-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuerungssystem
zum Ermitteln und Darstellen von Daten von Netzwerkknoten eines Netzwerks,
beispielsweise eines Automatisierungsnetzwerks. Ferner betrifft
die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit computerausführbaren
Instruktionen zur Durchführung
des Verfahrens und eine Automatisierungsanlage mit mindesten einem
solchen Steuerungssystem.
-
In
herkömmlichen
Automatisierungsanlagen wird zum Überwachen und Steuern technischer
Prozesse ein System eingesetzt, welches als SCADA(Supervisory Control
and Data Acquisition)-System
bezeichnet wird. In einem SCADA-System werden technische Prozesse
nicht nur überwacht
und gesteuert sondern auch visualisiert. Um diese unterschiedlichen
Aufgaben durchführen
zu können,
besteht ein SCADA-System üblicherweise
aus mehreren Teilsystemen. Eines dieser Teilsysteme ist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle
(HMI, engl. Human-Machine Interface), welche Benutzern Prozessdaten
anzeigt und über
welche Benutzer Prozesse überwachen
und steuern können.
Eine bekannte Mensch-Maschine-Schnittstelle für Prozessleitsysteme ist beispielsweise
das PC-basierte Prozessvisualisierungssystem WinCC der Firma Siemens
AG. Ein weiteres Teilsystem in dem SCADA-System ist ein Überwachungssystem
(z. B. Monitoring and Control Service), welches die Prozessdaten
erfasst und Befehle an die Prozesse sendet.
-
Die
Kommunikation innerhalb eines SCADA-Systems erfolgt üblicherweise über standardisierte
Softwareschnittstellen, die den Datenaustausch zwischen Anwendungen
unterschiedlicher Hersteller in der Automatisierungstechnik ermöglichen.
Der Standard zur herstellerunabhängigen Kommunikation
in der Automatisierungstechnik ist OPC (engl. Object Linking and
Embedding for Process Control). Durch OPC wird industriellen Bussystemen
und Protokollen eine universelle Möglichkeit zur Verständigung
gegeben. Daher wird OPC üblicherweise
dort eingesetzt, wo Sensoren, Regler und Steuerungen verschiedener
Hersteller ein gemeinsames, flexibles Netzwerk bilden. Denn ohne
OPC würden
zwei Geräte
zum Datenaustausch genaue Kenntnis über die Kommunikationsmöglichkeiten
des Gegenübers
benötigen.
-
Um
nun Daten von Netzwerkknoten in einem Automatisierungsnetzwerk zu
ermitteln und anschließend
darzustellen, ist ein herkömmliches
SCADA-System mit einem OPC-Server und einem OPC-Client ausgestattet.
Der OPC-Server holt über seine
OPC-Schnittstelle
zum Automatisierungsnetzwerk Prozessdaten von den Netzwerkknoten
und stellt sie als OPC-Objekte bereit. Der OPC-Client greift auf
die vom OPC-Server bereitgestellten OPC-Objekte zu, um sie in dem
HMI-Teilsystem des SCADA-Systems grafisch darzustellen. Um die Kommunikation
zwischen den Netzwerkknoten im Automatisierungsnetzwerk und dem
SCADA-System zu regeln,
wird üblicherweise
das SNMP(engl. Simple Network Management Protocol)-Protokoll eingesetzt. SNMP
ist so ausgelegt, dass jedes netzwerkfähige Gerät (z. B. Router, Switch, etc.)
mit in die Überwachung
durch das SCADA-System aufgenommen werden kann.
-
Nachteilig
in herkömmlichen
SCADA-Systemen ist jedoch, dass der OPC-Server als Teilsystem des
SCADA-Systems extra konfiguriert werden muss, damit Variablen im
Netzwerk für
die HMI zugänglich
gemacht werden können.
Dafür wird
der OPC-Server mit einem Engineeringtool projektiert, um Netzwerkdaten überhaupt
erst erfassen zu können.
Allerdings muss dann bekannt sein, welche Geräte im Netzwerk vorhanden sind
(Definition per Hand oder über
MIB(engl. Management Information Base)-Profile). Ferner muss für jedes
Gerät eine
spezielle Konfiguration erstellt werden (z. B. Festlegung von Lese-/Schreibzugriffen
und von Updatezeiten der Variablen), welche dann in den OPC-Server
geladen wird. Anhand dieser Konfiguration weiß der OPC-Server, welche Geräte er über SNMP
ansprechen muss. Erst wenn die Konfiguration in den OPC-Server geladen
wurde, können
Daten aus dem Netzwerk durch die HMI des SCADA-Systems sichtbar
gemacht werden, indem sich der OPC-Server die Daten aus dem Automatisierungsnetzwerk
holt und sie anschließend
zur Darstellung bereitstellt. Mit anderen Worten muss in herkömmlichen
Systemen für jede
Variable, die man im SCADA-System darstellen möchte, mit einem Engineeringtool
eine Konfiguration vorgenommen und in den OPC-Server geladen werden.
