DE10007680A1 - Verfahren zur Fernüberwachung von Geräten und Anlagen und Rechnereinheit hierzu - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Fernüberwachung von Geräten und Anlagen über ein Netzwerk (1) mit mindestens einer Client-Rechnereinheit (3) und mindestens einer Server-Rechnereinheit (2), wobei Messdaten (M) von der mindestens einen Server-Rechnereinheit (2) zu der mindestens einen Client-Rechnereinheit (3) übertragbar sind, wird eine Überwachungsroutine (10, 11) auf einer Server-Rechnereinheit (2) durch eine Client-Rechnereinheit (3) gestartet, wobei die zu überwachenden Messgrößen (M) durch die Client-Rechnereinheit (3) festgelegt werden, die Überwachungsroutine (10, 11) zur automatischen Übertragung der festgelegten Messdaten (M) über das Netzwerk (1) an die entsprechende Client-Rechnereinheit (3) ausgebildet ist, und nur bei einer Änderung der Messdaten (M) über eine definierte Schwankungsbreite (DELTA M) hinaus die Übertragung der Messdaten (M) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernüberwachung von Geräten und Anlagen über ein Netzwerk mit mindestens einer Client-Rechnereinheit und mindestens einer Server-Rechnereinheit wobei Messdaten von der Mindestens einen Server-Rechnereinheit zu der mindestens ein Client-Rechnereinheit übertragbar sind.

Grundsätzlich ist die Fernüberwachung und Fernsteuerung von Ge­ räten und Anlagen über ein Netzwerk hinreichend bekannt. Hierbei werden Überwachungsaufgaben durch Server-Rechnereinheiten dezen­ tral ausgeführt, wie z. B. Kameraüberwachung von Objekten, Pro­ zessdatenüberwachung von Produktionsanlagen und Fernwartung von Anlagen. Hierbei werden die Messdaten von der dezentralen Ser­ ver-Rechnereinheit kontinuierlich aufgezeichnet. Eine Client- Rechnereinheit kann sich bei Netzwerk auf die Server-Rechnerein­ heit aufschalten und die abgespeicherten Messdaten bedarfsweise abrufen. Die Überwachung erfolgt nach dem sogenannten Pull-Ver­ fahren-, bei dem die Client-Rechnereinheiten jeweils für die Steuerung der Überwachung zuständig sind.

Weiterhin sind Systeme bekannt, bei denen eine Client-Rechner­ einheit und eine Server-Rechnereinheit über eine Datenleitung kontinuierlich miteinander verbunden sind, wobei eine feste Da­ tenverbindung definiert ist. Diese starre Datenverbindung ermög­ licht nicht die dynamische Vernetzung einer Vielzahl von Server- und Client-Rechnereinheiten.

Weiterhin tritt das Problem auf, dass die Netzwerkerfassung oft­ mals in Echtzeit erfolgen muss und die Netzwerkübertragung hin­ gegen nicht echtzeitfähig ist. Diese Problematik wird herkömm­ licherweise dadurch gelöst, dass die Messdaten in der Server- Rechnereinheit zwischengespeichert werden und Pausen bei der Messwerterfassung zur Leerung des Zwischenspeichers genutzt wer­ den. Dies erfordert nachteilig einen relativ großen Speicherauf­ wand.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren zur Fernüberwachung von Geräten und Anlagen zu schaffen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Überwachungsroutine auf einem Server-Rechnersystem durch ein Client-Rechnersystem gestartet wird, wobei die zu überwachenden Messgrößen durch die Client-Rechnereinheit festgelegt werden. Die Überwachungsroutine ist zur automatischen Übertragung der festgelegten Messdaten über das Netzwerk an die entsprechende Client-Rechnereinheit ausgebildet. Nur bei einer Änderung der Messdaten über eine de­ finierte Schwankungsbreite hinaus wird eine Übertragung durchge­ führt.

