DE102004017698A1

DE102004017698A1 - SCADA-System

Info

Publication number: DE102004017698A1
Application number: DE102004017698A
Authority: DE
Inventors: Yauheni Dipl.-Ing. Veryha; Markus Dipl.-Ing. Gauder; Walter Dr.rer.nat. Grein
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2004-04-10
Filing date: 2004-04-10
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)-System zur Prozessüberwachung und Echtzeit-Datensammlung in einem Netzleitsystem, wobei ein Integrationsplattform(IP)-System (200) mit einer Client/Server-Architektur vorhanden ist, in welchem Integrationsplattformen in einem primären Integrationsplattform(IP)-Server (3) und in mehreren Integrationsplattform(IP)-Clients (1, 28, 29) vorhanden sind, und wobei der primäre Integrationsplattform(IP)-Server (3) mittels eines primären Kommunikationssystems (9) mit den Integrationsplattform-Clients (1, 28, 29) sowie mittels eines SCADA-Verbindungsmoduls (5) und eines zweiten Kommunikationssystems (12) mit einem primären SCADA-Server (14) verbunden ist. Außerdem ist ein SCADA-Serversystem (201) mit mindestens dem primären SCADA-Server (14) vorhanden, wobei der SCADA-Server (14) nur Kernmodule enthält, insbesondere eine Echtzeitdatenbank (16), eine Datenverarbeitungseinheit (17), einen SCADA-Prozessdaten-Server (15) sowie ein Prozessanbindungsmodul (18) zur Kommunikation mittels einer Prozessdaten-Verbindung (19) mit Controllern (27) in Ein-/Ausgabe-Geräten des Netzleitsystems. Sonstige SCADA-Komponenten und -Anwendungen (2, 4), insbesondere Verriegelungen, Schaltaufträge, Markierungen und Anwendungen von Fremdanbietern sind in der jeweiligen Integrationsplattform der Integrationsplattform-Clients (1, 28, 29) und/oder im primären Integrationsplattform-Server (3) implementiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) -System, das als Teilsystem eines Netzleitsystems in Netzen zur Durchleitung/Transport und/oder Verteilung von Strom, Gas, Wasser, Fernwärme, Abwasser, Öl, und weiterer Medien zum Einsatz kommt.
SCADA-Systeme umfassen sowohl Hardware- als auch Softwarekomponenten, mit Software-Anwendungen zur Prozessüberwachung und der Datensammlung in Echtzeit von Einrichtungen an entfernt liegenden Orten mit dem Ziel, deren Ausrüstung und Zustand zu überwachen und zu steuern. Die gesammelten Daten werden Datenverarbeitungseinrichtungen, also einem Computer zugeführt, auf dem die SCADA-Software installiert ist und läuft. Auf dem Computer werden die Daten verarbeitet und zeitgerecht dargestellt. Das SCADA-System protokolliert und nimmt alle Ereignisse in einer Datei auf. Diese Datei ist auf der Festplatte des Computers oder einem anderen Speichermedium gespeichert. Eine Schlüsselfunktion eines SCADA-Systems ist die Alarmierung im Falle des Erreichens eines kritischen Zustands.
SCADA-Systeme erfüllen im allgemeinen unterschiedliche Funktionen, wie zum Beispiel MMI (Mensch-Maschine-Interface), Datenprotokollierung, erweiterte Kontrollfunktionen, Input/Output Transaktionen, und vieles mehr. Benötigt werden SCADA-Systeme, die nicht nur erweiterte grafische Bedienoberflächen (mit Windows look&feel, Panning, Zooming, Decluttering, und weiteren Funktonen), sondern auch erweiterte Integrations- und Migrationsmöglichkeiten bieten.
PC's, auf denen unterschiedliche Betriebssysteme, wie Windows 2000, Windows XP, IBM OS/2, UNIX Versionen und andere Betriebssysteme laufen, werden in zunehmendem Maß im Bereich der Netzleittechnik eingesetzt. Bedingt ist dies durch die offene Architektur der PCs, der akzeptablen Rechenleistung zu geringen Kosten und der großen Vielfalt an Standard-Soft- und Hardwareprodukten, die eine große Auswahl an Werkzeugen für Datenerfassung, Analyse, Darstellung, und Steuerung bieten. Bekannte SCADA-Systeme decken an sich die gewünschten Integrationsmöglichkeiten sowie weitere Anwendungen ab. Diese Anwendungen umfassen sowohl betriebswirtschaftliche Anwendungen, wie zum Beispiel Anwendungen für unternehmensweite Anlagenverwaltung (Enterprise Asset Management EAM), Anlagenoptimierung (Asset Optimisation), als auch technische Anwendungen, wie geographische Informationssysteme (GIS), Anwendungen für die Netzführung (zum Beispiel Leckerkennung oder Simulation). Alle diese Systeme sind normalerweise mit dem SCADA-System integriert und haben eine gemeinsame Bedienoberfläche sowie einfachen und schnellen Datenaustausch. Allerdings veralten SCADA-Produkte in einer sich schnell verändernden Welt der Softwaretechnologien und der sich verändernden Marktwirtschaft schnell. Daher ist ein Austausch von SCADA-Kernsystemen, sowie SCADA-Komponenten unter Umständen notwendig. Die Option für die Migration zu anderen SCADA-Systemen durch einen Austausch des SCADA-Servers sollte daher vorhanden sein, ohne dadurch die geleistete Systemintegrationsarbeit sowie die entwickelten Mensch-Maschine-Schnittstellen (MMI) zu verlieren.
