CN110943853A

CN110943853A - 传输方法

Info

Publication number: CN110943853A
Application number: CN201910891264.3A
Authority: CN
Inventors: A.埃克哈特; S.米勒
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: US20200099762A1; CN110943853B; US11128726B2; EP3627800A1; DE102018216111A1; EP3627800B1

Abstract

传输方法。本发明涉及用于机电一体化系统的机器控制数据在网络中与至少一个网络成员的通信的方法，该网络成员借助于支持发布/订阅通信模型的数据交换标准经由网络来发送控制数据（发布方）。为了简单、快速且鲁棒地构建这种方法而提出：机电一体化系统的机器控制装置作为网络成员被纳入到网络中，该机器控制装置为了控制数据的通信可以自由选择地配置为订阅方和/或发布方，其中机器控制装置作为发布方给控制数据配备消息标识符，借助于数据交换标准将控制数据编码为网络消息且经由网络来发送网络消息；和/或机器控制装置作为订阅方经由网络来接收借助于消息标识符针对订阅方所确定的网络消息且借助于数据交换标准将网络消息解码为控制数据。

Description

传输方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法。

背景技术

在现有技术中，在开头提到的方法中，使机电一体化系统的机器控制数据在网络中与至少一个网络成员进行通信，该网络成员借助于数据交换标准经由网络来发送控制数据（发布方（Publisher）），该数据交换标准支持发布/订阅通信模型。至少一个其它的网络成员借助于数据交换标准经由网络来接收控制数据（订阅方（Subscriber）；也能替换地被称作订阅者或订购者），其中订阅方进行以网络消息为形式的传输，这些网络消息分别针对可按需要来选择的、与发布方解耦合的订阅方来设置。订阅方获得网络消息及其所要取得的控制数据，分别优选地受事件控制地、选择性地获得网络消息及其所要取得的控制数据或者选出这些控制数据和/或选择性地从网络消息中提取所要取得的控制数据。这种方法也被称作发布/订阅通信方法或者发布/订阅通信模型。该发布/订阅通信方法或者发布/订阅通信模型例如被设置用于在工业自动化系统中的总线控制器的数据的传输，该总线控制器为此构造为发布方。

这种方法基于解耦合的通信来提供简单的结构。该方法需要至少一个发布方和至少一个订阅方。但是，由此该方法结构上并且设备方面受限制，关于系统配置方面不那么灵活而且仅仅有限地适合于工业自动化。

发明内容

因而，本发明的任务是提供一种简单的、快速的并且鲁棒的通信方法，优选地以能灵活使用的方式来构建该通信方法并且尤其是使该通信方法能胜任要求高的自动化任务。通信方法尤其应该能胜任：忠实于系统地描绘可灵活地配置的、机电一体化的系统环境。此外，通过按照本发明的通信方法应该实现机器控制装置的自给自足的功能，尤其是用于灵活的系统环境的机器控制装置（尤其是在工业自动化的情况下）应该以可互操作的方式被纳入到这种系统中。

该任务通过根据权利要求1所述的方法来解决。本发明的认识是：可灵活地配置为订阅方或发布方的机器控制装置展现出用于多个自动化任务的发布/订阅通信架构的优点，该机器控制装置已经带来了根据所建立的数据交换标准的编码能力、尤其是双向的编码能力。同时，能够实现系统配置的高度灵活性，诸如对控制装置的重新配置、对多个直至大量控制装置的支持、将机器控制装置纳入到通信网络中和将机器控制装置从通信网络中解除绑定以及使机器控制装置针对异步通信并且针对实时通信同样能胜任并且紧凑地来设计。

通过数据交换标准的机制的按照本发明有针对性地选择的应用，这在高度的互操作性的情况下实现。本发明实现了在机器控制装置的运行系统上的通用功能，使得控制装置能用具有高度的互操作性的数据交换标准自由地配置；此外使该机器控制装置能胜任自给自足的、可自由配置的网络基础设施并且能胜任网络通信，其方式是该机器控制装置具有按照数据交换标准的对于网络服务来说所需的、可自由配置和选择的能力（例如编码功能）。由于本发明规定了按照数据交换标准的消息标识符，本发明也能广泛地使用。

不仅按照本发明的机器控制装置而且与其按照本发明来进行通信的其它或所有网络成员都可以符合数据交换标准地来运行。这种按照本发明的数据交换标准可以是工业通信协议、例如机器到机器通信协议、如OPC-UA。在此，OPC-UA表示Open PlatformCommunication - Unified Architecture（开放平台通信 - 统一架构）。借助于OPC-UA，能够与制造商无关地实现各种不同的组件制造商的联网。OPC-UA使OPC扩展了重要特性，诸如语义信息的传输和用于调用方法的被扩展的可能性，而且能够实现在不同的组件之间的标准化的并且跨制造商的数据交换，也就是说与编程语言和操作系统无关。OPC-UA经由标准化的通信协议并且经由标准化的接口以及功能来使自动化金字塔的不同层面的设备连接。OPC-UA尤其可以用于将来自现场层面的数据与自动化金字塔的在该现场层面之上的层面进行交换。这样，通过OPC-UA例如可以将来自现场层面的实时区域（在该实时区域内，现场设备通过有实时能力的现场总线来进行通信）的数据传输到工厂自动化的管理层面或者控制层面，在该工厂自动化中实现计划、流程控制和物流过程。例如，OPC-UA技术能够实现机器控制装置、诸如CNC控制装置、针对例如打包机的运动控制装置（Motion（运动））或者逻辑控制装置、诸如存储可编程控制器（SPS）与在它们之上的控制和管理层面的统一的联网。如果本文中提到了机器控制装置或SPS，则这始终应被视为能用所有之前提到的控制装置替换，而且反之亦然。

优选地，也考虑针对本发明使用OPC-UA-TSN（Time Sensitive Networking（时间敏感性网络）），因为由此可以借助于本发明来实现关于工业自动化方面的有益的对实时能力的改善。对此在更下面还进一步予以探讨。

本文中对OPC-UA的参考也适用于可被用于本发明的其它数据交换标准。不过，本文中示例性地基本上参考OPC-UA，其中OPC-UA就此而言应该能用功能相同的或者类似的数据交换标准替换或者也应该能用通信协议和标准替换，而且反之亦然。

按照本发明，该机器控制装置控制机电一体化系统。机电一体化系统一方面具有机械电子的、这意味着例如电的、电子的、液压的、机械的、气动的或者由这些原理组合的或者其它的组件，这些组件在系统复合体中组合并且本身充当经组合的机电一体化单元或机电一体化机器。这例如可以是机床，在该机床中，多个电机驱动该机床的轴。机电一体化系统的组件优选地通过一个或多个机器控制装置来协调，必要时同步并且作为系统复合体来控制。在此，机器控制装置例如是：逻辑控制装置、诸如存储可编程控制器（SPS）；运动控制装置、诸如CNC（计算机数字控制）；或者一般来说，上级系统控制装置，该上级系统控制装置也可以由多个不同的控制平台和架构组成。在此，机器控制装置可以是集成的机器控制装置，该集成的机器控制装置也将实时组件、以软件或硬件为形式的实时组件和上级逻辑控制装置、过程控制装置或一般的以单元为形式的控制单元集成，优选地集成在外壳中。

这种机器控制装置可以是单独的并且专用的硬件，即比如是机电一体化系统的电子组件，该硬件被设计为物理的机器控制装置。但是也可涉及嵌入式控制装置或者涉及虚拟的、例如在工业PC上仿真的或可视化的控制装置。最后，控制装置也可以被实现为在（工业）PC上的软件应用。

按照本发明，机器控制装置作为网络成员被纳入到网络中，用于数据交换。机器控制装置接收、发送、处理、管理、协调、产生或生成机器控制数据。这种数据例如是涉及机电一体化系统的数据或者是来自机电一体化系统的数据。这些控制数据由机器控制装置来进行通信、即发送和/或接收。这对于机电一体化系统来说是顺利的功能运行的重要前提。这里，本发明规定：用于控制数据的通信的机器控制装置可以自由选择地被配置为发布/订阅通信架构的订阅方和/或被配置为发布/订阅通信架构的发布方。通过数据交换标准可以提供本发明专用的不同的传输架构。在当前情况下，为了进行传输而使用数据交换标准的发布/订阅架构。对于这种发布/订阅架构来说表特征的是：发布方没有对一个或多个订阅方单独地进行寻址并且因此不一定“认识”所述一个或多个订阅方。

按照本发明，机器控制数据（为了简便起见，本文中也简称为“控制数据”）可以以发布/订阅架构的所有优势来提供（例如同时针对多个订阅方和/或周期性地分配控制数据）。为此，机器控制装置可以配置为符合数据交换标准的订阅方或发布方。在此，可以以符合数据交换标准的网络消息为形式来进行传输，这些网络消息分别被设置用于数目灵活的订阅方，其中网络成员一般来说按照消息标识符来选择性地获得或选出该网络成员的所要取得的消息和/或依据消息标识符从网络消息中选择性地提取令该网络成员感兴趣的数据组。

