CN107273108A - 显示和操作装置以及通过显示和操作装置操作现场设备的方法 - Google Patents

显示和操作装置以及通过显示和操作装置操作现场设备的方法 Download PDF

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Abstract

用于操作现场设备(1)的具有Web应用程序(12)的显示和操作装置，和通过具有Web应用程序(12)的显示和操作装置(4)操作现场设备(1)的方法。其中，显示和操作装置(4)与现场设备(1)相连接，现场设备(1)的至少一个参数被借助于Web应用程序(12)可视化在显示和操作设备(4)上，并且能够实现现场设备(1)的参数化，Web应用程序(12)在浏览器(2)中被执行，以用于可视化和/或参数化，浏览器(2)在显示和操作装置(4)上被执行，浏览器(2)和/或Web应用程序(12)具有界面，该界面直接访问组件(20)或者显示和操作装置(4)的操作系统组件(10)、直接访问现场设备(1)的组件(20)和/或直接访问外部设备(13)。

Description

显示和操作装置以及通过显示和操作装置操作现场设备的 方法
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1所述的显示和操作装置，以及涉及一种如权利要求12所述的通过显示和操作装置操作现场设备的方法。
背景技术
根据现有技术，使用Web技术在不同的人机界面(HMI)设备和/或显示器上生成和/或显示现场设备的操作界面时，会在用于标准浏览器(如：火狐浏览器(Firefox)或者谷歌浏览器(Chrome))时受到安全机制的阻碍。在操作方面，只能够麻烦地借助于局域Web服务器或者通过安装浏览器插件来完成某些使用情况。尤其是无法实现直接访问HMI设备的硬件和/或显示器的硬件。
例如，根据现有技术，直接从浏览器进行的硬件访问，例如直接访问USB盘的文件系统，简直就是不可能的。
另外，不建议将标准浏览器用于具有受限资源的嵌入式系统，因为根据现有技术，标准浏览器需要高效的计算机。
为了克服浏览器的限制，主要有以下的解决办法：第一，实施浏览器插件；第二，使用Java小应用程序(Java Applets)；第三，在客户端使用局域Web服务器。
浏览器插件必须针对不同的标准浏览器(如：火狐浏览器、谷歌浏览器、IE浏览器(Internet-Explorer)等)分别实施。尤其是每一个浏览器的插件方案各不相同。因为必须个体化地考虑到每个浏览器，插件结构的使用使得浏览器的实施变得繁琐。
Java小应用程序的使用可能与安全性危险相连，因为在使用Java小应用程序时发现过安全漏洞。再者，Java小应用程序的运行需要Java VM(Java虚拟机)，这对硬件的要求很高。另外，将Java仅作为界面使用的目标相对高。
以上两种使用的基础在于，尤其通过Java的使用，需要一定的计算能力。这些所需的计算能力连同所需的网站决策支持系统的执行一起，在不同的处理器中，对于嵌入式系统是不同程度的挑战。
局域Web服务器的使用为人机界面的运行添入了附加的软件组件。每次询问和回答都产生相应的管理消耗和时间延迟。另外，Web服务器根据实施的不同可能易受攻击。
发明内容
本发明的目的在于提供改进的显示和操作装置，该装置可以与多台现场设备连接，或者其自身能够被进行不同设计。
根据权利要求1，上述目的通过用于操作现场设备的、具有Web应用程序的显示和操作装置实现。其中，所述的显示和操作装置与所述的现场设备之间为可连接，所述的现场设备的至少一个参数被借助于Web应用程序可视化在所述的显示和操作设备上，并且能够实现所述的现场设备的参数化，所述的Web应用程序在浏览器中被执行，以用于可视化和/或参数化，所述的浏览器在所述的显示和操作装置上被执行，所述的浏览器和/或所述的Web应用程序具有界面，所述的界面被设计成能够直接访问组件或者所述的显示和操作装置的操作系统组件，能够直接访问所述的现场设备的组件和/或外部设备。
