CN109074044B - 连接单元、监控系统和操作自主化系统的方法 - Google Patents

连接单元、监控系统和操作自主化系统的方法 Download PDF

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Abstract

本发明关于一种用于传输自主化系统(1)的自主化过程的过程数据至外部数据基础结构(4)的连接单元(100)，其被设计作为用于在所述自主化系统(1)的场平面(20)中的安排的场装置。所述连接单元(100)包括场总线模块(110)、网络模块(130)以及接口模块(120)。所述场总线模块(110)可以被连接至场总线(102)并且被设计为经由所述场总线(102)与经由场连接(25)而连接至自主化过程的信号单元(40、41、42、43、50)交换所述过程数据。所述网络模块(130)可以被连接到外部的数据网络(7)，并且被设计为经由所述外部数据网络(7)与所述外部数据基础结构(4)交换所述过程数据。所述接口模块(120)被连接到所述网络模块(130)和所述场总线模块(110)，以用于在所述场总线模块(110)和所述网络模块(130)之间的所述过程数据的交换，并且被设计以独立地允许在所述网络模块(130)和所述外部数据基础结构(4)之间的所述过程数据的所述交换。

Description

连接单元、监控系统和操作自主化系统的方法
技术领域
本发明关于一种用于自主化系统的连接单元，一种具有用于自主化系统的连接单元的监控系统和一种用于操作自主化系统的方法。
本申请请求于2016年4月22日提交的题为“Connecting unit,monitoring systemand method for operating an automation system”的德国专利申请DE 10 2016 107491.8的优先权。优先权申请案DE 10 2016 107 491.8的公开内容也通过反向引用明确地被作成本申请的内容。
背景技术
大致而言，本发明涉及自主化系统至外部数据基础结构的连接。本发明可以特别地用于工业自主化、用于建筑物和空调自主化、用于舞台技术、用于能源技术或用于交通管理技术的自主化系统中。例如，在工业自主化的上下文中，自主化系统可以控制压机、包装机或用于执行化学过程的安装，及例如，在建筑物自主化的上下文内，它可以控制建筑的加热和通风系统、太阳能保护系统或者接入系统。自主化系统可以被使用于能源技术中，尤其是在风力发电安装、光伏系统、生质发电站中或能量记录系统中。这里引用的实施例不应被视为结论性列表，并且不限制本发明的保护范围。
自主化系统被使用于控制自主化过程。自主化过程通常包括读入表征自主化过程状态的输入数据，并且基于通过传感器捕获的测量值。例如，传感器可以被配置成作为开关、温度传感器、压力传感器或光栅。输入数据可以包括通过传感器测量的温度值、压力值或开关状态。输入数据通常通过自主化系统的控制单元形成用于建立被使用于控制自主化过程的输出数据的基础。输出数据通常表示用于自主化系统的致动器的控制值。例如，致动器可以被配置成继电器、电动机或阀门。控制值可以包括电动机电流、电动机速度、开关电压或开关电流。
测量值通常通过信号单元以输入信号的形式从传感器读入，并在信号单元中转换成输入数据。类似地，信号单元将输出数据转换成控制值，并将控制值输出至致动器作为输出信号。输入和输出信号通常也可被称为场信号。例如，场信号可以是电压信号、电流信号，数字数据信号或调节的电流和电压。
信号单元具有用于连接传感器和致动器的场连接、以及用于场信号的输入或输出的场连接。它们通常经由数据线(例如经由场总线)连接至自主化系统的控制单元。数据线被使用于将读入的测量值作为输入数据从信号单元传输到控制单元，以进一步处理，并且将通过控制单元提供的控制值作为输出数据传输到信号单元。在这种情况下，信号单元被配置成执行在数据线和场信号上循环的输入和输出数据之间的转换。
自主化系统可以分为场等级和控制等级。场等级包括自主化系统的所有组件，这些组件通常被安排靠近过程，也就是说在被控制的安装、机器或其他技术结构上或于其邻近处，并且被使用于转发或转换输入和输出数据，以及还有场信号。尤其是，场等级包括信号单元、以及连接到信号单元的传感器和致动器。控制等级包括控制单元和接收在场等级上捕获的控制数据的所有其他控制装置，并且处理它们以产生输出控制数据以用于输出到场等级上。场等级和控制等级通常通过一或多个数据线连接彼此。
自主化系统的控制单元不仅能够处理输入和输出数据以为了控制自主化过程的目的，而且能够将它们从自主化系统转发到外部数据基础结构。外部数据基础结构可以是提供基于数据的服务(如所知的“云端”)的计算器系统。基于数据的服务可以包括用于之后使用的数据的存储或数据的评估或分析。这允许例如自主化系统的能量消耗、温度或其他物理参数被记录。
与在控制单元中的输入和输出数据的存储和分析相比，转发到外部数据基础结构提供了以下优点：数据的存储和分析不需要控制单元的任何硬件资源被使用，以及数据或分析的结果可以被转发至同样地被连接到外部数据基础结构的其他单元。此外，来自在一或多个自主化系统的分布式安排中的多个控制单元的数据在外部数据基础结构中可以被汇集在一起以及被组合。
外部数据基础结构的计算器系统可以经由本地区域和/或私人数据网络或者经由全球和/或基本公共数据网络(例如因特网)而连接到自主化系统。尤其是，经由因特网可接入的外部数据基础结构被提供作为通过各种因特网公司的云端服务。
将自主化系统的控制单元连接到外部数据网络需要控制单元的计算能力被使用于转发输入和输出数据，然后所述计算能力不再可用于自主化过程的实际控制。
发明内容
本发明的一个目的是允许自主化系统与外部数据基础结构的改进的连接。
这些目的通过根据独立权利要求的连接单元、监控系统和用于操作自主化系统的方法来达成。进一步的有利的实施例在每一个从属权利要求中详细中说明。
用于将自主化系统的自主化过程的过程数据传输到外部数据基础结构的连接单元被配置成作为用于在自主化系统的场等级上的安排的场装置。连接单元包括场总线模块、网络模块和界面模块。场总线模块可连接到场总线，并且被配置成经由场总线与经由场连接而被连接至自主化过程的信号单元交换过程数据。网络模块可连接至外部数据网络，并被配置成经由外部数据网络与外部数据基础结构交换过程数据。接口模块被连接至网络模块和至场总线模块，以用于在场总线模块和网络模块之间的过程数据的交换，并被配置成自主地促成在网络模块和外部数据基础结构之间的过程数据的交换。
连接单元自主地促成过程数据与外部数据基础结构的交换的结果是，过程数据的交换特别地可以独立于自主化过程的控制而被实现，也可能过程数据的交换独立于自主化系统的控制单元而被实现、并且也独立于自主化系统中所有其他控制单元而被实现。这意味着有利地，没有用于控制自主化过程的资源、特别地是没有控制单元的计算能力，被使用于将过程数据传输到外部数据基础结构。
由于连接单元被配置成场装置，连接单元仅转发过程数据，而不将它们逻辑地组合以控制自主化过程。这意味着包括连接单元和信号单元的监控系统以及自主化过程的控制有利地能够被配置成功能地彼此独立。这避免了在连接单元或外部数据基础结构中的干扰的事件中自主化过程的控制的潜在地安全关键的故障。
连接单元通过外部数据网络自主地促成过程数据的交换的结果是，连接单元可以有利地仅经由从连接单元释出的数据连接将过程数据与外部数据基础结构交换。这通过在连接单元和外部数据网络之间的防火墙来促进自主化系统的保护。
在连接单元的开发中，接口模块被配置成周期性地和/或在存储在连接单元中的事件的发生时促成过程数据的交换。在连接单元的开发中，场总线模块被配置成经由场总线与信号单元周期性地交换过程数据。这允许经由场总线的过程数据的交换，以及经由在时间上解耦合的外部数据基础结构的过程数据的交换。特别地，经由外部数据网络传输的过程数据的量可以与对外部数据网络的连接单元的接入带宽相匹配，并且，通过示例，与经由场总线所交换的过程数据的量相比较，可以被减少。
在连接单元的开发中，场总线模块包括被配置成促成被连接到场总线的信号单元的轮询的配置模块，并使得与信号单元有关的配置数据可用。这有利地允许通过连接单元的自主轮询和配置数据的提供。
连接单元的开发具有被连接到网络模块的服务器模块，并且被配置成使得连接单元的配置数据可用于经由外部数据网络被连接到网络模块的外部计算器的接入模块。连接单元被配置成基于配置数据配置场总线模块和/或场总线和/或信号单元和/或接口模块。这允许连接单元的和信号单元的配置经由外部数据网络以简单的方式被确定和改变。
