CN116235485B - 用于进行数据传输的网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于特别是在自动化技术中进行数据传输的网络，具有：多个终端设备(1‑4)、用于将所述网络外部接合至外部数据传输网络(6)的一个共同的网关(5)、所述网关(5)与所述终端设备(1‑4)之间的数据连接(Link1‑Link4)，以及多个OPC‑UA服务器(8‑11)，其中所述各终端设备(1‑4)分别被分配给所述OPC‑UA服务器(8‑11)中的一个。根据本发明，在所述各终端设备(1‑4)中分别存储有一个软件组件(12)，其适于形成所述OPC‑UA服务器(8‑11)中的一个。此外根据本发明，所述网关(5)从所述终端设备(1‑4)加载用于形成所述各OPC‑UA服务器(8‑11)的软件组件(12)并且在所述网关(5)中执行所述软件组件。

Description

用于进行数据传输的网络

技术领域

本发明涉及一种用于特别是在自动化技术中进行数据传输的网络。

背景技术

由现有技术已知名称为OPC统一架构(OPC-UA)的作为独立于平台的架构的数据交换标准(OPC：Open Platform Communications，开放平台通信)，其也可以应用于自动化技术领域，以实现自动化技术中的所有终端设备(传感器和致动器)之间的数据交换。因此，OPC-UA不再专用于将数据传输至上级系统(例如通过边缘网关到云端)，而是也用于在控制器与终端设备(传感器和致动器)之间交换数据，它们相互之间迄今为止通常通过相应的基于以太网的协议(如Profinet、Modbus TCP、EtherCAT等等)进行通信。

但在自动化技术中使用OPC-UA时出现两项重大挑战。一是当前的终端设备(传感器和致动器)不具有适宜的接口。此外，已知终端设备(传感器和致动器)还不具备足以让相应OPC-UA服务器工作的计算能力。也就是说，已知终端设备无法通过OPC-UA被直接寻址。

可以使用适宜的网关来解决上述难题，其能够通过OPC-UA来对传统终端设备(传感器和致动器)进行外部访问。为此，网关包含OPC-UA服务器，其与各终端设备(传感器和致动器)进行通信。在此情况下，网关与各终端设备间的通信可以根据终端设备所支持的另一传统标准(如Profinet、Modbus TCP、EtherCAT等等)来实施。

图1示出具有多个终端设备1-4的这种传统网络，其中这些终端设备可以是自动化技术的传感器或致动器。图中还示出网关5，其分别通过一个数据连接Link1至Link4与各终端设备1-4通信，其中数据连接Link1-Link4并非根据OPC-UA工作，而是根据另一传统标准(如Profinet、Modbus TCP、EtherCAT等等)工作。网关5接合至外部数据传输网络6，其中从数据传输网络6出发也可以通过OPC-UA对各终端设备1-4进行寻址。为此，在网关5中整合有OPC-UA服务器7。

但这种技术解决方案的缺点是，不可能完全透明地访问各终端设备，因为各终端设备的数据是在网关5的IP地址(IP：InternetProtocol，互联网协议)下被访问的。

为了解决这项技术难题而已知一种略有修改的网络(参阅US

2018/0309831A1)，参见图2。这种同样已知的网络与前述的图1所示网络基本一致，为避免重复，请参考上述说明，相同的细节用同一附图标记表示。这种已知网络的特别之处在于，在网关5中针对每个终端设备1-4分别设有一个OPC-UA服务器8-11。这种方案有利于从外部网络6出发完全透明地访问各终端设备1-4，因为每个终端设备1-4分别被分配给一个OPC-UA服务器8-11

图2所示这种已知技术解决方案的缺点是，各OPC-UA服务器8-11在网关5中的实施方案较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种相应有所改善的数据传输网络。

本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求中的本发明的网络。

本发明的网络用于进行数据传输，其中所述网络特别是适于应用在自动化技术中。但在所述网络的应用领域方面，本发明并非仅限于自动化技术。

与前述现有技术一致地，本发明的网络同样包括多个终端设备，其例如可指传感器或致动器。但本发明在终端设备的类型方面不局限于例如应用于自动化技术的传感器和致动器。

此外与前述现有技术相同，本发明的网络包括一个共同的网关，其能够将具有终端设备的网络外部接合至外部数据传输网络。亦即，所述网关实现了按此前就现有技术所描述的方式从外部数据传输网络出发对各终端设备进行外部访问。

