CN104808606B - 在工业自动化系统之内提供功能的方法和工业自动化系统 - Google Patents

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Abstract

为了在工业自动化系统之内提供功能，自动化系统的功能通过Web应用可用，所述Web应用在控制程序执行期间在客户端侧组合成彼此链接的Web应用并且在客户端侧的用户界面上提供。Web应用借助于统一的应用程序编程接口来提供，所述应用程序编程接口包括用于初始化和卸载应用组件的跨组件的应用程序编程接口以及用于事件处理和提供组件功能的组件专用的应用程序编程接口。组件实例借助于应用程序编程接口链接以确定应用组件之间的交互。

Description

在工业自动化系统之内提供功能的方法和工业自动化系统
技术领域
工业自动化系统用于尤其在生产自动化、过程自动化和建筑自动化的领域中监控、控制和调节技术过程，并且能够实现控制装置、传感器、机器和工业设施的应当尽可能自主地并且与人的介入无关地进行的运行。由于用于包括大量联网的控制或计算机单元的自动化系统的信息技术的持续增加的重要性，用于可靠地提供经由自动化系统分配的功能以提供监控、控制和调节功能的方法越来越重要。
背景技术
在所分配的服务中，对自动化系统的通信基础结构存在高的要求，其中所述服务的服务组件通过多个不同的控制或计算机单元来提供以用于实现自动化系统的功能。一方面，通常要满足对有实时能力的通信的要求，所述通信的特征在于相对大量的相对短的通知，另一方面，不同的通信协议应能够尽可能简明易懂地用于所分配的服务。低效率的通信基础结构能够危害无错误地提供服务，并且不利地作用于系统稳定性和系统可用性。由于在借助于工业自动化设备自动化的技术系统中的时间关键的框架条件，在工业通信网络中主要将实时通信协议、如PROFINET、PROFIBUS或实时以太网用于自动化设备之间的通信。
在访问工业自动化系统之内的与服务相关联的数据和测量值时，此外，通常存在关于可用性或服务质量以及数据过滤或信息预压缩的最大不同的客户端侧的要求。此外，存在对现有的服务通过可选的或附加的服务组件的可扩展性的要求，而不必实质上改变作为执行现有的服务的基础的数据和函数模型。
从WO 2004/109415 A1中已知，工业自动化系统的功能通过服务来提供并且将功能块划分为标准功能块和灵活功能块。在此，功能块的输入和输出参数包括数值字段和状态字段，所述状态字段又具有质量属性、子状态属性和边界值属性。为了支持配置而设有接口装置。
在US 2004/230643 A1中描述一种用于在包括多个计算机单元的系统中提供服务的方法，其中服务借助于企业应用集成来提供。在此，经由统一的查找-绑定-执行机制来调用服务。此外，在客户端和服务器之间传输能够概括逻辑相关的运算的结果的TCP/IP包。例如，当结果在其使用数据方面对于TCP/IP包而言过大时，能够事先将子结果在TCP/IP包中概括。
WO 2008/090216 A1公开一种自动化系统，所述自动化系统具有面向服务的结构和在灵活且能重新配置的产品环境中的分散的、分配的组件或设备，所述自动化系统具有至少一个主机，所述主机经由数据传输机构、如以太网与面向服务的组件或设备连接。
面向服务的结构(Service-oriented Architecures-SOA)结合标准化的通信协议的应用的普遍观点在F.James等著的“SERVICE-ORIENTED PARADIGMS IN INDUSTRIALAUTOMATION”，IEEE Transactions on Industrial Informatics，Vol.1，No.1，2005年2月，ISSN 1551-3203，62-70页中说明。在F.Mustafa等著的“DYNAMIC WEB SERVICECOMPOSITION”，2009International Conference on Computer Engineering andTechnology，ICCET 2009，2009年1月22日，ISBN 978-1-4244-3334-6，463-467页中提出服务质量(Quality of Service(QoS))作为在面向服务的结构方面的问题领域。然而，在此不涉及将服务组件划分为服务专用的组件和非服务专用的组件。从US 2004/221005 A1中已知，服务能够包括服务专用的和非服务专用的组件。然而，在此未说明的是，通过非服务专用的组件来确保QoS措施。
