DE102019133436A1 - Procedures for the supervision and / or management of technical facilities - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Überwachung und/oder Verwaltung von technischen Einrichtungen wie Maschinen und/oder technischen Anlagen, wobei die technische Einrichtung über eine Steuerungseinrichtung, insbesondere eine Speicherprogrammierbare Steuerung, gesteuert wird. Es erfolgt ein Datenaustausch zwischen einer lokalen Computerressource im Bereich der technischen Einrichtung und der Steuerungseinrichtung, wobei Daten, die die technische Einrichtung betreffen, durch die lokale Computerressource über eine Internetverbindung bezogen und/oder zur Verfügung gestellt werden, wobei eine Verarbeitung der Daten durch die lokale Computerressource erfolgt, bevor diese durch die lokale Computerressource von der Steuerungseinrichtung an die Internetverbindung und/oder von der Internetverbindung an die Steuerungseinrichtung weitergeleitet werden.The invention relates to a method for monitoring and / or managing technical devices such as machines and / or technical systems, the technical device being controlled via a control device, in particular a programmable logic controller. Data is exchanged between a local computer resource in the area of the technical device and the control device, with data relating to the technical device being obtained and / or made available by the local computer resource via an Internet connection, with the data being processed by the local Computer resource takes place before they are forwarded by the local computer resource from the control device to the Internet connection and / or from the Internet connection to the control device.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Überwachung und/oder Verwaltung von technischen Einrichtungen wie Maschinen und/oder technischen Anlagen, die über eine Steuerungseinrichtung, wie beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, gesteuert werden.The invention relates to a method for monitoring and / or managing technical devices such as machines and / or technical systems which are controlled via a control device such as a programmable logic controller.
In der Technik ist es üblich, Maschinen, wie Produktionsmaschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, Maschinen, die der Manipulation von Gegenständen dienen, wie beispielsweise Industrierobotern, oder auch andere technische Anlagen, insbesondere Produktionsanlagen, Anlagen aus dem Gebiet der Fördertechnik oder ähnliches, durch Steuerungseinrichtungen zu steuern. Bei diesen Steuerungseinrichtungen handelt es sich typischerweise um speicherprogrammierbare Steuerungen. Bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung handelt es sich im Grunde regelmäßig um eine Art Computer. Wie ein solcher weist eine speicherprogrammierbare Steuerung einen Speicher und einen Prozessor auf und ist in der Lage, Programme abzuarbeiten. Als „Betriebssystem“ dient regelmäßig eine sogenannte Firmware, d.h. in der Regel eine vom Hersteller spezifizierte Software, unter der die Programme für die Steuerung der technischen Einrichtung ausgeführt werden. Die Hard- und Software-Architektur einer speicherprogrammierbaren Steuerung ist dabei typischerweise derart optimiert, dass eine Abarbeitung der Prozesse in Echtzeit bzw. unter Erfüllung harter Echtzeit-Anforderungen gewährleistet ist.In technology, it is common to control machines, such as production machines, in particular machine tools, machines that are used to manipulate objects, such as industrial robots, or other technical systems, in particular production systems, systems from the field of conveyor technology or the like, by means of control devices . These control devices are typically stored-program controls. A programmable logic controller is basically a type of computer. Like such a programmable logic controller, it has a memory and a processor and is able to process programs. So-called firmware, i.e. usually software specified by the manufacturer, under which the programs for controlling the technical equipment are executed, regularly serves as the "operating system". The hardware and software architecture of a programmable logic controller is typically optimized in such a way that the processes can be processed in real time or with the fulfillment of hard real-time requirements.
Im Zeitalter vernetzter industrieller Einrichtungen (Industrie 4.0) besteht häufig die Anforderung, zur Überwachung und/oder Verwaltung aus der Ferne, d.h. mittels einer Datenverbindung, auf die Steuerungseinrichtungen zugreifen zu können, um beispielsweise neue Programme zur Abarbeitung einzuspielen, die korrekte Funktion der technischen Einrichtung zu überwachen, Sensordaten auszulesen, um Wartungsintervalle festzulegen, etc.In the age of networked industrial facilities (Industry 4.0), there is often the requirement to be able to remotely access the control facilities for monitoring and / or management, ie by means of a data connection, in order, for example, to import new programs for processing, the correct functioning of the technical facility to monitor, to read out sensor data, to set maintenance intervals, etc.
Solche Vernetzungen können im kleinen Maßstab lokal vorgenommen werden. In Zeiten globalisierter Prozesse ist jedoch eine entsprechende Datenverbindung oftmals über lange Strecken von mehreren Kilometern bis zu mehreren tausend Kilometern gewünscht bzw. notwendig. In derartigen Fällen besteht die praktikable Lösung darin, für die Datenverbindung eine Internetverbindung zu nutzen. So kann beispielsweise eine Unternehmenszentrale - theoretisch - auf die Steuerungseinrichtungen in einer Produktion auf einem anderen Kontinent zugreifen.Such crosslinks can be made locally on a small scale. In times of globalized processes, however, a corresponding data connection is often desired or necessary over long distances from several kilometers to several thousand kilometers. In such cases, the practical solution is to use an Internet connection for the data connection. For example, a company headquarters can - theoretically - access the control equipment in a production facility on another continent.
