CN111213344A - 用于操作自动化技术设施的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作使用了至少一个现场设备(FG1、FG2)的自动化技术设施的方法，其中，第一网关(GW1)经由第一通信网络(KN1)连接到现场设备(FG1、FG2)，其中，第二网关(GW2)经由与第一通信网络(KN1)冗余地且并联地连接的第二通信网络(KN2)连接到现场设备(FG1、FG2)，其中，第一网关和第二网关(GW2)连接到用于监视和/或操作现场设备(FG1、FG2)的控制单元(BE)，其中，第一通信网络(KN1)和第二通信网络(KN2)连接到用于该设施的控制室(LW)，其中，该控制室(LW)与第一通信网络(KN1)或第二通信网络(KN2)建立通信连接并与第一通信网络(KN1)或第二通信网络(KN2)进行通信，其中，如果在先前的通信连接中检测到问题，则该控制室(LW)切换到对应的另一个通信网络(KN1、KN2)并与该另一个通信网络(KN1、KN2)建立通信连接，其中，针对第一网关(GW1)的通信访问是在控制单元(BE)中经由控制单元(BE)中的第一驱动器实施的，其中，针对第二网关(GW2)的通信访问是在控制单元(BE)中经由控制单元(BE)中的第二驱动器实施的，以及其中，控制单元(BE)持续分析第一通信网络和第二通信网络(KN1、KN2)，以及在控制室(LW)切换的情况下，切换到活跃地处于与该控制室(LW)的通信连接中的该网络的网关(GW1、GW2)。

Description

用于操作自动化技术设施的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作使用了至少一个现场设备的自动化技术设施的方法。

背景技术

工业设施中使用的现场设备根据现有技术是已知的。在自动化技术以及制造自动化中经常用到现场设备。通常，现场设备指的是所有面向过程并且提供或处理过程相关信息的设备。由此，现场设备被用于检测和/或影响过程变量。传感器系统用来检测过程变量。例如，这些系统被用于压力和温度测量、传导性测量、流量测量、pH测量、料位测量等等，并且检测压力、温度、传导性、pH值、料位、流量等等的对应过程变量。执行器系统被用于影响过程变量。例如，这些系统是可以影响管道中的流体流量或是储槽中的料位的泵或阀门。除了上述测量设备和执行器之外，现场设备还被理解成包括远程I/O、无线电适配器或者通常包括在现场级别布置的设备。

很多此类现场设备是由Endress+Hauser集团生产和销售的。

在现代工业设施中，举例来说，现场设备通常经由诸如现场总线(

Fieldbus、

等等)的通信网络连接到更高级单元。更高级单元是控制单元，诸如SPS(存储可编程控制器)或PLC(可编程逻辑控制器)。上级单元被用于过程控制以及调试现场设备等等。现场设备——具体地，是传感器——检测到的测量值经由相应总线系统而被传送到一个(或有可能是若干个)上级单元，所述上级单元则视情况对这些测量值进行更进一步处理，并且将其中继到装置的控制站。控制站经由上级单元来进行过程可视化、过程监视以及过程控制。此外，从更高级单元经由总线系统到现场设备的数据传输同样是必需的，对于现场设备的配置和参数化以及控制执行器而言尤其如此。

所谓的工厂资产管理系统通常与设施控制并行地访问设施的通信网络。应用可以在工厂资产管理系统上实施。作为示例，这些应用允许概览现场设备状态或是现场设备的配置能力。此类工厂资产管理系统通常是在操作单元中实施的，例如在PC、在膝上型计算机、在例如移动终端的移动操作设备等等中实施。

为了提高安全性，通信网络往往是冗余地设计的。此类网络通常由两个分支组成：主分支和冗余辅助分支。在故障的情况下，那么控制室将从主分支切换到冗余辅助分支，由此，即使在主分支故障的情况下，也能确保与现场设备的可靠通信。

这种从主分支到辅助分支的切换不被与设施控制并行访问通信网络的资产管理系统检测，这导致连接终止。在控制室切换到不同的通信网络的情况下，那么控制室与先前通信网络上的现场设备之间将不传送任何电报，由此，工厂资产管理系统将不再接收到任何消息。