在所提到的发布/订阅架构中，发布方进行以符合数据交换标准的网络消息为形式的传输。在此，数据利用在数据交换标准中经标准化的方法或者功能来表征和传输。这种消息分别被设置用于数目灵活的订阅方。

订阅方可以按照消息标识符选择性地获得该订阅方的所要取得的消息（例如在使用具有单播地址的发布/订阅架构的情况下，参见下文）。替选地或附加地，订阅方可以依据消息标识符从这样被标识的或被接收到的网络消息中选择性地提取令该订阅方感兴趣的数据组（例如在使用具有多播地址的发布/订阅架构的情况下，参见下文）。

在单播地址的情况下，在网络消息的消息头（按照本发明的消息标识符的组成部分）写入发送方信息、诸如发布方ID、例如进行发送的机器控制装置的标识；此外，消息标识符可以在单播地址的情况下载有接收方的信息（例如IP地址）或收件方，依据所述接收方的信息（例如IP地址）或收件方，相应的具有控制数据的网络消息被路由到相应规定的收件方。优选地，这种网络消息包含仅仅针对所规定的收件方的网络消息，使得对于网络中的每个收件方来说，自己的单播网络消息都被生成、传输并且相对应地被路由。

与此相应地，按照本发明的网络消息在多播地址的情况下（必要时除了上面提到的发送方消息之外）还载有针对多个接收方的控制数据，使得每个网络消息都被路由到多个网络成员，而且网络成员依据消息标识符来从该网络消息中提取该网络成员的与该网络成员相关的控制数据。

机器控制装置自由选择地配置为发布方和/或订阅方的配置能力例如可以在机器控制装置的固件中和/或在机器控制装置的机器控制应用中规定，使得使用者仅须寻址或者选出机器控制装置的相对应的配置。在比如构造为软件应用的机器控制装置的情况下，配置可能性可以以相对应的应用的软件来实现。在此重要的是：自由选择地进行配置；这可意味着：机器控制装置可以随时和/或能自由选择地和/或自动地和/或能手动设定地来相对应地规定和/或配置。

在此，机器控制装置可以同时不仅配置为发布方而且配置为订阅方；这例如是现场总线架构的返回信道的实现方案（参见更下面）。该机器控制装置也可以自由选择地或者被配置为订阅方或者被配置为发布方。就此而言，机器控制装置的与此相应的配置是机器控制装置的通信实体，在这种通信实体之间随时可以任意地通过简单的配置来进行变换。概括来说，机器控制装置可以同时或者时间上错开地没有、有一个或者有多个不同的发布方（通信实体）和/或没有、有一个或者有多个不同的订阅方（通信实体）。

在工业自动化中，机器控制装置可以接收控制数据，例如用于与由其它控制装置管理的（尤其是运动）过程同步。有利地，接着尤其是充当现场总线架构下的主机/从机拓扑中的从机的这种机器控制装置同样可以过程同步地将控制数据返回网络。同样，经由网络来发送控制数据的机器控制装置（比如在上面提到的主机/从机架构下的主机）可以接收返回的控制数据。这种也逆着控制组件的等级或优选的通信方向返回的控制数据可用于过程控制而且比如可包括运动额定值、通常是额定值、状态数据、实际值或者传感器数据。因而，对于通信来说，出于技术原因常常设置互补信道、也被称作返回信道。本发明已经认识到：为了相对应地实现这种返回信道，例如以SERCOS总线拓扑、尤其是以SERCOS双环或者以任意的其它现场总线拓扑来实现，机器控制装置可以（也包括同时）充当按照本发明的拓扑的发布方和订阅方。

按照本发明，数据交换标准规定了所限定的规定、例如配置参数。这种规定在机器控制装置中被设定，已经预先设定或者可以自由选择地来被选择。由此，也按照本发明地将机器控制装置配置为发布方和/或配置为订阅方。在此，在按照数据交换标准来规定的发布/订阅通信架构的框架内，所规定的通信参数和/或与通信相关的环境变量和/或通信条件被设置和/或被设定和/或被选择。配置还可以包括：哪些数据被发送和/或被接收，设置怎样的通信周期以及也包括所使用的通信协议。但是，尤其通过相对应的配置来规定：相关的机器控制装置在运行模式下是充当发布方而是充当订阅方。由此，联网的、工业上的自动化系统的灵活性可以非常忠实于系统地被模仿或考虑。

在机电一体化系统中提供数据来与其它系统组件进行同步的机器控制装置例如会被配置为发布方，该发布方周期性地公开相关的数据并且在网络中提供这些相关的数据。在这种配置下，机器控制装置会被视为类似于系统主机，该系统主机将同步数据分配到网络中。接着，例如要与这种同步数据进行同步的机器控制装置可能会配置为这些同步数据的订阅方。一般来说，在这种配置下，相对应的机器控制装置的角色被规定为发布方（例如主机）或者被规定为订阅方（从机），而且在此交换的数据的类型和规模被规定。

按照本发明，在配置为发布方的情况下，机器控制装置具有如下能力：首先给控制数据配备消息标识符。这种消息标识符用于在按照本发明的发布/订阅通信架构下对这种网络消息的正确处理。消息标识符对网络消息进行标识，例如标识为来自配置为发布方的机器控制装置。但是，该消息标识符也可包含关于消息的其它信息，诸如关于消息的内容信息、消息的元信息、诸如消息长度、所包含的变量、消息的组成或规模或覆盖、时间信息、比如时间戳、路由信息或者诸如此类的。同样，消息标识符可具有语义信息、也就是说关于所包含的控制数据的含义和/或内容说明。消息标识符也可包括关于控制数据的来源的信息和/或关于写入数据的单元的信息（例如笔迹鉴别）。消息标识符的所提到的特性相对应地也适用于配置为订阅方的情况，其中必要时上文提到的实施方案应比照着来适配。

此外，在配置为发布方的情况下，机器控制装置具有将被规定用于数据交换的控制数据编码为网络消息的能力。在编码（下面的实施方案比照来说也能应用于解码，即能应用于整个编码过程）时，使用数据交换标准的机制或者也包括预先确定的方法，比如为此预先确定的、经标准化的编码功能。通过编码，控制数据被组成相对应的网络消息并且通过网络架构以能通信的方式来编排格式。网络消息在一定程度上由控制数据来创建，其中按标准来规定消息头，该消息头基本上包含关于网络消息方面的传输信息和元信息；同样，在编码时，借助于编码功能也（尤其是符合标准地）构造有效负载（Payload），该有效负载表示按照数据交换标准来编排格式的和/或被转换的控制数据。按照本发明来规定的编码器还承担所要传输的信息单元、例如数据字节的布局和序列以及将所要传输的信息单元、例如数据字节写入到所要传输的、最终得到的具有控制数据的网络消息中。

接着，这样产生的网络消息不仅符合数据交换标准地而且符合由该数据交换标准所支持的网络协议地来发送并且作为网络消息由机器控制装置经由网络来发送。通过这些能在机器控制装置中灵活配置的功能，本发明提供了高度的灵活性，使得由此考虑机电一体化系统、尤其是工业自动化的系统的设计方案的各种各样的可能性。本发明能够在整个系统的（也包括频繁的）重新配置时实现通信方法的忠实于系统的实现形式。那么，即通信方法可以被适配为使得参与该系统的机器控制装置可以灵活地被配置为（一个或多个）发布方和/或（必要时也包括同时）被配置为（一个或多个）订阅方。

在机器控制装置被配置为订阅方的情况下，所有上文的实施方案都相对应地适用。接着，机器控制装置经由网络来接收借助于消息标识符针对订阅方来确定的网络消息。那么，本文中关于消息标识符的内容的叙述相对应地（尤其是经适当修改后）适用；机器控制装置作为订阅方依据消息标识符来确定是否以及数据或网络消息中的哪些数据或网络消息或网络消息中的哪些组成部分被确定用于相关的订阅方。在上文叙述的机制下，机器控制装置利用上文叙述的装置和措施将网络消息编码成被设置用于接收的控制数据。