Eine bekannte Lösung für solche Integrationsaufgaben ist die Integration von Anwendungen – Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen – entweder direkt mit dem SCADA-System oder durch Einbeziehung eines Integrationssystems, welches einen gemeinsamen Integrationsmechanismus für das SCADA System bereitstellt.
Die direkte Integration von Anwendungen mit dem SCADA-System ist im allgemeinen nicht einfach und auch nicht flexibel, bedingt durch die eingeschränkten Möglichkeiten hinsichtlich der Wiederverwendbarkeit bei der Integration. So muss zum Beispiel im Fall des Austauschs des SCADA-Kerns, oder im Fall der Notwendigkeit des Ersatzes einiger SCADA-Komponenten, die Arbeit der Integration nochmals auf sich genommen werden. In vielen dieser Fälle erfolgt der Start wieder bei Null, wodurch die Kosten hoch sind.
Die Verwendung einer Integrationsplattform für die Integration von Anwendungen bietet dagegen eine einheitliche Integrationsumgebung für verschiedene Software-Anwendungen. Bekannte Integrationsplattformen bieten jedoch keine SCADA-Funktionalitäten und werden daher auch nicht genutzt um SCADA-Komponenten anzubinden. Außerdem lassen sich Integrationsplattformen nur schwierig im Umfeld von allgemeinen SCADA Daten-Engineering- und Benutzerverwaltungskonzepten einsetzen. Diese Gegebenheiten begrenzen die Verwendbarkeit von Integrationssystemen und die Flexibilität des SCADA-Systems.
Daher werden neuartige, komponentenbasierte Netzleit- bzw. SCADA-Systeme benötigt, die

• umfangreiche Migrationsmöglichkeiten bieten,
• geringe Investitionskosten verursachen,
• eine einfache Anbindung ermöglichen,
• eine einheitliche Benutzeroberfläche haben und
• die Integration allgemeiner, handelsüblicher betriebswirtschaftlich und technisch bezogener Anwendungen auf einer gemeinsamen Basis ermöglichen.

Betriebswirtschaftlich und technisch bezogene Anwendungen sind zum Beispiel die unternehmensweite Anlagenverwaltung (Enterprise Asset Management EAM) oder geographische Informationssysteme (GIS) sowie viele weitere Anwendungen. Solche komponentenbasierte Netzleitsysteme müssen frei konfigurierbar sein, ein einfaches Engineering des SCADA-Systems unterstützen, Datenaustausch effektiv realisieren, sowie Navigation, eine allgemeine Benutzerverwaltung, Komponentenaustausch und Systeminstandhaltung auf schnelle und einfache Art und Weise unterstützen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein SCADA-System anzugeben, das den vorgenannten Anforderungen gerecht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein SCADA-System mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Mit der Erfindung wird demnach ein SCADA-System vorgeschlagen, bei dem eine Aufteilung der erforderlichen Hard- und Softwarekomponenten in ein SCADA-Server-System und ein Integrationsplattform-System mit Client/Server-Architektur vorgenommen ist. Im SCADA-Server-System sind nur sogenannte Kernkomponenten enthalten, während sonstige SCADA-Komponenten und Anwendungen im Integrationsplattform-System enthalten sind. Diese Aufteilung ermöglicht eine kostengünstige Modernisierung des SCADA-Systems in einem Netzleitsystem, da beispielsweise bei einem Austausch eines SCADA-Servers oder von SCADA-Komponenten nur geringfügige Anpassungen erforderlich werden, die bisher in einem solchen Fall notwendige und kostenträchtige Überarbeitung der sonstigen SCADA-Komponenten und Anwendungen jedoch entfällt.
Das vorgeschlagene Client/Server-Computer-System beinhaltet eine objektorientierte und komponentenbasierte Integrationsplattform, die Schnittstellen zu den SCADA-Kernmodulen, SCADA-Komponenten und -Applikationen, auch zu Applikationen von Fremdanbietern hat.
