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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem elektrischen Messgerät und einem Steuerrechner, wobei die Datenübertragung über ein HTTP-Protokoll und über ein TCP/IP Übertragungsprotokoll erfolgt.
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Bei elektrischen Messgeräten ist es zur Übertragung von Messwerten und zur Parametrierung der Messgeräte gemäß dem Stand der Technik üblich, die Messgeräte mit einer entsprechenden Kommunikationsschnittstelle auszustatten.
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Im Zuge der immer stärkeren Einbindung von elektrischen Betriebsmitteln in übergeordnete Steuerungsprozesse und der damit verbundenen zunehmenden Vernetzung verfügen viele dieser Messgeräte über eine Ethernet- oder eine drahtlose Schnittstelle auf die ein Übertragungsprotokoll der TCP/IP-Protokollfamilie aufsetzt.
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Unter dem Begriff Messgerät seien hier insbesondere auch solche elektrischen Geräte zu verstehen, die als eingebettetes System (embedded system) in ein übergreifendes elektrisches oder mechanisches System eingebunden sind und dort meist Mikroprozessor-basiert eine spezielle messtechnische Aufgabe erfüllen.
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Auf der Anwendungsebene existieren spezielle Kommunikationsprotokolle, die sich durch Flexibilität und Einfachheit der Implementierung auszeichnen und daher für eingebettete Systeme besonders geeignet sind. Ein bekanntes und ressourcenschonendes Übertragungsprotokoll ist das Modbus-Protokoll. In seiner Betriebsart Modbus-TCP verwendet das Modbus-Protokoll die TCP/IP-Protokollfamilie als transportorientierte Übertragungsprotokolle. Das Modbus-Protokoll stellt ein eigenständiges, auf einer Server/Client-Architektur beruhendes, Kommunikationsprotokoll dar. Zur Verarbeitung und Darstellung der übertragenen Daten ist auf dem Steuerrechner des Anwenders die Installation einer Messgeräte-spezifischen Software (Applikations-Software) erforderlich.
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Einige moderne Messgeräte, insbesondere einige eingebettete Systeme, unterstützen zusätzlich das HTTP-Protokoll, um dem Benutzer den Zugriff auf das Messgerät über einen Webbrowser zu ermöglichen. In diesem Fall kann die Installation einer Messgeräte-spezifischen Software auf dem Steuerrechner entfallen. Auf dem Messgerät ist ein Webserver implementiert, der eine Verarbeitungslogik für die via HTTP-Protokoll übertragenen Daten aufweist.
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Unterstützt das Messgerät neben dem Modbus-Protokoll auch das HTTP-Protokoll, so muss ein in dem Messgerät generierter Datenwert in mehrere, unterschiedliche, dem jeweiligen Übertragungsprotokoll entsprechende Nachrichteneinheiten umgesetzt werden. Ebenso muss das Messgerät in der Lage sein, die je nach verwendetem Übertragungsprotokoll unterschiedlichen empfangenen Nachrichten zu decodieren.
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Als Nachteile der bekannten Verfahren ist somit festzuhalten, dass für jedes verwendete anwendungsorientierte Übertragungsprotokoll in dem Messgerät eine eigene Verarbeitungslogik implementiert werden muss, die zur Werteabfrage oder zur Parametrierung an das Datenmodell des Messgerätes angepasst ist und die jeweiligen protokollgemäßen Nachrichteneinheiten und Nachr ichtenabläufe erzeugt. Dadurch entstehen Redundanzen, die Speicher- und Rechenressourcen kosten, was insbesondere im Hinblick auf die Implementierung in eingebetteten Systemen mit ihren begrenzten Speicher- und Rechenkapazitäten unerwünscht ist.
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Zudem stellen die Mehrfachimplementierungen weitere Fehlerquellen dar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem elektrischen Messgerät und einem Steuerrechner vorzuschlagen, das gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Übertragungstechniken weniger Speicher- und Rechenressourcen auf dem Messgerät beansprucht.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Datenübertragung über ein in dem HTTP-Protokoll getunneltes Modbus-Protokoll erfolgt.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht darauf, dass als äußeres Protokoll HTTP verwendet wird und in das HTTP-Protokoll ein Modbus-Protokoll als Nutzlast eingebunden – getunnelt – wird. Durch die Nutzung des getunnelten Modbus-Protokolls ist es nicht mehr erforderlich, in dem Messgerät einer Verarbeitungslogik zu implementieren, die die Daten des Datenmodells des Messgeräts in entsprechende HTTP-Nachrichten abbildet oder aus den empfangenen HTTP-Nachrichten entsprechende Daten erzeugt. Die Schnittstelle zu dem Datenmodell bildet ausschließlich das in dem Messgerät implementierte Modbus-Protokoll bzw. der das Modbus-Protokoll umsetzende Modbus-Treiber.