In der Praxis besteht hierbei jedoch eine ganze Reihe von Problemen. Eines davon ist, dass die langsamen Internetverbindungen Administrationszugriffe auf die Steuerungseinrichtungen, die zeitkritisch sind, kaum zulassen. Muss beispielsweise für die Realisierung einer Stückzahl 1-Fertigung regelmäßig ein neues Programm und/oder neue Daten in eine Werkzeugmaschine eingespielt werden, um eine entsprechende Produktion realisieren zu können, so kann eine langsame Internetverbindung dazu führen, dass die Steuerungseinrichtung regelmäßig auf die neuen Programmdaten „warten“ muss. Umgekehrt kann die Meldung eines Wartungsbedarfs, die über eine Internetleitung erfolgt, wenn beispielsweise ein Sensor eine überhöhte Temperatur anzeigt, derart verzögert weitergegeben werden, dass ein Eingriff in den Betriebsablauf über die Internetverbindung möglicherweise zu spät erfolgt, um die Entstehung eines Schadens an der technischen Einrichtung zu verhindern.In practice, however, there are a number of problems with this. One of them is that the slow internet connections hardly allow administration access to the control devices, which are time-critical. If, for example, a new program and / or new data has to be regularly imported into a machine tool in order to be able to implement a corresponding production, a slow internet connection can mean that the control device regularly accesses the new program data " must wait. Conversely, the notification of a maintenance requirement, which occurs via an Internet line, for example if a sensor indicates an excessive temperature, can be forwarded with such a delay that an intervention in the operating process via the Internet connection may take place too late to cause damage to the technical equipment to prevent.
Darüber hinaus existieren auch sicherheitstechnische Bedenken. Steuerungseinrichtungen, wie speicherprogrammierbare Steuerungen, sind, wenn sie direkt mit dem Internet verbunden werden, Hackerangriffen vergleichsweise schutzlos ausgeliefert. Dies liegt insbesondere auch daran, dass die Firmware derartiger Steuerungseinrichtungen oftmals herstellerspezifisch ist, mit einem vergleichsweise überschaubarem Programmieraufwand realisiert werden muss und oftmals vergleichsweise langen Zyklen im Hinblick auf sicherheitsrelevante Updates unterworfen ist. Derartige Beschränkungen machen eine direkte Anbindung solcher Steuerungseinrichtungen an das Internet zu einem vergleichsweise hohen Sicherheitsrisiko, verglichen mit der Verbindung beispielsweise von Desktopcomputern mit dem Internet, für die es zum einen im Hinblick auf die Systemsicherheit wesentlich höher entwickelte Betriebssysteme, häufigere Sicherheits-Updates und optionale Sicherheitsprogramme, insbesondere zur Erkennung von Schadsoftware, gibt.There are also safety concerns. Control devices such as programmable logic controllers, if they are connected directly to the Internet, are relatively vulnerable to hacker attacks. This is also due in particular to the fact that the firmware of such control devices is often manufacturer-specific, has to be implemented with a comparatively manageable programming effort and is often subject to comparatively long cycles with regard to security-relevant updates. Such restrictions make a direct connection of such control devices to the Internet a comparatively high security risk, compared to the connection, for example, of desktop computers to the Internet, for which, on the one hand, operating systems that are much more sophisticated in terms of system security, more frequent security updates and optional security programs are required , especially for the detection of malware.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung und/oder Verwaltung von technischen Einrichtungen aufzuzeigen, welches die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest lediglich in vermindertem Umfang aufweist.The invention is therefore based on the object of providing a method for monitoring and / or managing technical facilities which does not have the disadvantages described above or at least only has to a reduced extent.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.The object is achieved by a method having the features of claim 1. The features of the dependent claims relate to advantageous embodiments.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Datenaustausch zwischen einer lokalen Computerressource im Bereich der technischen Einrichtung und der Steuerungseinrichtung erfolgt. Dabei werden Daten, die die technische Einrichtung betreffen, durch die lokale Computerressource über eine Internetverbindung bezogen und/oder es werden Daten, die die technische Einrichtung betreffen, durch die lokale Computerressource über die Internetverbindung zur Verfügung gestellt. Dabei erfolgt eine Verarbeitung der Daten durch die lokale Computerressource, bevor diese durch die lokale Computerressource von der Steuerungseinrichtung an die Internetverbindung und/oder von der Internetverbindung an die Steuerungseinrichtung weitergeleitet werden.The object is achieved in that data is exchanged between a local computer resource in the area of the technical device and the control device. In this case, data relating to the technical facility are obtained from the local computer resource via an internet connection and / or data relating to the technical facility are obtained from the local computer resource via the internet connection made available. In this case, the data is processed by the local computer resource before it is forwarded by the local computer resource from the control device to the Internet connection and / or from the Internet connection to the control device.
Unter der lokalen Computerressource ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein eigenständiger Computer zu verstehen, der über eine Datenübertragungsleitung mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist und zudem über eine Internetverbindung verfügt. Alternativ und/oder ergänzend kann es sich jedoch auch um eine Software handeln, die beispielsweise innerhalb eines lokalen Netzwerkes oder auf einem Computer, der als Steuerungseinrichtung dient, ausgeführt wird. Insbesondere wenn es sich bei der lokalen Computerressource um eine derartige Software handelt, so ist diese bevorzugt von der Steuerungssoftware, mit der die Steuerungseinrichtung auf dem Computer realisiert wird, derart isoliert, dass die Echtzeitfähigkeit der Steuerungssoftware durch die lokale Computerressource nicht beeinträchtigt wird.In this context, the local computer resource is to be understood in particular as an independent computer which is connected to the control device via a data transmission line and also has an Internet connection. Alternatively and / or in addition, however, it can also be software that is executed, for example, within a local network or on a computer that serves as a control device. In particular, if the local computer resource is such software, it is preferably isolated from the control software with which the control device is implemented on the computer in such a way that the real-time capability of the control software is not impaired by the local computer resource.
