CN103069348A

CN103069348A - 用于对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的方法和装置

Info

Publication number: CN103069348A
Application number: CN2010800686251A
Authority: CN
Inventors: 埃德加·弗兰克
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2013-04-24
Also published as: US20130159961A1; WO2012022378A1; EP2606403A1

Abstract

本发明涉及一种用于通过多个用户对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的方法和装置，其中，用户中的每个分别与具有用于规划和/或编程的至少一个应用的工作站（CL1，CL2，CL3）相关联，其中，项目由多个对象组成，并且其中，对象中的至少一个被多个工作站访问。在此，至少一定数量的对象分组为对象组（D1，D2，D3），其中对象组（D1，D2，D3）中的每个与工作站相关联，其中对象组（D1，D2，D3）的对象分别存储在与所述对象组（D1，D2，D3）相关联的工作站的物理存储器中，其中对象组（D1，D2，D3）分别与键相关联，并且所述键存储在数据结构（DHT）中，其中所述数据结构（DHT）为所述键中的每个指定用于所述工作站中的物理存储器中存储有与键相关联的对象组（D1，D2，D3）和所述对象组的对象的工作站的识别码，以及为了访问对象，由工作站访问所述数据结构（DHT），借助于所述访问确定与相关的所述对象组（D1，D2，D3）的所述键相关联的、关于存储位置的信息，并且根据所述存储位置访问所述对象。通过这样的方法或这样的装置确保了更高的数据流量，并且此外保证了对需要的对象的随时的访问。

Description

用于对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于通过多个用户对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的方法，和一种根据权利要求11的前序部分所述的用于实施上述方法的装置。

背景技术

为了对在工业自动化技术中的设备和装置进行规划和编程而应用所谓的工程系统。所述工程系统通常由涵盖在对工业自动化装置进行规划和编程时的不同方面的多个应用组成。这样的应用例如包含用于对所述组件（硬件规划）进行规划（布置和布线）的辅助工具、用于控制器（PLC=可编程逻辑控制器）的编程的应用、用于生成用于操作和观察仪器的程序（HMI=人机界面）的应用、用于计划联网的辅助工具、用于对驱动器进行编程和规划（设计）的辅助工具等等。通常，所述应用是所谓的“软件套件”的组成部分，也就是说，所述应用是通常具有共同的、上级用户界面并且安装在所谓的工程工作站上的程序包的组成部分。

在更大的设备和项目中，开发、规划和编程通常由使用多个规划工作站的多个用户分工进行；这也被称为多用户系统。在此，编程或规划通常分布在不同的开发者和用户处，既根据例如是硬件规划、PLC编程、HMI编程等等的功能，也在相应的功能内，例如为组件的不同功能或为在PLC程序中的不同的模块等等。

在此，应用中的每个借助通常也称为工程数据的数据工作。所述数据例如能够说明硬件组件的规划，示出各个仪器和组件之间的关系，或者也可以是在对控制器、HMI仪器等等进行编程时所生成和进行处理的程序。

工程项目的不同的组成部分通常是彼此间不完全独立的。因此，虽然例如在PLC程序中调用与例如在同一项目的HMI程序中不同的子程序或功能。然而，在各个子项目之间仍存在相关性；因此例如PLC程序和HMI规划或HMI程序通常都相关于硬件规划。在另一示例中，说明操作和观察仪器的屏幕（所谓的HMI屏幕）的程序与PLC程序的变量（所谓的标签）相关联，以便将其示出。简而言之，应用需要至少对其他应用的工程数据进行读访问、但是也经常需要写访问。

为了能够使每个应用，进而使每个用于规划和编程的工作站能够访问下面也称为工程对象或简称为对象的所有需要的工程数据，至今为止用于工业自动化装置的工程的多用户系统大多数时候实现为所谓的客户端-服务器架构。在此设有中央服务器，所述中央服务器存储工程项目的分别有效的数据库存，进而存储所有由应用所使用的对象。在此，也称为客户端的、具有应用的工作站分别从服务器请求正要处理的或需要至少一次读访问的分别需要的数据。通常，所述数据缓存在工作站计算机（客户端）上（也称为“高速缓存（Caching）”），以便确保相应的应用的可接受的响应时间和工作速度。

在改变结束且已改变的数据可供其他应用访问之后，所述应用将已改变的数据同样再次存储在服务器上。然后，缓存（高速缓存）有用于读访问的相应的数据的应用和工作站必须丢弃至今为止使用的数据并且必要时重新从服务器调用数据。在此已知的是，通过所谓的“并发版本系统”（权限管理系统）、所谓的登入和登出方法以及其他策略来确保数据的一致性，也就是说，例如对特定的对象的处理（写访问）总是仅通过唯一的应用授权，而同一对象的读取同时授权于所有应用，等等。