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Mit dieser Protokollstruktur werden im Vergleich zu einer parallelen Implementierung mehrerer anwendungsorientierter Protokolle weniger Speicher- und Rechenressourcen auf dem Messgerät beansprucht, da insbesondere die Verarbeitungsschritte für die Werteabfrage oder die Parametrierung per HTTP nicht mehr implementiert werden müssen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird das HTTP-Protokoll auf dem Messgerät von einen auf dem Messgerät installierten Webserver mit minimalem Funktionsumfang ausgeführt.
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Die Verarbeitung des HTTP-Protokolls auf dem Messgerät erfolgt durch einen auf dem Messgerät installierten Webserver. Dazu reicht es aus, dass dieser Webserver in ressourcenschonender Weise nur eine Untermenge des Funktionenumfangs eines nach dem Stand der Technik üblichen Webservers umfasst.
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In bevorzugter Ausführung erfolgt die Verarbeitung des getunnelten Modbus-Protokolls auf dem Messgerät durch eine vollständige Modbus-Protokoll-Implementierung.
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Auf dem Messgerät ist als einzige Schnittstelle zu dem Messgeräteinternen Datenmodell nur die Implementierung des ressourcenschonenden Modbus-Protokolls erforderlich. Eine Verarbeitungslogik für die Werteabfrage oder Parametrierung via HTTP entfällt, da die Daten getunnelt als Modbus-Nachrichten übertragen werden.
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In weiterer Ausgestaltung wird eine Aufbereitung und Verarbeitung der übertragenen Daten in einem auf dem Steuerrechner installierten Webbrowser mit einer Webapplikation ausgeführt.
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Die Grundlage der Verarbeitung und der Darstellung der übertragenen Daten auf dem Steuerrechner bildet eine in einem Webbrowser ausgeführte Webapplikation. Die Webapplikation kommuniziert über das getunnelte Modbus-Protokoll mit dem Messgerät.
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Weiterhin wird die Webapplikation in einem nichtflüchtigen Speicher auf dem Messgerät abgelegt und auf Anforderung auf den Steuerrechner geladen.
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Möchte der Anwender auf das Messgerät zugreifen, so kann er in dem Webbrowser des Steuerrechners unter Angabe der IP-Adresse des Messgerätes die auf dem Messgerät gespeicherte Webapplikation in seinen Webbrowser herunterladen.
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Alternativ wird in bevorzugter Weise eine Ladeseite in einem nichtflüchtigen Speicher auf dem Messgerät abgelegt, die einen Verweis auf eine Webseite beinhaltet, von der die Webapplikation auf Anforderung auf den Steuerrechner geladen wird.
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Somit ist es möglich, FLASH-Ressourcen einzusparen, indem die Webapplikation von einer Internetadresse geladen wird und nicht mehr in dem Messgerät gespeichert wird. Hierzu besitzt jede Messgeräte-Firmware eine eindeutige Kennung, anhand der die passende Webapplikation auf den Steuerrechner geladen wird. Auf dem Messgerät ist als Ladeseite nur eine Webseite mit geringem Speicherbedarf hinterlegt, über die eigentliche Webapplikation von einer Internetadresse auf den Steuerrechner nachgeladen wird. Bei der Nutzung von weiteren Webressourcen ist es auch denkbar, durch dynamisches Nachladen Messgerätefeatures zu erweitern. Die Webapplikation kann aktualisiert werden, ohne dass das die Messgerätefirmware aktualisiert werden muss.
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In weiterer Ausgestaltung wird der für das Modbus-Protokoll vorgesehene Port 502 für das HTTP-Protokoll verwendet.
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Weiterer Speicherbereich kann bei den Netzwerktreibern (hier Ports) eingespart werden, indem der Port 502, der normalerweise für die Modbus-Anwendung reserviert ist, auch für die HTTP-Übertragung genutzt wird. Hierbei wird der minimal ausgestattete Webserver vollständig in den Modbus-Treiber integriert.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand von Beispielen erläutern. Es zeigen:
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1: eine Datenübertragung nach dem Stand der Technik,
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2: eine erfindungsgemäße Datenübertragung und
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3: eine erfindungsgemäße Datenübertragung mit Internetanbindung.