不限制本发明的主题的优选的设计方案在从属权利要求中予以描述。

在对控制数据的按照本发明的通信时的高度的灵活性通过如下方式来实现：机器控制装置作为发布方在关于机器控制装置方面静态的（尤其是对于相对应的功能来说固定地准备好的）和/或非临时的（尤其是非易失性的和/或永久的、还尤其是与相对应的、按照本发明的功能的过程、调用或者结束无关地非易失性的和/或永久的）和/或全局的（尤其是在控制装置的地址空间内跨应用地能接触到的）存储区中提供所要编码的控制数据和/或经编码的网络消息；或机器控制装置作为订阅方在该存储区中提供所接收到的网络消息和/或经解码的控制数据。由此，在信息技术上可能随时访问控制数据组，例如与刚好在机器控制装置中运行的功能或程序无关。此外，由此可以实现机器控制装置的所有或者被选出的、按照本发明的功能的模块化。这样，配置过程（分别作为订阅方和/或发布方的配置）、编码和/或解码以及发送和/或接收可以分别尤其是借助于由数据交换标准所支持的网络服务的使用来在单独的模块中实现，这些模块能单独地使用并且能按需要来调用。如果使用开头提到的存储区，则得出如下优点：比如在软件中实体化的提供模块可以像组件或模块那样来使用，在该提供模块的输入端上附有（也要编码或要解码的）控制数据，而在该提供模块的输出端上附有输出数据（诸如经编码的网络消息或者经解码的控制数据），尤其是在一定程度上永久地附有输出数据，而且所述控制数据和所述输出数据这样能持久地和/或在一定程度上连续地和/或跨控制装置地和/或跨实体地和/或对于每个控制程序来说在任何位置供支配。对此在更下面还进一步予以探讨。

在所提到的方法中，比如在初始化时准备好所规定的/所需的存储器。发布/订阅通信模型、尤其是OPC-UA标准的发布/订阅通信模型提供高的存储器处理动态性。尤其是，所使用的存储器可以程度高地灵活地被使用，即比如关于所使用的并且必要的参量方面变化地被使用。如果机器控制装置被配置为发布方，则比如用于维持OPC-UA存储器动态性与静态分配的兼容性，对在控制装置侧设置的静态存储器的配置可以按照本发明来读出并且在对控制数据的通信时被考虑（例如通过维持所使用的数据单元的、比如控制数据和/或网络消息长度的最大尺寸）。

如果机器控制装置配置为订阅方，则可能会出现如下情况：接收到理论上可能会比所预期的更长的消息。为了改善数据的兼容性、一致性和/或效率，对在控制装置侧设置的静态存储器可以按照本发明来读出并且在对控制数据的通信时被考虑；在订阅方的所提到的情况下，这例如通过被配置得大于网络消息的最大长度的静态存储器来实现，或者通过一般发送具有网络消息的消息长度来实现，或者一般通过对（单独的和/或最大的）消息长度的通信来实现。在超过在控制装置侧最大容许的极限时，比如可能会在读出消息长度之后对配置进行适配，尤其是利用新的最大消息长度来进行初始化。这可以针对每个消息来进行和/或按需要进行和/或应要求进行。

对消息长度的了解尤其是也与上文所说的内容无关地来规定，因为传输时间以及网络架构的配置也可取决于此。因而，一般来说，之前提到的措施在工业自动化环境、尤其是具有至少局部实时区域的工业自动化环境下是有利的，因为对消息长度的了解一般也能用于维持实时的完整性或用于满足通信要求或通信边界条件。

当利用数据交换标准的方法来进行编码或解码时，本发明提供了高度的互操作性、尤其是在不同的网络环境下和/或在不同的通信架构下的高度的互操作性。在此，编码尤其涉及机器控制装置作为发布方的配置，在发布方那里，控制数据被编码成网络消息，而解码尤其涉及机器控制装置作为订阅方的配置，在订阅方那里，网络消息被解码成控制数据。在当前情况下，针对这些概括来说被称作编码的功能使用在数据交换标准中经标准化的机制。这例如可以是标准特定的编码器或解码器，所述标准特定的编码器或解码器在相对应的数据交换标准下规定。例如，可以使用OPC-UA编码器和解码器。其中也可包括：使用某些变量、数据类型或者一般来说信息技术对象和类型（例如在OPC-UA中经标准化的时间戳）。

上文提到的机制在此通常可以是在数据交换标准中使用或参照的算法、标准或者也包括经标准化的编码格式。但是，替选地或附加地，也可以使用信息技术方面的方法。为此，本发明使用预先确定的数据交换标准，该数据交换标准被机器控制装置所支持。数据交换标准具有这种经标准化的方法调用，所述方法调用可以（也经由网络）调用关于机器控制装置本地集成的方法。一般来说，这种方法调用被设置为：调用某些过程、服务、算法、方法或诸如此类的或者在机器控制装置上寻址某些过程、服务、算法、方法或诸如此类的。更严格意义上的方法可以是对象的功能调用，所述功能调用在它们实施之后来递交状态“成功”或“不成功”。从这个意义上说，方法比如一般是对象的组件，而从广义上讲是能调用的软件功能，尤其是作为对象的组件。也属于能在本地调用的方法的是本地的、能实施的程序或程序部分。经由数据交换标准，方法调用尤其是标准化为使得同样支持数据交换的网络成员可以使用该方法调用来经由网络在本地调用机器控制装置的方法。本发明将这种本地方法用于：规定编码功能和/或在就本发明而言的机器控制装置本地激活这些编码功能，用于控制数据的通信。

为此，调用机器控制装置的至少一个预先确定的和/或预先配置的、本地的方法。该本地方法例如可用于：对机器控制装置的对于编码功能来说表特征的对象或变量进行编址、寻址、操控、设置、改变或者配置。优选地，从机器控制装置方面可支配的方法通过符合标准的（也包括来自网络中的）询问来标识，优选地依据作为所支持的方法的拥有者被寄存的对象来标识。

本发明通过如下方式实现了控制数据的高度的现实性、对控制数据的规模和覆盖的适配以及尤其是也实现了高度的灵活性：对控制数据的通信和/或经通信的控制数据的类型和/或内容和/或规模能在机器控制装置的运行期间和/或远程地和/或在机器控制装置本身中配置。这尤其意味着：实际上可以像开头提到的那样随时、也就是说比如在任务或实时任务的活跃实施期间进行配置、也就是说进行改变。在此，保证了机器控制装置的运行任务的无干扰的和/或无中断的继续进行。例如在调用或使用来自运行任务的控制数据期间，首先如上文所示出的那样进行配置。在配置结束时才开始经重新配置的传输。为此，借助于上文提到的方法或机制来进行配置，例如产生、改变或者删除限定了控制数据的规模和内容的变量。对此在更下面还详细地进一步予以探讨。

对控制数据的传输可以、但不是必须在机器控制装置的运行期间进行。因为本发明已经满足了对在运行期间的可配置性的高要求，所以被通信的数据可以随时、即也包括在运行中断期间、在机器控制装置的不活跃期间、在对机器控制装置和/或机电一体化系统或者其组件进行调试、维护、修理或分析时予以配置和通信。

尤其是传输本身、即传输周期、传输参数、网络协议或者通信栈、但是也包括被通信的相关的控制数据被改变、删除或者重新添加，和/或所有待通信的数据和参数的数据和内容被配置。在此，上文提到的配置选择性地远程地和/或在机器控制装置本身中在本地进行。在远程配置下，例如由相关的机器控制装置也被纳入到其中的网络的网络成员将配置信息发送给机器控制装置，必要时被该机器控制装置签收（即对这些配置信息的正常的接收被回报给该网络成员）并且在那里依据这些配置信息来进行配置。在远程配置下，远程网络成员也可以调用机器控制装置的本地方法来进行配置。如果在机器控制装置中在本地进行配置，则为此例如可以使用输入设备或者特殊的软件，例如用于调试。

按照本发明，尤其是设置或配置特定的、对于在按照本发明的发布/订阅架构下对控制数据的通信来说表特征的特性、尤其是通信参数。这例如可以是对于所提到的架构来说表特征的传输参数或者环境变量，诸如发布方的标识符、订阅方的标识符、消息标识符和/或写入控制数据的单元的标识符。如果相关的机器控制装置被配置为订阅方，则其中也包括涉及作为发布方的网络成员的信息，该网络成员的网络消息对于该订阅方来说是重要的；这例如可以是如下信息：相关的订阅方应该“听得到”哪个发布方。反过来，在被配置为发布方的机器控制装置中，配置可以与如下参数相关，这些参数涉及网络消息和/或控制数据的传输、标记、接收方特性、地址；例如其中也可包括作为多播或单播架构的具有用于相关的架构的相对应的通信参数的装置。

在按照本发明的发布/订阅通信架构下，能设置并且分配多个特定的设置和/或参数。另一方面，本发明的认识是：对于在机电一体化系统的控制数据的情况下的应用来说，大量这种技术细节是不令人感兴趣的，尤其是对于控制数据来说是不重要的或者仅仅对于通信来说是重要的，但是对于多种应用情况来说是相同的和/或要自动化地来确定。

为了将控制数据的通信构建得不仅更可靠二期能更简单地运用而提出：预先确定的通信参数在配置时由机器控制装置自动地预设（自动化的通信参数）。由此，提高了按照本发明的通信的安全性和简便性，而且手动分配的花费以及在手动分配时的不安全性也降低直至消除。由此，还提高了按照本发明的方法的可再现性，其方式是在配置方面的变型方案被减少了上文提到的自动化的通信参数。一般来说，比如较复杂的参数、控制装置内部的通信参数和/或关于机电一体化特性方面或者关于控制数据方面不令人感兴趣的参数自动化地被预设。