此外与现有技术相同，本发明的网络还在网关与各终端设备之间具有数据连接，以实现网关与终端设备间的通信。

此外，本发明的网络还具有多个OPC-UA服务器，其中各终端设备分别被分配给一个OPC-UA服务器。亦即，各终端设备与各OPC-UA服务器通信，使得各终端设备可被外部数据传输网络根据OPC-UA寻址并且完全透明地访问各终端设备。

需要提及的是，本发明并非仅对网关上的所有终端设备分别分配有一个OPC-UA服务器的网络提出保护主张。而是也存在以下可能性：网关上连接有更多终端设备，其并非通过OPC-UA被寻址，因而其在网关中未被分配任何自有的OPC-UA服务器。此外根据本发明，在网关上也可以连接有若干终端设备，其本身具备OPC-UA能力并且包含自有的OPC-UA服务器。因而在网关中无需针对这些具备OPC-UA能力的终端设备设置OPC-UA服务器。

与现有技术相比，本发明的网络的特征在于，在各终端设备中分别存储有一个软件组件，其适于形成一个OPC-UA服务器。在工作过程中，该网关从终端设备加载用于形成各OPC-UA服务器的软件组件并且在网关中执行这些软件组件，从而分别形成一个OPC-UA服务器。通过本发明的这项技术解决方案，大幅简化了OPC-UA服务器在网关中的实施方案。

在本发明的优选实施例中，每个终端设备(致动器或传感器)分别分配有一个软件组件的一个运行时间元件或一个实体，其中该软件组件也可以被称为应用程序。

亦即，所述网关包含适于形成OPC-UA服务器的硬件，其实现了由相应终端设备来加载软件组件并且在网关中执行已加载软件组件。

而各终端设备包含适于将软件组件存储在相应终端设备中并且将软件组件传输给网关的硬件。

在本发明的一个优选实施例中，所述网关为了与各终端设备进行通信而分别具有一个用于各终端设备的端口。在此情况下，所述网关端口相关地针对每个端口个别地加载软件组件以形成各OPC-UA服务器，使得该网关的每个端口分别分配有一个软件组件，其形成一个OPC-UA。

此外需要提及的是，在该优选实施例中，各终端设备是具备TCP-IP能力的(TCP-IP：Transmission Control Protocol/InternetProtocol，传输控制协议/国际互联协议)。但本发明在各终端设备所支持的传输标准方面并非局限于具备TCP/IP能力的终端设备。确切而言，本发明中的各终端设备原则上也可以支持其他传输标准。

举例而言，这些终端设备为了与对应的OPC-UA服务器进行通信而可以具有以下数据接口中的一个：

●以太网，

●根据EN 61131的I/O链路，

●可寻址远程传感器高速通道(HART)。

本发明的解决方案的主要优点在于，各OPC-UA服务器可以分别具有一个自有的IP地址，使得可从外部数据传输网络对各终端设备进行直接且完全透明的访问并对各终端设备进行个别寻址。亦即，从外部传输网络的角度看，各终端设备实施为OPC-UA终端设备。