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Die nachfolgenden Figuren geben jeweils in Blockdiagrammen die nach dem Stand der Technik bekannten sowie dem beanspruchten Verfahren zugrunde liegenden funktionalen Komponenten einer Datenübertragung zwischen einem Messgerät 2 und einem Steuerrechner 4 wieder.
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1 zeigt ein funktionales Blockschaltbild der Kommunikation zwischen dem Messgerät 2 und dem Steuerrechner 4. Zum Auslesen der auf dem Messgerät 2 verfügbaren Daten 6 und zur Konfiguration der Messgeräte-Parameter 8 kommuniziert der Steuerrechner 4 mittels eines Webbrowsers 10 über das Protokoll HTTP 12 und eine TCP/IP-Verbindung 14 mit dem Messgerät 2. Dabei fordert der Webbrowser 10 ständig neue Webseiten an, die auf Basis der von dem Steuerrechner 4 empfangenen und in dem Messgerät 2 aufgenommenen Daten in einem auf dem Messgerät 2 installierten Webserver 16 stets neu berechnet und an den Steuerrechner 4 gesendet werden.
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Optional kann eine von der HTTP- und TCP/IP-Verbindung 12, 14 getrennte Modbus-Kommunikation 20 vorgesehen sein, für deren Funktion auf dem Messgerät 2 ein Modbus-Treiber 22 installiert sein muss, der wiederum zusätzlichen Speicherplatz benötigt. Auf dem Steuerrechner 4 ist eine Modbus-Applikationssoftware 24 erforderlich, die von einem Installationsmedium oder bei vorhandener Internetanbindung von einer Webseite geladen werden kann.
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Sowohl der Modbus-Treiber 22 als auch der Webserver 16 müssen das Datenmodell 6, 8 des Messgerätes 2 kennen und verarbeiten.
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In 2 ist ein funktionales Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Datenübertragung zwischen dem Messgerät 2 und dem Steuerrechner 4 dargestellt.
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Den Kern des Verfahrens bildet eine Webapplikation 30, die in einem auf dem Steuerrechner 4 installierten Webbrowser 10 ausgeführt wird.
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Die Kommunikation erfolgt über eine HTTP- und TCP/IP-Verbindung 12, 14, wobei in das HTTP-Protokoll 12 das Modbus-Protokoll 20 als Tunnel eingebunden ist.
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Auf Seiten des Messgerätes 2 ist ein Webserver 16 mit minimalem Funktionsumfang realisiert. Die Schnittstelle zu dem Datenmodell 6, 8 des Messgerätes 2 bildet ausschließlich der Modbustreiber 22, wobei die über HTTP 12 empfangenen Modbus-Nachrichten 20 direkt verarbeitet werden.
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Nachdem mittels des Webbrowsers 10 über die HTTP- und TCP/IP-Verbindung 12, 14 die Webapplikation 30 von dem Webserver 16 des Messgeräts 2 geladen wurde, kann über das in dem HTTP-Protokoll 12 getunnelte Modbus-Protokoll 20 die Übertragung der Messdaten 6 und der Parameter 8 als Nutzlast erfolgen.
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Die Visualisierung und Aufbereitung der als Modbus-Nachrichten 20 eingebundenen Messdaten 6 und der Parameter 8 findet in dem Webbrowser 10 statt.
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Durch das Tunneln des Modbus-Protokolls 20 wird eine erhebliche Reduktion des Speicherbedarfs und der Rechenbelastung in dem Messgerät 2 erreicht.
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In 3 ist die erfindungsgemäße Datenübertragung aus 2 um eine Internetanbindung 32 des Steuerrechners 4 erweitert worden. In dieser Konstellation ist der Code der Webapplikation 30 nicht in einem Speicher des Messgeräts 2 abgelegt, sondern wird von einem Internetserver 34 über die Internetanbindung 32 auf den Steuerrechner 4 geladen. Auf dem Messgerät 2 ist lediglich eine Ladeseite gespeichert, die nach Übertragung auf den Steuerrechner 4 das Laden der eigentlichen Webapplikation 30 von dem Internetserver 34 vornimmt.