发明内容

从这个问题出发，本发明基于这样以下目的：提供一种允许由冗余地设计的通信网络从操作单元经来可靠访问现场设备的方法。

这个目的是通过一种用于操作自动化技术设施的方法来实现的，在所述自动化技术设施中使用了至少一个现场设备，

其中，提供分别具有第一通信接口和第二通信接口的第一网关和第二网关，

其中，第一网关借助第一通信接口经由第一通信网络连接到现场设备，

其中，第二网关借助第一通信接口经由第二通信网络连接到现场设备，该第二通信网络冗余地且并联地连接到第一通信网络，

其中，第一网关和第二网关每一个均借助相应的第二通信接口连接到用于监视和/或操作现场设备的操作单元，

其中，第一通信网络和第二通信网络连接到设施的控制室，

其中，控制室与第一通信网络或者与第二通信网络建立通信连接并与第一通信网络或者与第二通信网络建进行通信，

其中，如果在先前的通信连接中检测到问题，那么控制室切换到对应的另一个通信网络并与该另一个通信网络建立通信连接，

其中，针对第一网关的通信访问是在操作单元中经由所述操作单元中的第一驱动器实现的，

其中，针对第二网关的通信访问是在操作单元中经由所述操作单元中的第二驱动器实现的，以及

其中，该操作单元持续分析第一通信网络和第二通信网络，以及在控制室切换的情况下，则切换到活跃地具有与该控制室的通信连接的网络的网关。

根据本发明的方法的优点在于始终确保从操作单元对现场设备的访问。该操作单元被设计成始终自动切换到当前经由其在控制室与现场设备之间传送电报的通信网络。在纠正了第一通信网络的例示故障——已经导致将控制室切换到第二通信网络——并且控制室又切换回了第一通信网络的情况下，那么这种再切换同样由操作单元登记，并且进行切换回第一通信网络的网关。

在说明书的前序中描述了过程自动化设施中的通信网络的主分支和辅助分支。从本发明的意义上讲，第一通信网络表示主分支；第二通信网络表示辅助分支。

在说明书的前序中已经以示例方式描述了结合根据本发明的方法述及的现场设备。

依照根据本发明的方法的第一变体，所提出的是，在操作单元上运行被配置成用于操作单元与网关的通信的框架应用，尤其是根据FDT标准的框架应用。

根据本发明的方法的第一变体，所提出的是，所述操作单元是OPC服务器。

除了所述及的这两个变体之外，还可以想到附加变体，其中操作单元是基于框架应用/设备驱动器架构，例如FDI主机。

根据本发明的方法的一个优选实施例，所提出的是，操作单元的切换以以下方式进行：连接到活跃地处于与控制室的通信中的网络的网关的驱动器是主动连接的，而相应的另一个驱动器则是被动连接的。据此，两个网关以及两个相关联的通信网络在框架应用的界面中对操作员是可视化的。如果网关的驱动器是被动连接的，那么相关联的网关以及与该网关相连的通信网络的可视化同样是去激活的——例如该可视化变灰，由此，操作员将无法借助该通信网络来操作现场设备。

根据本发明的方法的一个有利发展，所提出的是，在操作单元上实施借助于其实现从操作单元到网关的通信访问的通用驱动器，尤其是CommDTM或GatewayDTM。现在，这两个网关只使用一个通用设备驱动器，而不是先前的两个设备驱动器。现在，两个网关——连同相关联的通信网络一起——将不被显示给用户，而是仅显示当前活跃的通信网络。

根据本发明的方法的一个优选实施例，所提出的是，以以下方式来进行操作单元的切换：在驱动器中，将访问自动转换到连接到具有与控制室的活跃的通信连接的网络的相应网关。在切换之后，在可视化中自动显示当前活跃地被切换的网关。