尤其是，为了进一步简化该方法并且为了确保对该方法或按照本发明的机器控制装置的直观的并且实际上凭本能的操作，这种预先确定的通信参数作为暗藏的内部参数来处理并且对于进行配置的用户来说被隐藏。尤其可以规定不同类别的用户的访问层面；例如在机器控制装置的情况下，对于设立或改装该机器控制装置用于日常的、所规定的使用的操作者来说，全部自动化的通信参数都可以被隐藏。这种自动化的通信参数例如可以包括：发布方、订阅方或者进行写入或读出的单元的标识符，多播地址或者一般的连接信息、比如参与的机器控制装置/网络成员/单元的IP地址。

使这种参数隐藏的技术上的方法简化可以被补充图形呈现，该图形呈现（尤其是直观地）对通信的配置的技术过程进行建模。为此，比如所确定的发布方的表示例如可以在显示器上借助于输入设备或者其它输入装置来与订阅方、尤其是与一个或多个被示出的订阅方连接。这可以通过如下方式在技术上特别简单地来实现：发布方的表示可以由用户利用输入装置例如经由触摸屏或者利用鼠标或者利用输入光标控制装置来拉入到订阅方中或者拉入到订阅方的（例如以图表的形式的）图形表示中，由此也实现了上文提到的、自动的对暗藏的参数的设置。在所提到的示例中，例如所有在所提到的发布方与所提到的订阅方连接之后的事情将会自动地利用所提到的用户输入来执行（例如发布方标识符、多播地址、进行写入的单元的标识符自动地被设置）。

但是，对于比如首次设立、运行、维护、修理、重新编程、实质上重新配置、扩展或者订购机器控制装置的工程师来说，也可以使自动化的通信参数渐显，尤其是能选择地渐显。

对控制数据的通信的按照本发明的配置能通过如下方式特别灵活地并且完美配合地与相应的应用适配：在自动化的通信参数（如上文所描述的那样）与刚好非自动化的通信参数之间适当地并且有针对性地进行区分。为此，本发明提出：补充或替选于上文提到的、自动化的通信参数，预先确定的通信参数在通过外部设置、尤其是通过用户输入来配置的情况下在配置时予以规定（外部通信参数）。为了清楚起见，这里还应该指出：所有被提到的参数通常也可以是（尤其是技术）属性。就这方面来说，术语参数和属性这里能分别交换地来使用。一般来说，这种外部通信参数是技术上较简单的、不那么复杂的参数，这些参数能由日常用户简单地规定并且是富有启发性的。这些参数尤其可以是控制数据所涉及的基础系统的机电一体化特性、重要的参数或直接是机电一体化系统的参数。这也可以是用户参数，这些用户参数能直接、简单地以及明确地被分配用于例如对制造进行改装。原则上，这可以是所有本文中提到的参数，优选地例外是在上文关于权利要求5的描述下作为典型的、自动化的通信参数来提到的通信参数。这尤其可以是具体的、要进行通信的控制数据的选择和规模、控制数据本身或者通信模式、诸如单播或者多播。

为了可以尽可能与参加的机器控制装置的技术无关地和/或与所使用的网络技术无关地进行配置，提出：如上文所提到的那样，通过在机器控制装置中的方法对数据交换标准的方法调用来进行配置。数据交换标准的方法可以被理解为更上面所描述的、专用的、设置在例如OPC-UA中的方法；另一方面，这里所提到的方法通常也可以被理解为该数据交换标准（例如OPC-UA）在数据交换标准方面标准化的机制。只要没有另作明确说明，所有在本文中所说的内容就分别不仅适用于被配置为发布方的机器控制装置而且适用于被配置为订阅方的机器控制装置。这种方法例如可以包括：对通信参数的配置；对相对应的发布方-订阅方通信连接的建立；待传输的控制数据的选择和规模；（尤其是可配置的）网络服务（Netzwerkservice）的选择。在此，在机器控制装置中的数据交换标准的方法或机制可以在本地由机器控制装置的程序或实体来寻址或调用或者也可以通过网络成员、尤其是其它机器控制装置远程地来寻址或调用。

本发明的对于工业自动化的应用来说的应用范围通过如下方式来扩展：对控制数据的通信实时地进行。由此，也可以满足工业自动化的需要实时地进行这种通信的应用。为此，实现或调用对来自机器控制装置、例如存储可编程控制器（SPS）或计算机数字控制（Computer Numeric control，CNC）的实时区域的控制数据的通信。尤其是，对控制数据的通信通过有实时能力的以太网的TSN标准（优选地按照IEEE 802.1Q）实时地进行。尤其是，这些控制数据按照来自IEEE 802.1Q的实时等级0（Best Effort（尽力而为））、1（Background（后台））或2（Excellent Effort（精益求精））实时地进行通信，对于要求高的制造任务来说以及对于运动控制来说或者对于机床控制来说也按照实施等级3（CriticalApplications（关键应用））来进行通信。

此外，为了确保实时能力，也可以建立所谓的虚拟网络（VLAN），尤其是利用补充的优先级可能性、尤其是同样按照IEEE 802.1Q来建立所谓的虚拟网络（VLAN）。为此，借助于其来进行通信的以太网帧可以被扩展VLAN标签（Tag），该VLAN标签（Tag）具有特殊的大小（例如4个字节）。尤其是关于有实时能力的以太网（TSN），所使用的传输协议的实时能力不仅可以被建立得高于真正的运输层而且可以被建立得高于网络层或者最后借助于对网络层的适当的修改来建立。

尤其是在工业自动化的情况下必要的是：连续地监控、维持并且确保控制数据的通信的可靠性、及时性和无错误性。为此提出：对网络消息进行Quality-of-Service-Diagnose（服务质量诊断）。这也可以包括对分别被接收到的网络报文或网络消息、网络消息的消息头或者被包括有效负载或被包含的并且被提取的控制数据的诊断和评价。由此，原则上，从使用者的视角连续地监控通信服务的质量，尤其是服务质量是否满足应用的要求以及服务质量将应用的要求满足到何种程度。

这种服务质量诊断尤其包括等待时间、抖动、包丢失率和数据吞吐量、也就是说每单位时间平均传输的数据量。本发明尤其可以具有如下功能（尤其是存储可编程控制器的功能模块的功能，为此参见更下面）：分析在所使用的发布/订阅通信架构下包含的服务质量参数、例如网络消息的序列号、时间戳、状态码或者也包括网络消息的版本校验（尤其是消息的版本是否已经发生变化）并且在符合需要地适配的结构中输出最终得到的诊断信息。

为了使所使用的通信架构适当地能胜任工业自动化的任务，按照本发明的对时间戳的考虑和分析是特别有利的。在此，比如分析在接收或发送两个消息之间发生的最小时间、最大时间和/或平均时间、从接收或发送上一个消息以来过去的时间段和/或从上一个丢失的包以来过去的时间。随身携带的序列号可以被用于对丢弃的包（尤其是丢失的网络消息）进行标识、计数和/或考虑。

所获得的诊断信息优选地在对控制数据的进一步处理和使用时被考虑。在使用累积的和/或聚集的诊断数据的情况下，也可以对网络连接、所选择的网段或者整个的、对于机电一体化系统来说关于控制数据的通信质量方面重要的网络或网段的质量进行评价。这例如可以在评价对控制数据的通信的可靠性方面得到应用。为此，优选地在网络传输协议中（尤其在所传输的数据包或所传输的数据报文的结构中）设置服务质量槽（Quality-of-Service-Slot）。在该上下文中有利的是：根据所分析的服务质量参数来推导出所观察的通信连接、网段、确定的通信路径和/或整个的、重要的网络基础设施的服务质量的随时间的变化过程。

因为按照本发明的发布/订阅通信架构是基本上解耦合的通信（尤其借助于UDP协议，即Universal Datagram Packet-Protocol（通用数据包协议）），所以从通信基础设施方面可能不提供诊断功能或者只是提供对于自动化技术来说不充足的诊断功能。因而，这种功能可以在应用侧实现。为此，按照本发明来分析服务质量参数、尤其是包含在所使用的OPC-UA标准的发布/订阅架构中的服务质量参数，而且诊断信息在适合于此的结构中被输出。所描述的诊断和质量评价也在对控制数据进行进一步处理和使用时被使用，比如用于维持或确定控制数据的一致性和/或等同步性；这尤其是对于实时应用来说是有利的。为此，在技术上例如在网络传输协议（或者数据包的结构）中设置服务质量槽。

如果机器控制装置被配置为订阅方，则对网络消息的服务质量诊断是特别有利的，因为诊断数据在此例如可以被用于传输或评价或者考虑传输的可靠性。例如，依据所确定的服务质量参数可以推导出所传输的控制数据的置信水平。如果由比如从多个发布方接收控制数据的订阅方来进行网络诊断，则对于从重要的发布方、尤其是所有重要的发布方接收到的数据来说，结果可以是有说服力的，而且必要时也可以被应用或转用于其它网络成员/发布方。可以实现对诊断信息的聚集，由此可以反推出网络或网段或通信路径的稳定性。依据通信路径的所获得的、具体的诊断信息，也可以分析该路径的服务质量而且比如在服务质量差时可以使用其它路径。

