CN110573975A - 用于监视自动化设施的方法和云网关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监视自动化设施(A)的方法，其中设施(A)中集成多个现场设备(F1、F2、F3、F4)，所述方法包括：将云网关(CG)连接到设施(A)的第一通信网络(KN1)；确定连接到第一通信网络(KN1)的现场设备(F1、F2、F3、F4)；对于至少一部分所确定的现场设备(F1、F2、F3、F4)，测试与所确定的现场设备(F1、F2、F3、F4)相对应的设备描述是否存在于经由第二通信网络(KN2)连接到云网关(CG)的服务器(SE)中；从服务器(SE)下载与所查明的现场设备(F1、F2、F3、F4)相对应的设备描述，并且将设备描述安装在云网关(CG)中；借助于服务器(SE)创建至少一个配置计划(KP)，其中该配置计划(KP)定义要被查询的至少一个现场设备(F1、F2、F3、F4)、从现场设备(F1、F2、F3、F4)所查询的数据的类型、和针对每一个要被查询的所述现场设备(F1、F2、F3、F4)的数据被查询的频率；将配置计划(KP)发送到云网关(CG)；根据位于云网关中的配置计划(KP)，借助于云网关(CG)从要被查询的现场设备(F1、F2、F3、F4)查询数据；通过云网关(CG)将所查询的数据发送到服务器(SE)；以及，在服务器(SE)中收集和评估所发送的数据。本发明还涉及用于执行根据本发明的方法的云网关(G)。

Description

用于监视自动化设施的方法和云网关
技术领域
本发明涉及一种用于监视自动化设施的方法，其中，设施中集成多个现场设备，其中现场设备生成数据，尤其是测量数据、控制数据、校准/参数化数据、诊断数据、历史数据、和/或状态数据，并且其中现场设备借助于第一通信网络可以彼此通信并与至少一个上级单元通信。此外，本发明涉及一种被实施为用于执行本发明的方法的云网关。
背景技术
从现有技术已知的是用在工业设施中的现场设备。现场设备通常应用于自动化技术以及制造自动化中。原则上，被称为现场设备的是应用于过程附近以及传递或处理过程相关信息的所有设备。因此，现场设备用于登记和/或影响过程变量。用于登记过程变量的是测量设备或传感器。这些测量设备或传感器用于例如压力测量和温度测量、电导率测量、流量测量、pH测量、料位测量等，并且登记相应的过程变量、压力、温度、电导率、pH值、料位、流量等。用于影响过程变量的是致动器。这些致动器是例如泵或阀，其可以影响管中的液体流动或容器中的填充水平。除了上面提到的测量设备和致动器之外，被称为现场设备的还有远程I/O、无线电适配器以及通常设置在现场水平的设备。
Endress+Hauser集团公司生产并销售大量的这种现场设备。
在现代工业设施中，现场设备通常经由诸如，例如现场总线(现场总线，等)的通信网络与上级单元连接。上级单元涉及控制单元，诸如，例如PLC(可编程逻辑控制器)。除了其他事情外，上级单元用于过程控制以及现场设备的启动。由现场设备特别是由其传感器登记的测量值经由特定的总线系统被发送到一个上级单元(或者在给定的情况下，被发送到多个上级单元)，在给定的情况下，上级单元进一步处理测量值并将它们转发到设施的控制站。控制站用于经由上级单元进行过程可视化、过程监视和过程控制。此外，还需要经由总线系统从上级单元到现场设备的数据传输，尤其是用于现场设备的配置和参数化以及用于操作致动器。
如今的用于监视工厂组件的可用系统(所谓的“资产健康”系统)循环地查询来自现场设备的数据(例如，关于设备健康的信息)。然而，关于应该下载哪些数据的信息被本地存储在监视系统中。这种解决方案的缺点在于监视系统在本地移动，并且关于要查询的数据的信息仅在本地是可用的。因此，未提供监视系统的自动更新或远程配置。以示例来说，在安装新现场设备类型时，必须更新本地存储的信息，否则监视系统识别不出现场设备或者仅能够检索标准化的现场设备数据。诸如，例如在申请人的现场设备的情况下可用的“心跳”诊断数据的制造商专用的诊断数据，以这种方式是不能可查询的。
发明内容
基于以上所述的内容，本发明的目的是提供一种使得能够用户友好地且特别灵活地监视自动化设施的组件的方法和云网关。
该目的通过一种用于监视自动化设施的方法来实现，其中设施中集成多个现场设备，其中现场设备生成数据，尤其是测量数据、控制数据、校准/参数化数据、诊断数据、历史数据和/或状态数据形式的数据，并且其中现场设备借助于第一通信网络可以彼此通信并与至少一个上级单元进行通信，该方法包括：
-将云网关尤其是路由器或交换机与设施的第一通信网络连接；