依照根据本发明的方法的一个有利实施例，网关以侦听器模式操作以检测控制室的切换，在该侦听器模式中，网关还侦听经由相应通信网络传送的电报，其中在控制室切换的情况下，那么在预先定义的时段中将没有电报经由相应的非活跃通信网络被接收。相应受影响的网关将该状态报告给操作单元，然后，操作单元检查其他网关是否可以收听到电报。在这种情况下，切换到通过其可以成功收听到电报的网关。

根据本发明的方法的一个优选实施例，所提出的是，以固定的时间间隔从网关向控制室发送对于切换的检测的请求，并且其中，在连接失败的情况下，那么没有控制室的响应经由相应的非活跃通信网络被接收。在通信网络是活跃地连接的情况下，那么控制室经由该通信网络发送对该请求的响应。然后，网关将该请求的结果立即通知给操作单元，以此方式，是否经由相应网关接收到对请求的响应。作为替换，操作员还可以经由操作单元来发起对网关的轮询。

附图说明

本发明将参考以下附图而被更详细地说明。如下所示：

图1：根据本发明的方法的一个例示实施例；以及

图2：FDT框架应用中的通信网络的呈现形式。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的方法的一个例示实施例。在这里描述了一个过程自动化设施。在该设施中使用了两个现场设备FG1、FG2。这些现场设备用于确定过程参数，例如料位、流速、过程压力等等。

现场设备彼此相互连接并且经由第一通信网络KN1连接到控制室的工作站PC。第一通信网络由多个子分段组成。在分段S1中，工作站PC连接到更高级控制单元E1，例如SPS。作为示例，第一通信网络KN1的分段S1是以太网网络或工业现场总线，例如Profibus DP。

在第一通信网络KN1的分段S2中，更高级控制单元E1连接到远程I/O IO。存在于分段S2中的第一通信网络KN1的类型继而是以太网网络或工业现场总线。

远程I/O借助第一通信网络的第三分段S3和第四分段S4连接到现场设备FG1、FG2。存在于分段S2中的第一通信网络KN1的类型通常是现场总线或4-20mA电流回路。

为了始终确保控制室LW的工作站PC与现场设备FG1、FG2之间的无错通信，第一通信网络KN1被设计成至少部分是冗余的。在分段S1、S2和S3中提供了与第一通信网络KN1并联连接的第二通信网络KN2。由此，所提出的是提供一个被布置在第二通信网络的第一分段S1与第二分段S2之间的单独的控制单元E2。

通常，第一通信网络KN1被用于控制室LW的工作站PC与现场设备FG1、FG2之间的通信，而第二通信网络KN2则被去激活。然而，如果控制室检测到通信错误，也就是说，例如它没有经由第一通信网络KN1接收到现场设备FG1、FG2的电报，那么所述控制室切换成经由第二通信网络KN2进行通信。为此目的，提供了一个位于分段S3与分段S4之间的开关。该开关将分段S4中的公共通信网络连接到位于分段S1到S3中的通信网络KN1、KN2。作为替换，所提出的可以是开关元件被直接定位在控制室LW的工作站PC中，并且第一通信网络KN1被设计成是完全冗余的，由此，第二通信网络KN2同样位于部分S4中。

此外，在该设施中提供了操作单元BE。其中提供了用于配置和/或监视现场设备FG1、FG2的工厂资产管理系统。操作单元BE借助第一网关GW1连接到第一通信网络。为了在控制室切换到第二通信网络KN2时也能与现场设备FG1、FG2进行通信，操作单元BE还借助第二网关GW2连接到第二通信网络KN2。为了使用正确的通信网络KN1、KN2，网关GW1、GW2检测两个通信网络KN1、KN2上的网络业务，并且向操作单元给出是否可以在这些通信网络上收听到电报的反馈。在控制室LW切换到第二通信网络KN2的情况下，那么不再能够经由第一通信网络KN1收听到电报。这被传递到操作单元，所述操作单元同样经由重新配置来进行切换。