Ferner muss, nachdem der OPC-Server projektiert wurde, auch noch
die HMI-Netzwerküberwachung
projektiert werden. Diese Projektierung umfasst beispielsweise das
Anlegen einer OPC-Verbindung,
das Browsen und Anlegen der Geräte
und einer Auswahl von Variablen der Geräte, das Erstellen einer grafischen
Netzwerksicht über
eine Tabelle oder Netzwerktopologie mit der Zuweisung von Aktionen
auf eine Änderung
einzelner Variablen und das Anlegen und Konfigurieren von Alarmmeldungen
und Meldetexten.
-
Damit
muss in herkömmlichen
Systemen jedes Mal, wenn ein Gerät
in dem Automatisierungsnetzwerk hinzugefügt oder aus diesem entfernt
wird, die Konfiguration entsprechend geändert werden. Da jedoch gerade
in Automatisierungsnetzwerken Geräte häufig hinzugefügt und entfernt
werden, ist die herkömmliche
Vorgehensweise umständlich
und aufwändig.
-
Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zu Grunde die Ermittlung und Darstellung von Daten von
Netzwerkknoten eines Automatisierungsnetzwerks zu vereinfachen.
-
Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen
der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
-
Durch
die Erfindung werden ein Verfahren und ein Steuerungssystem zum
Ermitteln und Darstellen von Daten von Netzwerkknoten eines Netzwerks
geschaffen. Das Steuerungssystem, beispielsweise für ein Automatisierungsnetzwerk,
umfasst mindestens ein Netzwerkmanagementsystem mit einer Serverkomponente und
mindestens ein Überwachungssystem
mit einer Clientkomponente. Die Serverkomponente und die Clientkomponente
sind kommunikationsfähig
miteinander verbunden. Das Netzwerkmanagementsystem erkennt die
Netzwerkknoten selbsttätig
und ermittelt Daten der erkannten Netzwerkknoten. Um diese Daten
dem Überwachungssystem
bereitstellen zu können,
ist die Serverkomponente in dem Netzwerkmanagementsystem integriert,
an welche die ermittelten Daten oder zumindest ein Teil davon automatisch
weitergegeben werden. Die Clientkomponente des Überwachungssystems fragt die
Daten von der Serverkomponente ab, so dass die abgefragten Daten
in dem Überwachungssystem
dargestellt werden können.
-
Die
Serverkomponente ist somit Teil des Netzwerkmanagementsystems und
nicht wie im Stand der Technik des Überwachungssystems. Ein Netzwerkmanagementsystem
hat den großen
Vorteil, dass es nicht konfiguriert werden muss, um sich ein Bild
darüber
machen zu können,
was in dem entsprechenden Netzwerk an Geräten vorhanden ist. Dazu umfasst
das Netzwerkmanagementsystem vorgegebene Algorithmen, mit denen
es selbständig
alle Netzwerkknoten des Netzwerks erkennen und deren Daten ermitteln
kann. Für
bekannte Geräte,
wie z. B. Router, Switches, etc., besitzt das Netzwerkmanagementsystem
vorgegebene Profile, so dass es weiß, welche Daten in dem jeweiligen
Gerät enthalten
sein könnten.
Aber das Netzwerkmanagementsystem kennt nicht nur Standardgeräte sondern
auch spezielle Geräte,
beispielsweise spezielle Automatisierungsgeräte und Netzwerkkomponenten
für spezielle Anwendungen.
Insbesondere ist das Netzwerkmanagementsystem in der Lage dynamisch
und selbsttätig
zu erkennen, ob neue Geräte
zum Netzwerk hinzugefügt
oder ob Geräte
aus dem Netzwerk entfernt wurden. Sobald das Netzwerkmanagementsystem die
Erkennung der Netzwerkknoten abgeschlossen hat, kann es mit der
Ermittlung entsprechender Daten beginnen, ohne eine Konfiguration
aufgrund eines Hinzufügens
oder Entfernens von Geräten
durchführen
zu müssen,
wie es bei herkömmlichen
Lösungen erforderlich
ist.
-
Die
von dem Netzwerkmanagementsystem ermittelten Daten der erkannten
Netzwerkknoten werden der internen Serverkomponente bereitgestellt.
Der Vorgang, dass die Daten der Netzwerkknoten für die Serverkomponente sichtbar
werden, erfolgt automatisch, so dass kein Engineeringschritt mehr
notwendig ist. Denn bisher musste die im Überwachungssystem integrierte
Serverkomponente speziell projektiert werden, um die Daten von Netzwerkknoten überhaupt
empfangen und weitergeben zu können.