在连接单元的开发中，场总线模块被配置成经由场总线以场总线数据格式来交换过程数据，以及网络模块被配置成经由外部数据网络以网络数据格式传输过程数据。连接单元具有被配置成在场总线数据格式和网络数据格式之间来转换过程数据的转换模块。结果，其有利地可能在每一种情况下，不同的数据格式被使用于经由场总线和外部数据网络来传输过程数据。特别地，过程数据可以经由场总线以二进制数据格式传输，以及经由外部数据网络以纯文本数据格式传输。
连接单元的开发具有被配置成在经由场总线接收之后以及在经由外部数据网络发送之前缓冲存储过程数据的内存模块。这有利地允许在连接单元和外部数据基础结构之间的数据连接的终止的事件下过程数据被缓冲存储在连接单元中，并且在数据连接的恢复之后，被集合地发送到外部数据基础结构。
在连接单元的开发中，接口模块包括传输模块，其中传输模块被配置成经由网络模块通过打开传输信道来促成过程数据的交换，以便发送包括过程数据的网络消息。
在连接单元的开发中，接口模块具有接收模块，其中接收模块被配置成经由网络模块通过打开接收信道来促成过程数据的交换，以便提取包括过程数据的网络消息。
连接单元通过打开传输信道和接收信道来促成过程数据的交换的结果是，在连接单元和外部数据基础结构之间要实现的过程数据的自主交换是有利地简单的事情。通过网络消息的过程数据的交换允许在连接单元和外部数据基础结构之间的过程数据的平台独立的及在时间上解耦合的交换，例如使用在外部数据网络中的消息分布模块。
在开发中，连接单元具有实时系统和应用系统，其中实时系统包括接口模块和场总线模块，且应用系统包括网络模块。例如，实时系统可以提供允许时间关键过程的确定性的执行的实时环境。应用系统可以包括自己的运行时间非关键的所有模块。在连接单元中的实时系统和应用系统的使用允许经由外部数据网络的过程数据的交换在时间上从经由场总线的过程数据的传输来解耦合。此外，为了经由场总线的过程数据的传输，这对于自己的执行预先假定实时环境的被使用的场总线协议是可能的。
用于在自主化系统的场等级上安排的监控系统包括用于将自主化系统的自主化过程的过程数据传输到外部数据基础结构的连接单元、以及信号单元。信号单元被配置成经由场连接而被连接到自主化过程。为了交换过程数据的目的，信号单元的场总线接口被配置成经由场总线而被连接到连接单元。
在监控系统的开发中，信号单元的场连接被配置成作为另一场总线接口。另一场总线接口被配置成被连接到自主化系统的安装场总线，以便同时记录在安装场总在线交换的安装场总线数据作为过程数据。这有利地允许安装场总线数据作为过程数据经由连接单元被转移至外部数据基础结构，而不会对自主化系统的控制单元的计算能力造成压力。
一种用于操作具有用于在信号单元和外部数据基础结构之间传输自主化系统的过程数据的连接单元的自主化系统的方法，所述信号单元经由场连接而被连接至与自主化系统的自主化过程，以及外部数据基础结构包括在连接单元和信号单元之间通过场总线交换过程数据。此外，所述方法包括连接单元经由外部数据网络在连接单元和外部数据基础结构之间自主地促成过程数据的交换。
在所述方法的开发中，通过由连接单元对包括过程数据的网络消息的提供及/或提取，过程数据的交换被促成。
所述方法的开发包括进一步以下的步骤：在信号单元中建立输入过程数据，所述输入过程数据表示通过自主化系统所执行的自主化过程的状态。此外，所述方法包括将输入过程数据作为过程数据经由场总线从信号单元传输至连接单元，作为过程数据的交换的部分，以及将过程数据经由外部数据网络从连接单元传输至外部数据基础结构作为过程数据的交换的部分。至外部数据基础结构的过程数据的传输有利地允许过程数据被存储在外部数据基础结构中、被分析或被进一步处理，以及过程数据或分析的结果经由外部数据网络可用于进一步的计算单元，特别是移动装置。
所述方法的开发包括信号单元同时地记录在被连接至信号单元的安装场总在线循环的安装场总线数据，以及提供同时地被记录的安装场总线数据作为表示在信号单元中的自主化过程的状态的输入过程数据。
所述方法的开发包括外部数据基础结构提供输出过程数据作为过程数据，以及连接单元经由外部数据网络从外部数据基础结构提取输出过程数据作为过程数据的交换的部分。这种方法有利地允许经由外部数据网络在连接单元和外部数据基础结构之间的双向数据交换。
所述方法的开发包括将输出过程数据经由场总线从连接单元传输到信号单元作为过程数据的交换的部分，以及信号单元基于输出过程数据影响自主化过程。这种方法有利地允许通过被使用于致动被连接到信号单元的致动器的外部数据基础结构使计算能力可用。此外，被连接到信号单元的致动器可以有利地基于通过被连接到外部数据网络的任意单元所提供的输入数据而被致动。
所述方法的开发包括基于通过连接单元提取的输出过程数据来调适连接单元的配置。这允许外部数据基础结构，例如响应于通过连接单元转移的输入过程数据的评估或者通过被转移到外部数据基础结构的过程数据的接收者的查询，以自主化的方式获得输入过程数据的转移传输的调适，例如为了以较短的时间间隔捕获输入过程数据，以为了自主化过程的状态的更准确的记录。
所述方法的开发包括提供输出过程数据作为过程数据的外部数据基础结构、从外部数据基础结构提取输出过程数据的自主化系统的控制单元、以及基于输出过程数据影响自主化过程的控制单元。这有利地允许通过信号单元捕获的、以及在被使用于控制自主化过程的外部数据基础结构中被评估和被处理的输入过程数据。
附图说明
本发明参考以下所附图式而被更详细地解释，其中，在每种情况下的示意图中：
图1示出了具有包括连接单元的第一监控系统的第一自主化系统；
图2示出了具有包括连接单元的第一监控系统的第二自主化系统；
图3示出了具有包括连接单元的第二监控系统的第三自主化系统；以及
图4示出了与第一监控系统相关联的连接单元。
具体实施方式
图1示出了用于控制自主化过程的第一自主化系统1。第一自主化系统1具有控制单元12和多个安装信号单元24。安装信号单元24经由场连接25连接到第一自主化系统1的传感器26、致动器28或传感器-致动器单元29。场连接25、传感器26、致动器28和传感器-致动器单元29将安装信号单元24连接到自主化过程。例如，传感器26、致动器28和传感器-致动器单元29可以被安排在通过第一自主化系统1所控制的安装或机器上。
场连接25被安装信号单元24和传感器26、致动器28和传感器-致动器单元29来使用，以交换表示已经被传感器26的其中一个或传感器-致动器单元29的其中一个所捕获的测量值的、并且表征自主化过程的状态的场信号(例如作为输入信号)。作为输出信号，场信号例如是将致动器28的其中一个或传感器-致动器单元29的其中一个致动的电信号，从而影响或改变自主化过程的状态。因此，传感器-致动器单元29将输入信号和输出信号两者与安装信号单元24交换。
控制单元12和安装信号单元24经由安装场总线14彼此连接。安装场总线14是用于为了控制自主化过程的控制数据的交换的数据线。例如，安装场总线14可以是基于EtherCAT、Profibus或CAN总线标准。经由在控制单元12和安装信号单元24之间的安装场总线14交换的控制数据包括表示通过安装信号单元24所捕获的测量值的输入数据、以及表示将被传输至安装信号单元24的控制数据的输出数据。在安装信号单元24中，转换是在安装场总线14上的控制数据和与传感器26、致动器28和传感器-致动器单元29交换的场信号之间被实现。
安装信号单元24可以直接被连接至安装场总线14或者经由耦合单元22被连接至安装场总线14。在经由耦合单元22连接的情况下，相关的安装信号单元24是经由数据线连接至耦合单元22，且耦合单元22将在安装场总线14上循环的控制数据转发到连接至耦合单元的安装信号单元24。在耦合单元22和安装信号单元24之间的数据线同样可以被配置成作为例如场总线。
控制单元12充当读入输入数据的上位控制单元，所述输入数据表征自主化过程的状态并且为例如基于通过传感器26所捕获的输入信号，并且所述控制单元12进一步处理它们以产生通过被输出到致动器28的输出信号促使自主化过程的状态改变的输出数据。为了产生输出数据，输入数据根据在控制单元12上运行的控制程序而逻辑地彼此组合。
第一自主化系统1可以被分成控制等级10和场等级20。在这种情况下，场等级20包括读入并输出、转发并可能将为了控制自主化过程所需要的场信号和控制数据彼此转换的自主化系统1的所有装置和单元。通常，场等级20的装置被安排靠近将被自主化过程控制的机器或安装上的场。场等级20包括信号单元24、传感器26、致动器28、传感器-致动器单元29和耦合单元22。场等级20的装置形成自主化系统1的场装置。
