DE102019102617A1 - Method for accessing data and services of a network node in a network of automation technology - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Zugriff auf Daten und Dienste eines Netzwerkknotens in einem Netzwerk der Automatisierungstechnik stellt jeder Netzwerkknoten seine Daten und Dienste in einer hierarchischen Verzeichnisstruktur dar und jeder Netzwerkknoten kann seine eigene Verzeichnisstruktur durch die Verzeichnisstruktur seines nachgelagerten Kommunikationspartners erweiterten.Dadurch ist ein einfacher Zugriff auf Daten und Dienste über mehrere Netzwerkknoten hinweg möglich insbesondere nicht nur von einer höheren Ebene auf Netzwerkknoten in einer tieferen Ebene, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung.In a method for accessing data and services of a network node in a network of automation technology, each network node presents its data and services in a hierarchical directory structure and each network node can expand its own directory structure through the directory structure of its downstream communication partner. This enables easy access to data and services across multiple network nodes are possible, in particular not only from a higher level to network nodes at a lower level, but also in the opposite direction.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zugriff auf Daten und Dienste eines Netzwerkknotens in einem Netzwerk der Automatisierungstechnik, Insbesondere im Zusammenhang mit Industrie 4.0 wird der einfache Informationsaustausch insbesondere zwischen Maschinen in Automatisierungsnetzwerken immer bedeutender.The invention relates to a method for accessing data and services of a network node in a network of automation technology. In particular in connection with Industry 4.0, the simple exchange of information, in particular between machines in automation networks, is becoming increasingly important.
Automatisierungsnetzwerke sind typischerweise hierarchisch aufgebaut. Die Sensoren und Aktoren befinden sich in der untersten Ebenen, mit z. B. ASi, IO-Link als Kommunikationsstandards. Darüber liegt die Steuerungsebene mit Steuerungen (SPS, PLC Industrie-PC) mit z. B. Profibus als Kommunikationsstandard.Automation networks are typically hierarchical. The sensors and actuators are on the lowest level, with e.g. B. ASi, IO-Link as communication standards. Above that is the control level with controls (PLC, PLC industrial PC) with e.g. B. Profibus as a communication standard.
In der nächst höheren Ebene, der Prozessleitebene sind die SCADA-Systeme vorgesehen. Zur Kommunikation dienen Ethernet-Verbindungen. In der obersten Ebene findet man die ERP-Systeme wie z. B. SAP.The SCADA systems are provided in the next higher level, the process control level. Ethernet connections are used for communication. The top level contains the ERP systems such as B. SAP.
Eine Möglichkeit zum Informationsaustausch insbesondere in den Ethernet-basierten Ebenen bietet der Standard OPC Unified Architecture (OPC UA). OPC UA ist eine TCP/IP basierte Kommunikationstechnologie, die von der OPC Foundation entwickelt wurde. Sie ermöglicht einen herstellerübergreifenden Informationsaustausch im Umfeld industrieller Automatisierungstechnik. OPC UA wird auch als Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikationsprotokoll bezeichnet.The OPC Unified Architecture (OPC UA) standard offers an opportunity for information exchange, especially in the Ethernet-based levels. OPC UA is a TCP / IP based communication technology developed by the OPC Foundation. It enables cross-vendor information exchange in the field of industrial automation technology. OPC UA is also known as machine-to-machine (M2M) communication protocol.
OPC UA vereinigt funktional alle bisherigen OPC-Spezifikationen der OPC Foundation und erweitert diese. So können nun Maschinendaten (Prozesswerte, Messwerte, Parameter usw.) nicht nur transportiert, sondern auch maschinenlesbar semantisch beschrieben werden.OPC UA functionally combines and extends all of the previous OPC specifications from the OPC Foundation. This means that machine data (process values, measured values, parameters, etc.) can not only be transported, but also semantically described in a machine-readable manner.
Ein weiterer Standard für Machine-to-Machine M2M-Kommunikation ist das Nachrichtenprotokoll MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) Es erlaubt insbesondere die Übertragung von Telemetriedaten in Form von Nachrichten zwischen Geräten z. B. von Sensoren und Aktoren, Mobiltelefonen.Another standard for machine-to-machine M2M communication is the message protocol MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). In particular, it allows the transmission of telemetry data in the form of messages between devices, e.g. B. from sensors and actuators, mobile phones.
Nachteilig an diesen bekannten Kommunikationsstandards ist, dass gewisse Funktionalitäten (Download, Upload, Lizenzhandling) nicht vorgesehen sind. OPC ua geht von einem statischen Datenmodell aus (SOAP XML-basiert).A disadvantage of these known communication standards is that certain functionalities (download, upload, license handling) are not provided. Among other things, OPC assumes a static data model (SOAP XML-based).
