CN107105002A - 网络系统和用于在网络系统中传输数据的方法 - Google Patents

网络系统和用于在网络系统中传输数据的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种网络系统，至少包括第一网络参与者和第二网络参与者以及具有第一接口(3a)和第二接口(3b)的通信单元(3)，其中第一接口(3a)与第一网络参与者并且第二接口(3b)与第二网络参与者连接以便在第一网络参与者和第二网络参与者之间进行数据传输，其中第一网络参与者布置在自动化系统(1)的自动化网络中，其中第二网络参与者具有云计算基础结构，其中，通信单元(3)的第一接口(3a)设计成输入/输出模块(I/O模块)，通信单元(3)的第二接口(3b)设计成代理。此外，本发明还涉及一种方法。

Description

网络系统和用于在网络系统中传输数据的方法
技术领域
本发明涉及一种网络系统，至少包括第一网络参与者和第二网络参与者以及具有第一接口和第二接口的通信单元，其中第一接口与第一网络参与者连接并且第二接口与第二网络参与者连接以在第一网络参与者和第二网络参与者之间进行数据传输，其中第一网络参与者布置在自动化系统的自动化网络中，其中第二网络参与者具有云计算基础结构。
此外，本发明还涉及一种方法，其适合于在根据本发明的网络系统上运行。
背景技术
以下设备和装置被称为设施的自动化系统，其用于控制和/或监控技术过程、例如制造过程并且其是已知的。属于这种设备的例如有存储器可编程的控制器，分散的外围设备，操作和监控系统或类似物，其通过数据传输单元、如LAN网络(局域网)彼此连接成共同的自动化网络。这样的设备或网络总体上被描述为自动化组件。在环境中，“IoT”(物联网)中，数据被收集并且使用，以通过分析方法产生增值。数据处理在此中央地在外部的计算中心或者云系统中实现。
数据由下级的自动化系统读取并且通过最终的连接，例如互联网传输到云系统上。
通过现场总线可以实现获取来自自动化系统或者设施的另外的本地设备的设施数据(“IoT”数据)。在此，基于现场总线的系统通过基于以太网的系统如Profinet(工业现场网络)代替或者补充。由此实现了具有实时能力的数据传输。
至今为止还使用代理。其设计成赠送的软件，其通过使用现存的界面(例如OPC，Modbus)来收集设施数据并且将设施数据进一步发送给云系统。
自动化系统也能够以云能力的传输协议(例如ISB-Micro代理协议)进行扩展。
然而，通过上述的系统或者仅仅可以实现自动化的受限的扫描率(例如OPC典型为1秒)或者在存在的系统中对设施的干预是必要的，例如对于云连接能力的特殊的工程规划。然而后者是非常复杂的并且是非常昂贵的。
发明内容
从该背景出发，本发明基于以下目的，提供一种网络系统和方法的形式的可行性，从而以简单的方式和方法确保在两个网络参与者之间以高的数据量/数据总额来进行数据交换。
相关于网络系统的目的通过网络系统的说明实现，该网络系统至少包括：
-第一网络参与者和第二网络用于以及具有第一接口和第二接口的通信单元，其中第一接口与第一网络参与者连接，并且第二接口与第二网络参与者连接，以便在第一网络参与者和第二网络参与者之间进行数据传输，
-其中第一网络参与者布置在自动化系统的自动化网络中，其中第二网络参与者具有云计算基础结构，并且其中，
-通信单元的第一接口设计成输入/输出模块(I/O模块)，第二接口设计成代理。
相关于方法的目的通过对用于在网络系统中进行数据传输的方法的描述实现，该方法包括以下步骤：
-提供第一网络参与者和第二网络参与者以及具有第一接口、和第二接口的通信单元，其中，第一接口与第一网络参与者连接并且第二接口与第二网络参与者连接，以在第一网络参与者和第二网络参与者之间进行数据传输；
-将第一网络参与者布置在自动化系统的自动化网络中；