上述目的还通过借助于具有Web应用程序的显示和操作装置来操作现场设备的方法实现。其中，所述的显示和操作装置与所述的现场设备相连接，所述的现场设备的至少一个参数被借助于Web应用程序可视化在所述的显示和操作设备上，并且能够实现所述的现场设备的参数化，所述的Web应用程序在浏览器中被执行，以用于可视化和/或参数化，所述的浏览器和/或所述的Web应用程序具有界面，通过所述的界面，能够直接访问组件或者所述的显示和操作装置的操作系统组件，能够直接访问所述的现场设备的组件和/或外部设备。
本发明尤其涉及工艺自动化的现场设备，例如：分析器、发射器，尤其是O2发射器，用于烟气研究的现场设备，如：颗粒检测仪，分光仪，激光扫描仪和类似设备。
所述的显示和操作装置例如可以是具有触屏特性的显示器，使用手指就可以进行操作。如果使用者想要输入文字数据，可以例如显示出显示屏键盘。
所述的显示和操作装置基于Web技术。所述的显示和操作装置例如连接在现场设备上，或者直接附设在现场设备上。在连线后，显示和操作装置自动与现场设备电子连接。
本发明使得Web应用程序或者程序能够直接访问显示和操作装置的特定硬件。为了实现此目的，实施了最小化浏览器。
使用Web技术的最大优点是，缩减了使用者界面开发(即：“用户界面”开发)的花费。一次性开发的Web应用程序既可以安装在显示和操作装置中、在标准浏览器中以及甚至安装在App中，也可以用于平板或者智能手机。
通过使用Web技术，也相当于针对不同的终端设备使用了统一的技术。
通过实施根据本发明的特定的、设置在显示和操作装置中的浏览器，能够规避标准浏览器的限制。
根据本发明能够直接通过Web应用程序在浏览器中访问组件或者操作系统组件。
在本发明的扩展中，所述的现场设备具有Web服务器。在连线后，所述的显示和操作装置自动与现场设备的内置Web服务器连接。所述的现场设备的Web服务器提供了Web应用程序，该程序在所述的显示和操作装置的浏览器中被执行。
所述的Web服务器是将文件传递给浏览器或者Web浏览器的服务器。Web服务器是指安装有Web服务器软件的计算机，或者是指在现场设备中的Web服务器软件本身。
Web服务器的主要任务是提供静态文件，例如：未作修改的HTML文件或者图像文件，或者是提供动态生成的文件，例如：内容总是根据显示和操作装置的概况而个体化生成的页面。
优选地，所述的Web应用程序使用HTML、JavaScript和CSS编写。
超文本标记语言(缩写：HTML)，是基于文本的标记语言，用于制定诸如带有超链接的文本、图像和其它内容的数字文件。HTML文件是万维网(World Wide Web)的基础，并通过Web浏览器进行显示。除了被浏览器显示的内容，HTML文件还可以含有元信息形式的附加信息。
作为标记语言，HTML被用于从语义上制定文本，而不是格式化文本。可视化地展示不是HTML规格的部分，它通过浏览器或者Web浏览器和诸如层叠样式表(CSS)的设计模板来确定。
JavaScript(简称：JS)是一种脚本语言，它最初是为Web浏览器中的动态HTML而开发，用于评估用户交互，更改、刷新或者生成内容，并且由此拓展HTML和CSS的可能性。
被作为ECMAScript(ECMA 262)标准化的JavaScript的语言核心是动态输入的、面向对象的、但是无类别的脚本语言。它适合所有面向对象的编程模式(如：基于原型)。在JavaScript中，编程为面向对象的，并且既可以是程序方面，也可以在功能方面。
层叠样式表，简称：CSS，是电子文件的样式表语言，并与HTML和DOM一起被看作是万维网的核心语言之一。它是所谓的灵活标准，并被W3C组织持续开发。通过CSS制定了设计指南，该设计指南主要是与标记语言HTML和XML共同使用。
对于整个网页，包含链接的设计描述(CSS)和图像文件(JPG，PNG，GIF，Flash)的HTML页面一般分别作为单个文件传递。对于每个所需的文件，浏览器或者Web浏览器必须发送各自的询问至Web服务器。
通过JavaScript，使用了直接支持浏览器的Web技术。它不需要使用部分易受攻击的附加程序，也不需要使用诸如Java VM或者局域Web服务器等具有一定效能的硬件。