从EP 2 141 562 A1中已知，在面向服务的结构之内在包括多个联网的计算机单元的自动化系统中提供分配的服务。在要求服务的计算机单元方面，服务要求根据提供服务的计算机单元来划分并且传输到所述计算机单元上以用于处理。在提供服务的计算机单元方面，将接收到的服务要求划分为提供逻辑相关的子结果的运算。提供服务的计算机单元在存在与服务要求相关联的逻辑相关的子结果的运算时已经将具有逻辑相关的子结果的通知传输到要求服务的计算机单元上。
EP 2 221 682 A1描述一种用于在工业自动化系统中提供功能的方法，其中自动化系统的功能通过服务来提供。服务的组件分为服务专用的组件和由多个不同服务可再利用的组件。服务专用的组件和可再利用的组件具有统一的配置接口。服务组件经由统一的配置接口通过服务配置单元组成服务。用于监控或控制限定的服务质量的功能与可再利用的组件相关联。
根据EP 2 224 297 A1，用于在工业自动化系统中耐久地提供配置数据的服务的组件经由统一的配置接口通过本地的服务配置单元组成服务。服务借助于配置数据来配置和激活，其中配置数据包括关于服务与控制单元的关联性和关于服务之间的相关性的信息。配置数据通过系统配置服务由自动化系统的控制和监控单元接收、检查并且传输给目标控制单元。通过与目标控制单元相关联的本地的服务配置单元，对所传输的配置数据在与至今为止所使用的配置数据相比的变化方面进行检查。本地的服务配置单元根据配置数据的所确定的变化来确定用于执行配置变化的运算的列表，其中在最小化服务停止时间方面优化列表。
发明内容
本发明所基于的目的是，提供一种用于在工业自动化系统中灵活且有效地提供分配到多个控制或计算机单元上的功能的方法以及提出方法的一种适合的技术实现方案。
根据本发明，所述目的通过具有在本发明中提出的特征的方法和通过具有在本发明中提出的特征的工业自动化系统来实现。本发明的有利的改进方案在下面的描述中提出。
按照根据本发明的方法，工业自动化系统的功能通过Web应用可用，所述Web应用在控制程序执行期间或在运行时间(Runtime)中在客户端侧组合成彼此链接的Web应用并且在客户端侧的用户界面上提供。Web应用分别包括至少一个应用组件，为所述应用组件分别产生至少一个组件实例。优选地，客户端侧的用户界面包括Web浏览器。此外，Web应用借助于统一的应用程序编程接口来提供，所述应用程序编程接口包括用于初始化和卸载应用组件的跨组件的应用程序编程接口以及用于事件处理和提供组件功能的组件专用的应用程序编程接口。为跨组件的功能例如能够提供至少一个由多个应用组件使用的服务。应用组件分别配设有用于解释功能和相关性的元数据。
根据本发明，应用组件分别包括用于由其他的应用组件进行数据访问的数据接口。组件实例借助于应用程序编程接口链接以确定应用组件之间的交互。以这种方式，在工业自动化系统之内能够实现对运行时间松散耦合的服务或功能的灵活的集成，而这样的集成不需要个体的程序耗费。应用组件之间的交互例如能够通过数据事件或通过用户动作来触发。
根据本发明的一个有利的设计方案，彼此链接的组件实例在客户端侧的用户界面上的可视化的控制对象之内执行。控制对象例如能够是根据文档对象模型的DOM文档或JavaScript窗口对象。由此，能够选择性地实现改进的系统功率或组件隔离。此外，彼此链接的组件实例能够根据本发明的另一个设计方案隔离地在客户端侧的用户界面上的可视化的控制对象的单独的子控制对象之内执行。子控制对象例如能够是iFrame。
根据本发明的工业自动化系统包括多个控制单元，所述控制单元分别包括至少一个Web服务器以提供自动化功能作为Web应用。附加地，设有至少一个操作和观察站，所述操作和观察站具有至少一个Web客户端以用于在客户端侧的用户界面上的控制程序执行期间在客户端侧链接Web应用。Web应用分别包括至少一个应用组件，为所述应用组件分别产生至少一个组件实例。此外，Web应用借助于统一的应用程序编程接口来提供，所述应用程序编程接口包括用于初始化和卸载应用组件的跨组件的应用程序编程接口以及用于事件处理和提供组件功能的组件专用的应用程序编程接口。应用组件分别配设有用于解释功能和相关性的元数据。此外，应用组件分别包括用于由其他的应用组件进行数据访问的数据接口。组件实例借助于应用程序编程接口链接以用于确定应用组件之间的交互。
附图说明
在下文中根据附图借助实施例详细阐述本发明。附图示出：