-在第二网络参与者中提供云计算基础结构，其中，
-通信单元的第一接口设计成输入/输出模块(I/O模块)，
-第二接口设计成代理。
通过本发明实现了与大容量的设施数据组的退耦以用于在远程计算中心(“云系统”)中进行进一步处理。在此，通过本发明实现了在从现场总线向云计算基础结构过渡期间的数据降低或者选择。有利的是，还实现了利用已经存在的驱动模块/仪器进行的转用/工程规划。这也给出了CPU负载的仅最小的多重负载。
通过本发明实现了自动化系统的例如几微秒的特别高的扫描率。
同样，通过定义的接口实现了安全的数据退耦。在需要时，从云计算技术结构到第一网络参与者、在此即自动化设施的安全的退耦也是可行的，因为数据到达了定义的驱动模块处并因此可以不需要完全访问SPS(存储器可编程控制器)。
优选的是，通信单元具有用于将第一网络参与者检测到的数据传输到第二网络参与者的至少两个数据传输模式。有利的是，在第一数据传输模式中，检测、尤其是连续检测自动化系统的数据。接下来，对于检测到的数据使用集合功能或/和其他的压缩和预分析功能。
在此，集合功能包含形成在预定的时间n中检测到的数据的中间值和/或最小值或最大值和/或加和和/或其他的压缩和与分析功能。集合功能/压缩和预分析功能也包含确定在预定的时间n中检测到的数据的最后检测到的数据组。当然，集合功能或者其与的压缩和预分析功能并不局限于此。
此外，优选设置至少一个第二数据传输模式，其中从由通信单元中检测到的数据产生用于后续的处理步骤的数据包，该数据包能发送到第二网络参与者的云处。
综上，通过这两个数据传输模式，例如在第一网络参与者的现场总线上的高数据速率能够至少两次能设定地转换成用于“云传输”的较低的数据率，也就是用于至第二网络参与者的数据传输：
在此，第一数据传输模式以连续数据检测的形式设置并且接下来每n秒计算最小值/最大值/平均值/最后发送的数据组，其中n是可配置的，其中，接下来将计算的结果发送给第二网络参与者。
此外设置第二数据传输模式，其中，检测到的数据在一个时间窗口中合并成数据包并且产生的数据包被发送给第二网络参与者以在那里进一步被处理。有利的是，该数据是源数据或者原始数据。
在此，数据包的发送通过触发器实现，其中触发器通过第一网络参与者控制。也就是说，其由此优选地通过应用程序的信号实现对数据退耦的精确控制。
在另一个有利的设计方案中，通信单元包括嗅探器模式。通过嗅探器模式排除对于第一网络参与者进行反馈。这例如可以通过TAP接口(TAP＝终端访问点)实现。
附图说明
本发明的另外的特征，特性和优点由接下来参考附图的接下来的描述给出。其中示意性地示出：
图1是本发明的示意图。
具体实施方式
尽管本发明在细节上通过优选的实施例进一步解释和说明，但是本发明并不局限于公开的实例。本领域技术人员可以由此推导出对此的变体，而不脱离本发明的保护范围。
在具有自动化系统1的自动化设施2中必需的是，通过传感器或者另外的测量仪器收集的设施数据为了进一步被处理而被发送给远程的计算中心，所谓的云10。
然而利用至今为止的解决方案或者仅能够实现自动化系统1的受限的扫描率或者需要对自动化系统1进行复杂的干预。
该问题现在通过本发明解决。
根据本发明现在提供了具有第一接口3a和第二接口3b的通信单元3。在此第一接口3a与自动化系统1连接并且第二接口3b与云10连接，以在自动化系统1和云10之间进行数据传输。在此，由通信单元3将自动化系统1检测到的数据传输给云10。
在此，第一接口3a如I/O模块(输入/输出模块)那样地设计。也就是说相对于自动化系统，通信单元3表现得如I/O模块一样，尤其是如Profinet I/O模块一样。当然，所有另外的I/O模块也是可行的。
在此，第二接口3b如代理那样地设计。也就是相对于云10，通信单元3表现得如代理一样。
此外，通信单元3具有两个不同的数据传输模式(压缩和数据采样)。其能够根据存在哪些应用情况而进行设定。