Die Anpassung der Echtzeit-Messdatenaufnahme an die nicht echt­ zeitfähige Netzwerkübertragungskapazität wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass nur Änderungen der Messdaten, die über eine definierte Schwankungsbreite hinausgehen, an die anfordern­ de Client-Rechnereinheit übertragen und die Daten mit einem Zeitstempel versehen werden. Im Unterschied zu den bekannten Verfahren wird nunmehr vorgeschlagen, das Verfahren zur Fernüberwachung nach dem Push-Prinzip ablaufen zu lassen. Hierzu werden Überwachungsroutinen auf der Server-Rechnereinheit ge­ startet. Diese Überwachungsroutinen laufen selbsttätig auf der Server-Rechnereinheit ab und erzeugen Sendetransaktionen an die Client-Rechnereinheit, ohne dass eine Steuerung durch die Client-Rechnereinheit erforderlich ist. Die Überwachungsroutinen und deren Routinen zur Datenübertragung können von zugelassenen Client-Rechnereinheiten dynamisiert über das Netzwerk zur Aus­ führung auf die Server-Rechnereinheit geladen werden.

Vorteilhafterweise kann das Verfahren auch zur Fernsteuerung der Geräte und Anlage genutzt werden, indem Steuerdaten von einer Client-Rechnereinheit an eine Server-Rechnereinheit übertragen und von der Server-Rechnereinheit umgesetzt werden. Alle anderen angemeldeten Client-Rechnereinheiten erhalten sofort eine Nach­ richt über den neuen Zustand der Servereinheit.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Parameter für die Über­ wachungsroutine, insbesondere die Schwankungsbreite für die Messdaten von der entsprechenden anfordernden Client-Rechnerein­ heit beim Starten der Überwachungsroutine festgelegt werden.

Die Überwachungsroutinen auf einer Server-Rechnereinheit werden vorteilhafterweise quasi parallel ausgeführt. Sofern die Über­ wachungsroutinen als objektorientierte Programmklassen ausge­ führt sind, können diese z. B. sogenannte Threads erzeugen, die parallel ausgeführt werden und in denen die zu übertragenden Messdaten als Parameter gespeichert werden. Die Threads sorgen durch Aufrufen von entsprechenden Programmklassen selbsttätig für eine Datenübertragung.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Server-Rechnereinheit in definierten Intervallen eine Bestätigungsanfrage an die entspre­ chenden Client-Rechnereinheiten sendet, für die eine Überwa­ chungsroutine auf der Server-Einheit ausgeführt wird. Hierdurch wird vermieden, dass eine Überwachungsroutine weiter ausgeführt wird, obwohl die zugehörige Client-Rechnereinheit die Netzwerkverbindung bereits abgebrochen hat. Wenn also die entsprechende Client-Rechnereinheit keine Rückmeldung der Bestätigungsanfragen an die Server-Rechnereinheit sendet, wird die entsprechenden Überwachungsroutine beendet.

Zur Absicherung des Verfahrens vor unbefugter Nutzung erfolgt eine Authentifizierung der Client-Rechnereinheit durch die Ser­ ver-Rechnereinheit während der Ausführung des Protokolls zum Aufbau der Netzwerkverbindung zwischen der Client-Rechnereinheit und der Server-Rechnereinheit.

Im Unterschied zu herkömmlichen Fernüberwachungsverfahren wird somit die Sicherheitsüberprüfung bereits durchgeführt, bevor eine Netzwerkverbindung hergestellt ist. Die Authentifizierung ist somit Teil des Netzwerkverbindungsprotokoll, z. B. des Pro­ tokolls zum Aufbau einer TCP/IP-Verbindung.

Vorteilhafterweise werden die Mess- und Steuerdaten zudem ver­ schlüsselt übertragen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, Zugriffsrechte der Client-Rechner­ einheiten für die Fernüberwachung und/oder Fernsteuerung festzu­ legen und zu überprüfen. Vor allem für die Fernsteuerung wird somit eine konträre Steuerung durch mehrere Client-Rechnerein­ heiten vermieden.

