DE102019217516A1

DE102019217516A1 - Steuerungssystem für eine Automationsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Automationsanlage

Info

Publication number: DE102019217516A1
Application number: DE102019217516.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schroeder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-06-02
Also published as: CN112799353A; US12001184B2; US20210141357A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem (110) für eine Automationsanlage (100), das dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) der Automationsanlage (100) anzusteuern, und das eine standardisierte Daten-Schnittstelle (130) aufweist und weiterhin dazu eingerichtet ist, über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) von extern Steuerungsanweisungen (120) zu empfangen, die empfangenen Steuerungsanweisungen (120) in Ansteuerbefehle für die wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) umzusetzen und unter Verwendung dieser die wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) anzusteuern, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Automationsanlage (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für eine Automationsanlage, das dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Automationskomponente der Automationsanlage anzusteuern, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Automationsanlage mit wenigstens einer Automationskomponente und einem Steuerungssystem.
Stand der Technik
Automationsanlagen können für verschiedene Anwendungen, insbesondere in der Industrie, verwendet werden. Hierzu weisen Automationsanlagen eine oder - was die Regel ist - mehrere Automationskomponenten auf, die über eines oder ggf. auch mehrere Steuerungssysteme angesteuert bzw. betrieben werden. Solche Automationskomponenten können beispielsweise Roboter, Handhabungsvorrichtungen und dergleichen sein. Viele verschiedene Prozesse können auf diese Weise automatisiert werden.
Um einem solchen Steuerungssystem Steuerungsanweisungen bzw. Befehle mitzuteilen, gemäß welchen dann die betreffenden Automationskomponenten angesteuert werden sollen, können beispielsweise sog. speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS, bzw. PLC für engl. programmable logic controller) verwendet werden. Eine solche SPS kann mit einem betreffenden Steuerungssystem kombiniert sein und stellt insbesondere eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (sog. HMI für engl. Human-Machine-Interface) bereit.
Aufgrund der typischerweise speziellen Abstimmung einer solchen SPS auf eine betreffende Automationsanlage ist keine besondere Flexibilität hinsichtlich der Möglichkeiten, Steuerungsanweisungen bzw. Befehle für solche Steuerungssysteme bereitzustellen, gegeben.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Steuerungssystem für eine Automationsanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Automationsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für eine Automationsanlage, wie vorstehend schon näher erläutert. Das Steuerungssystem ist dabei dazu eingerichtet, wenigstens eine Automationskomponente der Automationsanlage - typischerweise und zweckmäßigerweise aber auch mehrere Automationskomponenten - anzusteuern. Diese Automationskomponenten sind dabei insbesondere Teil der Automationsanlage. Unter dem Ansteuern einer Automationskomponente ist hierbei insbesondere zu verstehen, dass von dem Steuerungssystem entsprechende Befehle und/oder Signale bereitgestellt werden, die dann von einer entsprechenden Antriebstechnik der Automationskomponente umgesetzt werden. Denkbar ist hier z.B. die Bewegung eines Roboterarms. Das Steuerungssystem weist hierzu insbesondere auch entsprechende Rechenmittel bzw. einen Prozessor auf, zweckmäßigerweise auch entsprechende Schnittstellen, um die erwähnten Befehle bzw. Signale auszugeben.