-
Da
die Serverkomponente des Netzwerkmanagementsystems und die Clientkomponente
des Überwachungssystems
kommunikationsfähig
miteinander verbunden sind, kann die Clientkomponente die in der
Serverkomponente bereitgestellten Daten abrufen. Alternativ kann
die Serverkomponente so eingerichtet sein, dass sie diese Daten
automatisch an die Clientkomponente weiterleitet. Die abgerufenen
Daten werden dann vom Überwachungssystem visualisiert,
das heißt
einem Benutzer zugänglich
gemacht. Auch Änderungen
innerhalb des Netzwerks werden ohne Anpassung einer Projektierung
angezeigt. Somit ermöglicht
die vorliegende Erfindung eine Automatisierung der Darstellung von
Daten dynamisch ermittelter Netzwerkknoten eines Automatisierungsnetzwerks.
Dadurch wird das Ermitteln und Darstellen von Daten von Netzwerkknoten
eines Netzwerks gegenüber
herkömmlichen
Lösungen
erheblich vereinfacht.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erkennt das Netzwerkmanagementsystem
die Netzwerkknoten automatisch, indem das Netzwerk in vorbestimmten
Zeitintervallen nach Netzwerkknoten durchsucht wird. Für diese
Funktion kann ein geeigneter Algorithmus im Netzwerkmanagementsystem
bereitgestellt werden. Insbesondere scannt das Netzwerkmanagementsystem
das Netzwerk in einem vorgegebenen zeitlichen Raster, um zu erkennen,
ob neue Geräte
hinzugefügt
oder alte Geräte
entfernt wurden. In welchen Abständen das
Netzwerk gescannt wird kann variabel im Netzwerkmanagementsystem
vordefiniert werden (z. B. 1 bis 60 Minuten, etc.). Vorzugsweise
ermittelt das Netzwerkmanagementsystem bei jedem Suchvorgang vorbestimmte
oder alle verfügbaren
Daten der aktuell erkann ten Netzwerkknoten. Somit stehen stets die
aktuellen Daten des Automatisierungsnetzwerks im Netzwerkmanagementsystem
zur Verfügung.
-
Wenn
beim Scannen ein neues Gerät
festgestellt wird, ermittelt das Netzwerkmanagementsystem auch,
um welches Gerät
es sich handelt. Falls dem Netzwerkmanagementsystem das Gerät bekannt
ist, wird ein vorgegebenes Profil darauf angewendet, anhand welchem
es weiß,
welche Art von Variablen das Gerät
zur Verfügung
stellt. Neu erkannte Geräte
werden in eine sich selbständig
aktualisierende Geräteliste
eingefügt.
Dabei sind sowohl die Geräteliste
als auch die zu den jeweiligen Geräten gehörenden Daten für die Serverkomponente
sichtbar. Das heißt,
ein neues Gerät
wird automatisch in der Serverkomponente dargestellt.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist das Überwachungssystem
ein SCADA-System, die Serverkomponente ein OPC-UA Server und die
Clientkomponente ein OPC-UA Client. Insbesondere sind das Netzwerkmanagementsystem
und der darin enthaltene OPC-UA Server nicht Teil des SCADA-Systems.
Wie oben beschrieben werden die Daten des Automatisierungsnetzwerks
dynamisch ermittelt und ohne zusätzlichen Konfigurationsaufwand
der Serverkomponente, in diesem Fall also dem OPC-UA Server, zur Verfügung gestellt.
Dabei kann das Netzwerkmanagementsystem über SNMP auf die Netzwerkknoten
zugreifen. Da die ermittelten Daten nun auf dem OPC-UA Server verfügbar sind,
können
sie von dem OPC-UA Client in dem SCADA-System problemlos abgerufen werden.
Das heißt,
die komplizierte und aufwändige Konfiguration
einer OPC-Schnittstelle, wie sie bei herkömmlichen Lösungen erforderlich ist, entfällt hier.
Auf bekannte Art und Weise werden die Daten dann automatisch der
Benutzerschnittstelle (HMI) des SCADA-Systems bereitgestellt, um
visualisiert zu werden.
-
Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung fasst das Netzwerkmanagementsystem die ermittelten
Daten in einer der Serverkomponente bekannten Struktur zusammen
und stellt diese Struktur seiner Serverkomponente bereit. Beispielsweise
kann diese Struktur eine Baumstruktur sein, wie sie in OPC-Systemen üblich ist.