Die Struktur und Funktionalität des SCADA Systems kann sehr leicht individuellen Anforderungen angepasst werden, indem SCADA Komponenten und Anwendungen, wie zum Beispiel Anwendungen für den Netzbetrieb (z.B. Leckerkennung oder Simulation), Geographische Informationssysteme oder Anwendungen aus dem Bereich Anlagenverwaltung, hinzugefügt, entfernt oder ersetzt werden. Die Integrationsplattform des Client/Server-Computersystems bietet ein vereinheitlichtes Objektmodell mit vordefinierten Programmierschnittstellen für die Integration von SCADA-Komponenten. Prozessdaten können selektiv von den SCADA-Kernmodulen zur Integrationsplattform und von dort zu verschiedenen SCADA Komponenten, Anwendungen und Lösungen – Applikationen und Lösungen von Fremdanbietern eingeschlossen –, die mit der Integrationsplattform verbunden sind, verteilt werden.
Das System ermöglicht das zur Verfügung stellen von Proxies zu integrierenden Anwendungen und Lösungen, einer einfachen Kommunikationsschnittstelle für die Kommunikation mit Serverobjekten für diese Proxies, sowie eine einfache Struktur von Prozessdaten verschiedener Anwendungen – Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen – innerhalb der Integrationsplattform des SCADA-Systems.
Das System zeichnet sich durch einfache Instandhaltung und Möglichkeiten der Migration zu anderen SCADA Systemen bei geringer Investition aus, ohne die geleistete Integrationsarbeit Dritter zu verlieren. Ein weiterer Vorteil ist die damit ermöglichte flexible und komponentenbasierte Architektur eines industriellen Netzleitsystems, mit vielen Möglichkeiten der Wiederverwendung und der Fähigkeit das SCADA-System frei zu konfigurieren durch Hinzufügen, Entfernen oder Ersetzen des SCADA-Kerns, von SCADA-Komponenten und -Anwendungen. Ein kosteneffektives System Engineering ist gegeben, da alle SCADA-Komponenten frei konfiguriert werden können durch Verwendung einer allgemeinen Programmierschnittstelle. Eine allgemeine Benutzerverwaltung für alle integrierten Komponenten ist gegeben.
Eine weitere Erläuterung der Erfindung und deren Vorteile ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungsfiguren.
Es zeigen
1 die Client/Server-Architektur des erfindungsgemäßen komponentenbasierten SCADA-Systems mit Integrationsplattform und Anwendungen, auch von Fremdanbietern,
2 eine schematische Darstellung des Austauschs/der Migration eines SCADA-Servers im komponentenbasierten System,
3 die Verbindung von SCADA-Komponenten und -Anwendungen im komponentenbasierten SCADA-System, und
4 eine schematische Darstellung einer allgemeinen Benutzerverwaltung für SCADA-Komponenten und -Anwendungen im SCADA-System.
1 zeigt die Client-/Server-Architektur eines SCADA-Systems, das ein Integrationsplattform-System 200 und ein SCADA-Server-System 201 aufweist, wobei sich die Darstellung auf ein bevorzugtes System mit redundanten Servern bezieht. Redundanz ist eine übliche Anforderung an ein Netzleitsystem und trägt zur Verbesserung der Robustheit des gesamten Netzleitsystems bei.
Das SCADA-Server-System 201 enthält einen primären SCADA-Server 14 und einen redundanten SCADA-Server 21, die auf verschiedenen Rechnern oder dem selben Rechner angeordnet sein können. Ein wichtiger Aspekt hinsichtlich der Architektur der SCADA-Server 14, 21 ist, dass sie nur für die grundlegenden SCADA-Funktionalitäten eingerichtet sind.
Der primäre SCADA-Server 14, bzw. der redundante SCADA-Server 21 enthalten dazu als Kernmodule jeweils eine Datenverarbeitungseinheit 17, bzw. 24 und eine Echtzeitdatenbank 16, bzw. 23, sowie ein Prozessanbindungsmodul 18, bzw. 25 zur Kommunikation mittels einer Prozessdaten-Verbindung 19, bzw. 26 mit Controllern 27 in Ein-/Ausgabe-Geräten des Netzleitsystems, das in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist.
Die Echtzeitdatenbanken 16, 23 sind insbesondere eingerichtet für die Handhabung einer Untergruppe von Prozessvariablen, die auf die Datenerfassung, den Umgang mit Alarmen und die Archivierung bezogen sind. Für die Kommunikation mittels der Prozessdaten-Verbindung 19, bzw. 26 können verschiedene in der Industrie verwendetet Protokolle wie Ethernet, Profibus und weitere genutzt werden.