控制等级10包括处理和逻辑地组合表征自主化过程状态的传感器26、29的输入数据的所有装置和单元，以产生用于致动器28、29的输出数据。特别地，控制等级10包括用于控制自主化过程的控制程序运行所在的所有装置和单元，例如控制单元12。
通常，场等级20的装置和控制等级10的装置被安排成物理地彼此分离。控制等级10的装置可以替代地被安排在场等级20的装置的直接邻近处中。在这种情况下，场等级20和控制等级10可以功能地被彼此定界，以实现控制等级10的装置处理控制数据，例如逻辑地组合输入数据，以便产生输出数据，然而尽管场等级别20的装置转发控制数据和场信号，但它们不将其彼此逻辑地组合。
在图1中描绘的第一自主化系统1中，控制等级10的装置和场等级20的装置被安排成在分离的壳体中彼此物理地分离。在第一自主化系统1的其他实施例中，控制等级10和场等级20的装置，也就是特别地控制单元12和信号单元24，可以被集成在单一装置中，特别是在一个共享的壳体中。
第一自主化系统1的场等级20不仅具有信号单元24、还具有根据本发明作为场装置、被安排在其上的第一监控系统30。监控系统30被配置成将通过控制单元12控制的自主化过程的过程数据与外部数据基础结构4交换。为此，监控系统30同样作为场装置，包括连接单元100和第一信号。单元40、第二信号单元41、第三信号单元42以及另一第三信号单元43。
在信号单元40、41、42、43和外部数据基础结构4之间交换的自主化过程的过程数据像是在控制单元12和安装信号单元24之间交换的输入和输出数据一样，可以进入过程数据、或输入过程数据；或是外送过程数据、或输出过程数据。作为输入过程数据，过程数据从信号单元40、41、42、43被传输到外部数据基础结构4，过程数据能够描绘自主化过程的状态或物理参数，例如温度、压力或开关状态。作为输出过程数据，过程数据从外部数据基础结构4被传输到信号单元40、41、42、43，过程数据能够描绘将被输出到自主化过程的数据，例如为了将致动器致动的目的。输入过程数据因此对应于在安装场总线14上被安装信号单元24发送的输入数据，以及输出数据对应于经由安装场总线14被安装信号单元24接收的输出数据。
第一监控系统30的第一信号单元40具有经由场连接25而连接至其的传感器26，所述传感器被连接到自主化过程，例如被安排在受控制的安装或机器上，并且捕获应该被传输到外部数据基础结构4的测量值。例如，传感器26可以记录压力、温度、能量消耗或振动。第二信号单元41具有经由场连接25而连接至其的致动器28，所述致动器与传感器26一样被连接到自主化过程并且可以基于控制值而影响自主化过程。例如，致动器可以被配置作为阀、继电器或电动机。第三信号单元42、43的每一个具有被连接到可以捕获测量值并且被控制值的影响的它们的传感器-致动器单元29。为了连接传感器和致动器的目的，信号单元40、41、42、43的场连接25被配置成数字和/或模拟输入和/或输出。测量和控制值经由场连接25以输入和输出信号的形式被传输。
连接单元100被安排在第一自主化系统1的场等级20上并且被配置作为场装置。如此，连接单元100被配置成在信号单元40、41、42、43和外部数据基础结构4之间转发过程数据，但是它不被使用于控制自主化过程。特别地，为了过程控制的目的，它不形成过程数据的任何逻辑组合。
为了交换过程数据的目的，信号单元40、41、42、43和连接单元100经由场总线102被连接至彼此。为了交换过程数据的目的，连接单元100和外部数据基础结构4经由外部数据网络7而连接。
连接单元100可被使用于在信号单元40、41、42、43和外部数据基础结构4之间传输过程数据。在这种情况下，过程数据的传输包括经由场总线100在连接单元100和信号单元41、41、42、43之间的过程数据的交换。此外，过程数据的传输包括经由外部数据网络7在连接单元100和外部数据基础结构4之间的过程数据的交换。在这情况下，经由外部数据网络7的过程数据的交换是通过连接单元100而被主动地且自主地促成。特别地，经由外部数据网络7的过程数据的交换或通过场总线102的过程数据的读入和输出是通过连接单元100独立于控制单元12而被促成。表示测量值和控制值的场信号也通过监控系统30自主地被读入和输出，并且特别地是独立于控制单元12和/或安装信号单元24。
经由场总线102和经由外部数据网络7的过程数据的交换包括在每种情况下从信号单元40、41、42、43经由连接单元100到外部数据基础结构4的输入过程数据的传输，以及从外部数据基础结构4经由连接单元100到信号单元40、41、42、43的输出过程数据的传输。
在数据交换之前，信号单元40经由场连接25从传感器26读入表示通过第一自主化系统1所控制的自主化过程的状态的输入信号。第一信号单元40将所读入输入信号作为用于建立过程数据作为输入过程数据的基础，所述输入过程数据同样表示通过自主化系统执行的自主化过程的状态。第一信号单元40经由场总线102将输入过程数据传输到连接单元100，作为过程数据的交换的部分。在经由场总线102的接收之后，连接单元100经由外部数据网络7将过程数据传输到外部数据基础结构4上。
外部数据基础结构4可以提供基于数据的服务，如所知的“云端”。为此，外部数据基础结构4可以进行数据服务6，而所述数据服务6处理例如存储、分析或否则评估被转移到外部数据基础结构4的过程数据。外部数据基础结构4还可以提供多个数据服务6。外部数据基础结构4可以被配置成经由外部数据网络7使过程数据或分析或处理的结果可用于另一应用，例如在另一计算器或移动终端上运行的应用。过程数据还可以通过机器学习或数据挖掘方法在外部数据基础结构4上被分析或被处理。
外部数据基础结构4还可以被配置成提供过程数据作为输出过程数据。通过示例，输出过程数据可以通过数据服务6基于先前被信号单元4转移的输入过程数据来建立，以便影响自主化过程的状态。例如，以这种方式，自主化过程的控制功能可以在外部数据基础结构4上被执行。然而，输出过程数据也已经可以基于经由外部数据网络7通过其他单元(例如通过另一些连接单元或通过控制单元)而为可用于外部数据基础结构4的数据来建立。
输出过程数据可以通过连接单元100从外部数据基础结构4被提取作为在外部数据基础结构4和连接单元100之间的过程数据的交换的部分。然后过程数据经由外部数据网络7被传输到连接单元100用于接收。
通过示例，为了致动被连接到第二信号单元41的致动器28的目的，输出过程数据可以通过外部数据基础结构4而被提供。连接单元100可以经由场总线102将过程数据传输到第二信号单元41作为过程数据交换的部分。第二信号单元41经由场总线102接收输出过程数据，并基于输出过程数据影响自主化过程。通过示例，第二信号单元41可以使用其场连接25经由基于输出过程数据所建立的输出信号来使致动器28致动。
被连接到第三信号单元42、43的传感器-致动器单元29，作为传感器，首先可以读入输入信号，以及其次，作为致动器，它们可以经由输出信号而被致动。与第一信号单元40类似，第三信号单元42、43将输入信号转换为输入过程数据，用于对外部数据基础结构4的转移，并且经由场总线102将输入过程数据转发到连接单元100。与第二信号单元41类似，第三信号单元42、43接收输出过程数据，将它们转换为输出信号并将输出信号输出到传感器-致动器单元29。
根据规定的场总线协议或标准，连接单元100和信号单元40、41，42、43被配置成经由场总线102传输过程数据。例如，场总线标准可以是EtherCAT、Profibus、Interbus或CAN总线标准。用于将过程数据传输到连接单元100的场总线102和用于传输控制数据的安装场总线14可以基于相同的或不同的场总线协议和标准。为了对场总线102的连接，信号单元40、41、42、43每一个具有实施各自的标准和协议的场总线接口45。
外部数据网络7可以是有线网络，例如以太网网络，或例如基于无线电的网络。外部数据基础结构4可以基于被安排在邻近于第一自主化系统1的本地计算器系统。在这种情况下，外部数据网络7可以包括或由例如区域网络(LAN)组成。外部数据基础结构4也可以基于远程计算器系统。在这种情况下，外部数据网络7还可以包括因特网，从而原则上外部数据基础结构4可以在全世界被安排。