Außerdem ist der Resourcenbedarf bei OPC ua sehr groß, so dass bei manchen embedded Systems insbesondere bei einfacheren Sensoren oder Aktoren es nicht möglich ist OPC ua einzusetzen.In addition, the resource requirements for OPC, among others, are very large, so that with some embedded systems, in particular with simpler sensors or actuators, it is not possible to use OPC and others.
Weiterhin ist der Zugriff auf Daten und Dienste über mehrere Netzwerkknoten, Hierarchieebenen, Topologieebenen und unterschiedlichen Netzwerktypen hinweg teilweise gar nicht möglich bzw. nur aufwendig händisch realisierbar.Furthermore, access to data and services across several network nodes, hierarchy levels, topology levels and different network types is sometimes not possible at all or can only be implemented manually with great effort.
Für jeden Gerätetyp ist es in solchen Fällen heute notwendig, die Geräte von Hand in das Netzwerk zu integrieren.In such cases, it is now necessary for every device type to manually integrate the devices into the network.
Üblicherweise übertragen Sensoren Daten auf Anfrage zur Steuerung und diese kann gegebenenfalls Daten in die Sensoren schreiben. Steuerungen und Sensoren kommunizieren normalerweise nach dem Master-Slave Prinzip. In den übergeordneten Ebenen kommunizieren die Einheiten (netzwerkknoten) nach dem Client Server Prinzip.Usually, sensors transmit data to the controller on request and the controller can write data to the sensors if necessary. Control systems and sensors normally communicate according to the master-slave principle. In the higher levels, the units (network nodes) communicate according to the client-server principle.
Aktuell ist es aber nicht möglich an einem Display in einfacher Weise einen Wert aus einem ERP-System darzustellen.However, it is currently not possible to simply display a value from an ERP system on a display.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Zugriff auf Daten und Dienste eines Netzwerkknotens anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist.The object of the invention is to provide a method for accessing data and services of a network node which does not have the disadvantages mentioned above.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the method steps specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die wesentliche Idee der Erfindung ist, dass jeder Netzwerkknoten seine Daten und Dienste in einer hierarchischen Verzeichnisstruktur darstellt und jeder Netzwerkknoten seine eigene Verzeichnisstruktur durch die Verzeichnisstruktur seines nachgelagerten Kommunikationspartners erweiterten kann.The essential idea of the invention is that each network node presents its data and services in a hierarchical directory structure and each network node can expand its own directory structure through the directory structure of its downstream communication partner.
Dadurch ist ein einfacher Zugriff auf Daten und Dienste über mehrere Netzwerkknoten hinweg möglich insbesondere nicht nur von einer höheren Ebene auf Netzwerkknoten in einer tieferen Ebene, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung.This enables simple access to data and services across several network nodes, in particular not only from a higher level to network nodes in a lower level, but also in the opposite direction.
Die Verzeichnisstruktur wird quasi von Netzwerkknoten zu Netzwerkknoten immer mehr bis zum Ziel Netzwerkknoten erweitert/ergänzt.The directory structure is quasi expanded from network nodes to network nodes up to the destination network node.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings.
Es zeigen schematisch:
-
1 Netzwerk der Automatisierungstechnik -
2 hierarchische Verzeichnisstruktur einer Mastereinheit
-
1 Network of automation technology -
2nd hierarchical directory structure of a master unit
In der untersten Ebenen sind drei Feldgeräte (Fieldbus device) dargestellt z. B. der IO-Link-Master AL1100 der Fa. ifm electronic. An solche Mastereinheiten können unterschiedliche Einheiten z. B. Sensoren insbesondere IO-Link-Sensoren angeschlossen werden.In the lowest level three field devices (Fieldbus device) are shown z. B. the IO-Link master AL1100 from ifm electronic. Such units can have different units, e.g. B. sensors in particular IO-Link sensors can be connected.
Bei den Feldgeräten kann es sich auch um IO-Knoten, Displays etc. handeln.The field devices can also be IO nodes, displays etc.
Die Mastereinheiten sind über einen Feldbus z. B. Profibus mit einer Steuerung z. B. einer PLC verbunden. Die Steuerung steuert und kontrolliert die Mastereinheiten, bzw. die angeschlossenen Einheiten.The master units are connected via a field bus e.g. B. Profibus with a control z. B. connected to a PLC. The control system controls the master units or the connected units.
Ein Edge-Gateway/Router stellt den Übergang von dem lokalen Netzwerk (z.B. dem Automatisierungsnetz Profibus oder dem Netz einer Maschine/Linie) zu einem übergeordneten Netzwerk (Gebäudenetz, Firmennetz, Internet) dar.An edge gateway / router represents the transition from the local network (e.g. the Profibus automation network or the network of a machine / line) to a higher-level network (building network, company network, Internet).