Das Integrationsplattform-System 200 enthält einen primären Integrationsplattform (IP)-Server 3 und einen redundanten Integrationsplattform(IP)-Server 6, die auf verschiedenen Rechnern oder dem gleichen Rechner angeordnet sein können. Die IP-Server 3, 6 und ihnen zugeordnete Integrationsplattform-Clients 1, 28, 29, die mittels einem primären Kommunikationssystem 9, bzw. 10 miteinander kommunizieren, bieten allgemeine objektorientierte Rahmenwerke für Integrationsaufgaben und basieren auf vordefinierten Software-Programmierschnittstellen, wie zum Beispiel das für die Implementierung verwendete COM oder DCOM von Microsoft, die genutzt werden, um eine allgemeine Kommunikation zwischen Komponenten zu erreichen. Die Clients 1, 28, 29 können auf dem selben Rechner oder unterschiedlichen Rechnern laufen.
Der primäre Integrationsplattform(IP)-Server 3, und entsprechend der redundante Integrationsplattform(IP)-Server 6 sind jeweils mittels eines Verbindungsmoduls 5, bzw. 8 dafür eingerichtet, über ein zweites Kommunikationssystem 12, bzw. 13 mit dem primären SCADA-Server 14, bzw. dem redundanten SCADA-Server 21 zu kommunizieren. Sowohl die IP-Server 3, bzw. 6, als auch die IP-Clients 1, 28, 29 enthalten Integrationsplattformen zur Aufnahme von SCADA-Komponenten und – Anwendungen, die bei den Servern mit 4, bzw. 7, bei den Clients mit 2 bezeichnet sind. Ein Auszug in 1 zeigt schematisiert, dass die Komponenten, z. B. 2, in die Integrationsplattform eingebunden sind.
Die Server 3, 6, 14, 21 sowie die Clients 1, 28, 29 laufen auf beliebigen Client/Server Betriebssystemen wie Windows XP, Windows 2000, Linux Red Hat, und Unix Compaq. Die Client/Server Kommunikationen 9 und 10 sind auf „publish-scribe" und Ereignissteuerung basierend ausgeführt, z.B. durch die Verwendung von OPC (OLE for Process Control, mit einem für den Datentransfer verwendeten TCP/IP-Protokoll. Die Verbindung 10 wird aktiviert, falls einer der primären Server 3, 14 ausfällt. Jeder Client verfügt über grundlegende Netzwerk-Hardware, um eine Verbindung zum Server 3, bzw. 6 aufbauen zu können. Beispielsweise kann ein Client eine TCP/IP-Verbindung oder eine andere Verbindung zum Netzwerk über einen „Token Ring" oder einen Ethernet-Adapter herstellen.
Wie bereits erwähnt, zeigt 1 eine redundante Architektur des Systems. Die Verbindungen 11 und 20 ermöglichen die Prozessdatensynchronisation jeweils auf beiden Servern 3, 6 sowie 14, 21, so dass deren Zustand identisch ist. Im Falle des Ausfalls eines der primären Server 3 oder 14 wird die Synchronisation der Server zustände über die Verbindungen 11 und 20 abgebrochen, und die Verbindung 10 wird dann automatisch über die Clients 1, 28 und 29 aktiviert. Die Clients 1, 28 und 29 kommunizieren ab diesem Zeitpunkt mit den redundanten Server 6 und 21. So ist das Netzleitsystem in der Lage, im Fall einer Störung unter Einbeziehung der redundanten Server weiterzuarbeiten. In einer auf Nicht-Redundanz ausgelegten Netzleitsystemarchitektur entfallen die redundanten Server 6 und 21, sowie die zugehörigen Verbindungen 10, 11, 20 und 26.
Die auf den IP-Servern 3, 6 und den IP-Clients 1, 28, 29 angeordneten SCADA-Komponenten und -Applikationen 2, 4 und 7, sind zum Beispiel Verriegelungen, Schaltaufträge und Markierungen, sowie Anwendungen von Fremdanbietern, wie zum Beispiel netzbetriebbezogene Anwendungen, z. B. Leckerkennung oder Simulation, geographische Informationssysteme (GIS) oder Anlagenverwaltung (Asset Management). Die integrierten SCADA-Komponenten 2, 4 und 7 können auf einfachem Weg ersetzt, oder in die Integrationsplattform und damit dem gesamten Netzleitsystem hinzugefügt oder von ihr bzw. diesem entfernt werden. Die Client/Server-Architektur der Integrationsplattform ermöglicht die Integration von Server-Anwendungen, Client-Anwendungen und Client/Server-Anwendungen. Im ersten Fall sind die SCADA-Komponenten und -Anwendungen (Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen) nur auf den IP-Servern 3 und 6 angeordnet. Im zweiten Fall sind die SCADA Komponenten und Anwendungen (Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen) nur auf den IP Clients 1, 28 und 29 angeordnet. Im letzten Fall sind die SCADA Komponenten und Anwendungen (Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen) sowohl auf den IP Clients 1, 28 und 29 als auch auf den IP Server 3 und 6 angeordnet.