Dabei wird die Struktur der ermittelten Daten automatisch in dem Netzwerkmanagementsystem
aufgebaut. In einer beispielhaften Baumstruktur ist ein Knoten eine
Liste aller erkannten Geräte
und ein weiterer Knoten eine Liste aller Daten der Geräte. Dieser
Baum wird dann in der Serverkomponente, beispielsweise dem OPC-UA
Server, dargestellt. Dadurch kann jeder Client, der Zugriff auf
den OPC-Server hat, durch den Baum browsen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt,
insbesondere digitales Speichermedium, mit computerausführbaren
Instruktionen zur Durchführung
des Verfahrens wie oben beschrieben.
-
Gemäß noch einem
weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Automatisierungsanlage,
umfassend mindestens ein Automatisierungsnetzwerk mit einer Mehrzahl
von Netzwerkknoten und mindestens ein Steuerungssystem wie oben
beschrieben.
-
Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
-
1 zeigt
eine Anlage gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bestehend aus einem Netzwerk, einem
Netzwerkmanagementsystem und einem SCADA-System.
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
1 zeigt
eine Anlage 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, beispielsweise eine Automatisierungsanlage,
bestehend aus einem Netzwerk 2, einem Netzwerkmanagementsystem 3 und
einem SCADA-System 4. Dabei bilden das Netzwerkmanagementsystem 3 und
das SCADA-System 4 ein Steuerungssystem 9 für das Netzwerk 2.
Das Netzwerk 2, beispielsweise ein industrielles Automatisierungsnetzwerk
bestehend aus unterschiedlichsten Komponenten (nicht gezeigt), umfasst
eine Mehrzahl von Netzwerkknoten 5 (z. B. Router, Switch),
an welche die Komponenten angeschlossen sind und auf welche das
Netzwerkmanagementsystem 3 zugreifen kann. Da das Netzwerkmanagementsystem 3 auf
die Netzwerkknoten 5 zugreifen kann, lässt sich beispielsweise ermitteln, wie
die einzelnen Komponenten vernetzt sind. Das Netzwerkmanagementsystem 3 umfasst
einen OPC-UA Server 6, welcher kommunikationsfähig mit einem
OPC-UA Client 7 des SCADA-Systems 4 verbunden
ist. Das dargestellte SCADA-System 4 umfasst des Weiteren
eine HMI 8, über
welche Daten für Benutzer
visualisiert werden und Benutzer auf Daten zugreifen können.
-
Das
Netzwerkmanagementsystem 3 ermittelt automatisch die aktuelle
Ausprägung
des Netzwerks 2 und sammelt vorbestimmte Daten der einzelnen
Netzwerkknoten 5. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden die ermittelten Daten in einer vorbestimmten Struktur zusammengefasst
und dem OPC-UA Server 6 bereitgestellt. Auf diesen OPC-UA
Server 6 greift dann der OPC-UA Client 7 des SCADA-Systems 4 zu,
um die Daten anschließend
mittels der HMI 8 für
Benutzer zu visualisieren. Mit anderen Worten liest das SCADA-System 4 die aktuelle
Ausprägung
des Netzwerks 2 mit Hilfe des OPC-UA Servers 6 von
dem Netzwerkmanagementsystem 3.
-
Ein
Benutzer kann aber nicht nur über
den OPC-UA Client 7 des SCADA-Systems 4 auf die
von dem Netzwerkmanagementsystem 3 ermittelten Daten zugreifen.
Beispielsweise kann das Netzwerkmanagementsystem 3 die
ermittelten Daten auch über ein
Web-Frontend anzeigen, ohne Hilfe des OPC-Servers 6. Dann
kann der Benutzer die von ihm gewünschten Daten über das
Web-Frontend bequem in
der von dem Netzwerkmanagementsystem 3 erzeugten Baumstruktur
suchen.
-
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel sind
das Netzwerkmanagementsystem 3 und das SCADA-System 4 Softwarekomponenten
für Personalcomputer
(PC) und darauf installiert. Dabei ist es in Bezug auf die vorliegende
Erfindung unerheblich, ob das Netzwerkmanagementsystem 3 und
das SCADA-System 4 auf unterschiedlichen Computern oder
dem gleichen Computer installiert sind.
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt S1 erkennt ein
Netzwerkmanagementsystem die Netzwerkknoten eines Netzwerks. In
einem zweiten Schritt S2 ermittelt das Netzwerkmanagementsystem
Daten der erkannten Netzwerkknoten. In einem dritten Schritt S3
werden die ermittelten Daten an eine Serverkomponente des Netzwerkmanagementsystems
bereitgestellt. In einem vierten Schritt S4 werden die in der Serverkomponente
bereitgestellten Daten mittels einer Clientkomponente eines Überwachungssystems abgefragt.
Und schließlich
werden die abgefragten Daten in einem fünften Schritt S5 in dem Überwachungssystem
dargestellt.