Die Server-Rechnereinheiten haben vorteilhafterweise einen echt­ zeitfähigen und multitaskingfähigen Betriebssystemkern, in dem die Überwachungsroutinen, die Sicherheitsüberprüfungsroutinen, die Netzwerkprotokollroutinen und die Busansteuerungsroutinen zur Ansteuerung eines Datenbusses zum Anschluss von Messdaten­ erfassungseinheiten und Steuerungseinheiten für die Geräte und Anlagen dynamisch geladen und ausgeführt werden.

Das Verfahren kann zudem vorteilhaft dahingehend erwähnt werden, dass die Messdaten in eine in dem Netzwerk befindliche Datenbank übertragen werden. Dies erfolgt vorteilhafterweise über platt­ formabhängige Programmmodule, z. B. über JDBC-Programmklassen oder über Dienste wie e-mail, ftp (File-Transfer-Protokoll) oder SMS (Short-Message-Service).

Die Messdaten werden vorteilhafterweise nicht zwischen gespei­ chert. Lediglich die Änderungen der Messdaten werden durch Ein­ bindung in die entsprechenden Überwachungsroutinen gepuffert.

Eine Client-Rechnereinheit kann gleichzeitig als Server-Rechner­ einheit für andere Client-Rechnereinheiten und umgekehrt genutzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnun­ gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - Blockdiagramm eines Systems zur Fernüberwachung und Fernsteuerung von Geräten und Anlagen nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren;

Fig. 2 - Blockdiagramm einer Rechnereinheit zur Durchführung des Verfahrens.

Die Fig. 1 lässt ein Blockdiagramm eines Systems zur Fernüber­ wachung und Fernsteuerung von Geräten und Anlagen über ein Netz­ werk 1 erkennen, an das mindestens eine Server-Rechnereinheit 2 und eine Client-Rechnereinheit 3 angeschlossen ist. Die Server- Rechnereinheit 2 ist beispielsweise über das Internet 4 entfernt von der Client-Rechnereinheit 3 angeordnet: Die Client-Rechner­ einheit 3 ist über ein Intranet 5 mit weiteren Rechnern 6 ver­ bunden, die entweder als Auswerteeinheiten, oder als Client-/ Server-Rechnereinheiten 3, 2 dienen können. Der Zugriff auf das Internet 4 des Netzwerkes 1 ist über einen sogenannten Firewall 7 vor unberechtigtem Zugriff geschützt.

Die Server-Rechnereinheiten 2 und die Client-Rechnereinheiten 3 haben jeweils einen Analog-/Digitaleingang 8 zur Aufnahme von Messdaten und einen Analog-/Digitalausgang 9 zur Umwandlung von Steuerdaten in Steuersignale für die Geräte und Anlagen. Externe Geräte können auch über diverse andere Bussysteme (z. B. RS 232, LAN, GPIB) angeschlossen werden.

Zur Durchführung einer Fernüberwachung startet eine Client-Rech­ nereinheit 3 eine Überwachungsroutine auf einer ausgewählten Server-Rechnereinheit 2. Diese Überwachungsroutine kann z. B. als Java-Klasse, d. h. als objektorientierter Programmcode in einem echtzeitfähigen und multitaskingfähigen Betriebssystem der Server-Rechnereinheit 2 ausgeführt werden. Derartige Überwachungsroutinen können von einer und/oder mehreren Client-Rech­ nereinheiten 3 parallel gestartet und aufgrund des multitasking­ fähigen Betriebssystems quasi parallel ausgeführt werden.