Die Vorgehensweise zur Integration im Client/Server-Szenario beinhaltet das zur Verfügung stellen von Proxies zu integrierenden SCADA-Komponenten und – Anwendungen (Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen) 2, 4 und 7, das zur Verfügung stellen einer allgemeinen Kommunikationsschnittstelle über das Netzwerk (zum Beispiel durch die Verwendung von DCOM) zu den serverseitigen Objekten für diese Proxies, sowie das zur Verfügung stellen einer allgemeinen Struktur der Prozessdaten von verschiedenen Anwendungen (Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen) innerhalb der Integrationsplattform des SCADA- Systems unter Verwendung der SCADA-Verbindungsmodule 5 und 8. Die SCADA-Verbindungsmodule 5 und 8 können zum Beispiel als OPC Clients implementiert sein. In diesem Fall können die SCADA-Prozessdatenserver 15, 22, deren Aufgabe das zur Verfügung stellen von Informationen zu Prozessdaten vom SCADA Server zu externen Anwendungen ist, als OPC Server dargestellt werden. Die SCADA Prozessdatenserver 15, 22 stellen daher strukturierte Informationen zu Prozessdaten den integrierten SCADA-Komponenten und -Anwendungen (Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen) auf den IP-Servern 3, 6 und den IP-Clients 1, 28 und 29 zur Verfügung.
2 zeigt ein Szenario für den Vorgang der Substitution oder Migration von SCADA-Servern im erfindungsgemäßen Komponenten-basierten SCADA-System.
Die IP-Clients 28 haben vordefinierte Ebenen für Komponenten innerhalb der Integrationsplattform, nämlich die Ebene der grafischen Darstellung 30, auf der sich die Komponenten der graphischen Oberflächen (GUI) 29 befinden, die Datenebene 32, auf der entfernt liegende Datenkomponenten 31 angeordnet sind, und der Verbindungsebene der Integrationsplattform 33, die für die Errichtung der Kommunikation mit den IP-Servern 35 oder 46 genutzt wird, zum Beispiel über TCP/IP-basierte Kommunikationssysteme 34, 45. Die IP-Verbindungsebene 33 kann beispielsweise als OPC-Client implementiert werden. Jede der GUI-Komponenten 29 hat eine korrespondierende Datenkomponente 31 mit einer vordefinierten Programmierschnittstelle und Logik.
Die IP-Server 35, 46 haben eigene Datenebenen 36, 47 mit den serverseitigen Datenkomponenten 37 und 48. Bei entfernt liegenden clientseitigen Datenkomponenten 31 werden diese direkt mit den serverseitigen Datenkomponenten 37 und 48 unter Zuhilfenahme von „Software Object Remoting" (Prozess der Kommunikation zwischen verschiedenen Betriebssystemprozessen, unabhängig davon, ob sich diese auf dem gleichen Computer befinden) verknüpft; beispielsweise basierend auf Microsoft DCOM. Das bedeutet, dass die Daten auf den IP-Clients 28 immer mit den Daten auf dem IP-Server 35 bzw. 46 synchronisiert werden.
Die IP-Server 35, 46 haben außerdem SCADA-Verbindungsmodule 38, 49, die den Austausch von Prozessdaten ermöglichen, zum Beispiel über die OPC-Verbindungen 39, 50 mit den SCADA-Servern 40, 51. Der Aufbau der SCADA-Server 40, 51 stimmt mit dem der SCADA-Server 14, 21 in 1 überein. Das bedeutet, dass auf den SCADA-Server 40, 51 nur die SCADA-Kernmodule laufen, wie zum Beispiel die Echtzeitdatenbanken 43, 54, die Verarbeitungseinheiten 41, 52, die Prozessanbindungsmodule 44, 55 und die Module der SCADA-Prozessdatenserver 42, 53, die für die Verbreitung von Prozessdaten-Informationen von den SCADA-Servern 40, 51 an externe Anwendungen benötigt werden.
2 veranschaulicht, dass der Austausch des SCADA-Servers 40 durch den SCADA-Server 51 nur geringfügige Änderungen auf der SCADA-Anwendungsseite erforderlich macht. Das Zeichen „=" im oberen Bereich der Darstellung soll zeigen, dass bei den IP-Clients nichts geändert werden muss. Auf den IP Servern 35, 46 ist als einziger Austausch lediglich der des SCADA-Verbindungsmoduls 38 durch das SCADA-Verbindungsmodul 49 erforderlich, um dem IP Server 46 die gleiche Struktur der Prozessdaten zur Verfügung zu stellen, die beim SCADA-Server 51 gegeben ist. Die geänderten System-Module sind in 2 mit einem Strichmuster dargestellt.