Weiterhin weist das Steuerungssystem eine standardisierte (bzw. systemunabhängige) Daten-Schnittstelle auf und ist weiterhin dazu eingerichtet, über diese standardisierte Daten-Schnittstelle von extern, also z.B. über ein Netzwerk oder Internet, Steuerungsanweisungen zu empfangen und unter Verwendung dieser Steuerungsanweisungen die wenigstens eine Automationskomponente anzusteuern. Letzteres bedeutet also insbesondere auch, die empfangenen Steuerungsanweisungen in entsprechende Befehle bzw. Signale umzusetzen, die dann ausgegeben werden, um z.B. die Bewegung des Roboterarms zu bewirken. Die Steuerungsanweisungen wiederum enthalten insbesondere Kommandos bzw. Befehle, mittels welcher die wenigstens eine Automationskomponente gezielt gesteuert werden soll. Solche Kommandos können sehr verschiedene Komplexität aufweisen, sie reichen z.B. von Einzelaktionen wie beispielsweise. „Aktiviere Ausgang“ über Bewegungsbefehle („Fahre interpoliert unter Einhaltung vorgegebener Dynamikgrenzen zu einer Zielposition“) bis hin zu komplexen Abläufen („Führe Skript aus“ oder „Fahre von A nach D über B und C mit Verrunden der Kontur unter Einhaltung der Dynamikgrenzen sowie gegebener Bahnparameter“).
Unter einer standardisierten Daten-Schnittstelle ist dabei insbesondere zu verstehen, dass Steuerungsanweisungen in einem standardisierten Daten- bzw. Protokollformat empfangen und insbesondere auch verarbeitet werden können. Ein besonders bevorzugter Standard ist hierbei das sog. REST-Protokoll bzw. REST-Format (bzw. REST-API, wobei API für „Application Programming Interface“, eine Programmierschnittstelle steht), d.h. das Steuerungssystem weist zweckmäßigerweise eine gemäß REST standardisierte Daten-Schnittstelle auf und ist dazu eingerichtet, über die Daten-Schnittstelle von extern Steuerungsanweisungen gemäß REST-Protokoll, insbesondere zudem gemäß URI, zu empfangen und zweckmäßigerweise in interne Kommandos zum Ansteuern der Automationsanlage umzusetzen.
Der Begriff bzw. die Abkürzung REST steht dabei für „Representational State Transfer“ und bezeichnet ein Programmierparadigma für verteilte Systeme, insbesondere für Webservices. REST ist eine Abstraktion der Struktur und des Verhaltens des ‚World Wide Web‘. REST hat insbesondere das Ziel, einen Architekturstil zu schaffen, der die Anforderungen des modernen Web besser darstellt. Dabei unterscheidet sich REST vor allem in der Forderung nach einer einheitlichen Schnittstelle von anderen Architekturstilen. Anders als bei vielen verwandten Architekturen kodiert REST keine Methodeninformation in den URI (URI steht dabei für „Uniform Resource Identifier“, ist ein Identifikator und besteht aus einer Zeichenfolge, die zur Identifizierung einer abstrakten oder physischen Ressource dient), da der URI Ort und Namen der Ressource angibt, nicht aber die Funktionalität, die der Web-Dienst zu der Ressource anbietet.
Das REST-Protokoll umfasst grundsätzlich verschiedene Befehle, wobei für den vorliegenden Fall insbesondere der sog. POST-Befehl zweckmäßig ist. Dieser fügt eine neue (Sub-) Ressource unterhalb der angegebenen Ressource (bezieht sich im vorliegenden Fall auf eine Automationskomponente) ein. Da die neue Ressource noch keinen URI besitzt, adressiert der URI die übergeordnete Ressource. Als Ergebnis wird der neue Ressourcenlink dem Client zurückgegeben. POST kann im weiteren Sinne auch dazu verwendet werden, Operationen abzubilden, die von keiner anderen Methode abgedeckt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem Kommando insbesondere eine neu erstellte Ressource und unter einem Ressourcenlink eine eineindeutige Identifikationsnummer zu verstehen, mit der der Abarbeitungszustand des Kommandos abgefragt bzw. überwacht werden kann.
Der besondere Vorteil von REST liegt darin, dass z.B. im Word Wide Web bereits ein Großteil der für REST nötigen Infrastruktur (z. B. Web- und Application-Server, HTTP-fähige Clients, HTML- und XML-Parser, Sicherheitsmechanismen) vorhanden ist, und viele Web-Dienste per se REST-konform sind. Weiterhin existiert eine Vielzahl von Bibliotheken, die sehr einfach REST-Anfragen in vielen Programmiersprachen ermöglichen, um damit HMIs (Mensch-Maschine-Schnittstellen) oder auch andere überlagerte Steuerungsapplikationen zu erstellen.