Die Fig. 2 lässt eine Rechnereinheit, z. B. eine Server-Rech­ nereinheit 2 erkennen, bei der eine erste Überwachungsroutine 10 eine Änderung der Messdaten M an einer erste Client-Rechnerein­ heit 3 übersendet, sobald die Änderung Δ M des Messwertes M < 1 ist. Eine zweite Überwachungsroutine 11 für eine zweite Client- Rechnereinheit 12 beobachtet den Messwert M quasi parallel und sendet den aktuellen Messwert hingegen nur dann, wenn die Ände­ rung Δ M des Messwertes < 2 ist. Diese Angaben sind lediglich beispielhaft aufgeführt. Die Überwachungsroutinen 10 und 11 wer­ den als sogenannte Threads parallel zueinander aufgeführt. Die Messwertdaten werden als Variablen in die Threads übernommen und sind als solche in der Server-Rechnereinheit 2 zwischengespei­ chert. Eine gesonderte Abspeicherung der Messdaten erfolgt hin­ gegen nicht. Die Überwachungsroutinen 10 und 11 sind so ausge­ bildet, dass sie weitere Programmklassen 13, 14 aktivieren, um z. B. Schnittstellen, wie Intranet, GSM etc. anzusteuern und die Datenübertragung zu den entsprechenden Client-Rechnereinheit 3, 12 zu steuern. Hierdurch wird der Speicheraufwand erheblich re­ duziert. Die Überwachungsroutinen 10, 11 und deren Routinen zur Datenübertragung, d. h. die Programmklassen 13, 14 können von zugelassenen Clients dynamisch über das Netzwerk zur Ausführung auf den Server geladen werden.

Die Fig. 2 lässt weiterhin erkennen, dass die Server-Rechner­ einheit 2 einen Bus 15 hat, an den Messdatenerfassungseinheiten 16 oder Steuerungseinheiten 17 für die Geräte und Anlagen ange­ schlossen sind. Die Messdatenerfassungseinheiten 16 können z. B. Analog-/Digitalwandler haben, mit den die analogen Messdaten M in digitale Daten umgewandelt werden. Entsprechend können die digitalen Steuerdaten ggf. durch Analog-/Digitalwandler auf den Steuerungseinheiten 17 in analoge Steuersignale S umgewan­ delt werden.

Das System bietet somit insbesondere durch die das dynamische Laden und Ausführen der Überwachungsroutinen 10, 11 in einem Betriebssystemkern 18 der Rechnereinheit 2, 3 ein betriebs­ systemunabhängiges netzwerkintegriertes Mess-, Stauer- und Rege­ lungssystem. Die Netzwerkverbindung kann z. B. nach dem standardisierten und weit verbreiteten TCP/IP-Protokoll durch­ geführt werden, so dass es in das Internat 4 oder in ein Intra­ net 5 integriert werden kann. Die Überwachungsroutinen, die Si­ cherheitsüberprüfungsroutinen, die Netzwerkprotokollroutinen und die Bussansteuerungsroutinen können z. B. als Java-Applets pro­ grammiert werden, so dass eine betriebssystemunabhängige Visua­ lisierung und Steuerung der Client-Rechnereinheiten 3 bzw. Ser­ ver-Rechnereinheiten 2 ermöglicht wird. Dann ist ein Zugriff auf die Server-Rechnereinheiten auch von jedem javafähigen Rechner 6 über das Netzwerk 1 ohne weitere Software möglich. Die Funktio­ nalitäten der Server-Rechnereinheit 2, insbesondere das Starten der Überwachungsroutinen 10 und 11 kann dynamisch zur Laufzeit des Systems erfolgen. Dadurch, dass die Überwachungsroutinen 10, 11 ereignisgesteuert sind, indem z. B. eine Messdatenübertragung nur dann stattfindet, wenn eine definierte Schwankungsbreite Δ M der Messdaten M überschritten wird, kann die Netzwerkbelastung minimiert werden und das Verfahren auch zur Fernüberwachung in Echtzeit verwendet werden, obwohl das Netzwerk 1 nicht echtzeit­ fähig ist. Die Sicherheitsüberprüfungsroutinen können in die Netzwerkprotokollroutinen integriert sein, wobei die Authentifi­ zierung der Client-Rechnereinheit 3 bei der Ausführung des Pro­ tokolls zum Aufbau der Netzwerkverbindung durchgeführt wird. Die Daten für die Authentifizierung können auf einer separaten Da­ tenbank zur Verfügung gestellt werden, die an beliebiger Stelle an das Netzwerk 1 eingebunden ist. Die Authentifizierung kann mehrstufig erfolgen, wobei Zugriffsrechte festgelegt und überprüft werden können. Dies kann z. B. eine Lese- und/oder Schreibleseberechtigung für Messdaten M sein. Dies Datenübertra­ gung kann verschlüsselt erfolgen.