Eine höherwertige Recheneinheit z. B. ein Server / Cloud / Cluster ist mit einem oder mehreren EdgeGateways verbunden. Hier kommen viele Einzeldaten zusammen. A higher value computing unit z. B. A server / cloud / cluster is connected to one or more EdgeGateways. A lot of individual data come together here.
Die höherwertigen Recheneinheiten dienen zur Datenanalyse und z. B. zum Devicemanagement.The higher-value computing units are used for data analysis and z. B. for device management.
Zum besseren Verständnis sind die Kommunikationswege zwischen Steuerungsnetzwerk und IT-Netzwerk getrennt dargestellt. In der unteren Ebene sind diese Netzwerke physikalisch identisch.The communication channels between the control network and the IT network are shown separately for better understanding. At the lower level, these networks are physically identical.
Die Feldgeräte und das Edge/Gateway weisen jeweils eine IOT-Schnittstelle mit einem Schnittstellenprogramm IOT auf. Über diese IOT Schnittstelle findet der erfindungsgemäße Zugriff auf Daten und Dienste statt.The field devices and the edge / gateway each have an IOT interface with an interface program IOT. The access to data and services according to the invention takes place via this IOT interface.
In
Die Erfindung besteht nun darin, nicht nur die direkte Interaktion zwischen zwei Geräten (netzwerkknoten) zu sehen, sondern auch den „Durchgriff“ von z.B. höherwertigen Rechnereinheit 3 auf ein Feldgerät 1 zu ermöglichen.The invention now consists in not only seeing the direct interaction between two devices (network nodes), but also the "penetration" of e.g. to enable higher-
Die höherwertige Rechnereinheit 3 und das EdgeGateway 2 kommunizieren über ein gleichartiges loT Schnittstellenprogramm, in dem z.B. das EdgeGateway seine Daten, Dienste in einer hierarchischen Verzeichnisstruktur (Verzeichnisbaum) darstellt, ebenso wie das Feldgerät 1 dies gegenüber dem EdgeGateway 2 tut. Jedes Gerät hat „seinen Baum“, welchen es der jeweiligen Schicht zur Verfügung stellt.The higher-
Wenn nun das EdgeGateway 2 den Baum vom Feldgerät 1 in seinen Baum integriert, also die IOT-Schnittstelle (IOT-Interface) Interface „weitergibt“, so kann die höherwertige Recheneinheit 3 diese Elemente ebenfalls durch die URLs adressieren. Die Schnittstelle (Interface) von dem Feldgerät 1 wird dadurch durch das EdgeGateway 2 für weitere Netzwerkteilnehmer erreichbar.If the EdgeGateway 2 now integrates the tree from the field device 1 into its tree, that is to say “passes on” the IOT interface (IOT interface), the higher-
Dies funktioniert selbst dann, wenn die Kommunikationsverbindungen [6] und [7] unterschiedlich vom Netzwerktyp sind - ohne dass die übergeordnete Recheneinheit von diesem Unterschied Kenntnis haben müsste.This works even if the communication connections [6] and [7] are different from the network type - without the higher-level computing unit having to be aware of this difference.
Nachfolgend ist allgemein erläutert, wie die Erweiterung der Verzeichnisstruktur eines nachgelagerten Netzwerkknotens erfolgt.
fett - Interface von Device [2]
Kursiv - Interface von Device [1]Below is a general explanation of how the directory structure of a downstream network node is expanded.
bold - interface of device [2]
Italic - Interface by Device [1]
Die IOT Schnittstelle von Device [2]:
device2/getidentity
device2/gettree
device2/somedata
device2/somedata/getdataThe IOT interface from Device [2]:
device2 / getidentity
device2 / gettree
device2 / somedata
device2 / somedata / getdata
Die IOT Schnittstelle von Device [1]:
device 1/getidentity
device 1/gettree
device 1/somedata
device 1/someotherdata/getdataThe IOT interface from Device [1]:
device 1 / getidentity
device 1 / gettree
device 1 / somedata
device 1 / someotherdata / getdata
Die IOT Schnittstelle von Device [2] nach der Integration des Interface von Device [1]
device2/getidentity
device2/gettree
device2/somedata
device2/somedata/getdata
device2/remote/device 1/getidentity
device2/remote/device 1/gettree
device2/remote/device 1/somedata
device2/remote/device 1/someotherdatalgetdataThe IOT interface of device [2] after the integration of the interface of device [1]
device2 / getidentity
device2 / gettree
device2 / somedata
device2 / somedata / getdata
device2 / remote / device 1 / getidentity
device2 / remote / device 1 / gettree
device2 / remote / device 1 / somedata
device2 / remote / device 1 / someotherdatalgetdata
Häufig werden Geräte in Automatisierungsnetzwerken in hierarchischen Strukturen eingesetzt. In der Regel kann in einem solchen Netzwerk immer nur ein Gerät direkt für Konfiguration / Parametrierung erreicht werden.Devices are often used in automation networks in hierarchical structures. As a rule, only one device can be reached directly for configuration / parameterization in such a network.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass alle Geräte über ein Standardweg erreichbar sind.The invention offers the advantage that all devices can be reached via a standard route.