Die Echtzeitfähigkeit der Steuerungssoftware der Steuerungseinrichtung kann insbesondere dadurch gewährleistet sein, dass von der lokalen Computerressource aus gesteuerte Eingriffe in den Ablauf des Steuerungsprogramms derart erfolgen, dass die von der lokalen Computerressource an die Steuerungseinrichtung gesendeten Befehle, zunächst zwischengespeichert werden. Bei den Befehlen kann es sich um Aufrufe von Steuerungsfunktionen, wie beispielsweise Start, Stop etc. handeln. Bei der Ausführung der Steuerungssoftware durch die Steuerungseinrichtung wird, insbesondere zyklisch, überprüft, ob entsprechende Befehle vorliegen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass derartige Befehle, die von der lokalen Computerressource an die Steuerungseinrichtung gesendet werden, nicht die Ausführung der Steuerungssoftware derart unterbrechen, dass die Ausführung der Steuerungssoftware in Echtzeit beeinträchtigt wird. Die zwischengespeicherten Befehle werden vielmehr erst dann ausgeführt, wenn die echtzeitbasierte Ausführung der Steuerungssoftware hierfür ein geeignetes Zeitfenster vorsieht.The real-time capability of the control software of the control device can in particular be ensured by interventions in the sequence of the control program controlled by the local computer resource in such a way that the commands sent from the local computer resource to the control device are initially buffered. The commands can be calls to control functions such as start, stop, etc. When the control software is executed by the control device, it is checked, in particular cyclically, whether corresponding commands are present. This makes it possible to ensure that such commands, which are sent from the local computer resource to the control device, do not interrupt the execution of the control software in such a way that the execution of the control software is impaired in real time. Rather, the cached commands are only executed when the real-time-based execution of the control software provides a suitable time window for this.
Eine derartige Sicherstellung der Echtzeitfähigkeit mittels der Zwischenspeicherung von Befehlen kann auch in Fällen erfolgen, in denen es sich bei der Steuerungseinrichtung und der lokalen Computerressource um voneinander unabhängige Computer und/oder eine speicherprogrammierbare Steuerung und einen von dieser unabhängigen Computer handelt, die lediglich durch eine Datenleitung verbunden sind. In diesem Zusammenhang sind auch Mischformen denkbar, beispielsweise können einzelne Hardware-Ressourcen sowohl Bestandteil der lokalen Computerressource, als auch Bestandteil der Steuerungseinrichtung sein. So können sich beispielsweise die lokale Computerressource und die Steuerungseinrichtung einen gemeinsamen Speicher „teilen“.Such a safeguarding of the real-time capability by means of the intermediate storage of commands can also take place in cases in which the control device and the local computer resource are independent computers and / or a programmable logic controller and a computer that is independent of this and is only connected by a data line are connected. In this context, mixed forms are also conceivable, for example individual hardware resources can be both part of the local computer resource and part of the control device. For example, the local computer resource and the control device can “share” a common memory.
Der Datenaustausch zwischen der Steuerungseinrichtung und der lokalen Computerressource unterliegt nicht den Limitierungen einer Internetverbindung hinsichtlich Latenz und Bandbreite. Dies liegt insbesondere daran, dass nicht die entsprechend hohen Entfernungen überbrückt werden müssen, wobei bei der typischen Architektur des Internets entsprechend eine Vielzahl Knotenpunkte von den einzelnen Datenpaketen passiert werden müssen. Durch die lokale Vernetzung der Computerressource mit der Steuerungseinrichtung ist es vielmehr mit überschaubarem Aufwand möglich, nahezu beliebig hohe Bandbreiten und beliebig kurze Latenzzeiten zu realisieren. Unter einer lokalen Computerressource im Bereich der technischen Einrichtung ist daher insbesondere eine Computerressource zu verstehen, die höchstens 10 km, insbesondere höchstens 1 km, von der technischen Einrichtung entfernt ist. Die lokale Vernetzung der Computerressource mit der Steuerungseinrichtung erfolgt hierbei insbesondere über eine Netzwerkverbindung, welche ein echtzeitfähiges Netzwerkprotokoll nutzt, beispielsweise ein Feldbus-Protokoll wie Profinet und/oder Ethercat. Alternativ und/oder ergänzend kann es sich um eine Netzwerkverbindung nach einem oder einer Mehrzahl TSN-Standards handeln.The data exchange between the control device and the local computer resource is not subject to the limitations of an Internet connection with regard to latency and bandwidth. This is due in particular to the fact that the correspondingly long distances do not have to be bridged, with the individual data packets having to pass through a large number of nodes correspondingly in the typical architecture of the Internet. Rather, through the local networking of the computer resource with the control device, it is possible to achieve almost any bandwidth and any short latency times with manageable effort. A local computer resource in the area of the technical facility is therefore to be understood in particular as a computer resource that is at most 10 km, in particular at most 1 km, from the technical facility. The local networking of the computer resource with the control device takes place in particular via a network connection which uses a real-time network protocol, for example a fieldbus protocol such as Profinet and / or Ethercat. Alternatively and / or in addition, it can be a network connection according to one or a plurality of TSN standards.
Die Datenverarbeitung kann in diesem Zusammenhang insbesondere das Umwandeln von Daten, aber auch Auswertevorgänge und das Speichern und/oder Abrufen von Daten aus einem Speicher durch bzw. in der lokalen Computerressource beinhalten.In this context, the data processing can in particular include the conversion of data, but also evaluation processes and the storage and / or retrieval of data from a memory by or in the local computer resource.
Hierdurch wird eine Vielzahl neuer Anwendungsszenarien ermöglicht. So ermöglicht es die lokale Computerressource zum Beispiel im Hinblick auf die Wartung von technischen Einrichtungen, Daten, die von der technischen Einrichtung stammen und diese betreffen, in wesentlich kürzerer Zeit zu empfangen und zu verarbeiten, als dies durch einen via Internet angebundenen Computer möglich wäre. Bei diesen Daten kann es sich beispielsweise um Daten betreffend die technische Einrichtung, Daten betreffend Betriebsgrößen der technischen Einrichtung und/oder Daten betreffend durch Sensoren erfasste physikalische Größen handeln.This enables a large number of new application scenarios. For example, with regard to the maintenance of technical equipment, the local computer resource enables data that originate from and relate to the technical equipment to be received and processed in a much shorter time than would be possible with a computer connected via the Internet. These data can be, for example, data relating to the technical device, data relating to operating variables of the technical device and / or data relating to physical variables detected by sensors.