Wenn auf einem Rechner 6 eine Datenbankanwendung installiert ist, wie in der Fig. 1 skizziert, können die aufgenommenen Meß­ daten direkt über das Netzwerk 1 in die Datenbank 19 geschrieben werden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Fernüberwachung von Geräten und Anlagen über ein Netzwerk (1) mit mindestens einer Client-Rechnereinheit (3) und mindestens einer Server-Rechnereinheit (2), wobei Messdaten (M) von der mindestens einen Server-Rechnerein­ heit (2) zu der mindestens einen Client-Rechnereinheit (3) übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Über­ wachungsroutine (10, 11) auf einer Server-Rechnereinheit (2) durch eine Client-Rechnereinheit (3) gestartet wird, wobei die zu überwachenden Messgrößen durch die Client- Rechner (3) festgelegt werden, die Überwachungsroutine (10, 11) zur automatischen Übertragung der festgelegten Messda­ ten (M) über das Netzwerk (1) an die entsprechende Client- Rechnereinheit (3) ausgebildet ist, und wobei nur bei einer Änderung der Messdaten (M) über eine definierte Schwan­ kungsbreite (Δ M) hinaus die Übertragung der Messdaten (M) durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Übertragung von Steuerdaten (S) zur Fernsteuerung der Geräte und Anla­ gen von der Client-Rechnereinheit (3) an die Server-Rechnereinheit (2).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungsbreite (Δ M) durch die entsprechende Client-Rechnereinheit (3) jeweils festgelegt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der mindestens einen Client- Rechnereinheit (3) auf einer Server-Rechnereinheit (2) ge­ starteten Überwachungsroutinen (10, 11) quasi parallel aus­ geführt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Server-Rechnereinheit (2) in defi­ nierten Intervallen eine Bestätigungsanfrage an die ent­ sprechenden Client-Rechnereinheiten (3) sendet, für die eine Überwachungsroutine (10, 11) auf der Server-Rechner­ einheit (2) ausgeführt wird, und die Ausführung einer Über­ wachungsroutine (10, 11) beendet wird, wenn kein Bestäti­ gungssignal von der entsprechenden Client-Rechnereinheit (3) an die Server-Rechnereinheit (2) zurück gesendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch Authentifizierung der Client-Rechnereinheit (3) durch die Server-Rechnereinheit (2) während der Proto­ kollausführung zum Aufbau der Netzwerkverbindung zwischen der Client-Rechnereinheit (3) und der Server-Rechnereinheit (2).

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch verschlüsseltes Übertragen der Messdaten (M) und Steuerdaten (S).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch Festlegen und Überprüfen von Zugriffsrechten der Client-Rechnereinheiten (3) für die Fernüberwachung und/oder Fernsteuerung.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch dynamisches Laden und Ausführen der Überwa­ chungsroutinen (10, 11) in einem Betriebssystemkern (18) der Rechnereinheit (2, 3).

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch dynamischen Laden und Ausführen von Sicherheitsüberprüfungsroutinen in dem Betriebssystemkern (18).

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch Ausführen von Netzwerkprotokollroutinen in dem Betriebssy­ stemkern (18).

12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, gekennzeichnet durch dynamischen Laden und Ausführen von Busansteuerungsroutinen in dem Betriebssystemkern (18) zur Ansteuerung eines Daten­ busses (15) zum Anschluss von Messdatenerfassungseinheiten (16) und Steuerungseinheiten (17) für die Geräte und Anla­ gen.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten (M) lediglich durch Ein­ bindung in die Überwachungsroutinen (10, 11) zwischenge­ speichert werden.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Client-Rechnereinheit (3) gleich­ zeitig auch als Server-Rechnereinheit (2) und eine Server- Rechnereinheit (2) gleichzeitig auch als Client-Rechnerein­ heit (3) verwendet werden kann.

15. Rechnereinheit mit einem multitaskingfähigen Prozessor, mit einem Betriebssystemkern (18) und mit einem Netzwerkan­ schluss, wobei die Rechnereinheit zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.