在一种本发明的变体中，各终端设备分别构建为I/O站中的一个模块。在此发明变体中，各终端设备并非结构上分离，而是整合在I/O站中。

此外需要提及的是，网关与各终端设备间的数据连接可以分别具有一个局域总线。这种方案在以下情况下特别有利：各终端设备如前所述是I/O站的模块。

本发明的其他有利改进方案参阅从属权利要求，或者在下文中结合附图所示本发明的优选实施例的描述来对这些改进方案进行详细阐述。

附图说明

图1为传统的根据OPC-UA的数据通信网络的示意图，该网络具有整合有OPC-UA服务器的网关。

图2为图1所示传统网络的变体，其中在网关中针对每个终端设备分别设有一个OPC-UA服务器。

图3为本发明的网络，其中用于在网关中形成OPC-UA服务器的软件组件由各终端设备加载。

图4为图3的变体，其中各终端设备均为I/O站中的模块。

具体实施方式

图3为本发明的网络的示意图，这种网络与前述的图2所示传统网络基本一致，为避免重复，请参考图2中的相关说明，相同的细节用同一附图标记表示。

该本发明的实施例的特别之处在于，在各终端设备1-4中，在程序存储器13中分别存储有一个软件组件12，其被网关5加载以形成对应的OPC-UA服务器8。

图式中为简单起见，仅示出了用于形成OPC-UA服务器8的软件组件12。但其他OPC-UA服务器9-11通过以下方式以相同方式形成：

由终端设备2-4加载相应的软件组件。

图4示出本发明的网络的变体，这种网络与前述的图3所示本发明的网络部分一致，为避免重复，请同样参考此前的相关说明，相同的细节用同一附图标记表示。

该实施例的特别之处在于，终端设备1'-4'构建为I/O站14中的模块。亦即，终端设备1'-4'并非结构上分离，而是整合在I/O站14中。

此外需要提及的是，OPC-UA服务器8-11与终端设备1'-4'间的通信是通过局域总线15来实现的，该局域总线可以采用传统构建方案。

在这个实施例中同样通过以下方式来形成OPC-UA服务器8-11：对应的软件组件12从对应的终端设备1'来加载。

本发明不局限于前述优选实施例。确切而言，可以存在大量使用本发明的理念因而落入本发明的保护范围的变体和变更。本发明特别是也对从属权利要求的主题和特征提出保护主张，无论其所引用的权利要求如何且即使不含独立权利要求的特征时也是如此。也就是说，本发明包括彼此独立地受到保护的不同发明方面。

附图标记说明

1-4 终端设备

1'-4' 终端设备

5 网关

6 外部数据传输网络

7 OPC-UA服务器

8-11 OPC-UA服务器

12 用于形成OPC-UA服务器的软件组件

13 用于软件组件的程序存储器

14 I/O站

15 局域总线

Link1-Link4 网关与终端设备之间的数据连接

Claims (9)

1.一种用于进行数据传输的网络，具有

a)多个终端设备(1-4；1'-4')，

b)用于将具有所述终端设备(1-4；1'-4')的网络外部接合至外部数据传输网络(6)的一个共同的网关(5)，

c)所述网关(5)与所述各终端设备(1-4；1'-4')之间的数据连接(Link1-Link4)，和

d)多个OPC-UA服务器(8-11)，其中所述各终端设备(1-4；1'-4')分别被分配给所述OPC-UA服务器(8-11)中的一个，所述各OPC-UA服务器(8-11)与对应的终端设备(1-4；1'-4')通信，使得所述各终端设备(1-4，1'-4')可被所述外部数据传输网络(6)根据OPC-UA寻址，

其特征在于，

e)在所述各终端设备(1-4；1'-4')中分别存储有一个软件组件(12)，其适于形成所述OPC-UA服务器(8-11)中的一个，以及

f)所述网关(5)从所述终端设备(1-4；1'-4')加载用于形成所述各OPC-UA服务器(8-11)的软件组件(12)并且在所述网关(5)中执行所述软件组件。

2.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，所述网络用于在自动化技术中进行数据传输。

3.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，

a)所述网关(5)为了与所述各终端设备(1-4；1'-4')进行通信而分别具有一个用于所述各终端设备(1-4，1'-4')的端口，以及

b)所述网关(5)端口相关地针对每个端口个别地加载所述软件组件(12)以形成所述OPC-UA服务器(8-11)，使得每个端口分别分配有所述软件组件(12)中的一个。

4.根据上述权利要求中任一项所述的网络，其特征在于，所述各终端设备(1-4，1'-4')是具备TCP/IP能力的。

5.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，所述各OPC-UA服务器(8-11)分别具有一个自有的IP地址，使得可从外部数据传输网络(6)对所述各终端设备(1-4，1'-4')进行访问并对所述各终端设备(1-4，1'-4')进行个别寻址。

6.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，所述各终端设备(1-4，1'-4')为了与对应的OPC-UA服务器(8-11)进行通信而具有以下数据接口中的一个：

a)以太网，

b)根据EN 61131的I/O链路，

c)可寻址远程传感器高速通道(HART)。

7.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，所述终端设备(1-4，1'-4')分别包含至少一个传感器和/或至少一个致动器。

8.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，所述终端设备(1'-4')分别是I/O站(14)中的一个模块。

9.根据权利要求1所述的网络，其特征在于，所述网关(5)与所述各终端设备(1'-4')间的数据连接具有局域总线(15)。