-借助于云网关查明连接到第一通信网络的现场设备；
-针对至少一部分所查明的现场设备，测试与所查明的现场设备相对应的设备描述是否存在于经由第二通信网络连接到云网关的服务器中；
-经由第二通信网络从服务器下载与所查明的现场设备相对应的设备描述并将设备描述安装在云网关中；
-借助于服务器创建至少一个配置计划，其中该配置计划定义要被查询的至少一个现场设备、现场设备的所查询的数据的类型、和针对每一个要被查询的现场设备的数据的查询的频率或者用于查询的一个或多个时间点；
-将配置计划发送到云网关；
-根据位于云网关中的配置计划，借助于云网关从所查询的现场设备查询数据；
-通过云网关将所查询的数据发送到服务器；以及
-在服务器中收集并评估所发送的数据。
本发明的方法的一个很大优点是可以以简单的方式建立在设施中的自动化技术的现场设备的监视。云网关具有虚拟的“即插即用”功能，这是因为它自动检测与其连接的所有现场设备，并且从服务器下载它们的相应设备描述。在这种情况下，仅下载实际存在的现场设备的设备描述。在理想情况下，操作员仅需要将云网关连接到一个或多个现场总线并输入用于经由第二通信网络与服务器进行通信的参数。这些参数例如是服务器的访问数据。
云网关以它可以与在作为硬件方面(OSI第1层，例如作为插头类型、发送的电功率方面等)和还作为使用协议方面都不同的多个不同的通信网络连接的方式实施。在这种情况下，第一通信网络可以被有线地也可以被无线地实施。然而，被支持的例如是诸如，例如HART、Profibus、Foundation现场总线的自动化技术的现场总线、以及，以示例的方式，诸如，例如以太网的IT通信网络。云网关使得能够同时连接多个可以彼此不同的第一通信网络。
第二通信网络尤其是因特网或者使得能够访问因特网的通信网络。在其中第二通信网络被无线地实施的情况下，第二通信网络尤其是GSM、UMTS、LTE、5G等。由操作员借助于因特网有利地可到达服务器，并且服务器使得能够实现云功能。
配置计划的创建或由服务器自动地执行，或在操作员的帮助下执行。在后一种情况下，操作员例如借助于PC与服务器连接，并且例如借助于输入屏幕来创建配置计划。
以上在说明书的引言部分中给出了用于本发明的方法的现场设备的示例。
本发明的方法的有利的进一步发展提供了由云网关自动地检测将新现场设备并入到设施中。
在本发明的方法的优选实施例中，提供了云网关从服务器下载并为新现场设备安装与新现场设备相对应的设备描述。
因此，可以毫无问题地添加新现场设备，以便增加监视的灵活性。这里，设备描述的检测和下载也是自动发生的，使得操作员不必执行这些步骤。
此外，可以提供的是，当现场设备接收新硬件配置或者被重新参数化时，或者固件被更新时，或者当更新的设备描述对于一个或多个现场设备或现场设备类型变得可用时，用于一个或多个现场设备的设备描述被独立地更新。
本发明的方法的有利的进一步发展提供了借助于服务器适配当前位于云网关中的配置计划，其中服务器具有配置计划的副本，其中操作员访问服务器并且改变配置计划的副本中包含的定义。在这种情况下，它可以是发送被查询的数据的服务器，或者是从其下载设备描述的服务器。可替代地，服务器位于操作员/客户的本地。还可以提供的是，操作员借助于其编辑配置计划的服务器被实施为云网关的网络服务器。
在本发明的方法的优选实施例中，提供了配置计划的适配副本被加载到云网关中，以便更新当前位于云网关中的配置计划。在这种情况下可以提供的是，先前存在的配置计划被存储在历史记录中，以便能够在需要时重新使用这种配置计划。
本发明的方法的特别有利的进一步发展提供了云网关基于历史信息独立地优化并更新当前位于云网关中的配置计划。这种历史信息的示例可以是在诊断现场设备的情况下生成的事件。还可以提供的是，当服务器已经访问历史信息时，允许由服务器对配置计划进行独立的优化。
在本发明的方法的特别优选的实施例中，提供了在云网关的正在进行的操作中执行配置计划的更新。因此，云网关的操作不会中断，从而这使得能够进行灵活且简单的适配。
在本发明的方法的有利实施例中，提供了配置计划的适配副本或者由云网关更新的配置计划被存储在服务器中并且被建议作为现场设备的产品类型和/或现场设备的过程位置的标准。用户可以以这种方式采纳适合于应用的预配置的配置计划。
在本发明的方法的有利实施例中，提供了当对于至少一个现场设备，在数据库中不存在适当的设备描述时，现场设备生成警告报告并将其发送到服务器。例如，由警告报告请求操作员将缺失的设备描述加载到服务器中，或者到可以获得缺失的设备描述的因特网地址。