图1示出具有分配地提供的功能的工业自动化系统的示意图，
图2示出用于提供工业自动化系统的功能作为Web应用的数据接口和应用程序编程接口的示意图。
具体实施方式
在图1中示出的工业自动化系统包括多个控制单元101-102，所述控制单元分别包括至少一个Web服务器111-114以用于提供自动化功能作为Web应用。控制单元101-102经由通信网络160与至少一个操作和观察站150连接，所述操作和观察站具有Web客户端151以用于在运行时间中在客户端侧的用户界面152上在客户端侧链接Web应用。在此，客户端侧的用户界面152在本实施例中包括Web浏览器。
Web应用分别包括至少一个应用组件121-125，为所述应用组件在运行时间中分别产生至少一个组件实例141-145。属于所述应用组件121-125的例如也能够有通过统一的应用程序编程接口提供的图形的用户界面对象125、如按钮。也为这种用户界面对象125产生组件实例145。此外，应用组件121-125分别配设有用于解释功能和相关性的元数据131-135。元数据131-135例如能够在运行时间中通过相应的应用组件121-125产生并且包括对相应的应用组件121-125的名称、版本和限制的说明。
Web应用的组件实例201-202根据图2借助于统一的应用程序编程接口来提供，所述应用程序编程接口包括用于初始化和卸载应用组件的跨组件的应用程序编程接口(LifeCycle API)211、221以及用于事件处理和提供组件功能的组件专用的应用程序编程接口(Component API)212、222。有利地，为跨组件的功能提供至少一个由多个应用组件使用的服务。借助于组件专用的应用程序编程接口212、222例如复制或实现组件专用的功能和事件。
此外，应用组件分别包括用于由其他的应用组件进行数据访问的数据接口214、224。借助于数据接口214、224例如确定：数据是否可用于读、写或者读和写；和何时或如何发送关于数据变化的消息。统一的应用程序编程接口附加地包括用于确定应用组件之间的交互的应用程序编程接口(Interaction API)213、223。借此，组件实例143-145在客户端侧经由Web客户端151链接，如这在图1中示例性地示出。应用组件之间的交互例如能够通过数据事件或通过用户动作来触发。
用于确定应用组件之间的交互的应用程序编程接口经由Web门户提供。通过例如将应用组件的数据输出端与其他应用组件的数据输入端互连，所述交互能够以数据驱动的方式进行。在此，数据事件引起动作。对数据驱动的交互附加地或替选地，也能够确定用户动作驱动的交互，例如通过在应用组件之间的拖放。此外，在本实施例中，经由Web门户提供由多个应用组件使用的中央服务。属于所述中央服务的例如是如单点登录或浏览器本地数据持久的服务。
Web门户尤其能够实现应用组件的两个不同的集成可能性，一方面是直接集成，另一方面是隔离集成。哪个集成可能性是特别有利的取决于相应的应用情况。在应用组件直接集成时，彼此链接的组件实例在客户端侧的用户界面上的可视化的控制对象之内执行。在此，控制对象尤其能够是对应于文档对象模型的DOM文档或JavaScript窗口对象。这能够实现非常好的系统性能以及所有资源的有效利用。属于这种共同的资源的例如有JS库。
在隔离集成应用组件时，彼此链接的组件实例隔离地在客户端侧的用户界面上的可视化的控制对象的单独的子控制对象之内执行。在此，子控制对象尤其能够是iFrame。这作为优点提供：能够任意地加载或卸载应用组件，并且Web门户以简单的方式通过关闭iFrame来释放资源。
在需要时，Web门户能够迫使直接结合应用组件隔离。在此，这通过下述方式对相应的应用组件简明易懂地发生：Web门户在iFrame之内提供基础结构。对于应用组件而言，这仿佛以下述方式发生：所述应用组件在Web门户中直接结合并且在那里是唯一的应用组件。然而，在此，在用于确定交互的应用程序编程接口上的所有的调用都经由代理服务器转发。对此，将与在有针对性地隔离的集成中相同的基础结构用于应用组件和Web门户之间的通信。在此，Web门户能够实现生成不同的视角(Sichten)，将应用组件安置在所述视角中并且彼此互连或与Web门户互连。