Auf diese Weise wird es möglich, Steuerungsanweisungen - und damit Kommandos - für das Steuerungssystem unabhängig von Hardware und Betriebssystem des Steuerungssystems zu erstellen. Zweckmäßig ist beispielsweise, dass die Steuerungsanweisungen über einen Browser, der insbesondere auf einem entfernt von der Automationsanlage angeordneten Rechensystem bereitgestellt wird, über die standardisierte Daten-Schnittstelle an das Steuerungssystem übermittelt werden. Es kann auf diese Weise also besonders einfach eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) über reine Web-Technologien (z.B. HTML5) bereitgestellt werden, und zwar letztlich überall auf der Welt, solange eine entsprechende Datenanbindung, z.B. über Internet, vorhanden ist. Dabei können sowohl einzelne Befehle bzw. Kommandos als auch komplette Kommandosequenzen über die Steuerungsanweisungen vorgegeben und dann von dem Steuerungssystem abgearbeitet werden.
Mittels IPv6-Adressen ist es dann besonders bevorzugt möglich, jedes Steuerungssystem weltweit (solange eine entsprechende Datenanbindung, z.B. über Internet, vorhanden ist) zu adressieren (die IPv6-Adressen sind für jedes Steuerungssystem eineindeutig). Damit ist es (nur mittels der Request-Adresse) möglich, genau ein Steuerungssystem auf der Welt anzusprechen und an dieses genau bekannte Objekt (im Sinne einer Automationskomponente oder ggf. einem Teil davon) genau ein definiertes Kommando (im Rahmen der Steuerungsanweisung) zu schicken. Dazu ist z.B. nur ein Internetbrowser oder eine Bibliothek, die REST-Requests (also die entsprechenden standardisierten Steuerungsanweisungen) generieren kann, nötig. Durch die Adressierung gibt ein Anwender bekannt, an welche Entität des Steuerungssystems das Kommando bzw. die Steuerungsanweisung gehen soll. Weiterhin ist in der Adresse bevorzugt auch das Kommando angegeben, das ausgeführt werden soll.
Nutzdaten eines solchen REST-Requests enthalten dann die Parameter des Kommandos. Über die REST-Definition (Adresse und Daten werden in der Regel als untrennbare Einheit übermittelt) wird dabei sichergestellt, dass die Parameter immer konsistent sind. Das bedeutet, falls mehrere REST-Requests parallel erfolgen, kommt in der Steuerung immer ein konsistentes Paar aus Adresse und Nutzdaten an. Das Steuerungssystem sendet daraufhin eine Antwort zurück. Wenn das Kommando gültig war und ausgeführt werden kann, enthält diese Antwort eine Identifikation (eine eineindeutige Nummer), über die die Abarbeitung des Kommandos verfolgt/überwacht werden kann. Sollte das Kommando ungültig gewesen sein, enthält die Antwort z.B. einen Fehlercode, der die Art des Fehlers beschreibt (beispielsweise „ungültige Parameter“ oder „Kommando im aktuellen Steuerungszustand nicht erlaubt“).
Ein REST-Request bzw. allgemein eine Steuerungsanweisung wird zweckmäßigerweise mittels HTTPS oder einer anderen sicheren und/oder verschlüsselten Verbindung übertragen, sodass sowohl deren Integrität als auch die Vertraulichkeit sichergestellt ist.
Die Nutzdaten können sich je nach Kommando (innerhalb der Steuerungsanweisung) unterscheiden. So ist bei Bewegungskommandos typischerweise die Zielposition angegeben, bei Verwaltungskommandos werden ggf. andere Werte vorgegeben.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Steueranweisungen Kommandos enthalten, die einfache Anweisungen bzw. Befehle an die Automationskomponente darstellen, z.B. „Fahre nach Position x,y,z“. Damit ist eine besonders einfache Umsetzung der Übermittlung von Steuerungsanweisungen über eine standardisierte Daten-Schnittstelle möglich. Komplexe Aktionen wie „Greife das Objekt auf dem Förderband“) sind etwas aufwendiger in der Umsetzung, aber dennoch darstellbar.
Als Beispiel kann eine komplexe Bearbeitungsmaschine z.B. einen Beladeroboter („Loader“) enthalten. Um diesem Roboter von der aktuellen Position zur Position (X=10; Y=20; Z=30) auf einer Geraden fahren zu lassen, wird ein REST-Request an die Adresse „https://192.168.0.208:8069/rest/api/1.0/motion/kin/Loader/cmd/moveLinAbs/“ geschickt.
Dabei steht die IP-Adresse für die Steuerung, „kin“ für „Kinematik“ (also einen Roboter an dieser Steuerung), „Loader“ für den Namen des anzusteuernden Roboters, „cmd“ dafür, dass ein Kommando ausgeführt werden soll und „moveLinAbs“ für das konkrete Kommando.
Der Vorteil dieser Adressierung besteht darin, dass sie für Menschen lesbar ist, besonders einfach zu interpretieren und beliebig erweiterbar ist (um zusätzliche Automatisierungskomponenten oder auch um zusätzliche Kommandos).
Die Parameter des Kommandos sind in den Nutzdaten des REST-Requests enthalten. In diesem Beispiel könnten diese wie folgt aussehen.