为了确保按照本发明的传输方法的互操作性而提出：在使用经标准化的编码格式的情况下、尤其是利用JSON（Javascript Object Notation（对象表示法））或者UADP（Unified Architecture Datagram Packet（统一架构数据包））来进行编码和解码。控制数据可以被写入到按标准来规定的容器（Container）中。所使用的、经标准化的编码格式可以（但不必强制）是OPC-UA标准的编码格式。为此，在OPC-UA规范下规定JSON和/或UADP编码格式。所传输的控制数据或其数据结构和/或数据格式也可以不符合OPC-UA；通过编码/解码来实现符合。优选地，使用如下编码格式，该编码格式也对消息结构进行编码或解码。通过在UDP传输协议和例如二进制编码的网络消息的情况下的可选的编码，尤其是对小数据量的频繁的传输特别高效地被运用。整体上，优选地可以使用标准化的消息协议（例如AMQP——Advanced Message Queuing Protocol（高级消息队列协议）或者MQTT——Message Queue Telemetry Transport（消息队列遥测传输））。

本发明能通过如下方式在很大程度上模块化并且灵活地使用：可单独调用或寻址的发布方模块将机器控制装置配置为发布方和/或给控制数据配备消息标识符和/或借助于数据交换标准将控制数据编码为网络消息。这种模块例如可以是机器控制装置（比如SPS）的硬件组件。优选的是：能单独调用的模块是软件模块、例如功能、程序或者功能模块（为此参见权利要求16-19）。这种功能模块可以随时被调用或寻址并且借此可以投入运行。由此，使上文提到的模块的功能随时地、也与其它在该模块中未被规定的选项/功能无关地可支配。

比照来说，即使可单独调用的订阅方模块将机器控制装置配置为订阅方并且借助于数据交换标准将借助于消息标识符针对订阅方所确定的网络消息解码为控制数据，在先前的段落中所说的内容也适用。此外，上文的叙述也在如下情况下适用：网络服务模块、尤其是可单独调用的或被集成到另一模块中的网络服务模块在机器控制装置被配置为订阅方时经由网络来接收网络消息或在机器控制装置被配置为发布方时经由网络来发送网络消息。

开头提到的任务通过如下方式来解决而上文提到的优点通过如下方式来实现：机器控制装置、尤其是SPS被设立为实施根据权利要求1-13之一所述的方法。这种机器控制装置尤其集成到机电一体化系统中和/或相对应地配置和/或编程。为此，优选地要求保护一种用于计算机装置、尤其是用于机器控制装置的计算机程序，该计算机程序在加载到计算机装置中并且在计算机装置上实施时执行根据权利要求1-13之一所述的方法。

本发明的针对多个自动化任务的模块化应用能够通过如下方式来实现：设置存储可编程机器控制装置的一个功能模块或者多个功能模块，所述一个功能模块或者多个功能模块被设立为实施根据权利要求1-13之一所述的方法。所有的单独被选择的功能或者任意组合的功能组可以被组合在功能模块中。特别优选的是：功能模块被设立为实现根据权利要求11所述的方法。与此互补或者补充于此，功能模块可以被设立为实现根据权利要求12所述的方法。还优选的是：按照权利要求19来规定一种网络服务功能模块，该网络服务功能模块实现根据权利要求13所述的方法。概括来说，一个优选的实施方式是：每个机器控制装置都具有按照权利要求17所述的发布方功能模块、按照权利要求18所述的订阅方功能模块和按照权利要求19所述的网络服务功能模块而且由此确保了按照本发明的功能和按照本发明的可配置性。发布方功能模块和/或订阅方功能模块也可以集成网络服务功能。

对于本领域技术人员来说显而易见的是：每个在本文中所描述的设计特征和每个在本文中所描述的功能以与一个或多个、这里所包含的特征的任意组合来被本发明所包括，即使相关的组合未明确地列举。该相关的组合也与其它、比如和组合的设计特征或组合的功能相关联地实施的特征无关地将被理解为被本发明所包括，只要关于该设计特征或功能不另作明确叙述。尤其是在整个文本的每次列举的情况下，连接词“和”也始终包括含义“或”以及含义“和/或”；相对应地，连接词“或”也始终包括含义“和”以及含义“和/或”。

附图说明

本发明依据实施例和附图粗略地示意性地予以阐述。在这些附图中，只要在说明书中不另作说明，相同的或者功能相同的特征就配备有相同的附图标记。在附图中示出的、技术上的设计特征能应用于本发明的任何变型方案，也就是说也与其它的比如在该附图中包含和/或描述的特征无关，只要关于该附图或该设计特征不另作明确叙述的话。其中：

图1示出了具有工业自动化的组件的机电一体化系统的示意性原理图，这些组件通过网络与现场总线段彼此进行通信并且与其它网络成员进行通信；

图2示出了具有工业自动化的组件的机电一体化系统的示意性原理图，这些组件通过现场总线并且同时通过示意性地勾画出的发布/订阅通信架构来彼此进行通信并且与其它网络成员进行通信；

图3示出了按照本发明的模块/功能模块的架构图；

图4示出了发布/订阅通信的示例性的配置；

图5示出了按照本发明的发布方模块；

图6示出了按照本发明的订阅方模块；

图7示出了具有单独的、被连接的网络服务模块的发布方模块；

图8示出了具有单独的、被连接的网络服务模块的订阅方模块；

图9示出了发布/订阅架构的配置功能的示意图；

图10示出了发布/订阅架构的配置支持；

图11示出了针对时间高效的方法流程、尤其针对本发明的实时运行的流程图；

图12示出了诊断功能。

具体实施方式

图1示出了机电一体化系统2的示意性原理图。在这种机电一体化系统2中、尤其是在工业自动化的系统中积累机器控制数据1，这些机器控制数据中，在图1中示范性地是转速1（在下文能与一个或多个机器控制数据交换）。机器控制数据1在机电一体化系统2中在网络3中与多个网络成员4、6进行通信。为此，在网络3中，控制数据1借助于支持发布/订阅通信模型的数据交换标准由相对应地配置的发布方来发送。所发送的数据由网络成员6、4经由网络3借助于数据交换标准来接收。在此，发布方进行以网络消息5为形式的传输（参见图12）。所发送的网络消息5分别针对可按需要来选择的、与发布方解耦合的订阅方来设置。订阅方获得网络消息5及其所要取得的控制数据1，分别优选地受事件控制地、选择性地获得网络消息5及其所要取得的控制数据1或者选出这些控制数据；附加地或替选地，相关的订阅方也可以选择性地从所接收到的/经分析的网络消息5中提取所要取得的控制数据1。

在所示出的工业自动化系统2的情况下，机电一体化系统2的机器控制装置4作为网络成员被纳入到网络3中，也就是说一方面通过现场总线21被纳入到网络3中，该现场总线将机器控制装置4与工业自动化的组件连接；另一方面通过异步网段27被纳入到网络3中，该异步网段将机器控制装置4与其它IT技术组件、诸如PC连接。机器控制装置4可以自由选择地被配置为订阅方和/或被配置为发布方。如果该机器控制装置被配置为发布方，则该机器控制装置给控制数据1配备消息标识符7（为此参见图12），借助于数据交换标准将控制数据编码或解码成网络消息5并且经由网络3来发送网络消息5。如果机器控制装置4被配置为订阅方，则该机器控制装置经由网络3来接收借助于消息标识符7针对该订阅方（那么这就是机器控制装置4）确定的网络消息5，并且借助于数据交换标准来将网络消息5编码成可用的控制数据1。

机电一体化系统2以借助于现场总线21基本上与工业自动化组件通信的方式来构造。机器控制装置4拥有集成的SPS 14和同样集成的CNC 15。通过同样集成在机器控制装置4中的显示器16来使机器控制数据1可视化。机器控制装置4还具有用于USB记忆棒17的连接端，用于与尤其是没有被纳入到网络3中的成员交换控制数据。还存在硬盘/SSD 18，该硬盘/SSD充当机器控制装置的内部数据存储器，并且在该硬盘/SSD上，控制数据1也被存放、缓冲并且在各个模块之间进行交换。机器控制装置4经由现场总线21与两个驱动调节器22、23连接。电机25由驱动调节器23来操控。驱动调节器22操控伺服电机24。通过转速表26，当前的转速1（或者其它被用于操控和/或监控伺服电机24的数据）返回到驱动调节器22中。转速1经由现场总线21同样被传输给机器控制装置4，在机器控制装置，该转速按照本发明地针对通信来处理和使用。为了确保控制数据1的一致性（尤其是时间一致性），尤其还针对机器控制装置4的系统时间19设置时钟。控制数据1可以借助于时钟19来配备系统时间、比如以时间戳为形式的系统时间，尤其是系统范围内同步的系统时间。