Durch die IOT-Schnittstellen-Weitergabe ändert sich lediglich die URL der jeweiligen Netzwerkknoten, aber die gesamte IOT-Schnittstelle Interface bleibt gleich. Durch die Organisation der IOT-Schnittstelle in einer hierarchischen Verzeichnisstruktur/ Elementbaum (Daten, Dienste, Ereignisse), können untergeordnete Geräte einfach als Teilverzeichnis/Teilbaum aufgefasst werden.The IOT interface forwarding only changes the URL of the respective network node, but the entire IOT interface interface remains the same. By organizing the IOT interface in a hierarchical directory structure / element tree (data, services, events), subordinate devices can be easily understood as a sub-directory / sub-tree.
Auf die Request Gerät2/getidentity antwortet das Gerät welche IOT-Schnittstellenversion es besitzt.The device responds to the Request Device2 / getidentity which IOT interface version it has.
Damit „weiß“ das fragende Gerät1 dass der Dienst gettree zur Verfügung steht.The device in question1 “knows” that the gettree service is available.
Auf die Anfrage Gerät2/gettree antwortet das Gerät2 mit seiner Verzeichnisstruktur und ev. mit der um die Verzeichnisstruktur des nachgelagerten Netzwerkknotens Gerät3 ergänzten Verzeichnisstruktur.The device2 responds to the request device2 / gettree with its directory structure and possibly with the directory structure supplemented by the directory structure of the downstream network node device3.
Damit kann das Gerät1 sehr einfach einen z.B. mit D5 bezeichneten Dienst im Gerät3 über eine entsprechende URL aufrufen Gerät1/Gerät2/Gerät3/D5.With this, the device1 can very easily e.g. Call service with D5 in device3 via a corresponding URL device1 / device2 / device3 / D5.
Mit der Erfindung ist eine einfache Machine-to-Machine Kommunikation möglich.Simple machine-to-machine communication is possible with the invention.
Es ist ein einfacher Zugriff auf Daten und Dienste über mehrere Netzwerkknoten hinweg möglich insbesondere nicht nur von einer höheren Ebene auf Netzwerkknoten in einer tieferen Ebene, sondern auch in die entgegengesetzte Richtung. Damit kann in einfacher Weise an einem Feldgerät auch eine Information aus dem ERP-System dargestellt werden.It is easy to access data and services across several network nodes, in particular not only from a higher level to network nodes in a lower level, but also in the opposite direction. This means that information from the ERP system can also be displayed in a simple manner on a field device.
Die Verzeichnisstruktur kann quasi von Netzwerkknoten zu Netzwerkknoten immer mehr bis hin zum einem Ziel-Netzwerkknoten erweitert/ergänzt werden.The directory structure can be expanded or supplemented more and more from network nodes to network nodes up to a target network node.
Die Erfindung ist insbesondere für dynamische Datenmodelle geeignet.The invention is particularly suitable for dynamic data models.
Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102019102617.2A DE102019102617A1 (en) | 2019-02-01 | 2019-02-01 | Method for accessing data and services of a network node in a network of automation technology |
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DE102019102617.2A Pending DE102019102617A1 (en) | 2019-02-01 | 2019-02-01 | Method for accessing data and services of a network node in a network of automation technology |
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DE102014114750A1 (en) * | 2014-06-30 | 2015-12-31 | Balluff Gmbh | Method and control device for operating an IO-Link communication system in an SNMP-based communication network |
DE102017109030A1 (en) * | 2017-04-27 | 2018-10-31 | Endress+Hauser Process Solutions Ag | Method for operating a field device |
-
2019
- 2019-02-01 DE DE102019102617.2A patent/DE102019102617A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Hilscher, Whitepaper: Edge Gateways: How IIoT can Benefit Users Today and Tomorrow, V1_06-2017, URL: https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjgt8aWpfzgAhWpz4UKHRs8AGwQFjAAegQIARAC&url=https%3A%2F%2Fwww.netiot.com%2Ffileadmin%2Fuser_upload%2FnetIOT%2Fen%2Fpdf%2FHilscher_Edge_Gateway_WP_FINAL_June_2017.pdf&usg=AOvVaw0c4UFQLreZWY8e7iEKXgAA [abgerufen im Internet am 11.10.2019] * |
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