 {     "kinPos":["10.0","20.0","30.0"],
       "lim":{ "vel":"500.0",
               "acc":"250.0",
               "dec":"250.0"}
 }

Mit Adresse und Nutzdaten ist das Kommando für die Steuerung komplett beschrieben und kann ausgeführt werden. Es werden keinerlei zusätzliche Daten benötigt.

Vorzugsweise ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, über die standardisierte Daten-Schnittstelle Steuerungsanweisungen zu empfangen, bei denen Nutzdaten in einem standardisierten Format, insbesondere als JSON enthalten sind. Der Begriff bzw. die Abkürzung JSON steht dabei für ‚JavaScript Object Notation‘, wobei es sich um ein kompaktes Datenformat in einer einfach lesbaren Textform zum Zweck des Datenaustauschs zwischen Anwendungen handelt. Jedes gültige JSON-Dokument soll ein gültiges JavaScript sein und per eval() (hierbei handelt es sich um eine Methode in JavaScript) interpretiert werden können. JSON ist typischerweise unabhängig von der Programmiersprache.

Dies bietet die Vorteile, dass die Nutzdaten damit menschenlesbar und flexibel erweiterbar sind. Die Reihenfolge der Parameter ist irrelevant, auch sind optionale Parameter sowie Pflichtparameter und verschiedenste Basistypen (Integer, Float, String, Enumeration, ...) oder komplexe Unterstrukturen möglich. Für jedes Kommando in einer Steuerungsanweisung kann, z.B. durch den Hersteller des Steuerungssystems, definiert werden, welche Parameter erlaubt und/oder notwendig sind.

Vorteilhafterweise ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, auf Anfrage über die standardisierte Daten-Schnittstelle Informationen über Steuerungsanweisungen für das Steuerungssystem, insbesondere ein Aufbauschema der Steuerungsanweisungen und/oder verfügbare Steuerungsweisungen, auszugeben. Damit kann z.B. im Sinne einer Metadaten-Abfrage der Adresse (des Steuerungssystems, von z.B. einem Browser aus) ein JSON-Schema, das die Struktur der Parameter eines gewünschten bzw. verschiedener Kommandos definiert, bezogen bzw. abgefragt werden.

Besonders bevorzugt ist es auch, wenn das Steuerungssystem dazu eingerichtet ist, unter Verwendung der Steuerungsanweisungen und in Abhängigkeit von darin enthaltenen Informationen über ein Zugriffsrecht auf das Steuerungssystem die wenigstens eine Automationskomponente anzusteuern. Auf diese Weise können beispielsweise durch ein in dem Steuerungssystem implementiertes Rechtemanagement z.B. ein Hersteller und/oder ein Betreiber der Automationsanlage steuern bzw. festlegen, dass nur berechtigte Personen bzw. Gruppen (bestimmte) Kommandos (im Rahmen der Steuerungsanweisungen) absetzen können. Ein solches Berechtigungskonzept kann dabei auf der Granularität einzelner Kommandos vorgegeben sein. Es kann damit genau spezifiziert werden, welcher Nutzer bzw. welche Nutzergruppe welches Kommando ausführen darf.

Vorzugsweise weist das Steuerungssystem einen Pufferspeicher auf und ist dazu eingerichtet, über die standardisierte Daten-Schnittstelle empfangene Steuerungsanweisungen in dem Pufferspeicher abzulegen und die Steuerungsanweisungen, unter Verwendung welcher die wenigstens eine Automationskomponente angesteuert wird, insbesondere nach Reihenfolge ihres Eingangs (also nach dem sog. FIFO-Prinzip, d.h. „First In First Out“), aus dem Pufferspeicher zu entnehmen. Damit ist es möglich, auch durchgängige Sequenzen (z.B. „Fahre von A nach D über B und C auf einem Spline, ohne anzuhalten“) über die eigentlich nicht echtzeitfähige Daten-Schnittstelle vorzugeben.

Ebenso kann es aber zweckmäßig sein, wenn das Steuerungssystem dazu eingerichtet ist, über die standardisierte Daten-Schnittstelle empfangene Steuerungsanweisung unmittelbar nach Empfang zum Ansteuern der wenigstens einen Automationskomponente zu verwenden. Eine Steuerungsanweisung bzw. ein Kommando wird dann sozusagen ungepuffert vorgegeben. In diesem Fall wird das bereits aktive Kommando verdrängt und das neue Kommando wird sofort aktiv.