Es kann somit der Anteil an System Engineering (z. B. Logik, graphische Benutzeroberflächen, Integrationsleistungen), der für die SCADA-Komponenten und – Anwendungen auf dem IP-Server und den Clients benötigt wird, unverändert gehalten werden, oder es sind nur geringfügige Änderungen während des Migrationsprozesses auf einen neuen SCADA-Server erforderlich.
3 zeigt detailliert, wie im erfindungsgemäßen SCADA-System die Integration von SCADA-Anwendungen, auch Anwendungen von Fremdanbietern, realisiert ist. Die wichtigste Rolle im dargestellten komponenten-basierten SCADA-System nimmt der in 3 mit 56 bezeichnete Integrationsplattform-Server ein, der einen Verzeichnis-Server (Directory Server) 65 beinhaltet, der wiederum zur Speicherung und zur Verwaltung von integrierten Anwendungen, z. B. 58, 72, aber auch zur Registrierung und zur Entfernung von Anwendungen aus dem Register, der Implementierung einer allgemeinen Benutzerverwaltung verwendet wird, und darüber hinaus weitere allgemeine Integrationsfunktionen zur Verfügung stellt.
Eine Verbindung zum Directory Server 65 der Integrationsplattform kann von den integrierten Anwendungen 58, 72 über einen Object Manager 63 aufgebaut werden, der auf dem selben Rechner angeordnet ist. Der Object Manager 63 bietet den integrierten Anwendungen 58, 72 Zugang zur Funktionalität der Integrationsplattform über ein vordefiniertes Verbindungsprotokoll 64 zum Directory Server 65.
IP Clients 93, 98 sind über Netzwerkverbindungen 66 und 99 mit dem IP-Server 56 verbunden. Die IP Clients 93, 98 mit lokalen Anwendungen 91, 96 können sich direkt mit dem Directory Server 65 über Remote Object Manager 90, 94 verbinden, beispielsweise basierend auf Microsoft DCOM.
Um einen standardisierten Zugriff auf die Object Managers 63, 90, 94 zur Verfügung zu stellen, werden alle integrierten Anwendungen gewrappt mittels IP Wrappern 57, 71, 92, 97. IP Wrapper ermöglichen eine einfache Verbindung zu den IP Object Managers über deren vordefinierte Verbindungsprotokolle 61, 70, 89 und 95. Jeder IP Wrapper gibt 3 Hauptschnittstellen heraus: ISystem Object 59, 73, 76 (Porgrammierschnittstelle um auf die Systemfunktionalität der vorliegenden Anwendungen zuzugreifen), IPersisBlobImpl 60, 74, 77 (Programmierschnittstelle zu gespeicherten anwendungsspezifischen Daten) und IAspectSystem 62, 75, 78 (Programmierschnittstelle um den Zugriff auf anwendungsspezifische sowie auf die Integrationsplattform bezogene Daten zu ermöglichen).
Eine solche Architektur einer Integrationsplattform mit IP Wrappern, Object Manager und Directory Server bietet eine allgemeine Schnittstelle zu integrierten Anwendungen und baut den Datenaustausch zwischen diesen durch eine einfache Umsetzung des Zugriffs auf SCADA-Komponenten und anwendungsspezifische Datenstrukturen auf. Anwendungen können mit geringem Aufwand hinzugefügt, entfernt oder ersetzt werden.
Im Ergebnis wird das SCADA-System einfach konfigurierbar. So wird ein Maximum an Wiederverwendbarkeit der Anwendungsfunktionalität mit einem Minimum an Modifikationen zur Verfügung gestellt.
Aus der Darstellung in 3 ist außerdem ersichtlich, dass das SCADA-Verbindungsmodul 68 im IP-Server 56 über das gleiche Konzept integriert ist, indem es einen IP Wrapper 67, die drei Hauptschnittstellen 76, 77 und 78 sowie eine Verbindung 69 zum Object Manager 63 zur Verfügung stellt.
Der Teil, der den SCADA Server des Systems betrifft, ist in der gleichen Art und Weise aufgebaut, wie in 1 gezeigt. Das bedeutet, dass auf dem hier mit 85 bezeichneten SCADA Server nur die SCADA-Kernmodule laufen, wie die Echtzeitdatenbank 87, die Verarbeitungseinheit 86, das Prozessverbindungsmodul 84 und der SCADA Prozessdatenserver 88, der genutzt wird, um Prozessdateninformationen vom SCADA Server 85 über eine Prozessdatenverbindung 79 an externe Applikationen weiterzugeben.