然而，通过数据库存的集中，意即通过工程项目的对象的集中存储，得到数据流量的限制，这特别是在大的工程项目的情况下以及在工作站分布在不同的地点或者甚至于不同的大陆时导致在数据请求时长的响应时间和其他性能问题。

发明内容

因此，本发明的目的是，改进在通过多个用户或工作站对工业自动化装置进行规划和/或编程时对工程数据的对象的访问。

在此，所述目的的根据本发明的解决方案的中心思想是，使用所谓的点对点架构代替用于在工业自动化装置的工程中的数据保持的传统的客户端-服务器架构，其中优选基于分布式哈希表的数据结构提供关于对象或对象组的相应的存储位置的信息。在此，应优选不在项目的数据之间进行区分，而是在对象或对象组之间进行区分。

所述目的尤其借助一种根据权利要求1所述的方法以及借助一种根据权利要求11所述的装置得以实现。

在此，提出一种用于通过多个用户对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的方法，其中用户中的每个分别与具有用于规划和/或编程的至少一个应用的工作站相关联，其中，所述项目由多个对象组成，并且其中，对象中的至少一个被多个工作站访问。在此，将至少一定数量的对象分组成对象组，其中，对象组中的每个与工作站相关联，其中对象组的对象分别存储在与所述对象组相关联的工作站的物理存储器中，其中，对象组分别与键相关联，并且所述键存储在数据结构中，其中，数据结构为键中的每个指定用于工作站中的物理存储器中存储有与键相关联的对象组和所述对象组的对象的工作站的识别码，并且其中，为了访问对象，由工作站访问数据结构，借助于所述访问确定与相关的对象组的键相关联的、关于存储位置的信息，并且根据所述存储位置访问对象。通过应用所述方法实现了在通过多个用户或多个工作站对项目进行规划和/或编程（多用户操作）时的用于数据管理或对象管理的点对点架构，由此能够实现更高的数据流量，因为不是所有的工作站（客户端）必须总是对中央服务器进行访问以读取或调用数据或对象。

所述目的进一步通过用于通过多个用户对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的装置得以实现，其中，用户中的每个分别与具有用于规划和/或编程的至少一个应用的工作站相关联，其中，项目由多个对象组成，并且其中，对象中的至少一个能够被多个工作站访问。在此，将对象分组为对象组，其中，具有对象的对象组分布在多个工作站的物理存储器上，其中，每个对象组与数据结构中的键相关联，其中数据结构中的键分别与工作站中的物理存储器中存储有相关的对象组的对象的工作站相关联。借助于这样的根据本发明的装置实现了根据本发明的方法的优点。

根据本发明的方法的有利的设计方案通过从属权利要求2至10说明；根据本发明的装置的有利的设计方案在从属权利要求12至14中说明。在此，根据本发明的方法的设计方案的特征和优点也类似地适用于根据本发明的装置，并且反之亦然。

当使用分布式哈希表作为数据结构时，得到对工程数据的对象的特别有效的访问。在此，作为对象不仅能够引用各个文件，而且还一方面引用具有多个对象的文件内的各个对象，并且另一方面也引用具有任意数量的对象的文件组。尤其是由于代替各个对象也能够引用优选在主题上或功能上互相关联的整个对象组的可能性，在数据结构中的表格条目的数量或所需要的键的数量以及从而还有不同的存储位置的数量得以优化。在此，分布式哈希表的有利的特性是，键能够最优地分布在所谓线性取值范围上，以至于所谓的“内存负载”能够均匀地分布到具有也称为“节点”或“客户端”的物理存储器的工作站上。这样的数据结构能够通过其特殊的特性实现为自组织的和自优化的。有利地，作为存储位置也能够使用用于查找对象的URL（统一资源定位符（UniformRessource Locator））或其他信息。

如在其他已知的分布式存储器解决方案中以及尤其在已知的点对点布置中，当各个工作站或节点暂时或持续地失效或不能达到时，能够是成问题的，因为那么可能不再能够为剩余的工作站或节点提供所有需要的数据或对象。因此有利的是，将对象或对象组的副本存储在其他工作站的物理存储器中，其中，在一个特殊的实施形式中，中央服务器类型的工作站能够保存所有对象或对象组的副本。所述工作站尤其也能够包含分布式哈希表的完整的副本，其中所述完整的副本有利地被复制到其他工作站上。在此，这个复制过程必须仅在下述情况下重复，在所述情况下重组对象到各个工作站上的分布，或者（通过删除或重新添加）改变对象，但是当仅一个对象的内容被改变时，例如作为处理结果，所述复制过程不重复。