在连接单元100与外部数据基础结构4或数据服务6之间的过程数据的交换可以通过网络消息的相互交换来实现。网络消息的交换可以通过消息分布模块5而被协调。在这情况下，网络消息不必在分布模块5和数据服务6或接收过程数据的其他应用之间被直接交换。取代地，在每种情况下连接单元100和数据服务6或另一应用可以将具有过程数据的网络消息与消息分布模块5交换，然后所述消息分布模块对各自的接收器执行网络消息的转发。
因此，连接单元100和数据服务6或另一应用不直接彼此耦合，而是仅经由消息分布模块5间接地彼此通信。这允许连接单元100在时间上和空间上解耦合的操作作为网络消息的发送者和网络消息的接收者。所述消息分布模块5可以被配置成允许网络消息的平台和操作系统独立的交换。
消息分布模块5可以为了网络消息提供消息队列。它还可以包括所知的“消息中介”，其验证、转换和/或转发网络消息。消息分布模块5可以体现为外部数据基础结构4上的软件应用。消息分布模块5可以是例如所知的消息导向的中间件。例如，包含过程数据的网络消息与消息分布模块5的交换可以使用MQTT协议或AMQP协议而被实现。
连接单元100和第一自主化系统1可以配置成使得连接单元100经由外部数据网络7促成过程数据的交换。这包括将输入过程数据发送到外部数据基础结构4或是从外部数据基础结构4接收输出过程数据两者。这可涉及经由从连接单元100释出的数据连接经由外部数据网络7而被交换的输入过程数据以及输出过程数据的每一个。通过示例，经由外部数据网络7对外部数据基础结构4的输入过程数据的发送可以藉由使得输入过程数据可被用于发送的连接单元100而被促成。这涉及充当输出过程数据的主动发送器的连接单元100，其主动促成过程数据本身的发送。经由外部数据网络7的输出过程数据的接收可以通过经由外部数据网络提取输出过程数据的连接单元100通过连接单元100而被促成。这涉及连接单元100充当主动地促成过程数据本身的接收的输出过程数据的主动接收器。
如此，从连接单元100向外部数据基础结构4的具有过程数据的网络消息的发送可以通过连接单元100促成。通过示例，连接单元100可以提供具有用于经由外部数据网络7的传输的输入过程数据的网络消息。网络消息可以被提供给消息分布模块5，例如，用于传输到其他单元或应用。连接单元100可以被配置成基于一般标准来表征发送成已知为发布者的过程数据。
通过连接单元100从外部数据基础结构4的具有过程数据的网络消息的接收也可以被连接单元100促成。通过示例，连接单元100可以从外部数据基础结构提取网络消息。例如，网络消息可以从消息分布模块5提取。连接单元100可以同样仅基于一般标准将被接收的过程数据指定成如已知的订户。
表征通过连接单元100而被发送或将被接收的过程数据的标准在每种情况下可以是通过过程数据或其被获得的方式表示的测量或控制的变量，特别是例如与它们相关联的信号单元40、41、42、43。
经由场总线102的过程数据的交换可以在连接单元100和信号单元40、41、42、43之间以规定的第一时间间隔而被周期性地实现。过程数据的周期性交换可以包括通过接收单元100的输入过程数据的接收和/或输出过程数据的发送。
对于过程数据的周期性交换，连接单元100可以被配置成周期性地建立数据消息以及经由场总线102将其传输到信号单元40、41、42、43。场总线102可以被配置作为环形总线，数据消息在所述环形总在线依次穿过信号单元40、41、42、43并随后返回到连接单元100。第一、第三和另一第三信号单元40、42、43可以将基于经由其场连接25读入的场信号已被建立的输入过程数据插入经由连接单元100建立的数据消息，以便将过程数据发送到连接单元100。此外，连接单元100可以将应该被转发到第二、第三和另一第三信号单元41、42、43的输出过程数据插入到所建立的数据消息中作为过程数据。第二、第三和另一第三信号单元41、42、43可以被配置成从循环数据消息获取打算用于其的过程数据用于致动被连接到场连接25的致动器28、29。
连接单元100被配置成以自主方式将过程数据与外部数据基础结构4交换，特别是独立于通过控制单元12的自主化过程的控制。此外，在连接单元100和外部数据基础结构4之间的过程数据的交换不需要连接单元100的轮询，特别是不需要通过处理过程数据的应用(例如数据服务6的)的轮询。
经由外部数据网络7的过程数据的交换可以在连接单元100和外部数据基础结构4之间同样在规定的第二时间间隔而被周期性地实现。过程数据的周期性交换可以包括通过连接单元100的输入过程数据的发送和/或输出过程数据的接收。在这种情况下，第二时间间隔可以与通过场总线102用于传输过程数据的第一时间间隔一致。第二时间间隔可以替代地比第一时间间隔更短或更长。连接单元100可以被配置成缓冲存储过程数据并且经由外部网络7或场总线102可能将其集合地传输。
经由外部数据网络7的过程数据的交换可以替代地在事件控制下实现。在这种情况下，连接单元100可以被配置成检查存储在连接单元100中的预定事件的发生。通过示例，预定事件可以存在于作为超过或落在低于预定限制值的过程数据的被传输到连接单元100的测量值中。事件还可以存在于作为以预定方式(例如随着时间)改变的所述过程数据所传输的测量值中。预定事件还可以包括到达连接单元100的外部信号。
在存储的事件发生时，连接单元100经由外部数据网络7促成过程数据的交换。交换可以包括经由场总线102发送已经从连接单元100接收的输入过程数据、以及通过场总线102接收输出过程数据以用于转发。与外部数据基础结构4的过程数据的事件控制的交换还可以涉及连接单元100被配置成缓冲存储过程数据以及经由外部数据网络7或场总线102可能集合地将其传输。
第一监控系统30可以被配置成经由外部数据网络7被参数化或被配置。这可以包括连接单元100的配置和信号单元40、41、42、43的配置两者。
通过示例，连接单元100的配置可以包括用于与外部数据基础结构4(特别是与消息分布模块5)通信所需要的软件模块和数据服务的设定。配置可以被使用于例如规定连接单元100应该连接到的外部数据基础结构4。特别地，配置可以被使用于确定消息分布模块5及其接入数据。配置还可以被使用于规定用于与消息分布模块5的通信的协议。
如果凭证或防火墙被使用来保护在连接单元100和外部数据基础结构4之间的通信，配置还可以涉及凭证的处理和被规定的防火墙的设定。例如，配置还可能涉及被存储的密码。第一监控系统30还可以被配置成以加密方式与外部数据基础结构4交换过程数据。在这种情况下，连接单元100的配置可以包括加密的配置。
第一监控系统30的配置还可以被使用于通过第一监控系统30(特别是通过连接单元100或信号单元40、41、42、43)规定过程数据的处理。这包括关于哪些过程数据通过信号单元40、41、42、43捕获和/或输出到信号单元40、41、42、43的设定。此外，配置可能可以被使用于规定自己的发生应该导致在连接单元100和外部数据基础结构4之间的过程数据的交换的事件。
第一监控系统30的配置还可以包括场总线102的配置。通过示例，配置可以被使用于规定过程数据的交换时间，例如经由场总线102用于传输数据消息的第一时间间隔。
对于经由外部数据网络7的第一监控系统30的配置，被连接到外部数据网络7的外部计算器8可以接入连接单元100。特别地，例如外部计算器8可以具有用于接入连接单元100的接入模块9，所述接入模块可以被配置成作为在外部计算器8上执行的软件应用。连接单元100使得需要用于配置第一监控系统30的数据可用于接入模块9作为配置数据。配置数据尤其可以包括连接单元100、场总线102和/或信号单元40、41、42、43的参数，其在配置期间是可调整的。
例如，第一监控系统30的配置可以使用由连接单元100提供的网站通过外部数据网络7来实现。在这种情况下，接入模块9可以包括呼叫网站的网络浏览器。第一监控系统30的配置还可以经由外部数据网络7通过在外部计算器8和连接单元100之间的直接数据连接来实现。替代地或另外地，第一监控系统30的配置也可以使用网络消息来实现，在用于配置连接模块100的应用(例如接入模块9)与连接模块100之间的所述网络消息的交换透过消息分布模块5来协调。
第一监控系统30的配置的调适也可以基于从外部数据基础结构4传输到连接单元100的输出过程数据来实现。通过示例，数据服务6可以将输入过程数据的处理作为用于产生输出过程数据的基础，以用于转移到被使用于调适连接单元100的配置的连接单元100。通过示例，这允许第二时间间隔(其中所述过程数据在连接单元100和外部数据基础结构4之间交换)、或是第一时间间隔(其中所述过程数据在连接单元100和信号单元40、41、42、43之间交换)将基于输入过程数据的分析而被改变。通过示例，这允许用于转移过程数据的时间间隔在规定的分析结果发生时被缩短，以及允许更准确的分析基于在更密集的网格的方式中所捕获的测量值而被建立。