网络3借助于异步网段27来在机电一体化系统2或机电一体化系统2的组件与网络基础设施之间建立通信连接，该网络基础设施基于异步的（也包括没有实时能力的）网络协议。通过异步网段27来纳入工业PC 6。工业PC 6同样拥有内部硬盘/SSD 18和用于USB记忆棒17的连接端（见上文）；此外，示范性地示出了CD/DVD磁盘33，通过该CD/DVD磁盘同样可以加载或者转交按照本发明来通信的控制数据1。在工业PC 6上运行不同的程序，这些程序中，示例性地示出了符合OPC-UA的应用实体30和用于控制数据1的PC应用31（例如控制或仿真工具）。在所示出的实施例中，数据交换标准是OPC-UA。通过工业PC 6的符合OPC-UA的应用实体30，在商业上通用的工业PC 6上提供符合OPC-UA标准的功能、尤其是经由OPC-UA的通信。那么，借助于符合OPC-UA的应用30来接收的或者发送的或解码的或者编码的控制数据1与实际上任意的、可按需要来选择的用于控制数据1的PC应用31双向地交换，使得实现了对控制数据的按照本发明的通信。此外，控制数据1能通过符合OPC-UA的接口与其它网络成员34、35、36、37、38进行交换。为此，每个网络成员4、6、34、35、36、37、38也拥有符合OPC-UA的接口和/或应用。

此外，通过异步网段27还被纳入到基础设施中的是：

- 办公室PC 34，所述办公室PC在复合体中充当边缘计算系统35，在该边缘计算系统中，例如关于机电一体化系统2方面的分析任务或者计算任务被转移。异步网段27的一部分也是无线传送器20，尤其是同样经由该无线传送器来传输控制数据1

- 笔记本电脑（Notebook）36、平板计算机37以及独立式PC 38，其同样经由无线传送器20来进行通信

- 与经由因特网能接触到的云66的网络连接（例如用于以全局可支配性来存储控制数据1、比如用于预防性地维持或者分析机电一体化系统2）。

在图1的所示出的实施例中，机器控制装置4一方面被配置为发布方而且同时被配置为订阅方。为此，机器控制装置4作为网络成员被纳入到机电一体化系统2中并且可以在整个网络3中对附在机器控制装置4上的控制数据1进行通信。在所示出的配置为发布方的情况下，从机器控制装置4的视角设置三条发布路径28，这三条发布路径中，一条发布路径从机器控制装置4引导到工业PC 6，一条发布路径引导到边缘计算系统35或作为到办公室PC 34之一中的入口而一条发布路径引导到驱动调节器22。为此，驱动调节器22具有驱动集成的（这里未示出）机器控制装置或者驱动集成的SPS。这些发布路径28是物理路径和/或虚拟路径，这些物理路径和/或虚拟路径使用网络3的通信基础设施并且例如经由因特网和/或经由无线传送器20和/或经由现场总线21来物理地实现（比照来说，这也适用于订阅路径29，为此参见更下面）。

此外，在将机器控制装置4配置为发布方时，该机器控制装置给控制数据配备消息标识符7（参见图12），借助于数据交换标准OPC-UA将这些控制数据编码为网络消息5并且经由网络3来发送网络消息5。在所示出的示例中，存在异步网段27的被配置为订阅方的网络成员6、35，这些网络成员按照本发明来接收由机器控制装置4公开的控制数据1。由此，使来自机电一体化系统2的控制数据1在办公室PC 6上并且也包括在边缘计算（EDGE-Computing）系统35中可支配。详细地，工业PC 6具有符合OPC-UA的应用实体30，该应用实体是在工业PC上运行的应用并且与用于控制数据1的目标PC应用31双向地进行通信而且传输符合OPC-UA地被交换的控制数据1。一般来说，这种符合OPC-UA的应用实体30或符合OPC-UA的应用可存在于网络成员4、6、34、35、36、37、38中的每个网络成员上。同时，存在被配置为订阅方的驱动调节器22，该驱动调节器22经由发布路径28（从机器控制装置4的视角来看）从机器控制装置4接收控制数据1，这可以经由现场总线21物理地实现，使得对控制数据1的通信也可以实时地进行。

同时，机器控制装置4被配置为订阅方（也就是说，如上文也在配置为发布方的情况下分别是控制装置集成的SPS 14）。在此，该机器控制装置经由（从机器控制装置的视角）订阅路径29来从工业PC 6接收控制数据。

图2示出了具有工业自动化的组件的机电一体化系统2的示意性原理图，这些组件经由现场总线44来彼此进行通信并且与其它网络成员彼此进行通信。详细地，借助于现场总线环形拓扑44，多个机器控制装置4、39、40、41、42（在下文为了简便起见共同被称作4+）彼此实时通信地连接；在此，例如可涉及Sercos现场总线、EtherCAT现场总线、Profinet现场总线或基于TSN的现场总线或者直截了当地说涉及有实时能力的TSN网络。在所示出的实施例中，现场总线环形拓扑44是互相相反的双环形，以便比如提供适合于安全应用的冗余。作为其替选方案，在TSN中可以在使用有TSN能力的开关的情况下实现星形拓扑（或者任意其它拓扑）。关于控制装置4+的构造，分别参见上文关于图1的叙述。工业自动化的其它所示出的组件没有连接到机器控制装置4、39上；例如机器控制装置4可充当主机。具有集成的机器控制装置（例如SPS）的驱动调节器43经由实时通信介质、即现场总线21连接到机器控制装置40上。在其它情况下，还连接两个驱动调节器22，这两个驱动调节器分别作用于伺服电机24或电机25。具有集成的机器控制装置的驱动调节器43仅仅经由现场总线21连接到机器控制装置41上，该驱动调节器43作用于具有转速表26的伺服电机24；经由转速表26，分别将转速1返回到驱动调节器43上。最后，具有所连接的伺服电机24/转速表26组合的驱动调节器22以及具有集成的机器控制装置的驱动调节器43和由该驱动调节器43来作用的电机25连接到机器控制装置42上。

附加地，按照本发明示出了发布/订阅通信路径45，这些发布/订阅通信路径可以虚拟地来实现或者在物理上实现。这些发布/订阅通信路径例如可以通过现场总线环形拓扑44在物理上实现或者通过这里未示出的其它通信连接来实现。机器控制装置4配置为发布方并且发送控制数据，这些控制数据由在这方面被配置为订阅方的机器控制装置41经由通信路径45来取得。同时，机器控制装置4被配置为控制数据1的订阅方，这些控制数据由在这方面被配置为发布方的机器控制装置41取得。同时，机器控制装置4（配置为订阅方）从作为发布方的机器控制装置42取得被公开的控制数据。按照本发明，控制数据也可以由驱动装置22、43来进行通信。为此，机器控制装置39被配置为控制数据1的订阅方，这些控制数据由具有集成的机器控制装置的驱动调节器43作为发布方来公开，该驱动调节器通过现场总线21连接到机器控制装置41上。同时，连接到机器控制装置42上的驱动调节器43也从连接到机器控制装置41上的该驱动调节器43取得控制数据1。最后，连接到机器控制装置40上的驱动调节器43配置为发布方并且公开了控制数据，这些控制数据（尤其）由在这方面被配置为订阅方的机器控制装置41经由通信路径45来接收。优选地，不仅经由现场总线环形拓扑44的直接通信而且经由所示出的发布/订阅通信路径45的通信都实时地进行。

图3示出了本发明的模块化实现方案的粗略示意图。在图3的左侧示出了发布方模块11，该发布方模块可以作为硬件或软件模块实施在机器控制装置4中。该发布方模块尤其是根据IEC 61131-3的功能模块、例如SPS的功能模块。发布方模块11拥有模块输入端47和模块输出端48。如果该发布方模块是SPS的功能模块，则通过模块输入端47来预设功能模块的变量、也包括静态变量。在发布方模块11中进行就本发明而言的处理（例如将机器控制装置配置为发布方，提供待发布的数据，对这些数据进行处理，诸如将这些数据编码为网络消息）。尤其是，发布方模块11能单独地调用并且可以将机器控制装置4配置为发布方和/或给控制数据1配备消息标识符7和/或借助于数据交换标准将控制数据1配置为网络消息5。根据按照本发明的处理，所要输出的控制数据1以编码为网络消息5的方式在发布方模块11的模块输出端48上提供。以这种方式，发布方模块11可以在机器控制装置4中灵活地使用。