为了最优地访问在处理中的对象，这既包括只读访问也包括写访问，将对象的副本有利地加载到进行处理的或使用的工作站中的物理存储器中，其中，在对对象进行写访问的情况下，禁止通过其他工作站在所述对象的原始存储位置上来对所述对象进行写访问。在处理的对象在其借助于数据结构的键而限定的存储位置上被改变（“更新”）之后，有利地，在这个时间点对所述对象进行读访问或对所述对象的自身的副本进行读访问的所有其他工作站或应用请求通过重新访问已改变的对象再次建立在所述装置中的数据一致性。为此，读访问能够被记录，以便能够目标明确地发送具有重新加载（“reload”）已改变的对象的请求的消息。

如已经提及的，对象的或对象组的副本能够被转移到其他工作站上、尤其是转移到构成为中央服务器的工作站上，其中，最后提及的、特殊的工作站不一定必须具有用于规划和/或编程的其他应用。有利的是，对象的这个当对象不能由与其相关联的工作站使用时才要使用的“备份副本”的存储位置同样存储在所述数据结构中或另一数据结构中，以至于确保对副本的快速访问。然而替选地，也能够实现搜索功能，其中，第一工作站给其他工作站中的一些或全部发送所谓的搜索消息，其中，搜索消息指定所期望的对象或所期望的对象组。这样的搜索消息也能够在数据结构出错或失效时用于找出对象或用于恢复数据结构。

有利地，能够以统计的方式检测对数据结构或其中管理的对象或对象组的访问以及进行访问的工作站，以至于可能的是，在确定的时间点（“优化运行”）或持续地（“动态地”）改变并且在此优化对象和对象组的存储位置，以至于能够使对象通过数据网络传输的数量和范围最小化，并且能够实施例如用于冗余地存储重要对象的安全准则。

与对象组相关联的对象的数量能够随着时间推移而改变。这有利地确保，将这样的持续地完全不再具有对象的对象组从数据结构中删除，或者与其他对象组结合。另一方面还应确保，每个对象也与一个对象组相关联。在一个特殊的实施形式中，当对象也能够与多个对象组相关联时，尤其是当涉及仅需要进行周期性地读访问的对象时，能够是有利的。此外有利的是，还提出一种优化算法，所述优化算法将组的结构优化为，使得一方面组的数量不会过大，以便确保对数据结构的快速访问；但是另一方面导致这种类型的细粒状结构化，即，对象组到工作站上的分布能够在存储量以及访问时间进行优化。为此，对象有利地与具有关键词的或所谓的“标记（Tags）”的形式的属性相关联，所述属性涉及关于功能性、访问类型（读或者读和写）等等的声明。

附图说明

下面，借助于附图说明根据本发明的方法的实施例。所述附图同时用于阐述用于根据本发明的装置的一个实施例。在此示出：

图1示出根据现有技术的用于对项目进行规划和/或编程的装置，

图2示出根据本发明的具有数据结构和对象在不同的工作站上的分布式存储的装置，以及

图3示出根据图2的装置，其中工作站中的一个失效或不能达到。

具体实施方式

在图1中示出一种根据现有技术的用于对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的装置。在此设有三个工作站CL1、CL2、CL3（“客户端（Clients）”），所述工作站分别包含用于对自动化装置的不同方面进行规划或编程的应用（未示出）。在这个示例中，工作站CL1包含用于硬件规划（“HW”）的应用，工作站CL2包含用于对控制器（“PLC”）进行编程的应用，以及第三工作站CL3包含用于对观察和操作仪器（“HMI”）进行编程和规划的应用和辅助工具。第四工作站CS（“中央服务器（Central Server）”）不包含用于规划和/或编程的应用，而是具有数据库ED（“工程数据（Engineering Data）”）的服务器，所述数据库包含项目的工程数据。在此，接下来要在分别具有多个对象的三个对象组D1、D2、D3之间进行区分；在所述示例中，对象组D1的对象涉及硬件规划，对象组D2的对象涉及控制器的编程，对象组D3的对象涉及操作和观察仪器的硬件规划和软件规划或编程。工作站CL1、CL2、CL3分别与物理存储器LC1、LC2、LC3（“本地缓存（Local Cache）”）相关联，意即与例如相应地使用的工作站的或相应地使用的个人计算机的硬盘存储器相关联。当且只要副本被相应的工作站CL1、CL2、CL3的相应的应用使用时，对象组D1、D2、D3的所述副本CD1、CD2能够被加载到所述存储设备LC1、LC2、LC3中。所述使用既涉及只读访问，也涉及读和写访问。在对象组D1、D2、D3的或包含在所述对象组中的对象的副本CD1、CD2的通常以读访问结束的处理期间，对在工程数据库ED中的对象组D1、D2、D3或与所述对象组相关的对象相对其他的写访问进行保护。在结束写访问后，意即在处理副本CD1、CD2后，在工程数据库ED中的已改变的数据被恢复，并且当前使用用于只读访问的副本CD1、CD2的其他应用被要求重新读取相应的对象组D1、D2、D3或相关的对象。经由未示出的数据网络，为了传输副本CD1、CD2而设有逻辑数据连接RV1、RV2、RV3。