针对这个目的可以存在两种可用的可能性，并且将借助图2来对此进行说明：图2显示了FDT框架应用RA中的通信网络的呈现形式。FDT框架应用RA是在操作单元BE中实施的，并且被用于控制现场设备FG1、FG2，以及显示来自现场设备FG1、FG2以及有关现场设备FG1、FG2的信息。为此目的，在操作单元BE上必须提供用于现场设备FG1、FG2以及网关GW1、GW2的驱动器，其中所述驱动器被加载到框架应用中。该驱动器确保针对相应组件FG1、FG2、GW1、GW2的命令被正确编码，或者正确解释从组件FG1、FG2、GW1、GW2接收的命令。

在图2a中描述的第一变体在于为网关GW1、GW2中的每一个提供单独的设备驱动器。图2a的上方显示了一个设备路径GP，该设备路径GP经由框架应用在操作单元BE上被显示给操作员。框架应用RA包含了一个管理模块VB，该管理模块VB检测控制室在通信网络KN1、KN2之间进行的切换，并且执行操作单元BE的重新配置。

位于该管理模块VB下一级的是单个网关GW1、GW2，所有这两个网关都被提供通用设备驱动器。位于网关下一级的是与相应的网关GW1、GW2相连的现场设备FG1、FG2。

通过选择两个网关GW1、GW2中的一个网关，在操作单元BE的浏览器中打开在图2a的底部描述的设备专用页面(“网关配置页面”)，所述页面提供了相应网关GW1、GW2的设置可能性或操作可能性。每一个网关GW1、GW2在这里都具有其自己的页面，这一点可以图2a下方描述的标签中看到。通过从管理树中选择现场设备FG1、FG2中的一个，同样可在浏览器中为后者打开一个设备专用页面，借助该页面可以显示关于现场设备FG1、FG2的信息，并且还可以在该情况中操作现场设备。由于在正常工作状态中，控制室与现场设备FG1、FG2之间的通信仅仅是经由第一通信网络进行的，因此，第一网关的驱动器是激活的，而第二网关的驱动器是去激活的。由此，位于第二设备路径下方的设备路径中的现场设备被显示成灰色，并且不能被操作员选择。

在这个第一变体中，所提出的是操作单元BE经由检测到网关GW1、GW2所报告的控制室切换成经由第二通信网络KN2进行通信来执行重新配置。在这种情况下，第一网关GW1的设备驱动器被去激活，而第二网关的设备驱动器被去激活。相应地，在设备路径中，第一网关GW1下方的现场设备FG1、FG2变灰且无法被选择，而现在在第二网关GW2下方的设备路径中这些设备是可用的。

在这个第一变体中，可以看出，需要两个单独的设备驱动器是非常不利的。由此，在设备路径GP中可视化了现场设备FG1、FG2的两个实例。

在图2b中描述的第一变体包括在操作单元上实施用于网关GW1、GW2的通用驱动器——尤其是CommDTM或GatewayDTM——借助该通用驱动器实现从操作单元BE到网关GW1、GW2的通信访问。在设备路径GP中，如图2b上方所示，现在将可视化一个通用实例(“网关冗余代理”)，而不是所有这两个网关GW1、GW2，在该实例下方仍分别仅现场设备FG1、FG2中的一个实例被定位。在正常运行状态中，所提出的是驱动器被配置为使得第一网关GW1被访问。在检测到控制室切换到第二通信网络KN2时，通用驱动器被以该驱动器被配置成与第二网关进行通信的这样一种方式重新配置。由此，设备路径不发生变化。

此外，在图2b下方只显示了一个网关GW1、GW2的设备专用页面，该页面自动指向与当前活跃的通信网络KN1、KN2连接的网关GW1、GW2。

借助根据本发明的方法，即便是在控制室因为通信错误而将与现场设备FG1、FG2的通信切换到不同通信网络KN1，KN2的情况下，也可以始终确保操作单元BE可以访问现场设备FG1、FG2，或者包含现场设备FG1、FG2的信息。