第一监控系统30被设计作为模块化系统。特别地，第一监控系统30的信号单元40、41、42、43和连接单元100的每一个均被配置成作为在分开的壳体中的以及被连接到场总线102的自主装置。在第一监控系统30的其他实施例中。也可能少于或多于在图1中描绘的四个信号单元40、41、42、43将被连接到场总线102。在第一监控系统30的另一替代实施例中，连接单元100和经由场总线102与其连接的信号单元40、41、42、43也可以被一致地安排在共享的壳体中。例如根据IP67，第一监控系统30(特别是连接单元100)以及信号单元40、41、42、43可以被体现以被保护免于灰尘和液体。
由于监控系统30的安装信号单元24和信号单元40、41、42、43两者被配置成被连接到场总线，相同类型的信号单元可以被使用于安装信号单元24和信号单元40、41、42、43。特别地，安装信号单元24和信号单元40、41、42、43可以每一个为相同的设计、或者相同的信号单元可以被涉及。
连接单元100可以被配置成与在外部数据网络7上的其他连接单元(类似于连接单元100而被配置)串联地连接。为此，连接单元100可以具有两个物理连接以用于连接到外部数据网络7以及集成网络开关，以便将在外部数据网络7上循环的网络消息或数据分组从一个物理连接转发到另一个物理连接。连接单元100可以具有外部可接入的开关安排，所述开关安排被配置成规定在外部数据网络7中的连接单元100的网络地址。例如，开关安排可以是DIP开关安排(双在线包装开关安排)。
在第一自主化系统1的替代实施例中，外部数据网络7和安装场总线14也可以基于相同的物理数据网络。通过示例，在安装场总线14上的控制数据和在外部数据网络7上的过程数据两者可以经由相同的以太网网络来传输。在这种情况下，例如，安装场总线14可以被配置作为例如EtherCAT场总线或作为Profibus。例如，在这种情况下，在安装场总线14的场总线循环(cycle)内，可能用于传输过程数据的周期将被保留。
在第一自主化系统1的替代实施例中，外部数据基础结构4也可以被配置成作为包括控制单元12的计算器系统的一部分。特别地，数据服务6和消息分布模块5、以及控制单元12，可以在相同计算器(例如工业PC)上被执行。
然而，在所有这些实施例中，第一自主化系统1的第一监控系统30被体现为从用于过程控制的控制系统功能地分离，特别是从控制单元12和经由安装场总线14而连接到控制单元12的安装信号单元24功能地分离。在这种情况下，控制单元12和安装信号单元24可以特别地形成实时兼容的控制系统，并且可以经由实时兼容的场总线被耦合到彼此。监控系统30的连接单元100和外部数据基础结构4可以经由外部数据网络彼此通信而没有规定的定时。
图2示出了第二自主化系统2。除非不同处在以下描述，第二自主化系统2被配置成类似于第一自主化系统1而被配置。特别地，第二自主化系统2包括具有控制单元12的控制等级10以及具有安装信号单元24和监控系统30的场等级20，对其本身部分包括连接单元100和信号单元40、41、42、43。
在第二自主化系统2中，控制单元12类似于连接单元100被配置成与外部数据基础结构4交换数据。这可以包括将数据发送到外部数据基础结构4以及从外部数据基础结构4接收数据。通过示例，控制单元12可以被配置成作为另一应用与外部数据基础结构4(特别是与消息分布模块5)交换网络消息。这可以针对连接单元100与所描述的相同方式来实现。特别地，控制单元12，如所知的发布者和/或订户，可以与消息分布模块5交换网络消息。
如果外部数据基础结构4提供输出过程数据，类似于连接单元100，第二自主化系统2的信号单元12可以从外部数据基础结构4提取输出过程数据。例如。第二自主化系统2的控制单元12可以将所提取的过程数据作为用于影响自主化过程的基础。控制单元12可以将输出过程数据直接转发到安装信号单元24以用于使致动器28致动，要不然例如可以进一步自己处理输出过程数据。
从第二自主化系统2的控制单元12发送到外部数据基础结构4的数据可以通过外部数据基础结构4处理，例如分析，存储或以其他方式处理，类似于通过连接单元100所发送的输入过程数据。特别地，外部数据基础结构4可以被配置为将控制单元12的数据和连接单元100的输入过程数据彼此逻辑地组合。也可能通过外部数据基础结构4所提供的输出过程数据将基于控制单元12的数据和连接单元100的数据两者。
图3示出了第三自主化系统3。除非不同处在以下描述，第三自主化系统3类似于第一自主化系统1或第二自主化系统2而被配置。特别地，第三自主化系统3包括有控制单元12的控制等级10以及有安装信号单元24的场等级20。
第三自主化系统3包括第二监控单元31。除非不同处在以下描述，第二监控单元31类似于第一监控单元30而被配置。特别地，第二监控单元31包括用于将第二监控单元31连接到外部数据网络7的连接模块100、以及还有第一信号单元40、第二信号单元41和第三信号单元42。
将第三信号单元43取而代之的是，第二监控系统31包括第四信号单元50。类似于信号单元40、41、42、43，第四信号单元50还经由场总线接口45被连接到第二监控的场总线102。场总线102可以通过第四信号单元50被使用，而以与信号单元40、41、42、43相同的方式与连接单元100交换过程数据。
在第四信号单元的情况下，第四信号单元50具有被配置成作为第二场总线接口52的场连接25。第二场总线接口52将第四信号单元50连接到安装场总线14，其将控制单元12连接到第三自主化系统3中的安装信号单元24。因此，在安装场总线14上循环的安装场总线数据穿过第四信号单元50。
第四信号单元50被配置成同时记录在安装场总线14上循环的安装场总线数据作为自主化过程的过程数据，并将它们提供作为表示自主化过程的状态的输入过程数据。此外，第四信号单元50被配置成经由场总线102将全部或一些同时记录的安装场总线数据作为过程数据转发到连接单元100，其可以转而将过程数据发送到外部数据基础结构4。
例如，同时记录的安装场总线数据和/或作为过程数据而被转发的安装场总线数据可以是在安装场总在线循环的所有数据。然而，第四信号单元50可以仅同时记录或转发所选择的安装场总线数据，特别是在连接单元100或第四信号单元50的配置中所规定的安装场总线数据。特别地，同时记录的数据可以是包括通过传感器26所捕获的测量值或为了致动器28所确定的控制值的控制数据。
第四信号单元50还可以被配置成同时仅记录错误数据和/或经由场总线102将它们转发。错误数据可以是与在安装场总线14或被连接到安装场总线14的单元中的故障有关的数据，例如在信号单元24中、在传感器26、致动器28和被连接到信号单元24的传感器-致动器单元29中、或在控制单元12中。
第四信号单元50还可以被配置成同时记录或转发在安装场总线14上循环的配置数据。例如，配置数据可以是与安装场总线14或被连接到安装场总线14的单元的拓璞和/或诊断有关的数据。
通过第四信号单元50在安装场总线14上循环的安装场总线数据的同时记录是自主地并且独立于控制单元12和安装信号单元24的自主化过程的控制而被实现。特别地，第四信号单元50不充当安装场总线14的场总线订户。第四信号单元50被并入到安装场总线14中，使得其在安装场总线14的配置期间或在用于安装场总线14的数据消息的建立期间被忽略。因此，第四信号单元50仅充当在安装场总线14上的被动监控单元。
类似于第一和第二自主化系统1、2的第一监控系统30，第三自主化系统3的第二监控系统31被配置成自主的，特别是它被配置成自主地读入和输出场信号且同时地记录在安装场总线14上循环的安装场总线数据(自主地且独立地)，并且提供它们作为用于与外部数据基础结构4交换的过程数据。第二监控系统31的连接单元100也被配置成自主地促成与外部数据基础结构4的过程数据的交换。
第二监控系统31功能上分离于且独立于用于过程控制的控制系统，特别是控制单元12和经由安装场总线14被连接至其的安装信号单元24。控制系统和第二监控系统31仅通过被连接到安装场总线14的第四信号单元50而彼此连接。在这种情况下，第四信号单元50仅充当在安装场总线14上的被动监控单元，并且从控制系统的角度来看，特别是从控制单元12和信号单元24的角度来看，不是安装场总线14的场总线订户。
