CN110196578A - 用于自动化系统的现场设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动化系统的现场设备。该现场设备包括:计算单元(11),其被设置为管理用于运行现场设备(10)的配置数据;能由用户操控的操作元件(12),可由计算单元(11)检测其操控;以及硬件接口(13),用于将现场设备(10)连接到自动化系统的通信系统或配置单元(20)。计算单元(11)被设置为,在同时接收到操作元件(12)的表示用户的操控的第一信号(sig1)和硬件接口(13)的表示有线联接的第二信号(sig1)时,将现场设备(10)置于配置模式以改变配置数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自动化系统的现场设备,包括计算单元、操作元件以及硬件接口。计算单元被设置为管理用于操控现场设备的配置数据。操作元件是能由用户操控的操作元件,由计算单元可检测其操控。硬件接口使现场设备能够连接到自动化系统或配置单元的通信系统。
背景技术
上述类型的现场设备是自动化技术领域中的技术设备。现场设备用于例如控制和/或监视和/或保护生产过程或工作过程中的组件。通过其硬件接口,现场设备通过现场总线连接与控制和管理系统连接,或越来越多地通过实时以太网作为通信系统与控制和管理系统连接,在控制和管理系统中评估用于现场设备或相关联组件的控制、调节和进一步处理的数据。
由于并非所有现场设备都具有足够大的显示器,因此通过外部配置单元进行配置,外部配置单元可以通过通信系统和现场设备的硬件接口来访问它。
如果硬件接口设计用于将现场设备连接到现场总线系统,那么它只有有限的本地通信选项。对于现场设备的现场配置,技术人员必须设置Profinet连接(或现场总线支持的其他串行数据链路),这需要特殊的软件工具。这些软件工具可能因现场设备而异,使得这种配置不够灵活。或者,可以使用可编程逻辑控制器,然而这也需要相当大的耗费。
相反,如果硬件接口设置为连接到实时以太网通信系统,则可以与现场设备进行扩展的标准化通信。然而,将硬件接口设计为以太网接口会增加受攻击的风险。例如当攻击者设法访问自动化系统的基于以太网的通信系统时,他可以在缺少其他保护机制的情况下轻易地访问现场设备的计算单元,并且可能删除用于现场设备的操控和/或改变的配置数据,在最坏的情况下现场设备不再能正常运行。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种用于自动化系统的现场设备和一种自动化系统的现场设备的计算机辅助配置的方法,其在具有针对未授权访问的高安全标准的同时提供简单的现场配置。
根据第一方面,提出了一种自动化系统的现场设备,其包括计算单元、能由用户操控的操作元件以及硬件接口。计算单元被设置为管理用于操控现场设备的配置数据。可以由计算单元检测用户对操作元件的操控。硬件接口用于将现场设备连接到自动化系统或配置单元的通信系统。
计算单元被设置为,在同时接收到来自操作元件的第一信号和来自硬件接口的第二信号时,将现场设备置于配置模式以改变配置数据,其中第一信号表示由用户进行的操控,第二信号表示连接了有线联接。
这样配置的现场设备允许集成特殊的现场模式,其允许用户仅在现场设备的位置处改变用于现场设备的运行的配置数据。只有当同时满足两个条件时,才能通过计算单元改变配置数据。一方面,需要用户操控操作元件,另一方面,需要连接了有线联接的信号通知。这应理解为将电缆连接到硬件接口的过程。两个准则都要求用户在现场设备的位置执行两个动作,以允许计算单元将这些作为准则进行检查。因此,只有在用户具有对现场设备的物理访问权限时才能访问或改变配置数据。无论硬件接口和/或通信系统的设计及其各自的保护机制如何,都可以确保防止篡改的高安全性。
这使得能够以如下的方式来设计现场设备,即计算单元执行网页服务器,通过该网页服务器可以改变配置数据。通过这种方式,可放弃特殊的软件工具来改变配置数据,因为网页服务器可以为用户提供对于配置来说必需的全部数据,输入掩码等,其中,该用户例如可以经由硬件接口通过计算机或平板电脑形式的配置单元与现场设备的计算单元通信。因此,现场设备不需要具有用于改变配置数据的专有显示器。网页服务器的执行可以由现场设备通过被插入硬件接口中的有线联接来进行初始化,连接到配置单元并同时操控操作元件。这两个准则将现场设备置于允许更改配置数据的配置模式。