此外，实施的浏览器或者Web应用程序可以设计得非常简单，因为不需要诸如插件管理的程序组成部分。所述的最小化浏览器被缩减至必不可少的组成部分，即：HTML、CCS和JavaScript的渲染和显示。
可以被用于嵌入式系统中。所说的嵌入式系统是指在技术层面集成或者嵌入的电子计算机或者计算机。其中，所述的计算机承担监视、控制或者调节的功能，或者负责现场设备或者显示和操作装置的数据或信号传递。
在大多数情况下，嵌入式系统都调整为特定用于一项任务。出于成本的考虑，选择最优化的、混合的硬件-软件-实施的结构。这样的结构统一了软件的高灵活性和硬件的效能。其中，软件既用于控制系统本身，也用于控制现场设备，还在必要的情况下，通过定义的界面或者协定用于系统与外界的互动。
在本发明的扩展中，所述的界面为JavaScript界面。根据本发明的浏览器提供了一个特定的JavaScript界面，尤其是提供了一个特定的JavaScript API界面。其中，API是应用程序界面(Applikation Programm Interface)的意思。它允许了例如对于显示和操作装置的硬件的直接访问。由此，不再需要显示和操作装置上自带的附加的Web服务器。
因此，从Web应用程序或者Web应用出发的访问可以通过JavaScript功能实现。由此，可以例如直接提交数据，或者可以直接应对硬件。
为了直接访问组件或者操作系统组件，实施了JavaScript界面。该界面根据组件或者操作系统组件进行调整，并且允许从Web应用程序出发的直接访问。在Web应用程序本身内，能够简单确定，JavaScript界面是否能够供以使用。由此，当JavaScript界面无法供以使用时，展示在Web界面上的Web应用程序的功能可以相应地显示或者隐没。
可以以简单的方式和方法生成该JavaScript界面，由此影响Web应用程序或者Web应用示出的功能范围。
其中，JavaScript界面是根据本发明的最小化的浏览器的固定组成部件。最小化的浏览器是指能够结合CSS渲染HTML(5)并且执行JavaScript编码的根据本发明的浏览器。任何不需要的功能在实施时被放弃。
该特定开发的浏览器还有其他优点。因为在浏览器中内置了特定的用于执行设备扫描的扫描程序，可以直接找到其他的现场设备。设备扫描的结果在第二个步骤中借助于JavaScript-API被提供给程序使用。
例如，JavaScript-API被用于显示一个原有的、存在于显示和操作装置的操作系统中的显示屏键盘。
在本发明的扩展中，所述的JavaScript界面具有网站决策支持系统(WebEngine)，以执行JavaScript编码。网站决策支持系统也可以同样被称为JavaScript程序(JavaScript-Programm)或者JavaScript决策支持系统(JavaScript-Engine)或者具有JavaScript翻译程序的网站决策支持系统。网站决策支持系统也可以被称为HTML渲染器。
网站决策支持系统的JavaScript-API通过自身的JavaScript功能进行拓展。使用的网站决策支持系统必须支持相应的拓展方案。
由此，从使用HTML、JavaScript和CSS编写的Web应用或者Web应用程序出发，可以实现对例如功能‘sick_js_writeFile(…)’的直接调用。这种方法最后在C++中实施，并且与总体应用(即：浏览器)汇编在一起。通过这种方法，能够实现对硬件的直接访问。
在执行JavaScript编码方面，除了所述的访问，适用在标准浏览器中执行时的相同的限制。
优选地，将特定的硬件访问功能的调用限制于特异于生产厂家的Web应用程序或者Web应用或者Web程序。由此，相应地提高安全性。
在另一个实施例中，所述的网站决策支持系统具有程序库。程序库是指子程序的集合，这些子程序为具有同属主题的问题提供解决方法。与Web应用程序或者程序不同的是，库不是能够自己运行的单元，而是它们包括Web应用程序所需的辅助模块。
优选地，所述的网站决策支持系统在编程语言C++中实施。C++是由ISO标准化的编程语言之一。C++既能够实现高效的、面向机器的编程，也能够实现高抽象层面的编程。该标准还定义了标准库，针对该标准库存在不同的实施。
