriebene Mechanismus vorteilhaft als Basis für Web-basierte Bedien&Beobachten-Funktionen und deren Anzeigesysteme genutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Zugreifen auf ein in einem Steuergerät (400) zur Steuerung eines Automatisierungssystems ausführbares Steuermodul (410), wobei das Steuermodul (410) dazu ausgebildet ist, eine Funktion (600) auf dem Steuergerät (400) auszuführen, umfassend die Schritte
- Bereitstellen des Steuermoduls (410) in dem Steuergerät (400), - Bereitstellen eines ersteh Schnittstellenmoduls (420) in dem Steuergerät (400) ,
- Bereitstellen eines zweiten Schnittstellenmoduls (310) in dem Steuergerät (400) ,
- Verbinden des Steuergerätes (400) mit einem Bediengerät (300) über ein Netzwerk (500),
- Übertragen des zweiten Schnittstellenmoduls (310) von dem Steuergerät (400) zu dem Bediengerät (300) , wobei das Bediengerät (300) Ein- und Ausgabeeinrichtungen zur Bedienung durch einen Benutzer umfasst, - Ausführen des zweiten Schnittstellenmoduls (310) durch das Bediengerät (300), und
- Übertragen von Daten zwischen dem ersten (420) und dem zweiten (310) Schnittstellenmodul.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Übertragen von
Daten zwischen dem ersten (420) und dem zweiten (310) Schnittstellenmodul in Antwort auf Benutzereingaben am Bediengerät (300) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Übertragen von Daten zwischen dem ersten (420) und dem zweiten (310) Schnittstellenmodul vom Bediengerät (300) initiiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Übertragen von Daten zwischen dem ersten (420) und dem zweiten (310) Schnittstellenmodul vom Steuergerät (400) initiiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Übertragen von Daten zwischen dem ersten (420) und dem zweiten (310) Schnittstellenmodul dazu dient, eine auf dem Steuergerät (400) ausführbare Steuerfunktion (600) zu erstellen, zu bearbeiten und/oder auszuführen, Parameter an das Steuergerät (400) zu übergeben und/oder Prozessdaten aus dem Steuergerät (400) auszulesen.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Netzwerk (500) ein IP-basiertes Netzwerk ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Schnittstellenmodul (420) eine HTTP-Server- Anwendung umfasst und das zweite Schnittstellenmodul (310) eine zur Kommunikation mit der HTTP-Server-Anwendung ausgebildete Client-Anwendung umfasst.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Schnittstellenmodul (310) eine web-basierte Anwendung umfasst, die zur Ausführung in einem Web-Browser (110) ausgebildet ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikation zwischen erstem (420) und zweitem (310) Schnittstellenmodul mittels AJAX-Technologie (Asynchronous JavaScript and XML) unter Verwendung von JSON (JavaScript Object Notation) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuermodul (410) und/oder das erste Schnittstellenmodul (420) einen Zwischencode umfasst, insbesondere entsprechend dem CIL-Standard (Common Intermediate Language) .
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (400) ein Modul zur Bereitstellung einer AblaufUmgebung umfasst, das dazu ausgebildet ist, das Steuermodul (410) und das erste Schnittstellenmodul (420) parallel auszuführen..
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Übertragen von Daten von dem ersten (420) zu dem zweiten (310) Schnittstellenmodul und das Abarbeiten von mittels des ersten Schnittstellenmoduls (420) empfangener Daten durch das Steuergerät (400) zu vorgegebenen Zeiten erfolgt, wobei die Zeiten an die vom Prozess an die Ausführung des Steuermoduls (410) gestellten Echtzeitanforderungen zur Laufzeit dynamisch angepasst werden .
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Steuermodul (410) mit einer höheren Priorität ausgeführt wird als das erste Schnittstellenmodul (420) .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Steuergerät (400) mit Prozesskomponenten (700) verbunden ist, durch welche Änderungen im Prozessablauf bewirkt werden .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zur Offline-Bearbeitung einer Steuerfunktion (600) das Bediengerät (300) und das Steuermodul (410) in einem gemeinsamen Rechnersystem angeordnet sind und der durch das Steuermodul (410) gesteuerte Prozess durch ein Simulationsmodul simuliert wird.
16. Steuergerät (400) eines Steuerungssystems zur Steuerung eines Automatisierungssystems, umfassend
- einen Speicher mit einem darin gespeicherten Steuermodul (410) zur Prozesssteuerung des Automatisierungssystems und jeweils einem darin gespeicherten ersten (420) und zweiten (310) Schnittstellenmodul, wobei das Steuermodul (410) dazu ausgebildet ist, eine Funktion (600) auf dem Steuergerät (400) auszuführen,
- eine Prozessor-Einheit zur Ausführung des Steuermoduls (410) und des ersten Schnittstellenmoduls (420), und
- eine Netzwerk-Schnittstelle zum Verbinden des Steuergerätes (400) mit einem Netzwerk (500) , wobei das Steuergerät (400) dazu ausgebildet ist,
- über das Netzwerk (500) das zweite Schnittstellenmodul (310) zu einem Bediengerät (300) zu übertragen und
- das erste Schnittstellenmodul (420) dazu ausgebildet ist, über das Netzwerk (500) mit dem in dem Bediengerät (300) angeordneten zweiten Schnittstellenmodul (310) zu kommunizieren.
17. Steuergerät nach Anspruch 16, wobei das zweite Schnittstellenmodul (310) dazu ausgebildet ist, eine
Datenübertragung zum ersten Schnittstellenmodul (420) zu initiieren .
18. Steuergerät nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Steuergerät (400) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von über das erste Schnittstellenmodul (420) empfangenen Daten das Erstellen, Bearbeiten, Ausführen und/oder Parametrieren einer auf dem Steuergerät (400) durch das Steuermodul (420) ausführbaren Steuerfunktion (600) zu bewirken.
19. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Netzwerk (500) ein IP-basiertes Netzwerk ist.
20. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Schnittstellenmodul (420) eine HTTP-Server- Anwendung umfasst, welche zur Kommunikation mit einer entfernten, im zweiten Schnittstellenmodul (310) angeordneten Client-Anwendung ausgebildet ist.
21. Steuergerät nach Anspruch 20, wobei die Client- Anwendung eine web-basierte Anwendung umfasst, die zur Ausführung in einem Web-Browser (110) ausgebildet ist.
22. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Steuermodul (410) und/oder das erste Schnittstellenmodul (420) einen Zwischencode umfasst, insbesondere entsprechend dem CIL-Standard (Common Intermediate Language) .
23. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Modul zur Bereitstellung einer
AblaufUmgebung, das dazu ausgebildet ist, das Steuermodul (410) und das erste Schnittstellenmodul (420) parallel auszuführen.
24. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dazu ausgebildet, das Übertragen von Daten von dem ersten (420) zu dem zweiten (310) Schnittstellenmodul und das Abarbeiten von mittels des ersten Schnittstellenmoduls
(420) empfangener Daten zu vorgegebenen Zeiten auszuführen, wobei die Zeiten an die vom Prozess an die Ausführung des Steuermoduls (410) gestellten Echtzeitanforderungen zur Laufzeit dynamisch anpassbar sind.
25. Steuergerät nach Anspruch 24, dazu ausgebildet, das Steuermodul (410) mit einer höheren Priorität auszuführen als das erste Schnittstellenmodul (420).
26. Steuergerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, verbindbar mit Prozesskomponenten (700), die zum Bewirken von Änderungen im Prozessablauf ausgebildet sind.
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