根据另一个有利的设计方案,计算单元可以被设置为允许在配置模式中改变配置数据,特别是写入配置数据。
为了能够进一步提高安全性以防止对现场设备的配置数据的未授权访问,可以有利地提出,计算单元被设置为在配置模式中,在允许进行改变之前询问密码。除了配置现场设备的用户的物理存在,该用户必须同时操纵现场设备的操作元件并将有线联接连接到硬件接口,必须由用户输入一个密码作为另一个的条件,以便能够利用由现场设备的计算单元执行的网页服务器执行对现场设备的配置数据的改变。
根据另一个有利的设计方案可以提出,网页服务器可以由配置单元通过预定(固定)地址访问。因此,为了访问网页服务器,用户必须知道网页服务器的地址。或者,可以通过动态分配网络配置利用名称解析由配置单元来访问网页服务器。该原理称为DHCP(动态主机配置协议)。同样,也可以实现“化名(Alias)”,从而用户在网页服务器中仅需在地址行中给出他已知的名称,例如“ABCdevice”。
第一信号可以包括预定的内容信息和/或以预定持续时间存在。例如,如果现场设备具有多个操作元件,则可以使用预定的内容信息,其中,相应的操作元件的操控表示不同的信息。如果现场设备仅具有一个操作元件或者必须操控特定的操作元件以激活配置模式,那么这例如可以通过对于预定的最小时间段进行操控来实现。
根据另一设计方案,第二信号由将有线联接插装到硬件接口上来产生。在这种情况下,可以使用识别各个插接组件和相关信令协议的已知机制。
特别地,硬件接口是基于IP协议的以太网接口。
根据另一个有利的设计方案提出,计算单元被配制为在预定时间段之后自动结束配置模式。借此,对配置数据进行改变的可能性在时间上受到限制,其中,时间段的长短有利地确定为,使得可以安全地完成配置实施或配置改变所需的全部活动。由于预定时间段之后自动终止配置模式,就不需要用户明确地注销网页服务器或关闭网页服务器。这使得防止未经授权访问现场设备的安全性提高。
根据本发明的第二方面,提出了一种用于现场设备的计算机辅助配置的方法,其中,根据上述方式和下面描述的方式来设计现场设备。该方法包括从操控元件接收表示由用户操控的第一信号的步骤。该方法包括从硬件接口接收表示连接了有线联接的第二信号的另一步骤。该方法包括将现场设备转换为配置模式的步骤,在该步骤中当同时接收第一和第二信号时,配置单元可以改变现场设备的配置数据。
所描述的方法具有与上面结合根据本发明的现场设备所描述的相同的优点。
根据该方法的有利实施例,计算单元在配置模式下执行网页服务器。当计算单元确定已同时接收到第一和第二信号时,网页服务器有利地自动启动。
在配置模式中,计算单元允许改变配置数据、特别是写入配置数据。有利地,配置数据的写入或改变是借助于外部配置单元来进行的,该外部配置单元经由有线联接和硬件接口连接到现场设备。配置单元可以是计算机,例如笔记本电脑,平板电脑等。
配置单元通过预定(固定)地址方便地访问网页服务器。用户必须知道网页服务器的地址。或者,配置单元可以通过动态分配网络配置和名称解析来访问网页服务器。这可以通过已知方法DHCP(网络地址)自动分配。同样地,也可以实现“化名(Alias)”,从而用户仅须在网页服务器中在地址行中给出他已知的名称,例如“ABCdevice”。
根据另一设计方案,由计算单元确定:第一信号是否包括预定的内容信息还是以预定持续时间存在。仅在存在相应准则的情况下,第一信号表示由用户进行的操控。
根据另一个有利的设计方案,计算单元确定第二信号是否是由有线联接插装到硬件接口上而产生的。仅在这种情况下,第二信号表示连接了有线联接,因此满足了准则。
另一设计方案提出,计算单元在预定时间段之后自动终止配置模式。借此,确保了在配置单元随着时间的推移继续与现场设备连接的情况下,不会发生对配置数据的后续改变,该后续改变可能不源于授权的用户。
还提出了一种具有用于执行上述步骤的软件代码段的计算机程序。
另外,提出了一种计算机程序产品,其可以直接加载到数字计算单元的内部存储器中,并且包括软件代码段,当产品在计算单元上运行时,可以利用该软件代码段执行本文所述的方法。计算机程序产品可以是CD-ROM,DVD,USB记忆棒或可通过有线或无线网络加载的信号的形式。
附图说明
下面通过附图中的实施例的描述来解释本发明的其他特征。图中示出:
图1示出了根据本发明的自动化系统的现场设备的示意图,该现场设备被设置为与配置单元链接以进行交换数据;以及
图2是说明根据本发明的方法的原理性步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出了未示出的自动化系统的现场设备10。现场设备10包括计算单元11、操作元件12、硬件接口13和存储器15。在存储器15中存储有配置数据16,其由计算单元11处理以用于现场设备10的运行。现场设备10以技术人员已知的方式用于控制和/或监视自动化系统的未示出的部件。
操作元件12可以是例如按钮、开关或用于现场设备的正常运行的其他元件。例如,操作元件可以是复位按钮,以便能够在用户请求时将现场设备置于初始状态。
现场设备10经由硬件接口13连接到未示出的自动化系统的通信系统。通信系统可以设计为例如实时以太网。通过通信系统,现场设备10能够以本领域技术人员已知的方式与控制系统以及管理系统或其他现场设备交换数据(例如,测量数据、控制数据等)。
包含在存储器15中的配置数据16的改变通过网页服务器14来实现,该网页服务器可以由计算单元11执行。为了能够启动网页服务器14和读取或写入(通常:改变)该配置数据16,必须存在两个要求用户与现场设备10物理接近的条件。一个是,操作元件12由用户以预定的方式操控,另一个是,有线联接(例如,网络电缆)与硬件接口13连接。以预定方式(例如,大于2秒)来操控操作元件12得到第一信号sig1,其由计算单元11接收。网络电缆与硬件接口13的连接得到第二信号sig2,其也由接口11接收。如果由计算单元11同时接收到第一信号sig1和第二信号sig2时,那么满足了启动和执行网页服务器14的条件。
网页服务器14可以例如由计算机、例如笔记本电脑或平板电脑形式的配置单元20使用。配置单元20具有显示器21、输入装置22(例如,键盘和/或触敏显示器和/或指示设备)和接口23,在该接口中插入有代表有线联接的网络电缆30的另一端。
或者,配置单元20对网页服务器14的访问通过由配置单元20的用户经由输入装置输入的固定地址来实现。或者,一旦借助于在硬件接口13与接口23之间的有线联接30建立了物理连接,就可以通过DHCP进行地址的动态分配。然而,如上所述,只有在可以由计算单元11确定由用户对操作元件12进行的操控的同时,才可能访问网页服务器。为此,如所描述的那样,例如可能需要操作元件12被按压一预定持续时间,例如数秒钟。
一旦激活了网页服务器,就可以借助于配置单元20进行对配置数据16的改变。当前存储在存储器15中的配置数据可以首先在显示器21上被可视化并且借助于输入单元22来改变、覆盖或删除。
为了提高安全性,还可以提出在通过配置单元启动网页服务器之后向用户询问密码。
还有利的是,对网页服务器14的访问在时间上进行限制。因此,当例如在启动网页服务器之后经过预定时间段、例如10分钟时,网页服务器14可以通过计算单元11自动地停止。这另外使得潜在的攻击者更难以篡改现场设备10中的配置数据16。
为了能够如所描述的那样执行对配置数据16的修改,根据以上描述提出:断开硬件接口13与通信系统的在运行中的连接,取而代之利用有线联接30(网络电缆)建立至配置单元20的直接链接。在完成配置后,有线联接30与硬件接口13断开连接并再次建立到通信系统的连接。
代替如图1所示的在现场设备10与配置单元20之间建立直接连接,两个组件也可以通过插入路由器或其他工业交换设备相互连接。
图2示出了现场设备10的计算机辅助配置方法的原理性流程图。在第一步骤S1中,接收来自操作元件12的第一信号sig1,其表示由用户进行的操控。在步骤S2中,接收来自硬件接口13的第二信号sig2,其表示连接了有线联接。如果在步骤S3中确定计算单元11同时接收到第一信号sig1和第二信号sig2,则计算单元11将现场设备10转换为配置模式,在该配置模式中现场设备10的配置数据16能够由连接到硬件接口13的配置单元20来改变。
Claims (20)
1.一种用于自动化系统的现场设备,包括:
计算单元(11),所述计算单元被设置为管理用于运行所述现场设备(10)的配置数据;
能由用户操控的操作元件(12),所述操作元件的操控能由所述计算单元(11)检测到;
硬件接口(13),用于将所述现场设备(10)连接到所述自动化系统的通信系统或配置单元(20);