即使图1至图3描绘了控制单元12和相关联的单元22、24以及安装场总线14连同第一监控系统30、外部数据基础结构4和外部数据网络7，这不将本发明限制成使得本发明性的教导的实作也总是需要控制单元12、相关联的单元22、24和安装场总线14。在图1至3中所描绘的组件之中，例如，根据本发明的自主化系统1也可以仅包括、或由监控系统30组成，对于其本身的部分包括连接单元100和信号单元40、41、42、43、外部数据基础结构4和外部数据网络7。
图4示出了与第一监控系统30相关联的连接单元100的详细描绘。连接单元100包括场总线模块110、网络模块130和界面模块120。
场总线模块110被配置成被连接到场总线102，其将连接单元100和信号单元40、41、42、43彼此连接，并且将过程数据与信号单元40、41交换。在这种情况下，场总线模块110匹配被使用于在场总线102上通信的场总线协议。如果场总线协议是根据主/从系统操作的协议，如图4中所描绘，场总线模块110可以具有总线主控器112。
总线主控器112被配置成控制场总线102上的通信，特别是在信号单元40、41、42、43与连接单元100之间的过程数据的交换。总线主控器112可以为此建立数据消息并且经由场总线102控制数据消息的循环。通过示例，通过总线主控器112的数据消息的建立和在场总线102上的数据消息的循环可以在规定的第一段时间间隔中被周期性地实现。
总线主控器112被配置成将要发送到信号单元41、42、43的输出过程数据插入到所建立的数据消息中。此外，总线主控器112被配置成取得从所接收的数据消息通过信号单元40、42、43所插入的输入过程数据。总线主控器112可以包括集成的半导体芯片，例如ASIC或适当地编程的FPGA。替代地或另外地，总线主控器112还可以包括一个或多个软件模块，例如场总线驱动器，例如EtherCAT驱动器。
接口模块120被连接到场总线模块110以经由场总线102将被发送的输出过程数据和经由场总线102所接收的输入过程数据与场总线模块110交换。此外，接口模块120被连接到网络模块130以经由网络模块130将输入过程数据转发到外部数据基础结构4，并且经由网络模块130从外部数据基础结构4提取输出过程数据。
网络模块130被配置成经由外部数据网络7与外部数据基础结构4交换过程数据。为了在连接单元100和外部数据基础结构4之间的过程数据的交换，网络模块130被配置成被连接至外部数据网络7。为此，例如，网络模块130包括物理接口，其可以被配置成作为以太网接口。
接口模块120被配置成在连接单元100和外部数据基础结构4之间促成过程数据的自主和独立的交换。特别地，接口模块120可以在第二时间间隔中周期周期地或是在存储事件的发生时在事件控制下促成过程数据的交换。为此，接口模块120可以被配置成检查所存储的事件的发生。
为了过程数据与外部数据基础结构4的交换，接口模块120可以具有传输模块124和接收模块125。传输模块124被配置成经由外部数据网络7促成过程数据的自主发送，例如以所提供的网络消息的形式，作为过程数据的交换的部分。过程数据的发送可以通过传输模块124来促成，通过示例，借助其使用网络模块130打开传输通道134，通过其过程数据可以被传输。传输模块124可以将具有过程数据的网络消息转移到消息分布模块5以进一步分布。在那种情况下，传输模块124可以充当所知的发布者。
接收模块125被配置成经由外部数据网络7促成过程数据的自主接收，例如以所提取的网络消息的形式，作为过程数据的交换的部分。过程数据的接收可以通过接收模块125来促成，通过示例，借助其使用网络模块130打开接收通道135，通过其过程数据可以被传输。接收模块125可以从消息分布模块5提取具有过程数据的网络消息。在这种情况下，接收模块125可以充当所知的用户。如果没有过程数据与外部数据基础结构4的双向交换被实现，接口模块120也可以包括仅传输模块124或仅接收模块125。
对于经由外部数据网络7的通信，特别是对于过程数据的交换，如图4所示，网络模块130可以使一或多个网络插座132可用。网络插座132在连接单元100内形成到外部数据网络7的接口。特别地，网络插座132可以提供除了物理接口131之外的软件接口。传输模块134被配置成自主地经由网络模块130的网络插座132其中之一打开传输通道134。类似地，接收模块125被配置成自主地经由网络插座132其中另一者打开接收通道135。
连接单元100可以包括实时系统104和应用系统106。实时系统104可以提供用于执行连接单元100的时间关键模块的实时环境。通过示例，实时系统104可以提供用于实行硬实时要求的环境。尤其是，确定实时系统104包括的模块结束由它们执行的任务、或在规定时间内提供、接收或转发数据。在连接单元100中，实时系统104包括尤其是场总线模块110和接口模块120，使得在场总线模块110和接口模块120之间的过程数据的交换可以在实时环境内实现。环境。例如，实时系统104可以是TwinCAT系统，以及应用系统106可以是Windows系统。
应用系统106包括连接单元100的所有模块，其执行定时是不关键的，特别是可以在可变时间结束任务或提供、接收或转发数据的模块。在连接单元100中，应用系统106包括尤其是网络模块130。因此，作为在实时环境104中被执行的模块，接口模块120被配置成经由在应用环境106中执行的网络模块130直接打开传输信道134和接收信道135。特别地，接口模块120被配置成从实时环境104直接打开在应用系统106中执行的网络模块130的网络插座132。
连接单元100，特别是场总线模块110，可以被配置成经由场总线102以场总线数据格式传输过程数据。场总线数据格式可以是例如二进制数据格式或纯文本数据格式。场总线数据格式可以通过在场总线102上实施的场总线协议来规定。
连接单元100，特别是网络模块130，可以被配置成经由外部数据网络7以网络数据格式交换过程数据。网络数据格式可以不同于场总线数据格式或者否则与场总线数据格式一致。网络数据格式可以同样是纯文本数据格式或二进制数据格式。通过示例，网络数据格式可以是JSON数据格式。
为了转换数据格式，如图4中所描绘，连接单元100可以具有转换模块122。通过示例，转换模块122可以是接口模块120的部分。转换模块122被配置成在场总线数据格式和网络数据格式之间转换过程数据。转换模块122可以被配置成作为连接单元100的实时系统104的部分。
同样如图4中所描绘，连接单元100包括内存模块150。内存模块150被配置成在经由外部数据网络7转发之前和/或在经由场总线102转发之前将过程数据缓冲存储在连接单元100中。如果场总线模块110被设置成在第一时间间隔中经由场总线102周期性地交换过程数据，内存模块150可以特别地缓冲存储过程数据，以及接口模块120被设置为在第二时间间隔或在事件控制下经由外部数据网络7周期性地交换过程数据。
如果经由外部数据网络7至外部数据基础结构4的连接中断，连接单元100还可以被配置成将过程数据缓冲存储在内存模块150中。然后，在连接恢复之后，所存储的过程数据可以经由外部数据网络7集中地被传输到外部数据基础结构4。替代地或另外地，过程数据也可以同时被存储在内存模块中以及经由外部数据网络7而被转发。
内存模块150可以包括环形缓冲器，其中从场总线模块110接收的所有过程数据被插入。在那种情况下，当内存模块150已满时，每次最旧的过程数据可以被覆写。通过示例，内存模块150可以包括被集成或能够被插入至连接单元100中的记忆卡，例如SD卡。内存模块150还可以包括被集成到连接单元中的内存芯片。
在连接单元100的替代实施例中，过程数据还可以以与图4中所示的不同顺序穿过内存模块150、转换模块152和接口模块120。通过示例，过程数据最初可以在经由场总线模块110接收之后在转换模块122中转换，并且随后被存储在内存模块150中。
如图4中所描绘，连接单元100还可以具有实时时钟155。实时时钟155被配置成使时间信号可用于连接单元100的模块。例如，时间信号可以是日子的当前时间。通过示例，实时时钟155可以使其时间信号可用于场总线模块110、接口模块120和/或内存模块150。实时时钟155可以被配置成经由网络模块130与来自外部数据网络7的参考时间同步。例如，同步可以通过SNTP协议而被实现。
例如，实时时钟155的时间信号可以在经由场总线102的接收之后以及在经由接口模块120和网络模块130转发到外部数据基础结构4之前被添加到过程数据作为时间戳。特别地，时间戳的添加可以在内存模块150中过程数据的存储之前而被实现。实时时钟155可以被配置成作为连接单元100的实时系统104的部分。