Es versteht sich, dass sowohl die Variante mit Pufferspeicher als auch diejenige ohne Verwendung eines Pufferspeichers (der natürlich trotzdem vorhanden sein kann) parallel in dem Steuerungssystem vorgesehen sein können. Je nach Situation und/oder je nach Steuerungsanweisung (z.B. durch darin enthaltene Informationen) kann dann die eine oder die andere Variante zur Anwendung kommen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Konzepten für Automationsanlagen wird mit dem vorgeschlagenen Vorgehen bei den Steuerungsanweisungen bzw. den darin enthaltenen Kommandos weder etwas konfiguriert noch werden Daten abgefragt (obwohl dies über die beschriebenen Schnittstellen möglich ist). Es können konkrete Maschinenbewegungen vorgegeben werden. Die möglichen Kommandos entsprechen insbesondere exakt denjenigen, die auch aus einer lokalen SPS, einem lokal laufenden Skript oder über interne Schnittstellen vorgegeben werden können. Die Architektur kann insbesondere so gewählt bzw. realisiert werden, dass ein neu implementiertes Kommando direkt an allen Schnittstellen verfügbar ist.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Steuerungssystem eine weitere Daten-Schnittstelle aufweist und dazu eingerichtet ist, über die weitere Daten-Schnittstelle Steuerungsanweisungen zu empfangen und unter Verwendung dieser die wenigstens eine Automationskomponente anzusteuern. Es versteht sich, dass auch noch mehr solcher weiteren Daten-Schnittstellen vorgesehen sein können. Bei einer solchen weiteren Daten-Schnittstelle kann es sich insbesondere um eine herkömmliche Schnittstelle handeln, über welche Steuerungsanweisungen an das Steuerungssystem übermittelt werden können. Hier kommen insbesondere eine interne Schnittstelle, eine SPS oder eine auf Skript basierende Schnittstelle in Betracht, die dann zusätzlich zu der standardisieren Daten-Schnittstelle vorhanden ist. Diese können (ggf. abgesehen von der Echtzeitfähigkeit) funktional gleich ausgestaltet sein. Ein neu implementiertes Kommando ist damit insbesondere an allen Schnittstellen direkt verfügbar. Es ist vorzugsweise möglich, parallel von verschiedenen Schnittstellen aus zu kommandieren. Es ist ggf. zweckmäßig, in dem Steuerungssystem einen Datenrouter für verschiedene Datendienste vorzusehen, der (insbesondere ausschließlich) dazu genutzt wird, um die Daten, die über die standardisierte Daten-Schnittstelle empfangen werden, zu einer internen Kommando-Schnittstelle weiterzuleiten, über die die Steuerungsanweisungen in die Ansteuerbefehle umgesetzt werden, um die wenigstens eine Automationskomponente anzusteuern.

Hinsichtlich weiterer bevorzugter Ausgestaltungen sowie Vorteile des Verfahrens sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf vorstehende Ausführungen zum Steuerungssystem verwiesen, die hier entsprechend gelten.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Automationsanlage mit einem erfindungsgemäßen Steuerungssystem in einer bevorzugten Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

In 1 ist schematisch eine Automationsanlage 100 mit einem erfindungsgemäßen Steuerungssystem 110 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, mit der auch ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Das Steuerungssystem und das Verfahren sollen nachfolgend zusammen anhand der 1 näher erläutert werden.

Die Automationsanlage 100 weist neben dem Steuerungssystem 110 beispielhaft zwei Automationskomponenten 190 und 191 auf, die mittels des Steuerungssystems 110 gesteuert bzw. angesteuert werden. Bei den Automationskomponenten 190 und 191 kann es sich z.B. um Handhabungsvorrichtungen oder Roboter oder Roboterarme handeln. Die spezifische Art der Automationsanlage und deren Automationskomponenten sind für die vorliegende Erfindung jedoch wenig relevant.

Das Steuerungssystem 110 verfügt nun über eine standardisierte Daten-Schnittstelle 130, die vorzugsweise gemäß REST standardisiert ist. Bei dieser standardisierten Daten-Schnittstelle 130 kann es sich insbesondere um einen Webserver oder einen Teil bzw. eine Komponente davon handeln. Damit ist das Steuerungssystem 110 auch dazu eingerichtet, über die Daten-Schnittstelle 130 von extern Steuerungsanweisungen 120, gemäß REST-Protokoll, insbesondere zudem gemäß URI, zu empfangen.