在图3的右侧示出了订阅方模块12，该订阅方模块相对应地适用于上文的实施方案。订阅方模块12也分别拥有模块输入端47和模块输出端48，相对应的数据附在这些模块输入端和模块输出端上。在订阅方模块12的情况下，例如在输入端上经编码地附有以所要接收的网络消息5为形式的控制数据1。但是，一般来说，所有可由相对应的机器控制装置4来接收的网络消息5也可以附在输入端47上，使得即使在订阅方模块12中进行数据处理时也根据重要的网络消息5或控制数据1来实现相对应的区别。接着，例如会从附在输入端47上的网络消息5中标识或提取在将机器控制装置4配置为订阅方时规定的控制数据1或网络消息5。尤其是，可单独调用的订阅方模块12被设立为：将机器控制装置4配置为订阅方；标识并且选择借助于消息标识符7针对订阅方所确定的网络消息5；和/或借助于数据交换标准将该网络消息解码为控制数据1。接着，从相对应的网络消息5中解码的控制数据1附在订阅方模块12的输出端48上。

图4示出了按照本发明的发布/订阅基础设施的示例性配置的原理图。为此，示出了四个机器控制装置4、40、41、42，这四个机器控制装置4、40、41、42通过未进一步详细规定的网络3-基础设施来进行通信。这些机器控制装置4、40、41、42中的每个机器控制装置都具有控制应用46或SPS应用46，该控制应用或SPS应用可以称为OPC-UA应用。由此，相关的控制变成OPC-UA控制。借助于相关的OPC-UA应用46，引起相关的机器控制装置4、40、41、42的配置，例如通过操作者或者也包括自动化地引起相关的机器控制装置4、40、41、42的配置。机器控制装置4、40被配置为发布方；因而，在这些机器控制装置4、40中，发布方模块11分别是活跃的而且在图4中示出。机器控制装置41、42被配置为订阅方；因而，在这些机器控制装置41、42中，订阅方模块12分别是活跃的而且在图4中示出。为了更好地理解该图示，详细规定的/经配置的控制数据1或控制数据类别象征性地被说明为A、B、C、D、E、F。在此，控制数据A、B、C、D、E、F表示控制数据1的针对按照本发明的发布/订阅通信架构来配置的类型、规模、类别或种类或者表示控制数据1本身。

机器控制装置4发布控制数据A、B、C；这些控制数据以编码为网络消息5的方式被递交给就本发明而言的网络3基础设施，在该网络3基础设施处，这些控制数据原则上对于任意的并且尤其是与机器控制装置4解耦合的订阅方来说都能接触到。这提供了针对工业上的控制数据1的一方面灵活的而另一方面非常高效的通信可能性，这些工业上的控制数据来自机电一体化系统2或者被馈入到机电一体化系统2中。机器控制装置40同样配置为发布方而且公开了控制数据D、E、F。上面关于机器控制装置4所说的内容这里比照着适用。因此，在所示出的配置下，在实际整个网络3中，对于作为网络成员的全部机器控制装置4、40、41、42来说，全部控制数据A、B、C、D、E、F都可支配。示例性地示出：两个其它的机器控制装置41、42分别配置为订阅方。机器控制装置41从网络3取得控制数据A、D，而机器控制装置42接收控制数据B、C、E、F。

图5示出了按照本发明的发布方模块11的示意性结构。发布方模块11具有服务质量诊断模块8，在该服务质量诊断模块中进行对网络服务的服务质量诊断（Quality-of-Service-Diagnose），通过该网络服务来进行发布/订阅通信。该发布方模块也具有编码模块9，用于将控制数据1编码成网络消息5。还设置配置模块49，在该配置模块中进行配置或者为了按照本发明的通信而提供、准备并且最后使用该配置。最后，所示出的发布方模块11还拥有被集成到发布方模块11中的网络服务模块13，在机器控制装置4被配置为发布方的情况下，该网络服务模块经由网络3来发送网络消息5。

图6以类似的图示示出了订阅方模块12；比照来说，在图5下关于发布方模块11所叙述的内容相对应地适用。与此相应地，订阅方模块12拥有解码模块10，该解码模块借助于数据交换标准将所接收到的网络消息5解码为控制数据1。在服务质量诊断模块8中，又进行对所使用的网络的服务质量诊断，也就是说尤其是依据分别接收到的并且经分析的网络消息5的质量来进行对所使用的网络的服务质量诊断。所示出的网络服务模块13具有如下任务：作为可单独调用的并且被集成到订阅方模块12中的模块经由网络3来接收网络消息5。

详细地，本发明在同时参考图5和6的情况下按如下地起作用：

• 编码模块9对数据进行编码并且产生网络消息5，例如根据UADP协议来对数据进行编码并且产生网络消息5

• 解码模块10对网络消息5进行解码并且返回经解码的控制数据1作为可用的数据

• 诊断模块8对在相应的网络消息5中的服务质量进行分析并且返回如下结构，该结构具有关于该网络质量分析方面的信息

• 网络服务模块发送或接收网络消息；该网络服务模块能配置为使得可以在比如TSN、UDP与Raw Ethernet（以太网）之间自由地进行选择/配置

• 配置模块49（例如SPS的功能模块或者集成的模块）能通过数据交换标准的机制、尤其是通过经标准化的OPC-UA机制来配置，优选地也包括现实地或远程地配置。

参考图7和8，上文关于图5和6叙述的内容相对应地适用。然而，不同于此，在图7和8中设置单独的网络服务发送方模块50或网络服务接收方模块51；这些模块可以分别实现为SPS的功能模块并且单独地被调用。在图7的所示出的实施例中，设置发布方模块11，该发布方模块具有配置模块49、编码模块9和诊断模块52。由发布方模块11如此生成的网络消息5（尤其）被递交给网络服务发送方模块50而且由该网络服务发送方模块经由网络3相对应地来提供或公开或发送。

在图8中，网络消息5被网络服务接收方模块51接收并且被转交给订阅方模块12，在该订阅方模块中进行配置、解码和在那里示出的模块中的服务质量诊断。

图9示出了用于按照本发明的发布/订阅通信的配置可能性的示例性的实现方案。为此，在PC 53上安装OPC-UA客户端54，该OPC-UA客户端在图9中作为应用实体来示出。这种应用可以通过与控制装置4的本地连接端或者经由与控制装置4的网络通信（这在图9中分别通过单箭头来象征性地表现）将机器控制装置4配置为发布方和/或订阅方。为此，在机器控制装置4上运行OPC-UA服务器55，该OPC-UA服务器被设置用于配置信息的符合OPC-UA的通信。

一旦这些配置信息已经被OPC-UA服务器55接收和分析，这些配置信息就分别经由新配置输入端57被转交给发布方模块11或订阅方模块12。为此，发布方模块11或订阅方模块12的输入端相对应地被设立。此外，这些模块还具有执行输入端56，以及另一输入端58，该另一输入端接收发布/订阅结构（发布/订阅结构输入端58）。发布/订阅结构输入端58将所接收到的结构数据转交给集成的配置模块49，在该集成的配置模块，这些结构数据相对应地被进一步处理或分析或者应用。

参考图9，所示出的线上或远程配置的工作原理如下：

OPC-UA服务器55公开了相对应的模块或存在以及关于相对应的模块11、12的信息或者现有的发布/订阅结构和/或与新配置输入端57相对应的逻辑变量“Neukonfiguration”。以这种方式，首先改变/重新编制/删除发布/订阅结构；如果实现了这一点，则在新配置输入端57上（手动地或自动地）将逻辑变量设置到“WAHR（真）”（TRUE）。由此，相对应的功能模块11/12的配置被改变。这种配置的副作用可能是：一个或多个周期在通信时失效。在相应的功能模块11/12中同样考虑通信的所述短暂的失效，例如其方式是设置或通信关于这方面的状态信息，该状态信息触发在成员中相对应的反应。在此，可以分别远程地和/或直接在机器控制装置4中地和/或线上地实现配置或配置模块49。替选地或附加地，在机器控制装置4的运行期间进行配置。

图10以发布方模块11或订阅方模块12为例示意性地示出了在配置按照本发明的发布/订阅通信架构时的自动化的或者部分自动化的支持。为此，又设置配置支持模块59，在该配置支持模块的输入端60上，对于经简化的配置来说分别附有被减少的通信参数或被减少的直至最少的配置参数组。在这些被减少的（经简化的）通信参数已经被读入到配置支持模块59中之后，这些被减少的（经简化的）通信参数在配置支持模块处相对应地被补充成完整的或足够的通信参数集合，使得在模块输出端48上分别附有用于发布/订阅配置的完整的或足够的通信结构。该配置结构经由模块59的相对应的输出端被转交给相对应的功能模块11/12，也就是说经由该功能模块11/12的相应的发布/订阅结构输入端58被转交给该功能模块11/12。

附在用于经简化的配置的输入端60上的被减少的参数组可以在外部预先给定，例如由用户来预先给定。由此，以这种方式在通过外部输入（例如通过用户输入）来进行配置时设置重要的参数。补充于此，本发明规定：配置支持模块59在配置时自动地补充或预设预先确定的通信参数（自动化的通信参数）。