此外，该目的通过被实施为用于执行本发明的方法的云网关来实现。云网关是网络设备，尤其是建立现场设备与服务器的连接的交换机或路由器。
附图说明
现在将基于附图更加详细地解释本发明，唯一的附图显示如下：
图1是本发明的系统的实施例的示例。
具体实施方式
图1示出了在自动化设施A的上下文中本发明的系统的实施例的示例。连接到数据总线D1的是处于设施A的控制水平下的多个工作站PC、WS1、WS2。除这些事情外，这些工作站PC用作上级单元(控制系统或控制单元)，用于过程可视化、过程监视和诸如用于服务和监视现场设备的工程。数据总线D1例如根据Profibus DP标准或Foundation现场总线的HSE(高速以太网)标准工作。经由也被称为链接设备、现场控制器或者甚至段耦合器的网关G1，数据总线D1与现场总线段SM1连接。现场总线段SM1由多个现场设备F1、F2、F3、F4组成，它们经由第一通信网络KN1相互连接。现场设备F1、F2、F3、F4可以是传感器或致动器。
在第一通信网络的情况下，它尤其是自动化技术的现场总线，其对应于已知的例如现场总线标准、Profibus、Foundation现场总线或HART之一进行工作。
这种现场设备F1、F2、F3、F4的示例和功能在上面的说明书的引言部分中进行了阐述。
连接到第一通信网络KN1的是云网关CG。云网关CG尤其是路由器或交换机。云网关CG经由第二通信网络KN2连接，以与具有云能力的服务器SE通信。第二通信网络KN2尤其是因特网。除了第一通信网络KN1之外，云网关CG还可以连接到大量的其他不同的通信网络。
当首次与第一通信网络KN1连接时，云网关CG搜索连接到第一通信网络KN1的现场设备F1、F2、F3、F4。为此，它观察例如现场设备和网关G1之间的循环数据流量并从现场设备F1、F2、F3、F4的这些现场总线地址中提取。然后，云网关借助于非循环通信查询现场设备F1、F2、F3、F4的其他信息，例如序列号、设备类型、固件版本等。为此，根据现场总线，云设备被实施为主设备。
借助于该附加信息，云网关CG可以明确地确定现场设备F1、F2、F3、F4以及从服务器SE下载并安装适当的设备描述或驱动程序。这些过程自动发生，并代表对于操作员BE的极大的便利。如果对于服务器SE中的一个或多个现场设备F1、F2、F3、F4不存在适配的设备描述，则云网关CG生成警报消息，该警报消息被发送到服务器SE。
如果现场设备F1、F2、F3、F4被更新或者安装了新现场设备，则云网关CG自动检测这些改变并下载适合于改变的现场设备F1、F2、F3、F4的设备描述。
位于云网关CG中的是至少一个配置计划KP或流程计划。配置计划KP借助于云网关建立应在哪个时间点从哪个现场设备F1、F2、F3、F4下载哪些数据。如果多个第一通信网络连接到云网关CG，则这些第一通信网络中的每一个可以在云网关CG中具有其自己的配置计划。
这种配置计划KP的创建可以由操作员BE借助于服务器SE来执行。为此，操作员BE例如借助于PC经由因特网与服务器SE连接，并通过建立使用服务器的权限来进行认证。在公开认证之后，操作员BE访问服务器SE的软件工具ST，软件工具ST显示与其相关联的所有云网关CG和与其连接的现场设备F1、F2、F3、F4的列表。在这种情况下，操作员BE还被示出了在没有用于云网关CG的现场设备F1、F2、F3、F4的适配设备描述时所生成的警报消息。借助于输入屏幕，操作员BE然后可以舒适地为不同的云网关CG创建配置计划KP。此外，操作员BE被示出位于云网关CG中的已经存在的配置计划KP并且操作员BE可以审查它们，并且在需要时更新它们。
在创建或更新配置计划KP之后，将其发送到云网关CG，然后在那里安装这样的配置计划KP，或者覆盖已经存在的配置计划KP。为此，云网关CG的操作不中断，使得不需要在现场偶尔耗时地重启云网关CG。有利地，在服务器SE中提供了自动优化组件OK，其可以基于历史信息独立地更新配置计划KP。
可替代地，服务器SE不包含软件工具ST和/或自动优化组件OK，但，替代地，设施A具有与第一通信网络KN1连接并且包含软件工具ST和/或自动优化组件OK的PC WS3。
可替代地，云网关CG包含软件工具ST和/或自动优化组件OK。在这种情况下，操作员BE可以例如经由云网关CG的网络服务器来访问这些组件。
基于配置计划KP，云网关CG从现场设备F1、F2、F3、F4查询数据并借助于第二通信网络KN2将所查询的数据发送到服务器SE。在那里，数据被收集并且可以被操作员BE审查并用于其他的处理。
附图标记列表
A 自动化设施
CG 云网关
D1 数据总线
F1、F2、F3、F4 现场设备
G1 网关