在图2中示出根据本发明的装置，所述装置原则上基于借助于图1阐述的、根据现有技术的装置，以至于具有已经在图1中已知的附图标记的所有组件和对象在此不再重新介绍和说明。同样地，也适用于之后讨论的图3。

在根据图2的装置中，工作站CL1、CL2、CL3构造为，使得所述工作站彼此间能够直接互相交换数据，尤其是交换对象和对象组D1、D2、D3或副本CD1、CD2、CD3；为此需要的逻辑连接在图左边借助于双箭头表示。现在，工作站CL1、CL2、CL3以及具有中央服务器的工作站CS分别存储有分布式哈希表DHT（“Distributed Hash Table”）的副本，或者访问这样的分布式哈希表DHT，作为根据与每个对象组D1、D2、D3相关联的键的数据结构，所述分布式哈希表包含关于相应的对象组D1、D2、D3的对象的当前的存储位置的说明。在工程数据库ED中，意即在工作站CS的工作存储器中存储有所有对象组CD1、CD2、CD3的副本，其中，所述副本经由数据连接FB1、FB2、FB3（“回退（FallBack）”）提供用于下述情况，在所述情况下工作站CL1、CL2、CL3不能提供相互需要的对象或对象组D1、D2、D3。

在所说明的根据图2的实施例中示出下述状态，在所述状态下，对象组D1、D3存储在工作站CL3的物理存储器LC3中，并且对象组D2存储在工作站CL2的存储区域LC2中。这例如能够由此解释，即，在结束硬件规划后，对象组D1的相关的工程数据主要被工作站CL3（HMI编程）使用。在此，能够设置在装置的任意硬件组件上的监控实体例如确定，对象组D1主要通过工作站CL3被访问或已经被访问，由此，对象组D1能够存储在工作站CL3的工作存储器LC3中，并且新的存储位置与数据结构中的相应地相关的键相关联，意即与在分布式哈希表DHT中的相应地相关的键相关联。现在，如果例如需要通过工作站CL2的应用来访问对象组D1的对象，那么对分布式哈希表DHT的数据结构的访问给出相应的对象组D1存储在工作站CL3的物理存储器LC3中的信息。然后，为了访问，工作站CL2的应用请求工作站CL3的对象组D1的副本，此后，调用在存储区域LC3中的对象组D1，并且将其作为副本传输到工作站CL2；这个过程在图2中未示出。

除了在工程数据库ED中的副本CD1、CD2、CD3以外，对象组D1、D2、D3的其他副本也能够附加地存储在任意其他工作站的存储区域中；由于清晰性的原因，所述状态未在图2中示出。

在图3中示出如下状态，当基于图2的状态，工作站CL2不再能够经由数据网络达到或者关机时或者由于另一原因不再能够执行其功能时，得到所述状态。假定的是，工作站CL3从现在起需要访问对象组D2的对象。然而在此，对分布式哈希表DHT的数据结构的访问得出，从工作站CL2调用相应的数据应是可能的。然而，由于不能建立这样的连接，因此需要访问对象组D2的副本CD2。在本实施例中，也能够借助于与所期望的数据相关联的键调用副本CD1、CD2、CD3的存储位置；然而，在一个替选的、未示出的实施例中也能够通过工作站CL3将搜索消息发送给工作站CL1、CS，其中，至少在这样的情况下，工作站CS，即具有在工程数据库ED中的副本CD1、CD2、CD3的中央服务器，响应所述搜索消息，并且提供副本CD2。同时，至少在工作站CL2的不可达到的持续时间内，对象组D2的位于工程数据库ED中的副本CD2被处理为“原始版本”，也就是说，在不可达到的组件中，意即在工作站CL2中，在数据结构中的现有版本被标记为无效的。然而，在本实施例中，这仅适用于下述情况，在所述情况下，工作站CL3或在那里运行的应用对对象组D2的对象进行写访问；在只读访问的情况下，对象组D2的“原始版本”能够在位于工作站CL2的存储区域LC2中的版本中继续保持有效。