Beispielhaft ist eine Steuerungsanweisung 120 gezeigt, die von einem extern bzw. entfernt von der Automationsanlage 100 angeordneten Client 200 über z.B. Internet an das Steuerungssystem 110 übermittelt wird. Die gezeigte Steuerungsanweisung umfasst beispielhaft ein Kommando 121 zum Kommandieren des Steuerungssystems 110 bzw. darüber einer der Automationskomponenten 190, 191, sowie Informationen 122 über Zugriffsrechte. Eine nähere Erläuterung der Steuerungsanweisungen erfolgt nachfolgend.

Über die standardisierte Daten-Schnittstelle 130 eingehende Steuerungsanweisungen werden über einen Datenrouter 140 einer gemeinsamen Schnittstelle 150 zugeführt, welche die Steuerungsanweisungen in die Ansteuerbefehle für die Automationsanlage 100 umwandelt und diese einem Pufferspeicher 160 zuführt. Von dort aus können die einzelnen Ansteuerbefehle dann sequenziell abgearbeitet, d.h. als entsprechende Signale bzw. Befehle zum Steuern bzw. Ansteuern der Automationskomponenten 190, 191, ausgegeben werden.

Weiterhin weist das Steuerungssystem 110 beispielhaft eine weitere Daten-Schnittstelle 131 auf, beispielsweise eine SPS (bzw. es kann eine SPS vorgesehen sein, die eine solche Schnittstelle aufweist). Über diese weitere Daten-Schnittstelle 131 empfangene Steuerungsanweisungen bzw. Kommandos können ebenfalls - nötigenfalls nach einer Umwandlung in Ansteuerbefehle für die Automationsanlage durch die gemeinsamen Schnittstelle 150 - dem Pufferspeicher 160 zugeführt und von dort dann ausgeführt werden. Denkbar ist aber auch, dass der Pufferspeicher 160 nur für die über die standardisierte Daten-Schnittstelle 130 eingehenden Steuerungsanweisungen bzw. die daraus erhaltenen Ansteuerbefehle verwendet wird.

Die Steuerungsanweisungen 120 werden, wie schon erwähnt, von einem Client 200 an das Steuerungssystem 110 übermittelt. Bei dem Client 200 kann es sich z.B. um einen Rechner mit einer Hardware 221, einem Betriebssystem 220 sowie einem Browser 210 (z.B. HTMLbasiert) handeln. Wie schon erwähnt, muss es sich jedoch nicht zwingend um einen Browser handeln. Anstatt eines Browsers bzw. Web-Browsers kann auch eine beliebige Applikation genutzt werden, die REST-Requests bzw. entsprechende Steuerungsanweisungen absetzen kann. Anstatt z.B. HTML5 kann auch Java/JavaScript oder eine beliebige andere Technologie, die vom verwendeten Browser ausgeführt werden kann, genutzt werden.

Wie schon erwähnt, sind in REST einige wenige Transaktionen definiert, wobei für das Absetzen von Kommandos im vorliegenden Fall insbesondere das sog. POST relevant ist. REST-Requests erfolgen über eine sog. URI. Für das Absetzen von Kommandos bzw. Steuerungsanweisungen kann eine URI in folgender Form benutzt werden:

https://<DevicelP>:<port>/rest/api/<Version>/motion/<ObjektType>/<ObjektName>/cmd/<Ko mmando>

Dabei sind:

<DevicelP> die Adresse es Steuerungssystems,
<port> die Portnummer der Anfrage, <Version> die Versionsnummer der standardisierten Daten-Schnittstelle,
<ObjektType> das zu kommandierende Objekt in dem Steuerungssystem (also die betreffende Automationskomponente, z.B. Achse, Roboter),
<ObjektName> ein eindeutiger Name des zu kommandierenden Objekts, und <Kommando> das Kommando (als string), das kommandiert werden soll.