Die lokale Computerressource ist insbesondere dazu eingerichtet, abhängig von der Auswertung dieser Daten über notwendige Eingriffe in den Betrieb der technischen Einrichtung zu entscheiden. Diese können dann mit einer wesentlich kürzeren Reaktionszeit erfolgen, als dies über eine Internetanbindung möglich ist. Bei dem Betrieb einer modernen Maschine kann dies bereits den Unterschied zwischen der Entstehung eines Schadens und einer rechtzeitigen Notabschaltung und/oder Leistungsdrosselung einer Maschine bedeuten.The local computer resource is set up in particular to decide, depending on the evaluation of this data, about necessary interventions in the operation of the technical device. These can then take place with a much shorter response time than is possible via an Internet connection. When running a In modern machines, this can mean the difference between the occurrence of damage and a timely emergency shutdown and / or power reduction of a machine.
Die lokale Computerressource ermöglicht es im Hinblick auf die Auswertung der Daten und die möglichen Eingriffe in den Betriebsablauf, Beschränkungen der Steuerungseinrichtung in programmiertechnischer Hinsicht zu überwinden. So kann beispielsweise durch die lokale Computerressource über das Internet auf externe Datenbanken zurückgegriffen werden, um Daten über die Internetverbindung zu beziehen. Dies kann die Erkennung von möglichen Szenarien, die den Betrieb der technischen Einrichtung stören könnten und gegebenenfalls eine Wartung und/oder einen Eingriff in den Betrieb notwendig machen, unterstützen. So kann beispielsweise seitens eines Maschinenherstellers zentral Erfahrungswissen aus Betrieb und/oder Wartung gleichartiger und/oder vergleichbarer technischer Einrichtungen gesammelt werden. Die lokalen Computerressourcen können diese Daten beziehen und zur Erkennung kritischer Betriebszustände und/oder eines Wartungsbedarfs nutzen. Auf diese Weise kann ein „Lernen“ der lokalen Computerressourcen an den technischen Einrichtungen voneinander ermöglicht werden. Ebenso ist es denkbar, dass durch von einer zentralen Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise in der Sphäre eines Maschinenherstellers, erzeugte Daten an die lokalen Computerressourcen verteilt werden, um die Erkennung kritischer Betriebszustände oder die Ermittlung eines Wartungsbedarfs durch die lokale Computerressource zu verbessern.With regard to the evaluation of the data and the possible interventions in the operating sequence, the local computer resource makes it possible to overcome limitations of the control device in terms of programming. For example, the local computer resource can access external databases via the Internet in order to obtain data via the Internet connection. This can support the detection of possible scenarios that could disrupt the operation of the technical facility and possibly make maintenance and / or intervention in operation necessary. For example, a machine manufacturer can collect experience-based knowledge from the operation and / or maintenance of similar and / or comparable technical facilities. The local computer resources can obtain this data and use it to identify critical operating states and / or a maintenance requirement. In this way, “learning” of the local computer resources at the technical facilities from one another can be made possible. It is also conceivable that data generated by a central data processing device, for example in the sphere of a machine manufacturer, are distributed to the local computer resources in order to improve the detection of critical operating states or the determination of a maintenance requirement by the local computer resource.
Das Verfahren kann weiterhin zur Beeinflussung des Betriebsablaufs der technischen Einrichtung genutzt werden. Möglich sind beispielsweise Szenarien, bei denen die Steuerungseinrichtung ein in der Steuerungseinrichtung hinterlegtes Programm, gegebenenfalls auf Grundlage weiterer in der Steuerungseinrichtung abgelegter Daten, abarbeitet. Dies kann beispielsweise dazu dienen, ein Werkstück in einer bestimmten Form zu produzieren. Soll nun die Form des Werkstücks geändert werden, so muss das in der Steuerungseinrichtung hinterlegte Programm bzw. müssen die in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Daten entsprechend angepasst bzw. geändert werden. Diese Änderung kann durch die lokale Computerressource erfolgen. Beispielsweise kann ein auf der lokalen Computerressource ausgeführtes Programm eine Änderung der Programmierung der Steuerungseinrichtung bewirken. Ein derartiges Programm kann eine derartige Änderung wesentlich schneller, gegebenenfalls sogar in Echtzeit, bewirken als ein Programm, welches auf einem Computer ausgeführt wird, der mit der Steuerungseinrichtung lediglich über das Internet verbunden ist.The method can also be used to influence the operational sequence of the technical facility. For example, scenarios are possible in which the control device processes a program stored in the control device, possibly on the basis of further data stored in the control device. This can be used, for example, to produce a workpiece in a specific shape. If the shape of the workpiece is now to be changed, the program stored in the control device or the data stored in the control device must be adapted or changed accordingly. This change can be made through the local computer resource. For example, a program executed on the local computer resource can bring about a change in the programming of the control device. Such a program can bring about such a change much more quickly, possibly even in real time, than a program which is executed on a computer which is connected to the control device only via the Internet.
Im Rahmen einer dezentralen Produktion können Änderungen der Programmierung der Steuerungseinrichtung, die durch die lokale Computerressource vorgenommen werden sollen, durch einen lediglich über das Internet mit der lokalen Computerressource verbundenen Computer vorgegeben werden. So können beispielsweise über die Internetverbindung Produktionspläne mit entsprechendem ausreichendem zeitlichem Vorlauf der lokalen Computerressource zur Verfügung gestellt bzw. von dieser über das Internet bezogen werden. Die lokale Computerressource kann diese Produktionspläne dann abarbeiten, indem sie indem hierfür zur Verfügung stehenden engen Zeitfenstern die Programmierung der Steuerungseinrichtung ändert, sobald dies zur Erfüllung des Produktionsplans notwendig wird.In the context of decentralized production, changes to the programming of the control device that are to be made by the local computer resource can be specified by a computer connected to the local computer resource only via the Internet. For example, production plans can be made available to the local computer resource via the Internet connection with a correspondingly sufficient lead time or can be obtained from this via the Internet. The local computer resource can then process these production plans by changing the programming of the control device in the narrow time windows available for this purpose as soon as this becomes necessary to fulfill the production plan.