该C++语言由具有非常少的关键词的语言核心组成。类似于C语言，它原本的功能通过C++标准库，以及根据应用领域通过附加库和框架来实现。C++的重点在于开发库的语言工具。
C++的一个优势在于，可以将高效的、面向机器的编程与强大的、包含从简单到复杂的实施细节的语言工具相结合。其中，首要的是模板元编程，它是一种允许高效与抽象可以几乎不折衷地结合的技术。
在本发明的扩展中，所述的操作系统组件为文件系统的驱动、显示器的驱动和/或网络的驱动。
设备驱动，通常只简称为驱动，是计算机程序或者软件模块，用于控制与连接的、安装的硬件或者可视化设备之间的交互。其中，一方面，在大多数情况下，驱动直接与设备(即：显示和操作装置的设备或者现场设备的设备)进行通信，并且通过通信总线(例如：硬件接口或者操作系统的基础通信系统)，与该设备交换控制信号或者数据；另外一方面，驱动为操作系统和/或Web应用程序或者应用软件提供了标准化的界面，以使得该具体的设备能够跟其他生产厂家的同类型设备一样，以相同的方式被应对。
设备驱动的主要任务在于通过硬件抽象层提供面向硬件的功能。众多类型的设备各不相同，甚至是用于完成相同目的的设备，也不相同。甚至于，同一生产厂家的一个现场设备的不同机型，例如：具有新功能或者更高效能的不同机型，经常会被完全不同地进行驱动。
不能期望计算机和它们的操作系统能够处理所有这些不同的类型,这里，先不考虑未来的设备。为了解决这个问题，操作系统会预想应该如何应对一类的设备。因而，设备驱动关注将操作系统的功能调用翻译成设备特定的控制信号。由此，只要存在针对该设备的驱动，即使一台具有全新驱动的全新设备也应该无障碍运行。通过相同的功能调用，也可以应对操作系统，如同应对每台其他的设备一样。
经常存在一个驱动的许多不同的变体。它们首先是与被支持的硬件有关，也经常以不同的版本。此外，针对每个被支持的操作系统必须存在一个变体，因为相关的界面例如在不同的操作系统也会非常不同。再者，它们还与计算机和操作系统的基础结构有关，也与处理带宽有关。如果针对确定的操作系统或者结构不存在驱动，可以在比较麻烦的情况下模拟一个相应的环境，也就是说，添加其他的抽象层。
如果硬件组件不能自行运作并受到软件的支持，那么在没有合适的驱动的情况下，它是无法工作的。
例如可以调节显示和操作装置的对比度或者亮度。其中，显示和操作装置设置了驱动，以进行对比度或者亮度的调节。
优选地，所述的显示和操作装置为工程工具、智能手机、平板电脑、笔记本电脑或者台式电脑。
还可以通过浏览器在智能手机、平板电脑、笔记本电脑或者台式电脑上调用内置的Web服务器，其前提是，在显示和操作装置与现场设备之间同样存在着连接，例如通过以太网或者WLAN。尽管应用了统一的技术，即Web技术，也能够使用最不相同的设备。
在优选实施例中，所述的显示和操作装置通过以太网连接与所述的现场设备相连接。以太网是一种技术，其软件(即：协定等)和硬件(即：电缆、分配器、网卡等)特定于连接电缆的数据网。它最初是为局域数据网(LANs)所设计的，由此也被称为LAN技术。它使得连接在局域网(LAN)的设备能够以数据帧的形式进行数据交换。那时，传输率指定为10兆/秒、100兆/秒(快速以太网)、1000兆/秒(千兆以太网)、10、40和100千兆/秒。通过光纤，以太网的范围为10公里及更远。
在扩展例中，所述的外部设备是可插式的USB移动存储设备。USB大容量存储设备指的是通过通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)进行通信的设备，该设备具有内置的数据存储器，并且主要被用作可移动磁盘。常见的使用形式是USB记忆盘，也简略地俗称为USB盘。
下面将根据实施例结合附图对本发明的优点和特征进行进一步的说明。附图显示于：
附图说明
图1示出具有web应用程序的用于操作现场设备的显示和操作装置。