为了保护经由外部数据网络7的交换，连接单元100可以包括未在图4中描绘的安全模块。安全模块可以具有被使用于加密(例如，在其中被存储和被管理)的密钥或密码。安全模块还可以提供用于加密和解密过程数据的服务。例如，加密模块可以是TPM芯片(被信赖的平台模块芯片)。
为了配置第一监控系统30，连接单元100包括服务器模块140。服务器模块140被连接到网络模块130并且被配置成经由外部数据网络7使得用于配置第一监控单元30所需的配置数据可用于外部计算器8的接入模块9。例如，服务器模块140可以被配置成作为网站服务器，其经由通过作为浏览器的接入模块9可提取的网站使得配置数据为可用。替代地或另外地，服务器模块140还可以被配置成经由直接数据连接(例如以网络消息的形式)使配置数据为可用。为了连接到外部数据网络，服务器模块140类似于接口模块120，被配置成设置至通过网络模块130所提供的网络插座132其中一者的连接。
连接单元100被配置成基于配置数据配置第一监控系统30。改变配置数据允许第一监控系统30的配置将经由服务器模块140通过外部计算器8的接入模块9而改变。特别地，连接单元100的服务器模块140可以被使用于配置接口模块120、内存模块150和带有场总线102和信号单元40、41、42、43的场总线模块110。
内存模块150的配置尤其包括用于缓冲存储过程数据的设定，例如缓冲存储的时间和持续时间以及将所存储的过程数据对外部数据基础结构4的转发的时间。作为接口模块120的配置的部分，尤其地，可以规定外部数据基础结构4的地址、被使用于与外部数据基础结构4通信的协议和接入数据、被使用于保护通信的凭证和密码以及与外部数据基础结构4的过程数据的交换的方式。
通过示例，被转发到外部数据基础结构4或从外部数据基础结构4提取的过程数据，以及数据交换的时间和可能触发过程数据交换的事件，可以通过接口模块120的配置来规定。也可能被使用于与外部数据基础结构4交换的网络数据格式(例如二进制数据格式或诸如JSON格式的纯文本格式)通过接口模块120的配置被选择。
场总线模块110包括不只总线主控器112而且包括配置模块114。配置模块114被配置成提供用于场总线模块110、场总线102和信号单元40、41、42、43的配置数据。通过示例，在第一监控系统30第一次以信号单元40、41、42、43被配备之后，配置模块114可以被配置以确定相关于场总线102和信号单元40、41、42、43的配置数据以及使所述配置数据可用于服务器模块140。
配置模块114被配置成通过总线主控器112促成被连接到场总线120的信号单元40、41、42、43的查询。总线主控器112的查询可以导致信号单元40、41、42、43被促使将它们的当前配置数据转移到总线主控器112和配置模块114。通过示例，信号单元40、41、42、43可以将它们的配置数据插入到在场总线102上循环的数据消息中，以及总线主控器112可以将所接收的配置数据转发到配置模块114。配置模块114然后将配置数据转移到服务器模块140。从配置模块114转移到服务器模块140的配置数据可以尤其是包括被连接到场总线102的多个信号单元，在每种情况下信号单元的类型或出现在信号单元上的场连接的数量或类型。在配置数据改变之后，配置模块114还被配置成将改变的配置数据从服务器模块140转发到总线主控器112或信号单元40、41、42、43。
在监控系统30、31被启动之前，连接单元100经由场总线102被连接到信号单元40、41、42、43，50。在监控系统30、31被启动之后，场总线102和信号单元40、41、42、43、50的配置数据可以被读入连接单元100中，例如通过场总线模块110的配置模块114。在连接单元100被连接到外部数据网络7之后中，被连接到外部数据网络7的外部计算器8的接入模块9可以被使用于接入监控系统30、31的配置数据，特别是场总线102的配置数据和信号单元40、41、42、43、50的配置数据。例如，所述接入可以经由通过服务器模块140而可用的网站而实现。
外部计算器8的接入模块9可以被使用于改变为了配置监控系统30，31的所提供的配置数据。在配置数据被返回到监控系统30，31的模块和单元之后(特别是连接单元100以及信号单元40、41、42、43、50的模块)，监控系统30、31被配置用于在信号单元40、41、42、43、50和外部数据基础结构4之间过程数据的交换。
由于监控系统30、31的连接单元100被配置成自主地并且独立于被自动化系统1、2、3所控制的自动化过程的控制(特别是独立于控制单元12)而与外部数据基础结构交换过程数据，监控系统30、31可以容易地且廉价地被集成到自动化系统1、2、3中或者被修整至现有的自主化系统中。特别是，它们可以容易地且廉价地在现有安装、机器或建筑物上被修整。监控系统30、31提供独立于控制器12的自主解决方案，用于捕获和分布过程数据。
经由外部数据网络7使用通用协议用于过程数据的交换的可能性允许监控系统30、31和连接单元100在公共和自足式的外部数据网络(全球和本地两者)中被使用。在外部数据基础结构4中，对于用于将被执行的过程数据的分析、统计评估、处理、监控或可视化的数据服务的多重性是可能的。此外，数据服务可以被使用于基于进入过程数据经由外部数据网络7发送通知，例如用于请求维护或修复的目的。
参考符号列表
1 第一自主化系统
2 第二自主化系统
3 第三自主化系统
4 外部数据基础结构
5 消息分布模块
6 数据服务
7 外部数据网络
8 外部计算器
9 接入模块
10 控制等级
12 控制单元
14 安装场总线
20 场等级
22 耦合单元
24 安装信号单元
25 场连接
26 传感器
28 致动器
29 感测-致动单元
30 第一监控系统
31 第二监控系统
40 第一信号单元
41 第二信号单元
42 第三信号单元
43 另一第三信号单元
45 场总线界面
50 第四信号单元
52 第二场总线界面
100 连接单元
102 场总线
104 实时系统
106 应用系统
110 场总线模块
112 总线主控器
114 配置模块
120 界面模块
122 转换模块
124 传输模块
125 接收模块
130 网络模块
131 物理界面
132 网络插座
134 传输通道
135 接收通道
140 服务器模块
150 内存模块
155 实时时钟。

Claims (21)

1.一种用于传输自主化系统(1、2、3)的自主化过程的过程数据至外部数据基础结构(4)的连接单元(100)，
其中，所述连接单元(100)被配置成作为用于在所述自主化系统(1，2，3)的场等级(20)上的安排的场装置，以及
包括实时系统(104)以及应用系统(106)，
其中所述实时系统(104)包括场总线模块(110)以及接口模块(120)，
其中所述应用系统(106)包括网络模块(130)，
其中所述场总线模块(110)可连接至场总线(102)并且被配置成经由所述场总线(102)与经由场连接(25)而连接至自主化过程的信号单元(40、41、42、43、50)交换所述过程数据，所述场总线使用场总线协议，所述场总线协议的执行预先假定实时环境，
其中所述网络模块(130)可连接到外部数据网络(7)，并且被配置成经由所述外部数据网络(7)与所述外部数据基础结构(4)交换所述过程数据，并且以如此做的方式来使用所述外部数据网络(7)将输入过程数据传输至所述外部数据基础结构(4)并且从所述外部数据基础结构(4)提取输出过程数据，其中所述接口模块(120)被连接到所述网络模块(130)和所述场总线模块(110)，以用于在所述场总线模块(110)和所述网络模块(130)之间的所述过程数据的交换，
其中所述接口模块(120)包括传输模块(124)以及接收模块(125)，
其中所述接口模块(120)被配置成自主地在所述网络模块(130)和所述外部数据基础结构(4)之间促成所述过程数据的所述交换，其中所述传输模块(124)被配置成经由所述网络模块(130)通过打开传输通道(134)来促成所述输入过程数据的所述传输，以便促成包括所述输入过程数据的网络消息的发送，以及其中所述接收模块(125)被配置成经由所述网络模块(130)通过打开接收通道(135)来促成所述输出过程数据的提取，以便促成包括所述输出过程数据的网络消息的接收，
其中在所述场总线模块(110)和所述接口模块(120)之间的所述过程数据的所述交换在所述实时系统(104)内被执行，以及