4 veranschaulicht die allgemeine Benutzerverwaltung für SCADA-Komponenten und -Anwendungen (Anwendungen von Fremdanbietern eingeschlossen) in einem erfindungsgemäßen SCADA-System, in dem ein oder mehrere Client-Rechner 104, 131 und ein oder mehrere SCADA-Rechner 111 (aus Vereinfachungsgründen ist nur ein Rechner gezeigt) eingebunden sind, und die Kommunikation zum Beispiel über ein TCP/IP-Protokoll läuft. In diesem Architekturbeispiel befinden sich ein SCADA-Server 129 und ein IP-Server 132 auf dem selben Rechner 111.
Der Teil, der den SCADA-Server 129 des Systems betrifft, ist in der gleichen Art und Weise aufgebaut, wie in 1 gezeigt. Das bedeutet, dass auf dem SCADA Server 129 nur die SCADA-Kernmodule laufen, wie die Echtzeitdatenbank 127, die Verarbeitungseinheit 130, das Modul zur Prozessanbindung 128 und der SCADA-Prozessdatenserver 135, der genutzt wird, um Prozessdateninformationen vom SCADA-Server 129 über eine Prozessdatenverbindung 121 an den IP-Server 132 weiterzugeben.
Der Benutzer eines der Client-Rechner 104, 131 erhält, nach erfolgreicher Authentifizierung gegenüber dem Server 129, eine Reihe von Privilegien, die einer Gruppe zugeordnet sind. Mit dieser Gruppe ist er durch seinen Account auf dem Server 129 verbunden. Die meisten der Anwendungen, die auf den verschiedenen Betriebssystemen laufen, nutzen die Accounts der Betriebssysteme, um die Benutzer zu verwalten und so den geeigneten Zugriff einzuräumen. Ein serverseitiger Object Manager 116 ist auf dem Server-Rechner 111 dafür eingerichtet, sich mit einem Directory Server 117 auf der Integrationsplattform zu verbinden, zum Beispiel über eine allgemeine COM Verbindung 118. Integrierte SCADA-Anwendungen 112, 114 und eine SCADA Verbindung 120 sind in der Lage, auf den Directory Server 116 der Integrationsplattform über Verbindungen 113, 115 und 119 zum Object Manager zuzugreifen. Das SCADA-Verbindungsmodul 120 verbindet sich mit dem SCADA Prozessdatenserver 135 zum Beispiel über COM.
Die Software-Prozesse der Integrationsplattform 132, des SCADA-Servers 129 und der integrierten Server-Anwendungen 112, 114 laufen unter dem vordefinierten Kontext 122 für den Systemzugriff. Client-Anwendungen 102, 107 und die Integrationsplattform 133, 134 laufen im Kontext mit dem gegenwärtig authentifizierten Benutzer 101 und 106, der diesen Status erreicht, wenn die Authentifizierung des Benutzers gegen die Server-Domäne 123 und gegen einen der Accounts 124, die in den Domänen-Gruppen 125 eingerichtet sind, erfolgreich verlaufen ist. Üblicherweise meldet sich der Benutzer über den Client-Rechner gegen die Server-Domäne 123 an, um auf die dortigen Ressourcen zugreifen zu können, zum Beispiel auf die Server-Anwendungen 112 und 114. Daher wird die Authentifzierung des Benutzers gegen die Server-Domäne normalerweise zuerst benötigt. Die proprietäre Client-Server-Verbindung ist darauf basiert, dass sowohl der Client als auch der Server auf den gleichen oder kompatiblen Betriebssystemen 100, 105, 126 (zum Beispiel Microsoft Windows basierten Betriebssystemen) laufen und eine Gruppe an Schnittstellen für die Funktion der Authentifizierung des Benutzers nutzen.
Im Anschluss an eine erfolgreiche Authentifizierung des Benutzers auf den Client-Rechnern werden die Object Manager 103 und 108 der Integrationsplattform dynamisch auf den Client-Rechnern 104 und 131 unter Nutzung von Technologien des Fernzugriffs (zum Beispiel Microsoft DCOM) über die Netzwerkverbindungen 109 und 110 aufgebaut. Die allgemeine Benutzerinformation 101 und 106 in Verbindung mit der Authentifizierung des Benutzers auf dem Server wird über die Client-seitige Integrationsplattform auf dem Client zur Verfügung gestellt.
Darauf basierend, dass erfindungsgemäß alle Benutzeraktionen im SCADA-System über dessen Integrationsplattform-System ausgeführt werden, kann die allgemeine Benutzerinformation im ganzen SCADA- bzw. Netzleitsystem verfügbar gemacht werden. Das bedeutet, dass alle Benutzeraktionen, die im Netzleitsystem ausgeführt werden, im Kontext mit der Nutzung des Clients durch den Benutzer durchgeführt werden.