在附图中，相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出具有Web应用程序12的显示和操作装置4，用于操作现场设备1。其中，显示和操作装置4与现场设备1之间为可连接，现场设备1的至少一个参数被借助于Web应用程序12可视化在显示和操作设备4上，并且能够实现现场设备1的参数化，Web应用程序12在浏览器2中被执行，以用于可视化和/或参数化，浏览器2在显示和操作装置4上被执行，浏览器2和/或Web应用程序12具有界面5，界面5被设计成能够直接访问组件20或者显示和操作装置4的操作系统组件10，能够直接访问现场设备1的组件20和/或外部设备13。在图1中，外部设备13是可插式的USB移动存储设备19。
显示和操作装置4可以例如连接在现场设备1上，或者直接附设在现场设备1上。在连线后，显示和操作装置4自动与现场设备1电子连接。
浏览器2使得Web应用程序12或者程序能够直接访问显示和操作装置4的特定硬件。
在图1中，现场设备1中具有Web服务器11。在连线后，显示和操作装置4自动与现场设备1的内置Web服务器11连接。现场设备1的Web服务器11提供了Web应用程序12，该Web应用程序12在显示和操作装置4的浏览器2中被执行。
最小化的浏览器2被缩减至必不可少的组成部分，即：HTML、CCS和JavaScript的渲染和显示。在图1中，界面5是JavaScript界面6。
浏览器2提供了一个特定的JavaScript界面6，尤其是提供了特定的JavaScript-API界面。这从而使得例如对显示和操作装置4的硬件的直接访问成为可能。
因此，从所述的Web应用程序12或者Web应用出发的访问可以通过JavaScript功能实现。由此，能够例如直接提交数据，或者能够直接应对诸如文件系统16或者网络17的硬件。
为了直接访问组件20或者操作系统组件10，实施了JavaScript界面6。该界面6根据组件20或者操作系统组件10进行调整，并且允许Web应用程序12的直接访问。
这里，JavaScript界面6是最小化的浏览器2的固定组成部件。最小化的浏览器2是指能够结合CSS渲染HTML(5)并且执行JavaScript编码的浏览器2。任何不需要的功能在实施时被放弃。
特定开发的浏览器2还有其他优点。因为在浏览器2中内置了特定的用于执行设备扫描的扫描程序，可以直接找到其他的现场设备1。设备扫描的结果在第二个步骤中借助于JavaScript-API被提供给程序12使用。
在图1中，JavaScript界面6具有网站决策支持系统(WebEngine)7，以执行JavaScript编码。在图1中，网站决策支持系统(WebEngine)7具有程序库14。
在图1中，操作系统组件10为文件系统16的驱动15、显示和操作装置4或者显示器的驱动15和/或网络17的驱动15。能够例如通过操作系统界面9应对所述的驱动。
例如可以调节显示和操作装置4或者显示器的对比度或者亮度。其中，显示和操作装置4设置了驱动15，以进行对比度或者亮度的调节。
优选地，显示和操作装置为工程工具、智能手机、平板电脑、笔记本电脑或者台式电脑。
也可以借助于浏览器2在智能手机、平板电脑、笔记本电脑或者台式电脑上调用现场设备1的内置Web服务器11，其前提是，在显示和操作装置4与现场设备1之间同样存在连接，例如通过以太网18或者WLAN。在图1中，显示和操作装置4通过以太网连接18与现场设备1相连接。
附图标记列表
1 现场设备
2 浏览器
4 显示和操作装置
5 界面
6 JavaScript界面
7 网站决策支持系统
8 操作系统
9 操作系统界面
10 操作系统组件
11 Web服务器
12 Web应用程序
13 外部设备
14 程序库
15 驱动
16 文件系统
17 网络
18 以太网连接
19 可插式USB移动存储设备
20 组件

Claims (14)

1.一种显示和操作装置，用于操作现场设备(1)，具有Web应用程序(12)，其中，所述的显示和操作装置(4)与所述的现场设备(1)之间为可连接，所述的现场设备(1)的至少一个参数被借助于所述的Web应用程序(12)可视化在所述的显示和操作设备(4)上，并且能够实现所述的现场设备(1)的参数化，所述的Web应用程序(12)在浏览器(2)中被执行，以用于可视化和/或参数化，所述的浏览器(2)在所述的显示和操作装置(4)被执行，