其特征在于,所述计算单元(11)还被设置为,在同时接收到来自所述操作元件(12)的第一信号(sig1)以及来自所述硬件接口(13)的第二信号(sig2)时,将所述现场设备(10)置于配置模式以改变所述配置数据,所述第一信号表示由用户进行的操控,所述第二信号表示连接了有线联接。
2.根据权利要求1所述的现场设备,其特征在于,所述计算单元(11)被设置为在所述配置模式中执行网页服务器(14)。
3.根据权利要求1或2所述的现场设备,其特征在于,所述计算单元(11)被设置为在所述配置模式中允许改变所述配置数据、特别是写入所述配置数据。
4.根据权利要求3所述的现场设备,其特征在于,所述计算单元(11)被设置为,在所述配置模式中在允许改变之前询问密码。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的现场设备,其特征在于,所述配置单元(20)能够通过预定的地址访问所述网页服务器(14)。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的现场设备,其特征在于,所述配置单元(20)能够通过网络配置的动态分配和名称解析访问所述网页服务器(14)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的现场设备,其特征在于,所述第一信号(sig1)包括预定的内容信息和/或以预定持续时间存在。
8.根据前述权利要求中任一项所述的现场设备,其特征在于,所述第二信号(sig2)由所述有线联接插装到所述硬件接口(13)上而产生。
9.根据前述权利要求中任一项所述的现场设备,其特征在于,所述计算单元(11)被设置为,在预定时间段之后自动终止所述配置模式。
10.根据前述权利要求中任一项所述的现场设备,其特征在于,所述硬件接口(13)是基于IP协议的以太网接口。
11.一种用于计算机辅助配置现场设备的方法,其中,所述现场设备(10)根据前述权利要求中任一项来设计,所述方法具有以下步骤:
接收(S1)来自所述操作元件(12)的第一信号(sig1),所述第一信号表示由用户进行的操控;
接收(S2)来自所述硬件接口(13)的第二信号(sig2),所述第二信号表示连接了有线联接;
将所述现场设备(10)转换成配置模式,在所述配置模式中当同时接收所述第一信号(sig1)和所述第二信号(sig2)时,能够由所述配置单元(20)改变所述现场设备的配置数据。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述计算单元(11)在所述配置模式中执行网页服务器(14)。
13.根据权利要求11或12所述的方法,其中,所述计算单元(11)在所述配置模式中允许改变所述配置数据、特别是写入所述配置数据。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的方法,其中,所述配置单元(20)通过预定的地址访问所述网页服务器(14)。
15.根据权利要求12至13中任一项所述的方法,其中,所述配置单元(20)通过网络配置的动态分配和名称解析访问所述网页服务器(14)。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法,其中,由所述计算单元(11)确定,所述第一信号(sig1)是否包括预定的内容信息或者是否以预定持续时间存在。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法,其中,由所述计算单元(11)确定,所述第二信号(sig2)是否由所述有线联接插装到所述硬件接口(13)上而产生。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法,其中,所述计算单元(11)在预定时间段之后自动终止所述配置模式。
19.一种计算机程序,具有用于实施根据权利要求11至18中任一项所述的步骤的软件代码段。
20.一种计算机程序产品,所述计算机程序产品能够直接加载到数字计算单元的内部存储器中,并且所述计算机程序产品包括软件代码段,当所述计算机程序产品在所述计算单元上运行时,利用所述软件代码段来执行根据权利要求11到18中任一项所述的步骤。
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