在第一数据传输模式中检测，尤其是连续地检测数据。接下来使用集合功能和/或压缩和预分析功能。在此，结合对大数据量的管理的集合/压缩/预分析意味着一系列要素(Fact)合并成单个要素。
集合功能(或者合并功能)/压缩和预分析功能是以下的功能，其将一定数量的由自动化系统1在确定的时间中，例如每n秒钟发送的数据对应于单个的值。该结果然后用于代表来自自动化系统1的数据、也就是源数据。
集合功能/压缩和预分析功能能够由自动化系统1的检测到的多个值确定例如中间值，最小值和最大值和/或加和和/或平均值。
集合功能/压缩和预分析功能也可以包含确定在预定的时间n中检测/接收到的数据的最后检测到的数据组。
有利的是，设置有第二数据传输模式，其中，由通信单元3检测到的数据生成用于后续处理步骤的数据包，该数据包能发送到云10处。
由此意味着，从自动化系统1的基本上连续累积的数据流生成用于后续的处理步骤的数据包，其被发送到云10处。在此其通常涉及原始数据。
由此，在云10中能够处理源数据/原始数据。自动化系统1的数据，也就是AO/DO信号(AD模拟输出，DO，数字输出)在通信单元3中以给定的分辨率(Profinet分辨率)存储/记录并且合并成数据包。该数据包在此能够根据完全不同的标准来设定。接下来将获得的数据包发送到云10处，并且在那里被进一步处理。作为实例，在此可以称为退耦的流签名。
通过触发器(例如触发信号)(当满足预设的条件/触发的事件时，触发一个信号)可以实现开始/结束数据包的发送。尤其是，触发信号可以通过自动化系统1，例如通过Profinet DO信号实现。由此，通过应用程序的信号实现了对数据退耦的精确控制。然而触发器也可以通过云10实现，例如当需要用于详细诊断的数据采样时。时间上受控的传输，例如每小时一次，每天一次同样是可行的。
因此，将原始数据能触发地传输给云10是可行的。
有利的是，通信单元3包括嗅探器模式，或者将嗅探器模式安装在通信单元3上。通过嗅探器模式排除对于自动化系统1进行反馈，也就是说对于设施可以没有反馈，因为仅仅实现了“读取”。利用嗅探器模式也可以实现LAN分析。在此，“嗅探器”意味着LAN分析器的所有类型。
这可以利用TAP接口(TAP＝终端访问点)实现。
在通信单元3和云10之间还可以中间连接另外的代理服务器/网关5。这提高了IT安全性。
通过本发明实现了云10与自动化系统1，例如Profinet现场总线的连接，其中，在从自动化系统1向云10的过渡中出现的数据减少或选择的问题被解决。通过本发明的能设定的转换，在现场总线处的高数据速率被转换成用于云传输的较低的速率。
本发明能够通过经由现有系统的标准工具的工程化来执行，也就是说，其涉及现有系统，以及标准Profinet I/O组件的连接或者其他的现场总线I/O组件，例如Profibus的连接。本发明还仅仅表现出了例如用于在自动化系统1中的主机的最小CPU负载。
通过本发明实现了特别高的扫描率；这能够以几微秒存在。
在此，云10和自动化系统1可以是在物理上不是相同的本地位置上的物理上彼此分离的单元。

Claims (20)

1.一种网络系统，至少包括第一网络参与者和第二网络参与者以及具有第一接口(3a)和第二接口(3b)的通信单元(3)，其中，所述第一接口(3a)与所述第一网络参与者连接，并且所述第二接口(3b)与所述第二网络参与者连接，以便在所述第一网络参与者和所述第二网络参与者之间进行数据传输，其中，所述第一网络参与者布置在自动化系统(1)的自动化网络中，其中，所述第二网络参与者具有云计算基础结构，其特征在于，所述通信单元(3)的所述第一接口(3a)设计成输入/输出模块，所述通信单元(3)的所述第二接口(3b)设计成代理。
2.根据权利要求1所述的网络系统，其特征在于，所述通信单元(3)具有至少两个数据传输模式，以用于将所述第一网络参与者检测到的数据传输给所述第二网络参与者。