经由Web门户工程系统，系统集成商能够产生并且配置自身的Web门户。在此，将元信息以及自我说明从应用组件读取并且用于安置或互连。在此，自我说明能够从不同的源中、例如从与相应的应用组件相关联的服务器或从中央工程系统中调用。这能够实现具有不同的视角和具体的集成说明的Web门户描述。通过工程系统，例如能够提供图像的编辑器以用于设置和互连应用组件。原则上，工程系统能够集成到Web门户本身中。由此，能够实现Web门户通过其用户的自由的匹配。
相对于自动化功能的服务器侧的集成，本实施例能够实现以新的组件或应用的灵活的可扩展性。基于应用组件的链接，在运行时间中还需要更小的调整耗费。
与借助于应用服务器的自动化功能的集成相比，借助本实施例能够使用原则上基于任意的服务器侧的用于提供应用组件的设计方案的应用。此外，应用组件在本实施例中能够彼此独立地执行并且集成到其他供应商的应用或门户中。
与在服务器侧的门户不同地，在本实施例中，直接地并且不通过经由门户服务器绕路的方式在应用组件和其后台之间进行通信。因此，应用组件不受到能使用的通信协议的有限的选择的限制，而是能够根据单独的应用要求应用特别有利的通信方法。相对于混界应用集成，借助本实施例能够实现扩展的应用可能性，例如拖放、从应用中导航或中央认证。
除了借助于Web门户提供应用组件之外，能够使用组件容器，所述组件容器能够实现将Web门户的应用组件结合到其他应用中。在此，组件容器为相应的应用组件提供门户基础结构。原则上，本实施例能够借助于替选的用户界面设计方案来实现。例如，代替使用具有HTML和JavaScript的浏览器，能够设有本地应用，所述本地应用为共同的接口提供应用数据的集成。在此情况下，不同的应用组件例如能够借助于运行系统辅助装置、如Windows系统下的Win32-API在用户界面上彼此组合。

Claims (9)

1.一种用于在工业自动化系统之内提供功能的方法，其中：
-通过Web应用使所述自动化系统的功能能用，所述Web应用在控制程序执行期间在客户端侧组合成彼此链接的Web应用并且在客户端侧的用户界面上提供；
-所述Web应用分别包括至少一个应用组件，为所述应用组件分别产生至少一个组件实例；
-借助于统一的应用程序编程接口来提供所述Web应用，所述应用程序编程接口包括用于初始化和卸载应用组件的跨组件的应用程序编程接口以及用于事件处理和提供组件功能的组件专用的应用程序编程接口；
-将用于解释功能和相关性的元数据分别分配给所述应用组件；
-所述应用组件分别包括用于由其他的应用组件进行数据访问的数据接口；
-将所述组件实例借助于应用程序编程接口链接，以确定应用组件之间的交互。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中通过数据事件和/或通过用户动作来触发所述交互。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中为跨组件的功能提供至少一个由多个应用组件使用的服务。
4.根据权利要求1或2所述的方法，
其中在客户端侧的用户界面上的可视化的控制对象之内执行彼此链接的组件实例。
5.根据权利要求4所述的方法，
其中所述控制对象是根据文档对象模型的DOM文档或JavaScript窗口对象。
6.根据权利要求1或2所述的方法，
其中在客户端侧的用户界面上的可视化的控制对象的单独的子控制对象之内隔离地执行彼此链接的组件实例。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中所述子控制对象是iFrame。
8.根据权利要求1或2所述的方法，
其中所述客户端侧的用户界面包括Web浏览器。
9.一种工业自动化系统，具有：
-多个控制单元，所述控制单元分别包括至少一个Web服务器，以用于提供自动化功能作为Web应用；
-至少一个操作和观察站，所述操作和观察站具有至少一个Web客户端，以用于在客户端侧的用户界面上的控制程序执行期间在客户端侧链接Web应用；
-其中所述Web应用分别包括至少一个应用组件，为所述应用组件分别产生至少一个组件实例；
-所述Web应用借助于统一的应用程序编程接口来提供，所述应用程序编程接口包括用于初始化和卸载应用组件的跨组件的应用程序编程接口以及用于事件处理和提供组件功能的组件专用的应用程序编程接口；
-所述应用组件分别配设有用于解释功能和相关性的元数据；
-所述应用组件分别包括用于由其他的应用组件进行数据访问的数据接口；
-所述组件实例借助于应用程序编程接口链接，以确定应用组件之间的交互。
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