尤其是对于本发明的实时运行来说，可以规定关于随时间的效率或随时间的过程方面经优化地或者决定性地经改善地执行该方法。为此，在图11中说明了粗略示意性的流程图。因此，在开始按照本发明的方法之后，模块、尤其是功能模块被调用和实施；该模块例如可以是按照本发明的发布方模块11、订阅方模块12（它们分别具有集成的配置模块49）或者也可以是单独的配置模块49，该单独的配置模块与这种发布方模块11和/或订阅方模块12连接。按照本发明，在运行期间对是否存在新配置进行扫描（如果新配置输入端57（参见图9）为肯定或在SPS的功能模块的情况下具有上升沿，则情况如此）。如果情况不是如此（新配置（Neukonfiguration） = FALSCH （假）(FALSE)），则直接分岔到被减少的直至最低的更新活性，该被减少的直至最低的更新活性仅仅对动态的控制数据1起作用或只更新动态的控制数据1。如果新配置（Neukonfiguration） = WAHR（真）(TRUE)），则例如从发布/订阅结构输入端58读出新配置设置，接着对配置进行重置并且加载或设置新配置。接着，对整个、当前附上的网络消息进行编码/解码，接着动态数据又被减少地来更新。在该步骤之后，发送相对应的网络消息5。接着，询问对于相关的功能模块11、12、49来说是否还存在挂起的任务；在图11中，这通过询问“使功能块停止吗”来表示。如果结果为肯定（不再有其它的任务挂起），则该方法停止；否则分岔到相关的功能模块11、12、49。

最后，图12示出了服务质量诊断模块8（这也可以是发布方模块11和/或订阅方模块12的组成部分）服务质量诊断模块8又具有模块输入端47和模块输出端48；在模块输入端47之一上附有网络消息5，该网络消息的结构在图12中示意性地说明。因此，网络消息5包括消息头62，该消息头包含比如网络消息5的路由信息那样的信息和/或也包含按照本发明的消息标识符7。此外，在网络消息5的结构中接着是有效负载63，该有效负载基本上具有网络消息5的有效内容、即按照本发明的控制数据1。在网络消息以消息尾65（该消息尾是网络消息5的末端）结束之前，在网络消息5的结构中还设置用于服务质量数据64的部分。网络消息5相对应地在功能模块8、11、12中被分析；在此，服务质量数据64也被读出并且被处理成服务质量诊断结构61或被处理成服务质量诊断结果61，该服务质量诊断结果在功能模块8、11、12的模块输出端48上被输出。

服务质量数据64尤其包括：时间戳，该时间戳具有最小时间、最大时间、平均时间、接收/发送上一个消息的时间；序列号；错误计数器；关于自从上一个丢失的包以来过去的时间的说明；具有对网络消息5的状态码的显示的状态；具有版本校验的版本说明。

附图标记列表

1 转速

2 机电一体化系统

3 网络

4 机器控制装置

5 网络消息

6 工业PC

7 消息标识符

8 服务质量诊断模块

9 编码模块

10 解码模块

11 发布方模块

12 订阅方模块

13 网络服务模块

14 存储可编程控制器

15 CNC（Computer Numeric Control（计算机数字控制））

16 显示器

17 USB记忆棒

18 硬盘/SSD

19 系统时间

20 无线传送器

21 现场总线

22 驱动调节器

23 驱动调节器

24 伺服电机

25 电机

26 转速表

27 异步网段

28 发布路径（机器控制装置的视角）

29 订阅路径（机器控制装置的视角）

30 符合OPC-UA的应用实体

31 用于控制数据的PC应用

32 硬盘/SSD

33 CD/DVD

34 办公室PC

35 边缘计算系统

36 笔记本电脑

37 平板计算机

38 PC（个人计算机）

39 机器控制装置

40 机器控制装置

41 机器控制装置

42 机器控制装置

43 具有集成的机器控制装置的驱动调节器

44 现场总线环形拓扑

45 控制装置之间的发布/订阅通信路径

46 控制应用/SPS应用

47 模块输入端

48 模块输出端

49 配置模块

50 网络服务发送方模块

51 网络服务接收方模块

52 诊断模块

53 PC（个人计算机）

54 OPC-UA客户端

55 OPC-UA服务器

56 执行输入端

57 新配置输入端

58 发布/订阅结构输入端

59 配置支持模块

60 用于经简化的配置的输入端

61 诊断结果和诊断结构

62 消息头

63 有效负载

64 服务质量数据

65 消息尾

66 云

A、B、C、D、E、F 详细规定的/经配置的控制数据/控制数据类别。

Claims

1.一种用于机电一体化系统（2）的机器控制数据（1）在网络（3）中与至少一个网络成员（4、6）并且与至少一个网络成员（6、4）的通信的方法，所述网络成员（4、6）借助于支持发布/订阅通信模型的数据交换标准经由所述网络（3）来发送控制数据（1）（发布方），所述网络成员（6、4）借助于所述数据交换标准经由所述网络（3）来接收所述控制数据（1）（订阅方），其中所述订阅方进行以网络消息（5）为形式的传输，所述网络消息分别针对可按需要来选择的、与所述发布方解耦合的订阅方来设置，而且所述订阅方获得网络消息（5）及其所要取得的控制数据（1），分别优选地受事件控制地、选择性地获得或者选择网络消息（5）及其所要取得的控制数据（1）和/或选择性地从网络消息（5）中提取所要取得的控制数据（1），其特征在于，所述机电一体化系统的机器控制装置（4）作为网络成员被纳入到所述网络（3）中，所述机器控制装置为了所述控制数据（1）的通信能自由选择地配置为订阅方和/或发布方，其中所述机器控制装置（4）作为发布方给所述控制数据（1）配备消息标识符（7），借助于所述数据交换标准将所述控制数据编码为网络消息（5）并且经由所述网络（3）来发送所述网络消息（5）；和/或所述机器控制装置（4）作为订阅方经由所述网络（3）来接收借助于消息标识符（7）针对订阅方所确定的网络消息（5）并且借助于所述数据交换标准将所述网络消息解码为控制数据（1）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器控制装置（4）作为发布方在关于所述机器控制装置（4）方面静态的和/或非临时的和/或全局的存储区中提供所要编码的控制数据（1）和/或经编码的网络消息（5）；或所述机器控制装置（4）作为订阅方在所述存储区中提供所接收到的网络消息（5）和/或经解码的控制数据（1）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用所述数据交换标准的方法来进行编码或解码。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，对所述控制数据（1）的通信和/或经通信的控制数据（1）的类型和/或内容和/或规模能在运行期间和/或远程地和/或在所述机器控制装置（4）中配置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，预先确定的通信参数在配置时由所述机器控制装置（4）自动地预设（自动化的通信参数）。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，预先确定的通信参数在通过外部设置、尤其是通过用户输入来配置的情况下在配置时予以规定（外部通信参数）。

7.根据权利要求4至6之一所述的方法，其特征在于，通过在所述机器控制装置（4）中的方法对所述数据交换标准的方法调用来进行配置。

8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，对所述控制数据（1）的通信实时地进行。

9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，对所述网络消息（5）进行服务质量诊断（8）。

10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在使用经标准化的编码格式的情况下、尤其是利用JSON（对象表示法）或者UADP（统一架构数据包）来进行编码（9）和解码（10）。

11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，可单独调用的发布方模块（11）将所述机器控制装置（4）配置为发布方，给所述控制数据（1）配备消息标识符（7）并且借助于所述数据交换标准将所述控制数据（1）编码为网络消息（5）。

12.根据权利要求1至11之一所述的方法，其特征在于，可单独调用的订阅方模块（12）将所述机器控制装置（4）配置为订阅方并且借助于所述数据交换标准将借助于所述消息标识符（7）针对所述订阅方所确定的网络消息（5）解码为控制数据（1）。

13.根据权利要求11或12之一所述的方法，其特征在于，网络服务模块（13）、尤其是可单独调用的或被集成到另一模块（11、12）中的网络服务模块（13）在机器控制装置（4）被配置为订阅方时经由所述网络（3）来接收所述网络消息（5）或在机器控制装置（4）被配置为发布方时经由所述网络（3）来发送所述网络消息（5）。

14.一种机器控制装置（4），所述机器控制装置被设立为实施根据权利要求1至13之一所述的方法。

15.一种用于计算机装置、尤其是用于机器控制装置（4）的计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机装置（4、6）上实施时执行根据权利要求1至13之一所述的方法。

16.存储可编程机器控制装置（4）的功能模块（11、12、13）或多个功能模块，所述功能模块/所述多个功能模块被设立为实施根据权利要求1至13之一所述的方法。

17.根据权利要求16所述的功能模块，其特征在于，所述功能模块（11）被设立为实现根据权利要求11所述的方法。

18.根据权利要求16或17所述的功能模块，其特征在于，所述功能模块（12）被设立为实现根据权利要求12所述的方法。

19.根据权利要求16至18之一所述的功能模块，其特征在于，所述功能模块（13）被设立为实现根据权利要求13所述的方法。