KN1 第一通信网络
KN2 第二通信网络
KP 配置计划
OK 自动更新组件
BE 操作员
SE 服务器
ST 软件工具
WS1，WS2 上级单元

Claims (10)

1.一种用于监视自动化设施(A)的方法，其中，所述自动化设施(A)中集成多个现场设备(F1、F2、F3、F4)，其中，所述现场设备(F1、F2、F3、F4)生成数据，尤其是测量数据、控制数据、校准/参数化数据、诊断数据、历史数据和/或状态数据形式的数据，并且其中，所述现场设备(F1、F2、F3、F4)能够借助于第一通信网络(KN1)彼此通信并与至少一个上级单元(WS1、WS2)进行通信，所述方法包括：
-将云网关(CG)，尤其是路由器或交换机，与所述设施(A)的所述第一通信网络(KN1)连接；
-借助于所述云网关(CG)查明连接到所述第一通信网络(KN1)的所述现场设备(F1、F2、F3、F4)；
-对于至少一部分所查明的现场设备(F1、F2、F3、F4)，测试与所查明的现场设备(F1、F2、F3、F4)相对应的设备描述是否存在于经由第二通信网络(KN2)与所述云网关(CG)连接的服务器(SE)中；
-经由所述第二通信网络(KN2)从所述服务器(SE)下载与所查明的现场设备(F1、F2、F3、F4)相对应的设备描述，并且在所述云网关(CG)中安装所述设备描述；
-借助于所述服务器(SE)创建至少一个配置计划(KP)，其中所述配置计划(KP)定义要被查询的至少一个现场设备(F1、F2、F3、F4)、所述现场设备(F1、F2、F3、F4)的所查询的数据的类型、和针对每一个要被查询的所述现场设备(F1、F2、F3、F4)的数据的查询的频率或者用于查询的一个或多个时间点；
-将所述配置计划(KP)发送到所述云网关(CG)；
-根据位于所述云网关(CG)中的所述配置计划(KP)，借助于所述云网关(CG)从所查询的现场设备(F1、F2、F3、F4)中查询数据；
-通过所述云网关(CG)将所查询的数据发送到所述服务器(SE)；以及
-在所述服务器(SE)中收集并评估所发送的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述云网关(CG)自动地检测新现场设备(F1、F2、F3、F4)并入到所述设施(A)中。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述云网关(CG)从所述服务器(SE)下载并为所述新现场设备(F1、F2、F3、F4)安装与所述新现场设备(F1、F2、F3、F4)相对应的设备描述。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，借助于所述服务器(SE)适配当前位于所述云网关(CG)中的所述配置计划(KP)，以此服务器(SE)具有所述配置计划(KP)的副本，其中，操作员访问所述服务器(SE)并改变所述配置计划(KP)的所述副本中包含的定义。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述配置计划(KP)的所适配的副本加载到所述云网关(CG)中，以便更新当前位于所述云网关(CG)中的所述配置计划(KP)。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，所述云网关(CG)基于历史信息独立地优化并更新当前位于所述云网关(CG)中的所述配置计划(KP)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，在所述云网关(CG)的正在进行的操作中执行所述配置计划(KP)的更新。
8.根据权利要求4至7中至少一项所述的方法，其中，所述配置计划(KP)的所适配的副本或者由所述云网关(CG)更新的所述配置计划(KP)被存储在所述服务器(SE中)中，并且被建议作为所述现场设备(F1、F2、F3、F4)的产品类型和/或所述现场设备(F1、F2、F3、F4)的过程位置的标准。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中，当对于至少一个现场设备(F1、F2、F3、F4)，在数据库中不存在适当的设备描述时，所述现场设备(F1、F2、F3、F4)生成警告报告并将警告报告发送到所述服务器(SE)。
10.一种被实施为用于执行根据权利要求1至9中的一项所述的方法的云网关(CG)。
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