其中在所述网络模块(130)和所述接口模块(120)之间的所述过程数据的所述交换在所述应用系统(106)和所述实时系统(104)之间被执行。
2.根据权利要求1所述的连接单元(100)，
其中所述输入过程数据描述所述自主化过程的状态或物理参数，以及所述输出过程数据描述所述自主化过程的状态或物理参数。
3.根据权利要求1所述的连接单元(100)，
其中所述传输模块(124)被配置成将具有所述输入过程数据的所述网络消息传送到所述外部数据基础结构(4)的消息分布模块(5)，以用于对所述网络消息的接收器的分布。
4.根据权利要求3所述的连接单元(100)，
其中所述消息分布模块(5)充当消息导向中间软件，以及所述传输模块(124)充当发布者。
5.根据权利要求1所述的连接单元(100)，
其中所述接收模块(124)被配置成从所述外部数据基础结构(4)的消息分布模块(5)提取有所述输出过程数据的所述网络消息。
6.根据权利要求5所述的连接单元(100)，
其中所述消息分布模块(5)充当消息导向中间软件，以及所述接收模块(124)充当用户。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的连接单元(100)，
其中所述接口模块(120)被配置成周期性地和/或在存储在所述连接单元(100)中的事件的发生时促成所述过程数据的所述交换。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的连接单元(100)，
其中所述场总线模块(110)被配置成经由所述场总线(102)周期性地与所述信号单元(40、41、42、43、50)交换所述过程数据。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的连接单元(100)，
其中所述场总线模块(110)包括配置模块(114)，所述配置模块(114)被配置成促成被连接到所述场总线(102)的所述信号单元(40、41、42、43、50)的轮询、以及使得与所述信号单元(40、41、42、43、50)相关的配置数据为可用。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的连接单元(100)，其具有服务器模块(140)，
其中所述服务器模块(140)被连接至所述网络模块(130)并且被配置成经由所述外部数据网络(7)使得所述连接单元(100)的配置数据对于被连接到所述网络模块(130)的外部计算器(8)的接入模块(9)为可用，以及
其中所述连接单元(100)基于所述配置数据被配置成配置所述场总线模块(110)和/或所述场总线(102)和/或所述信号单元(40、41、42、43、50)和/或界面模块(120)。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的连接单元(100)，其具有转换模块(122)，
其中所述场总线模块(110)被配置成经由所述场总线(102)以场总线数据格式交换所述过程数据，
其中所述网络模块(130)被配置成经由所述外部数据网络(7)以网络数据格式传送所述过程数据，以及
其中所述转换模块(122)被配置成在所述数据场总线数据格式和所述网络数据格式之间转换所述过程数据。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的连接单元(100)，其具有内存模块(150)，所述内存模块(150)被配置成在经由所述场总线(102)接收之后以及在经由所述外部数据网络(7)发送之前缓冲-存储所述过程数据。
13.一种用于在自主化系统(1、2、3)的场等级(20)上的安排的监控系统(30、31)，所述自主化系统(1、2、3)具有根据权利要求1至6中任一项所述的连接单元(100)，所述连接单元(100)用于将所述自主化系统(1、2、3)的自主化过程的过程数据传输到外部数据基础结构(4)并且具有信号单元(40、41、42、43、50)，
其中所述信号单元(40、41、42、43、50)被配置成经由场连接(25)而被连接到所述自主化过程，
其中为了所述过程数据的交换的目的，所述信号单元(40、41、42、43、50)的场总线接口(45)被配置成经由场总线(102)而被连接到所述连接单元(100)。
14.根据权利要求13所述的监控系统(30、31)，
其中所述信号单元(40、41、42、43、50)的所述场连接(25)被配置成作为另一场总线接口(52)，以及
其中所述另一场总线接口(52)被配置成被连接到所述自主化系统(1、2、3)的安装场总线(14)，以便同时地记录在安装场总线(14)上被交换的所述安装场总线数据作为过程数据。
15.一种用于操作自主化系统(1、2、3)的方法，所述自主化系统具有根据权利要求1至6中任一项所述的连接单元(100)，所述连接单元(100)用于在信号单元(40、41、42、43)和外部数据基础结构(4)之间传输所述自主化系统(1、2、3)的过程数据，所述信号单元(40、41、42、43、50)经由场连接(25)被连接至所述自主化系统(1，2、3)的自主化过程，所述方法包括以下步骤：
-经由场总线(102)在所述连接单元(100)和所述信号单元(40、41、42、43、50)之间交换所述过程数据，
-通过所述连接单元(100)经由外部数据网络(7)自主地促成在所述连接单元(100)和所述外部数据基础结构(4)之间的所述过程数据的交换，其中所述过程数据的所述交换是通过由所述连接单元(100)对包括所述过程数据的网络消息的提供和提取的手段所促成，其中所述连接单元(100)将输入过程数据传输至所述外部数据基础结构(4)，其中所述连接单元(100)从所述外部数据基础结构(4)提取输出过程数据。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法包括以下的进一步的步骤：
-建立所述输入过程数据，所述输入过程数据表示在所述信号单元(40、41、42、43、50)中通过所述自主化系统(1、2、3)所执行的所述自主化过程的状态；
-将作为过程数据的所述输入过程数据从所述信号单元(40、41、42、43、50)传输至所述连接单元(100)，作为经由所述场总线(102)的所述过程数据的所述交换的部分；以及
-将所述过程数据从所述连接单元(100)传输至所述外部数据基础结构(4)，作为经由所述外部数据网络(7)的所述过程数据的所述交换的部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法包括以下进一步的步骤：
-所述信号单元(40、41、42、43、50)同时地记录在被连接至所述信号单元(40、41、42、43、50)的安装场总线(14)上循环的安装场总线数据；以及
-提供所述同时地被记录的安装场总线数据作为表示在所述信号单元(40、41、42、43、50)中的所述自主化过程的状态的所述输入过程数据。
18.根据权利要求15所述的方法，包括以下进一步的步骤：
-所述外部数据基础结构(4)提供所述输出过程数据作为过程数据；以及
-所述连接单元(100)从所述外部数据基础结构(4)提取所述输出过程数据，作为经由所述外部数据网络(7)的所述过程数据的所述交换的部分。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法包括以下进一步的步骤：
-将所述输出过程数据从所述连接单元(100)传输到所述信号单元(40、41、42、43、50)，作为经由所述场总线(102)的所述过程数据的所述交换的部分；以及
-基于所述输出过程数据，所述信号单元(40、41、42、43、50)影响所述自主化过程。
20.根据权利要求18所述的方法，包括以下进一步的步骤：
-基于通过所述连接单元(100)所提取的所述输出过程数据，调适所述连接单元(100)的配置。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的方法，包括以下进一步的步骤：
-所述外部数据基础结构(4)提供输出过程数据作为过程数据；
-所述自主化系统(1、2、3)的控制单元(12)从所述外部数据基础结构(4)提取所述输出过程数据；
-所述控制单元(12)基于所述输出过程数据影响所述自主化过程。
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