其特征在于：
所述的浏览器(2)和/或所述的Web应用程序(12)具有界面(5)，所述的界面(5)被设计成能够直接访问组件(20)或者所述的显示和操作装置(4)的操作系统组件(10)，能够直接访问所述的现场设备(1)的组件(20)和/或能够直接访问外部设备(13)。
2.根据权利要求1所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的现场设备(1)具有Web服务器(11)。
3.根据权利要求1所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的Web应用程序(12)使用HTML、JavaScript和CSS编写。
4.根据上述权利要求至少一项所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的界面(5)为JavaScript界面(6)。
5.根据上述权利要求至少一项所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的显示和操作装置(4)具有网站决策支持系统(WebEngine)(7)和JavaScript界面(6)，以执行JavaScript编码。
6.根据上述权利要求至少一项所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的网站决策支持系统(7)具有程序库(14)。
7.根据上述权利要求至少一项所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的网站决策支持系统(7)在编程语言C++中实施。
8.根据上述权利要求至少一项所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的操作系统组件(10)为至少一个文件系统(16)的驱动(15)、至少一个所述的显示和操作装置(4)的驱动(15)和/或至少一个网络17的驱动(15)。
9.根据上述权利要求至少一项所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的显示和操作装置(4)为工程工具、智能手机、平板电脑、笔记本电脑或者台式电脑。
10.根据上述权利要求至少一项所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的显示和操作装置(4)通过以太网连接与现场设备(1)相连接。
11.根据上述权利要求至少一项所述的显示和操作装置，其特征在于，所述的外部设备(13)为可插式的USB移动存储设备(19)。
12.一种通过具有Web应用程序的显示和操作装置操作现场设备的方法，其中，所述的显示和操作装置(4)与所述的现场设备(1)相连接，所述的现场设备(1)的至少一个参数被借助于所述的Web应用程序(12)可视化在所述的显示和操作设备(4)上，并且能够实现所述的现场设备(1)的参数化，所述的Web应用程序(12)在浏览器(2)中被执行，以用于可视化和/或参数化，所述的浏览器(2)在所述的显示和操作装置(4)上被执行，
其特征在于：
所述的浏览器(2)和/或者所述的Web应用程序(12)具有界面，通过所述的界面，能够直接访问组件(20)或者所述的显示和操作装置(4)的操作系统组件(10)，能够直接访问所述的现场设备(1)的组件(20)和/或能够直接访问外部设备(13)。
13.根据权利要求12所述的通过具有Web应用程序的显示和操作装置操作现场设备的方法，其特征在于，所述的界面为JavaScript界面(6)，所述的JavaScript界面(6)具有网站决策支持系统(WebEngine)(7)，以执行JavaScript编码。
14.根据上述权利要求12-13至少一项所述的通过具有Web应用程序的显示和操作装置操作现场设备的方法，其特征在于，所述的显示和操作装置(4)通过以太网连接与现场设备(1)相连接。
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