3.根据权利要求2所述的网络系统，其特征在于，所述数据传输模式中的至少一个数据传输模式是第一数据传输模式，在所述第一数据传输模式中检测数据，并且接下来应用集合功能或/和其他的预分析功能。
4.根据权利要求3所述的网络系统，其特征在于，在所述第一数据传输模式中连续地检测数据。
5.根据权利要求3所述的网络系统，其特征在于，所述集合功能或/和所述其他的预分析功能包含形成在预定的时间n中检测到的数据的中间值和/或最小值或最大值和/或加和。
6.根据权利要求5所述的网络系统，其特征在于，所述集合功能或/和所述其他的预分析功能包含确定在预定的时间n中检测到的数据的最后检测到的数据组。
7.根据权利要求2所述的网络系统，其特征在于，所述数据传输模式中的至少一个数据传输模式是第二数据传输模式，其中由所述通信单元(3)检测到的数据产生用于后续的处理步骤的数据包，所述数据包能发送到所述第二网络参与者的所述云计算基础结构处。
8.根据权利要求7所述的网络系统，其特征在于，所述数据包的所述发送通过触发器实现。
9.根据权利要求8所述的网络系统，其特征在于，所述触发器通过所述第一网络参与者实现。
10.根据前述权利要求中任一项所述的网络系统，其特征在于，所述通信单元(3)包括嗅探器模式。
11.根据前述权利要求中任一项所述的网络系统，其特征在于，通过所述嗅探器模式排除对于所述第一网络参与者进行反馈。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的网络系统，其特征在于，所述通信单元包括TAP接口。
13.根据前述权利要求中任一项所述的网络系统，其特征在于，所述第一网络参与者包括PROINET系统。
14.一种用于在网络系统中传输数据的方法，包括以下步骤：提供第一网络参与者和第二网络参与者以及具有第一接口(3a)和第二接口(3b)的通信单元(3)，其中，所述第一接口(3a)与所述第一网络参与者连接，并且所述第二接口(3b)与所述第二网络参与者连接，以用于在所述第一网络参与者和所述第二网络参与者之间进行数据传输；将所述第一网络参与者布置在自动化系统(1)的自动化网络中；在第二网络参与者中提供云计算基础结构，其特征在于，所述通信单元(3)的所述第一接口(3a)设计成输入/输出模块，所述通信单元(3)的所述第二接口(3b)设计成代理。
15.根据权利要求14所述的在网络系统中传输数据的方法，其特征在于，在所述通信网络(3)中设置至少两个数据传输模式，其中，通过至少两个所述数据传输模式中的一个数据传输模式执行将所述第一网络参与者检测到的数据传输给所述第二网络参与者的数据传输。
16.根据权利要求15所述的在网络系统中传输数据的方法，其特征在于，至少两个所述数据传输模式是能设定的。
17.根据权利要求15或16所述的在网络系统中传输数据的方法，其特征在于，所述数据传输模式中的至少一个数据传输模式是第一数据传输模式，在所述第一数据传输模式中，连续地检测数据并且接下来使用集合功能或/和其他的预分析功能。
18.根据权利要求15所述的在网络系统中传输数据的方法，其特征在于，所述数据传输模式中的至少一个数据传输模式是第二数据传输模式，在所述第二数据传输模式中，检测数据并且其中由所述数据生成用于后续处理步骤的数据包，所述数据包发送到所述第二网络参与者的所述云计算基础结构处。
19.根据权利要求18所述的在网络系统中传输数据的方法，其特征在于，所述数据包的发送在通过所述第一网络参与者执行触发器之后实现。
20.根据权利要求14-19中任一项所述的在网络系统中传输数据的方法，其特征在于，所述通信单元(3)执行嗅探器模式。
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