Claims

1.用于通过多个用户对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的方法，

其中，所述用户中的每个分别与具有用于规划和/或编程的至少一个应用的工作站（CL1，CL2，CL3）相关联，其中，所述项目由多个对象组成，

并且

其中，所述对象中的至少一个被多个所述工作站访问，

其特征在于，

至少一定数量的所述对象分组为对象组（D1，D2，D3），

所述对象组（D1，D2，D3）中的每个与工作站相关联，

一个对象组（D1，D2，D3）的所述对象分别存储在与这个对象组（D1，D2，D3）相关联的工作站的物理存储器中，

所述对象组（D1，D2，D3）分别与键相关联，并且所述键存储在数据结构（DHT）中，

其中，所述数据结构（DHT）为所述键中的每个指定用于所述工作站中的物理存储器中存储有与所述键相关联的对象组（D1，D2，D3）和所述对象组的对象的工作站的识别码，以及

为了访问对象，由工作站访问所述数据结构（DHT），借助于所述访问确定与相关的所述对象组（D1，D2，D3）的所述键相关联的、关于存储位置的信息，并且根据所述存储位置访问所述对象。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

使用分布式哈希表作为所述数据结构（DHT）。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

为了处理所述对象，将所述对象的副本（CD1，CD2，CD3）加载到进行处理的工作站的物理存储器中，并且禁止通过其他工作站来对所述对象进行写访问。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

借助于与所述对象相关联的应用中的一个或借助于所述工业自动化装置的与所述对象相关联的功能或功能组进行分组。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

对象或对象组（D1，D2，D3）的副本（CD1，CD2，CD3）存储在其他工作站的物理存储器中。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

在所述数据结构（DHT）中存储有关于所述对象或对象组（D1，D2，D3）的所述副本（CD1，CD2，CD3）的所述存储位置的信息，其中，在不能达到与所述对象或对象组（D1，D2，D3）相关联的工作站的情况下进行对所述副本（CD1，CD2，CD3）的访问。

7.根据权利要求5或6所述的方法，

其特征在于，

使用构造为中央服务器（CS）的工作站作为用于所述副本（CD1，CD2，CD3）的存储位置。

8.根据权利要求7所述的方法，

其特征在于，

所述中央服务器包含所述项目的所有对象和/或对象组（D1，D2，D3）的副本（CD1，CD2，CD3）。

9.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

以统计的方式检测对所述对象或对象组（D1，D2，D3）的访问以及进行访问的工作站，其中，借助于由此得出的统计数据来优化所述对象与所述工作站的关联性。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，

其特征在于，

所述对象组（D1，D2，D3）中的每个与至少一个对象相关联，并且

每个对象与一个对象组（D1，D2，D3）相关联。

11.用于通过多个用户对工业自动化装置的项目进行规划和/或编程的装置，其中，所述用户中的每个分别与具有用于规划和/或编程的至少一个应用的工作站相关联，

其中，所述项目由多个对象组成，并且

其中，所述对象中的至少一个能够被多个所述工作站访问，

其特征在于，

所述对象被分组为对象组（D1，D2，D3），

具有所述对象的所述对象组（D1，D2，D3）分布在多个工作站的所述物理存储器上，

每个对象组（D1，D2，D3）与数据结构（DHT）中的键相关联，

其中，在所述数据结构（DHT）中的所述键分别与所述工作站中的物理存储器中存储有相关的所述对象组（D1，D2，D3）的所述对象的工作站相关联。

12.根据权利要求11所述的装置，

其特征在于，

所述数据结构（DHT）是分布式哈希表。

13.根据权利要求11或12所述的装置，

其特征在于，

所述对象中的一些或全部作为副本（CD1，CD2，CD3）存储在与相关的所述工作站不同的工作站的物理存储器中，其中，能够分别从所述数据结构（DHT）中调用所述副本（CD1，CD2，CD3）的存储位置。

14.根据权利要求13所述的装置，

其特征在于，

所述工作站中的一个构造为中央服务器，所述中央服务器包括所述项目的所有对象的所述副本（CD1，CD2，CD3）。