除了在操作单元BE上使用FDT框架应用之外，在根据本发明的方法的范围以内，其他系统无疑也是可以使用的，例如OPC服务器或FDI主机，但是并不局限于此。

附图标记列表

BE 操作单元

E1，E2 更高级控制单元

FG1，FG2 现场设备

GP 设备路径

GW1，GW2 网关

IO 远程I/O

KN1 第一通信网络

KN2 冗余的第二通信网络

LW 控制室

RA 框架应用

S1，S2，S3，S4 通信网络的分段

SW 开关

VB 管理模块

Claims (8)

1.一种用于操作自动化技术设施的方法，在所述自动化技术设施中使用了至少一个现场设备(FG1、FG2)，

其中，分别具有第一通信接口和第二通信接口的第一网关和第二网关(GW1、GW2)被提供，

其中，所述第一网关(GW1)借助于所述第一通信接口经由第一通信网络(KN1)连接到所述现场设备(FG1、FG2)，

其中，所述第二网关(GW2)借助于所述第一通信接口经由第二通信网络(KN2)连接到所述现场设备(FG1、FG2)，所述第二通信网络(KN2)与所述第一通信网络(KN1)冗余地且并联地连接，

其中，所述第一网关和所述第二网关(GW2)每一个均借助于相应的所述第二通信接口连接到用于监视和/或操作所述现场设备(FG1、FG2)的操作单元(BE)，

其中，所述第一通信网络(KN1)和所述第二通信网络(KN2)被连接到所述设施的控制室(LW)，

其中，所述控制室(LW)与所述第一通信网络(KN1)或所述第二通信网络(KN2)建立通信连接并与所述第一通信网络(KN1)或所述第二通信网络(KN2)进行通信，

其中，如果在先前的所述通信连接中检测到问题，则所述控制室(LW)切换到对应的另一个通信网络(KN1、KN2)并与所述另一个通信网络(KN1、KN2)建立通信连接，

其中，针对所述第一网关(GW1)的通信访问是在控制单元(BE)中经由所述控制单元(BE)中的第一驱动器实现的，

其中，针对所述第二网关(GW2)的通信访问是在所述在控制单元(BE)中经由所述控制单元(BE)中的第二驱动器实现的，以及

其中，所述控制单元(BE)持续分析所述第一通信网络和所述第二通信网络(KN1、KN2)，以及在控制室(LW)切换的情况下，切换到活跃地具有与所述控制室(LW)的通信连接的网络的所述网关(GW1、GW2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，尤其是依照FDT标准的、被设计成用于所述操作单元(BE)与所述网关(GW1、GW2)的通信的框架应用在所述操作单元(BE)上运行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述操作单元是OPC服务器。

4.根据前述权利要求中的至少一个权利要求所述的方法，其中，所述操作单元(BE)的所述切换以以下方式进行：连接到具有与所述控制室(LW)的活跃的通信连接的所述通信网络(KN1、KN2)的网关(GW1、GW2)的所述驱动器是主动连接的，而相应的另一个驱动器是被动连接的。

5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，通用驱动器——尤其是CommDTM或GatewayDTM——在所述操作单元(BE)上被实施，借助于所述通用驱动器实现从所述操作单元(BE)到所述网关(GW1、GW2)的通信访问。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述操作单元(BE)的所述切换以以下方式进行：在所述驱动器中，访问被自动转换到连接至具有与所述控制室(LW)的活跃的通信连接的所述网络(KN1、KN2)的相应的所述网关(GW1、GW2)。

7.根据前述权利要求中的至少一个权利要求所述的方法，其中，所述网关(GW1、GW2)以侦听器模式操作以检测所述控制室(LW)的所述切换，在所述侦听器模式中，所述网关(GW1、GW2)侦听经由相应的所述通信网络(KN1、KN2)传送的电报，其中，在所述控制室(LW)的切换的情况下，在预先定义的时段中没有电报经由相应的非活跃的所述通信网络(KN1、KN2)被接收。

8.根据前述权利要求中的至少一个权利要求所述的方法，其中，以固定的时间间隔从所述网关(GW1、GW2)向所述控制室(LW)发送对于所述切换的所述检测的请求，以及其中，在连接故障的情况下，没有所述控制室(LW)的响应经由相应的非活跃的所述通信网络(KN1、KN2)被接收。

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