Beispielsweise kann eine Steuerungsanweisung also wie folgt aussehen:

https://192.168.0.208:8069/rest/api/1.0/motion/axs/X/cmd/posAbs/

Mit der Adresse „motion/cmd“ sind z.B. globale Kommandos für das gesamte Motionsystem möglich (z.B. Globale Statemachine umschalten, globales Reset ausführen. Mit der Adresse „motion/axs/<name>/cmd“ sind z.B. Einzelachskommandos für die Achse mit dem Namen <name> möglich (z.B. Leistung zuschalten, Achsreset durchführen, Einzelachsbewegung ausführen) Mit der Adresse motion/kin/<name>/cmd" sind z.B. Kinematikkommandos für die Kinematik mit dem Namen <name> möglich (z.B. Kinematikreset durchführen, Kinematik auf einer Geraden verfahren).

Ein Browse auf der entsprechenden Adresse liefert bei dem Steuerungssystem dann z.B. eine Liste aller Kommandos der gewählten Entität (Automationskomponente). Beispielsweise liefert ein Browse auf „motion/cmd“: [„opstate“, „reset“], oder ein Browse auf „motion/axs/X/cmd“: [„pos-abs“, „pos-rel“, „pos-add“, „abort“, „reset“, „power“, „add-to-kin“, „rmvfrm-kin“, „jog-abs“, „jog-rel“].

Über z.B. eine Funktion „Metadaten abfragen“ einer bestimmten Adresse (die für eine Automationskomponente gilt) kann z.B. ein JSON-Schema bereitgestellt werden, das die Struktur der Parameter des jeweiligen Kommandos definiert.

Ein Beispiel für sog. Einzelachspositionieren kann wie folgt aussehen:


 {     "axsPos":"1200.0",
       "buffered":true,
       "lim":{ "vel":"500.0",
             "acc":"250.0",
             "dec":"250.0"}
 }

In diesem Beispiel wird ein Bewegungskommando abgesetzt und die Zielposition („1200.0“) ist in den Nutzdaten enthalten. Das Kommando soll gepuffert werden. Zu dem Kommando werden auch (in der separaten Struktur „lim“) Dynamikgrenzen für Geschwindigkeit (vel), Beschleunigung (acc und dec) angegeben, die bei der Bewegung eingehalten werden sollen oder müssen. Weitere optionale Parameter (z.B. für die Dynamikgrenze „Ruck“) wären möglich, sind bei dieser Kommandierung aber nicht enthalten.

Ein Beispiel zum Zuschalten von Leistung kann wie folgt aussehen:

 {     "switchOn":true

 }

Im diesem Beispiel wird ein Kommando abgesetzt, das die Leistung einer Einzelachse zuschalten soll. Der einzige notwendige Parameter „switchOn“ gibt an, dass die Leistung zugeschaltet (und nicht abgeschaltet) werden soll.

Ein Beispiel zum inkrementalen Tippen einer Kinematik kann wie folgt aussehen:


 {     "jogDir":[„0.0“,"0.5","0.5"],
       "joglncrement":"1 0.0",
       "lim":{ „vel“:"500.0",
            "acc":"250.0",
            "dec":"200.0"}
            "jrk-acc":"750.0" ,
            "jrk-dec":"650.0"}
 }

Hier wird ein Tipp-Kommando für inkrementales Tippen (einer Verfahrbewegung, die in einer vorgegebenen Richtung eine definiert Bahnlänge verfährt, bis sie an eine Grenze der konfigurierten Arbeitsraumes stößt) einer Kinematik abgesetzt. Das Tippen soll zu gleichen Teilen auf die zweite und dritte Achse der Kinematik wirken (jogDir ist dabei der kommandierte Richtungsvektor), als Weglänge (joglncrement) sind 10mm vorgegeben. Die Dynamiklimits sind analog zum Einzelachspositionieren oben angegeben. Allerdings soll hier die Bremsrampe flacher sein, deshalb ist ein kleinerer Wert für Bremsbeschleunigung vorgegeben. Zusätzlich sind Ruckgrenzen (jrk) angegeben.

Das Konzept ist immer kompatibel erweiterbar für neue Entitäten bzw. Automationskomponenten (die dann eine separate Subadresse erhalten) sowie für neue Kommandos (die einen eineindeutigen Namen für die entsprechende Entität haben müssen).

Dadurch, dass sowohl die möglichen Kommandos als auch das Schema der Parameter von außen angefragt werden können, ist eine Versionierung der standardisierten Daten-Schnittstelle nicht notwendig. Ein Client kann alle relevanten Daten durch Anfragen an den Server (bzw. das Steuerungssystem) selbst ermitteln. Es ist sogar möglich, eine komplett generische Oberfläche für die Kommandierung zu implementieren, die ausschließlich auf Daten eines konkreten Steuerungssystems beruht (und dann nur die Kommandos/Parameter anbietet, die diese Steuerung/Firmware/Lizenzierung unterstützt).