Die allgemeine Benutzerinformation erlaubt durch die verteilte Anordnung der Integrationsplattform 132, 133 und 134 die Umsetzung einer einheitlichen Schnittstelle mit den allgemeinen Benutzerinformationen, die für alle integrierten Anwendungen 102 und 107 auf verschiedenen Clients und Anwendungen 112, 114, die auf dem Server laufen, vorhanden sein müssen. Dies erlaubt eine einfache Zusammenarbeit, zum Beispiel zwischen den Client-Anwendungen 102, 107 und den Server-Anwendungen 112, 114 im Zusammenhang mit dem allgemeinen Benutzerkontext 101, 106.
Obwohl die Erfindung mit Verweisen auf spezielle Darstellungen, wie zum Beispiel dem OPC Verfahren für den Datenaustausch zwischen Client und Server und der COM Technologie für Programmierschnittstellen, beschrieben wurde, könnten vielfältige weitere oder alternative Darstellungen der Erfindungen in Betracht gezogen werden. So könnte die Erfindung beispielsweise durch die Verwendung neuerer Versionen oder Änderungen bezüglich OPC und Microsoft. NET anstatt COM umgesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von mehr als einer Integrationsplattform und mehr als einem SCADA Server. Es ist daher berücksichtigt, dass solche Änderungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gemacht werden können.

Claims

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)-System zur Prozessüberwachung und Echtzeit-Datensammlung in einem Netzleitsystem, wobei a) ein Integrationsplattform(IP)-System (200) mit einer Client/Server-Architektur vorhanden ist, wobei Integrationsplattformen in einem primären Integrationsplattform(IP)-Server (3) und in mehreren Integrationsplattform(IP)-Clients (1, 28, 29) vorhanden sind, und wobei der primäre Integrationsplattform(IP)-Server (3) mittels eines primären Kommunikationssystems (9) mit den Integrationsplattform-Clients (1, 28, 29), sowie mittels eines SCADA-Verbindungsmoduls (5) und eines zweiten Kommunikationssystems (12) mit einem primären SCADA-Server (14) verbunden ist, b) ein SCADA-Server-System (201) mit mindestens dem primären SCADA-Server (14) vorhanden ist, wobei der SCADA-Server (14) nur Kernmodule enthält, insbesondere eine Echtzeitdatenbank (16), eine Datenverarbeitungseinheit (17), einen SCADA-Prozessdaten-Server (15), sowie ein Prozessanbindungsmodul (18) zur Kommunikation mittels einer Prozessdaten-Verbindung (19) mit Controllern (27) in Ein-/Ausgabe-Geräten des Netzleitsystems, und c) sonstige SCADA-Komponenten und -Anwendungen (2, 4), insbesondere Verriegelungen, Schaltaufträge, Markierungen und Anwendungen von Fremdanbietern in der jeweiligen Integrationsplattform der Integrationsplattform-Clients (1, 28, 29) und/oder im primären Integrationsplattform-Server (3) implementiert sind.
SCADA-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Redundanz geschaffen ist mittels eines redundanten Integrationsplattform-Servers (6), eines redundanten SCADA-Servers (21) und zusätzlichen Kommunikationssystemen (10, 11, 13, 20, 26) zur Verbindung und Synchronisierung redundanter Einrichtungen (3, 6, 14, 21).
SCADA-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Integrationsplattform-Clients (z. B. 28) als vordefinierte Ebenen für Komponenten (2, 4) innerhalb der Integrationsplattform jeweils eine Ebene der graphischen Darstellung (30), eine Datenebene (32), auf der entfernt liegende Datenkomponenten 31 angeordnet sind, und eine Verbindungsebene (33) zur Kommunikation mit einem IP-Server (3, 35, 46) aufweisen.
SCADA-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IP-Server (3, 35, 46) jeweils eine Datenebene (36, 47) mit serverseitigen Datenkomponenten (37, 48) aufweisen.
SCADA-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Integrationsplattform-Server (3, 56) einen Verzeichnis-Server (Directory Server) (65) beinhaltet, der zur Speicherung und zur Verwaltung von integrierten Anwendungen (2, 4, 58, 72), zur Registrierung und zur Entfernung von Anwendungen aus einem Register und der Implementierung einer allgemeinen Benutzerverwaltung verwendet wird, und darüber hinaus weitere allgemeine Integrationsfunktionen zur Verfügung stellt.
SCADA-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Object Manager (63) vorhanden ist, der den integrierten Anwendungen (58, 72) über ein vordefiniertes Verbindungsprotokoll (64) Zugang zum Directory Server (65), und damit Zugang zur Funktionalität der Integrationsplattform ermöglicht.
SCADA-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle integrierten Anwendungen mittels IP Wrappern (57, 71, 92, 97) gewrappt sind, wobei die IP Wrapper (57, 71, 92, 97) eine einfache Verbindung zu IP Object Managern (63, 90, 94) über vordefinierte Verbindungsprotokolle (61, 70, 89 und 95) ermöglichen.