Insbesondere kann der Datenaustausch zwischen der Steuerungseinrichtung und der Computerressource über eine Datenübertragungsverbindung erfolgen, die eine geringere Latenz aufweist als die Internetverbindung. Unter der Latenz ist in diesem Zusammenhang die Zeit zu verstehen, die ein Computer zum Absenden eines Datenpakets über die entsprechende Datenverbindung und zum Empfang der Antwort braucht. Im Zusammenhang mit dem Internet wird die Latenz auch als „Ping“ bezeichnet. In der praktischen Umsetzung der Erfindung ist die Latenz die maßgebliche Größe für die Zeit, in der beispielsweise auf ein Datensignal der Steuerungseinrichtung „reagiert“ werden kann. Da sich über die lokale Vernetzung der lokalen Computerressource mit der Steuerungseinrichtung vergleichsweise einfach geringere Latenzen ermöglichen lassen als über die Internetverbindung, über die die lokale Computerressource Daten bezieht und/oder sie zur Verfügung stellt, lässt sich so durch die Verkürzung der Latenz der Datenverbindung zwischen Steuerungseinrichtung und Computerressource gegenüber der zwischen der Internetverbindung der Computerressource ein Vorteil im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Erfindung erzielen.In particular, the data exchange between the control device and the computer resource can take place via a data transmission connection which has a lower latency than the Internet connection. In this context, latency is to be understood as the time that a computer needs to send a data packet via the corresponding data connection and to receive the response. In connection with the Internet, latency is also known as “ping”. In the practical implementation of the invention, the latency is the decisive variable for the time in which, for example, it is possible to “react” to a data signal from the control device. Since the local networking of the local computer resource with the control device allows comparatively simply lower latencies than the Internet connection via which the local computer resource obtains data and / or makes it available, the latency of the data connection between the control device can be shortened and computer resource achieve an advantage over the Internet connection of the computer resource with regard to the invention described above.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Datenaustausch zwischen der Steuerungseinrichtung und der Computerressource über eine Datenübertragungsverbindung erfolgt, die eine höhere Bandbreite aufweist, als die Internetverbindung, über die die lokale Computerressource Daten bezieht und/oder zur Verfügung stellt. Unter einer Bandbreite ist in diesem Zusammenhang insbesondere die Datenmenge zu verstehen, die in einer bestimmten Zeiteinheit über die entsprechende Datenverbindung bezogen und/oder zur Verfügung gestellt werden kann. Eine höhere Bandbreite ermöglicht folglich die zur Verfügung-Stellung von größeren Datenmengen innerhalb kürzerer Zeit. Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn eine Änderung der Programmierung der Steuerungseinrichtung durch die lokale Computerressource erfolgt. Diese ist in der Lage, die Programmierung schneller zu ändern, als es über die Internetverbindung möglich wäre, einfach weil die Zeit, die zum Einspielen des neuen Programms benötigt wird, verkürzt wird. Wird beispielsweise im Rahmen einer Produktion die Programmierung geändert, um die Form der produzierten Werkstücke zu ändern, so ist die für die Umprogrammierung der Steuerungseinrichtung erforderliche Zeit verkürzt. Auf diese Weise können daher beispielsweise Stillstandszeiten verringert und/oder vermieden werden und damit die Produktivität einer Produktion gesteigert werden.It is also advantageous if the data exchange between the control device and the computer resource takes place via a data transmission connection which has a higher bandwidth than the Internet connection via which the local computer resource obtains and / or provides data. In this context, a bandwidth is to be understood in particular as the amount of data that can be obtained and / or made available in a specific time unit via the corresponding data connection. A higher bandwidth consequently enables larger amounts of data to be made available within a shorter period of time. This can be advantageous, for example, when the programming of the control device is changed by the local computer resource. This is capable of the Change programming faster than would be possible via the Internet connection, simply because the time it takes to load the new program is reduced. If, for example, the programming is changed in the course of production in order to change the shape of the workpieces produced, the time required for reprogramming the control device is shortened. In this way, downtimes can be reduced and / or avoided, for example, and the productivity of a production can thus be increased.
Die höhere Bandbreite der Datenübertragungsverbindung zwischen der lokalen Computerressource und der Steuerungseinrichtung im Vergleich zu der Internetverbindung ermöglicht im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass in der gleichen Zeit größere Datenmengen zwischen der lokalen Computerressource und der Steuerungseinrichtung übertragen werden können als über die Internetverbindung. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass Daten in einer höheren Auflösung zwischen der lokalen Computerressource und der Steuerungseinrichtung übertragen werden können als - in der gleichen Zeit - über die Internetverbindung. Auf diese Weise können, beispielsweise indem die lokale Computerressource als „Zwischenspeicher“ für die Daten verwendet wird, in der gleichen Zeit Daten besserer Qualität bzw. Auflösung zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Daten handeln, die eine Vielzahl von Punkt-Koordinaten, beispielsweise zur Ansteuerung einer Maschine, enthalten. Derartige Daten können dann, wenn die gleiche Zeit für die zur-Verfügung-Stellung der Daten zur Verfügung steht, mehr Datenpunkte enthalten. Damit kann beispielsweise eine genauere Ansteuerung einer Maschine realisiert werden.In connection with the present invention, the higher bandwidth of the data transmission connection between the local computer resource and the control device compared to the Internet connection enables, in particular, greater amounts of data to be transmitted between the local computer resource and the control device than via the Internet connection. This makes it possible, for example, that data can be transmitted with a higher resolution between the local computer resource and the control device than - in the same time - via the Internet connection. In this way, for example by using the local computer resource as a “buffer” for the data, data of better quality or resolution can be made available at the same time. This can, for example, be data that contain a large number of point coordinates, for example for controlling a machine. Such data can contain more data points if the same time is available for the data to be made available. A more precise control of a machine can thus be implemented, for example.
Der Datenaustausch zwischen der Steuerungseinrichtung und der Computerressource kann beispielsweise über HTTP, OPC/UA und/oder MQTT erfolgen. Diese Datenkommunikationsprotokolle sind für den Datenaustausch zwischen einer Steuerungseinrichtung und einer lokalen Computerressource im Sinne der vorliegenden Erfindung besonders geeignet. Alternativ und/oder ergänzend kann es sich auch um ein anderes, insbesondere proprietäres, Protokoll handeln.The data exchange between the control device and the computer resource can take place, for example, via HTTP, OPC / UA and / or MQTT. These data communication protocols are particularly suitable for the exchange of data between a control device and a local computer resource within the meaning of the present invention. Alternatively and / or in addition, it can also be a different, in particular proprietary, protocol.
Die Verarbeitung der Daten durch die lokale Computerressource kann insbesondere eine Anonymisierung der Daten umfassen. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn Daten über den Betrieb der technischen Einrichtung Dritten zur Verfügung gestellt werden sollen. Bei dem Dritten kann es sich beispielsweise um einen Maschinenhersteller handeln, der eine Datenbank mit Daten betreffend die von ihm hergestellten Maschinen zur Generation von technischem Erfahrungswissen pflegt. Die Anonymisierung der Daten ermöglicht es, Betriebsdaten, die zur Generierung entsprechenden Erfahrungswissens führen können, zu erheben, ohne dass Rückschlüsse auf den konkreten Betrieb einer bestimmten technischen Einrichtung möglich sind. Durch eine solche Art der Datenerhebung können insbesondere Betriebsinterna des Betreibers der technischen Einrichtung geschützt werden. Dieser Betreiber jedoch kann wiederum von den von ihm anonymisiert zur Verfügung gestellten Daten profitieren. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ihm optimiertere Wartungspläne für eine technische Einrichtung zur Verfügung gestellt werden können, bei deren Erstellung der einzelne Betreiber einer technischen Einrichtung auch von dem Erfahrungswissen, das durch den Betrieb anderer gleicher und/oder gleichartiger technischer Einrichtungen bei Dritten generiert wird, profitieren kann.The processing of the data by the local computer resource can in particular include anonymization of the data. This can be particularly advantageous if data on the operation of the technical facility are to be made available to third parties. The third party can be, for example, a machine manufacturer who maintains a database with data relating to the machines he has manufactured in order to generate technical experience. The anonymization of the data makes it possible to collect operational data, which can lead to the generation of corresponding empirical knowledge, without it being possible to draw conclusions about the specific operation of a specific technical facility. Such a type of data collection can in particular protect internal company operations of the operator of the technical facility. However, this operator can in turn benefit from the anonymized data he has made available. This can be done, for example, in that more optimized maintenance plans for a technical facility can be made available to him, during the creation of which the individual operator of a technical facility also benefits from the empirical knowledge that is generated by the operation of other identical and / or similar technical facilities at third parties , can benefit.
Die Verarbeitung der Daten durch die Computerressource kann insbesondere eine Komprimierung der Daten umfassen. Im Rahmen des Datenaustauschs zwischen der Steuerungseinrichtung und der lokalen Computerressource können sehr große Datenmengen anfallen. Dabei kann es sich insbesondere um gewonnene Betriebsdaten und/oder mittels Sensoren gewonnene Daten über physikalische Größen handeln. Um eine Nutzung dieser durch einen Computer, der über das Internet mit der lokalen Computerressource verbunden ist, zu ermöglichen, kann es sinnvoll sein, diese Daten zu komprimieren. Die lokale Computerressource kann hierzu die erforderliche Rechenleistung aufbringen, ohne dass dafür die „eigentliche“ Steuerung der technischen Einrichtung durch die Steuerungseinrichtung belastet wird. Die komprimierten Daten lassen sich wesentlich einfacher über das Internet übertragen als die von der Steuerungseinrichtung an die lokale Computerressource übertragenen unkomprimierten (Roh-)Daten.The processing of the data by the computer resource can in particular include a compression of the data. In the context of the data exchange between the control device and the local computer resource, very large amounts of data can arise. This can in particular be operating data obtained and / or data relating to physical quantities obtained by means of sensors. In order to enable this data to be used by a computer that is connected to the local computer resource via the Internet, it can be useful to compress this data. The local computer resource can provide the necessary computing power for this without the “actual” control of the technical device being burdened by the control device. The compressed data can be transmitted much more easily via the Internet than the uncompressed (raw) data transmitted from the control device to the local computer resource.
Alternativ und/oder ergänzend kann eine zu übertragende Datenmenge auch durch eine Auswertung der Daten im Rahmen der Datenverarbeitung durch die lokale Computerressource reduziert werden. So können Sensordaten beispielsweise hinsichtlich bestimmter Kennwerte analysiert werden. Bei diesen kann es sich beispielsweise um Durchschnitts- und/oder Höchst- und/oder Mindestwerte handeln. Eine derartige Auswertung kann erheblich zur Reduzierung von zu übertragenden Datenmengen beitragen, beispielsweise wenn die Betriebsdaten eines größeren Zeitraums, wie beispielsweise eines Tages, nach wenigen Kenngrößen ausgewertet werden und lediglich diese Kenngrößen durch die lokale Computerressource über das Internet zur Verfügung gestellt werden.As an alternative and / or in addition, the amount of data to be transmitted can also be reduced by evaluating the data as part of data processing by the local computer resource. For example, sensor data can be analyzed with regard to certain characteristic values. These can be average and / or maximum and / or minimum values, for example. Such an evaluation can contribute significantly to reducing the amount of data to be transmitted, for example if the operating data for a longer period of time, such as one day, are evaluated after a few parameters and only these parameters are made available by the local computer resource via the Internet.
So kann beispielsweise eine Auswertung der Daten erfolgen, die die Ermittlung einer Gesamtmenge umfasst. Dabei kann es sich beispielsweise um die Gesamtmenge der Betriebszeiten, beispielsweise in Betriebsstunden, der technischen Einrichtung, handeln. Alternativ und/oder ergänzend kann es sich bei der Gesamtmenge beispielsweise um eine Gesamtstückzahl von der technischen Einrichtung bearbeiteter und/oder manipulierter Werkstücke handeln. Weiterhin kann es sich beispielsweise um eine Gesamtmenge von der technischen Einrichtung ausgeführter Bewegungen handeln. Ebenfalls kann es sich um eine durch die technische Einrichtung und/oder ein Element der technischen Einrichtung zurückgelegte Gesamtstrecke handeln. Weiterhin kann es sich um die Gesamtmenge der von einem elektrischen Antrieb der technischen Einrichtung ausgeführten Umdrehungen bzw. den durch diesen elektrischen Antrieb zurückgelegten Gesamtdrehwinkel handeln.For example, the data can be evaluated that includes the determination of a total amount. This can be, for example, the Act the total amount of operating times, for example in operating hours, of the technical facility. Alternatively and / or in addition, the total amount can be, for example, a total number of workpieces processed and / or manipulated by the technical device. Furthermore, it can be, for example, a total amount of movements performed by the technical device. It can also be a total distance covered by the technical device and / or an element of the technical device. Furthermore, it can be the total amount of revolutions performed by an electric drive of the technical device or the total angle of rotation covered by this electric drive.
Ebenfalls kann es sich bei der Kenngröße um eine Durchschnittsgröße handeln. Diese kann beispielsweise das durchschnittliche Drehmoment oder die durchschnittliche Drehzahl eines elektrischen Antriebs der technischen Einrichtung sein. Ebenfalls kann es sich um die durchschnittliche Leistung der technischen Einrichtung und/oder eines Elements der technischen Einrichtung, wie beispielsweise eines elektrischen Antriebs, handeln. Ebenso kann es sich um eine Durchschnittstemperatur, insbesondere eines Elements der technischen Einrichtung, wie beispielsweise eines elektrischen Antriebs, handeln.The parameter can also be an average value. This can be, for example, the average torque or the average speed of an electric drive of the technical device. It can also be the average power of the technical device and / or an element of the technical device, such as an electric drive. It can also be an average temperature, in particular of an element of the technical device, such as an electric drive.
Die Verarbeitung der Daten kann insbesondere die Auswertung der Daten im Hinblick auf einen möglichen Wartungsbedarf der technischen Einrichtung umfassen. Die lokale Computerressource kann zur Ermittlung des Wartungsbedarfs der technischen Einrichtung eine sehr große Menge an Daten von der Steuerungseinrichtung beziehen und auswerten, um den Wartungsbedarf zu ermitteln. Gleichzeitig kann die lokale Computerressource über das Internet Daten beziehen, die ebenfalls im Hinblick auf einen möglichen Wartungsbedarf ausgewertet werden. Bei den Daten, die von der Steuerungseinrichtung bezogen werden, kann es sich insbesondere um Daten betreffend Betriebsparameter, wie Drehzahlen, Drehmomente, Leistungen, Temperaturen, Betriebszeiten, Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen, insbesondere eines elektrischen Antriebs der technischen Einrichtung, handeln. Diese Betriebsparameter können im Rahmen der Auswertung insbesondere ein Maß für den Verschleiß der technischen Einrichtungen oder bestimmter Bestandteile der technischen Einrichtung bilden. Die über das Internet bezogenen Daten können insbesondere mit den von der Steuerungseinrichtung bezogenen Daten verknüpft werden. Bei den über das Internet bezogenen Daten kann es sich beispielsweise um nutzungsabhängige Wartungspläne handeln, die über das Internet in aktueller Form abgerufen werden können. Die Verknüpfung der Daten kann dann beispielsweise derart erfolgen, dass durch die Verknüpfung der nutzungsabhängigen Wartungspläne mit den Daten, die die tatsächliche Nutzung der technischen Einrichtung betreffen, ermittelt wird, ob und/oder wann eine Wartung erfolgen muss.The processing of the data can in particular include the evaluation of the data with regard to a possible maintenance requirement of the technical device. The local computer resource can obtain and evaluate a very large amount of data from the control device in order to determine the maintenance requirement of the technical device in order to determine the maintenance requirement. At the same time, the local computer resource can obtain data via the Internet, which is also evaluated with regard to a possible maintenance requirement. The data that are obtained from the control device can in particular be data relating to operating parameters such as rotational speeds, torques, powers, temperatures, operating times, speeds and / or accelerations, in particular of an electric drive of the technical device. In the context of the evaluation, these operating parameters can in particular form a measure of the wear and tear on the technical equipment or certain components of the technical equipment. The data obtained via the Internet can in particular be linked to the data obtained from the control device. The data obtained via the Internet can be, for example, usage-dependent maintenance plans that can be called up in current form over the Internet. The data can then be linked, for example, by linking the usage-dependent maintenance plans with the data relating to the actual use of the technical facility to determine whether and / or when maintenance has to be carried out.
Die von der Computerressource über die Internetverbindung zur Verfügung gestellten und/oder bezogenen Daten können durch eine Integrationssoftware konvertiert werden, um durch Drittanwendungen verarbeitet und/oder zur Verfügung gestellt werden zu können. Eine derartige Integrationssoftware kann auf der lokalen Computerressource ausgeführt werden, die Konvertierung mittels der Integrationssoftware kann jedoch ebenfalls mittels einer über die Internetverbindung mit der Computerressource verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung erfolgen. Unter Konvertierung in diesem Sinne ist insbesondere die Änderung von Datenformaten bzw. Dateiformaten zu verstehen. So können beispielsweise durch die Computerressourcen zur Verfügung gestellte Kennzahlen über den Betrieb der technischen Einrichtung so konvertiert werden, dass sie von einer Drittanwendung verarbeitet werden können. Bei den Drittanwendungen handelt es sich insbesondere um Computerprogramme, die auf Computern ausgeführt werden, die lediglich über das Internet mit der lokalen Computerressource verbunden sind. Dabei kann es sich beispielsweise um ein SAP-System, das SAP-System einer Unternehmensverwaltung, handeln. Diesem können so beispielsweise Stückzahlen produzierter Gegenstände zur Verfügung gestellt werden, die durch die lokale Computerressource durch die Auswertung von Betriebsdaten, die die lokale Computerressource wiederum von der Steuerungseinrichtung bezieht, generiert werden.The data made available and / or obtained by the computer resource via the Internet connection can be converted by integration software in order to be able to be processed and / or made available by third-party applications. Such integration software can be executed on the local computer resource, but the conversion by means of the integration software can also take place by means of a data processing device connected to the computer resource via the Internet connection. Conversion in this sense means, in particular, changing data formats or file formats. For example, key figures made available by the computer resources about the operation of the technical facility can be converted in such a way that they can be processed by a third-party application. The third-party applications are, in particular, computer programs that are executed on computers that are only connected to the local computer resource via the Internet. This can be, for example, an SAP system, the SAP system of a company administration. In this way, for example, numbers of items produced can be made available to this, which are generated by the local computer resource by evaluating operating data which the local computer resource in turn obtains from the control device.
Die Verarbeitung der Daten durch die lokale Computerressource kann mittels Programmen erfolgen, die in Sandboxen ausgeführt werden. Dies bedeutet, dass sich die einzelnen, auf der lokalen Computerressource ausgeführten Programme insbesondere nicht gegenseitig behindern können. Dies führt zu einer vergleichsweise hohen Stabilität bei der Ausführung einzelner Programme, was insbesondere dann wesentlich ist, wenn einzelne der Programme in der Lage sein sollen, mit kurzen Reaktionszeiten in den Betrieb der Steuerungseinrichtung eingreifen zu können.The processing of the data by the local computer resource can take place by means of programs that are executed in sandboxes. This means that the individual programs executed on the local computer resource, in particular, cannot interfere with one another. This leads to a comparatively high stability in the execution of individual programs, which is particularly important when individual programs are to be able to intervene in the operation of the control device with short reaction times.
Die Verarbeitung der Daten durch die lokale Computerressource kann insbesondere mittels Programmen erfolgen, auf einem LINUX-Betriebssystem ausgeführt werden. LINUX-Betriebssysteme zeichnen sich durch eine vergleichsweise hohe Stabilität aus. Darüber hinaus bieten sie einen hohen Sicherheitsstandard und es existiert ein umfangreiches - und größtenteils frei verfügbares - Angebot an Programmen für die unterschiedlichsten Zwecke, die auf diesen Betriebssystemen ausgeführt werden können. Diese ermöglichen es, eine Vielzahl zusätzlicher Funktionalitäten der lokalen Computerressource zu ermöglichen, wie beispielsweise die automatisierte Erstellung von Berichten, deren Ausgabe in gängigen Dateiformaten (z.B. PDF) sowie deren Weiterleitung, insbesondere über das Internet.The processing of the data by the local computer resource can take place in particular by means of programs that run on a LINUX operating system. LINUX operating systems are characterized by a comparatively high level of stability. In addition, they offer a high level of security and there is an extensive - and largely freely available - range of programs for a wide variety of purposes that can be executed on these operating systems. These make it possible to enable a large number of additional functionalities of the local computer resource, such as the automated creation of reports, their output in common file formats (e.g. PDF) and their forwarding, especially via the Internet.
Bei dem LINUX-Betriebssystem kann es sich insbesondere um ein echtzeitfähiges Betriebssystem, beispielsweise LINUX-RT, handeln. Derartige echtzeitfähige Betriebssysteme haben den Vorteil, dass sie Interaktionen zwischen der lokalen Computerressource und der Steuerungseinrichtung in Echtzeit ermöglichen, was bei zeitkritischen Eingriffen und/oder Reaktionen auf Betriebsstörungen von Vorteil ist.The LINUX operating system can in particular be a real-time capable operating system, for example LINUX-RT. Such real-time operating systems have the advantage that they enable interactions between the local computer resource and the control device in real time, which is advantageous in the case of time-critical interventions and / or reactions to operational disruptions.
Bei der Steuerungseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Steuerungseinrichtung eines elektrischen Antriebssystems der technischen Einrichtung handeln. Antriebssysteme technischer Einrichtungen stellen in steuerungstechnischer Hinsicht insofern eine Herausforderung dar, dass bei der Steuerung eines Antriebssystems einer technischen Einrichtung in der Regel kurze Reaktionszeiten gefordert sind. Die Vorteile, die sich aus dem vorliegenden Verfahren ergeben, kommen daher in Verbindung mit der Steuerungseinrichtung eines Antriebssystems einer technischen Einrichtung in besonderem Maße zum Tragen.The control device can in particular be a control device of an electrical drive system of the technical device. Drive systems of technical facilities represent a challenge in terms of control technology insofar as short reaction times are generally required when controlling a drive system of a technical facility. The advantages that result from the present method are therefore particularly effective in connection with the control device of a drive system of a technical device.
Claims (13)
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2019
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