Der REST-Request kann mittels HTTPS übertragen werden und ist damit verschlüsselt und die Integrität ist sichergestellt. Durch ein in dem Steuerungssystem implementiertes Rechtemanagement kann z.B. der Betreiber der Automationsanlage steuern, dass nur berechtigte Personen/Gruppen Kommandos absetzen können. Das Berechtigungskonzept arbeitet dabei zweckmäßigerweise auf der Granularität einzelner Kommandos. Es kann damit genau spezifiziert werden, welcher Nutzer bzw. welche Nutzergruppe welches Kommando ausführen darf.

Claims

Steuerungssystem (110) für eine Automationsanlage (100), das dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) der Automationsanlage (100) anzusteuern, und das eine standardisierte Daten-Schnittstelle (130) aufweist und weiterhin dazu eingerichtet ist, über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) von extern Steuerungsanweisungen (120) zu empfangen, die empfangenen Steuerungsanweisungen (120) in Ansteuerbefehle für die wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) umzusetzen und unter Verwendung dieser die wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) anzusteuern.
Steuerungssystem (110) nach Anspruch 1, das eine gemäß REST standardisierte Daten-Schnittstelle (130) aufweist und dazu eingerichtet ist, über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) von extern Steuerungsanweisungen (120) gemäß REST-Protokoll, insbesondere zudem gemäß URI, zu empfangen.
Steuerungssystem (110) nach Anspruch 1 oder 2, das dazu eingerichtet ist, über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) Steuerungsanweisungen (120) zu empfangen, bei denen Nutzdaten in einem standardisierten Format, insbesondere als JSON, enthalten sind.
Steuerungssystem (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das dazu eingerichtet ist, auf Anfrage über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) Informationen über Steuerungsanweisungen für das Steuerungssystem (110), insbesondere ein Aufbauschema der Steuerungsanweisungen und/oder verfügbare Steuerungsweisungen, über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) auszugeben.
Steuerungssystem (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das dazu eingerichtet ist, unter Verwendung der Steuerungsanweisungen (120) und in Abhängigkeit von darin enthaltenen Informationen (122) über ein Zugriffsrecht auf das Steuerungssystem (110) die wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) anzusteuern.
Steuerungssystem (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Pufferspeicher (160), und das dazu eingerichtet ist, über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) empfangene Steuerungsanweisungen (120) in dem Pufferspeicher (160) abzulegen, und die Steuerungsanweisungen (120), unter Verwendung welcher die wenigstens eine Automationskomponente (90, 191) angesteuert wird, insbesondere nach Reihenfolge ihres Eingangs, aus dem Pufferspeicher (160) zu entnehmen.
Steuerungssystem (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das dazu eingerichtet ist, über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) unmittelbar nach dem Empfangen zum Ansteuern der wenigstens einen Automationskomponente (19, 191) zu verwenden.
Steuerungssystem (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das dazu eingerichtet ist, über die standardisierte Daten-Schnittstelle Steuerungsanweisungen (130) über ein Netzwerk, insbesondere über Internet, zu empfangen.
Steuerungssystem (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das eine weitere Daten-Schnittstelle (131) aufweist und dazu eingerichtet ist, über die weitere Daten-Schnittstelle (131) Steuerungsanweisungen zu empfangen und unter Verwendung dieser die wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) anzusteuern.
Verfahren zum Betreiben einer Automationsanlage (100) mit wenigstens einer Automationskomponente (190, 191) und einem Steuerungssystem (110), wobei Steuerungsanweisungen (120) von extern über eine standardisierte Daten-Schnittstelle (130) an das Steuerungssystem (110) übermittelt werden, wobei die empfangenen Steuerungsanweisungen (120) in Ansteuerbefehle für die wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) umgesetzt werden und wobei unter Verwendung dieser Ansteuerbefehle die wenigstens eine Automationskomponente (190, 191) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Steuerungsanweisungen (120) über einen Browser (210), der insbesondere auf einem entfernt von der Automationsanlage angeordneten Rechensystem (200) bereitgestellt wird, über die standardisierte Daten-Schnittstelle (130) an das Steuerungssystem (110) übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem ein Steuerungssystem (110) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird.