DE102022133650A1 - System and method for accessing a control unit to at least one field device - Google Patents

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DE102022133650A1 DE102022133650.6A DE102022133650A DE102022133650A1 DE 102022133650 A1 DE102022133650 A1 DE 102022133650A1 DE 102022133650 A DE102022133650 A DE 102022133650A DE 102022133650 A1 DE102022133650 A1 DE 102022133650A1
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Arne Felber
Jan Merkel
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Abstract

Die Erfindung umfasst ein System zum Zugriff von einer Bedieneinheit (BE) auf zumindest ein Feldgerät (FG1, FG2, FG3), umfassend:- das zumindest eine Feldgerät (FG1, FG2, FG3);- die Bedieneinheit (BE), wobei auf der Bedieneinheit (BE) ein vorgegebenes Betriebssystem mit zumindest einer Rahmenapplikation (RA) vorgesehen ist, wobei die Rahmenapplikation(RA) eine Field Device Tool(FDT)-Rahmenapplikation ist, wobei in die Rahmenapplikation (RA) eine erste Teilkomponente (TK1) eines Kommunikationstreibers und pro Feldgerät (FG1, FG2, FG3) zumindest ein Gerätetreiber ausgeführt ist, und wobei der zumindest eine Gerätetreiber Bedienfunktionalitäten für das entsprechende Feldgerät (FG1, FG2, FG3) beinhaltet; und- einen Kommunikationsserver (KS), wobei eine zweite Teilkomponente (TK2) des Kommunikationstreibers in dem Kommunikationsserver (KS) ausgeführt wird, wobei die erste Teilkomponente (TK1) eine Anfrage oder einen Bedienbefehl des zumindest einen Gerätetreibers in einem ersten OPC UA-konformen Telegramm an den Kommunikationsserver (KS) über ein OPC UA-Netzwerk (KN1) übermittelt, und wobei die zweite Teilkomponente (TK1) des Kommunikationstreibers die per erstem OPC UA-konformem Telegramm erhaltene Anfrage, bzw. den Bedienbefehl, in einem ersten feldbusprotokollkonformen Telegramm über ein Feldbussystem (FS) an das Feldgerät (FG1, FG2, FG3) übermittelt, sowie ein Verfahren zum Ausführen im erfindungsgemäßen System.The invention comprises a system for accessing at least one field device (FG1, FG2, FG3) from an operating unit (BE), comprising:- the at least one field device (FG1, FG2, FG3);- the operating unit (BE), wherein a predetermined operating system with at least one framework application (RA) is provided on the operating unit (BE), wherein the framework application (RA) is a Field Device Tool (FDT) framework application, wherein a first subcomponent (TK1) of a communication driver and at least one device driver are implemented in the framework application (RA) for each field device (FG1, FG2, FG3), and wherein the at least one device driver contains operating functionalities for the corresponding field device (FG1, FG2, FG3); and- a communication server (KS), wherein a second subcomponent (TK2) of the communication driver is executed in the communication server (KS), wherein the first subcomponent (TK1) transmits a request or an operating command of the at least one device driver in a first OPC UA-compliant telegram to the communication server (KS) via an OPC UA network (KN1), and wherein the second subcomponent (TK1) of the communication driver transmits the request or the operating command received via the first OPC UA-compliant telegram in a first fieldbus protocol-compliant telegram via a fieldbus system (FS) to the field device (FG1, FG2, FG3), as well as a method for execution in the system according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Zugriff von einer Bedieneinheit auf zumindest ein Feldgerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zugriff von einer Bedieneinheit auf zumindest ein Feldgerät.The invention relates to a system for accessing at least one field device from an operating unit. Furthermore, the invention relates to a method for accessing at least one field device from an operating unit.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.Field devices that are used in industrial plants are already known from the state of the art. Field devices are often used in process automation technology as well as in production automation technology. In principle, field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information. Field devices are used to record and/or influence process variables. Measuring devices or sensors are used to record process variables. These are used, for example, for pressure and temperature measurement, conductivity measurement, flow measurement, pH measurement, level measurement, etc. and record the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pH value, level, flow, etc. Actuators are used to influence process variables. These are, for example, pumps or valves that can influence the flow of a liquid in a pipe or the level in a container. In addition to the measuring devices and actuators mentioned above, field devices also include remote I/Os, radio adapters or general devices that are arranged at the field level.

Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.A large number of such field devices are produced and distributed by the Endress+Hauser Group.

In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme (DCS) bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung). In modern industrial plants, field devices are usually connected to higher-level units via communication networks such as fieldbuses (Profibus ® , Foundation ® Fieldbus, HART ® , etc.). The higher-level units are usually control systems (DCS) or control units such as a PLC (programmable logic controller).

Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.The higher-level units are used, among other things, for process control, process visualization, process monitoring and for commissioning the field devices. The measured values recorded by the field devices, in particular by sensors, are transmitted via the respective bus system to one (or possibly several) higher-level units. In addition, data transmission from the higher-level unit to the field devices via the bus system is also required, in particular for the configuration and parameterization of field devices and for controlling actuators.

Die Integration von Feldgeräten in objektbasierte Konfigurations- oder Managementsysteme erfolgt über Gerätebeschreibungen, die dafür sorgen, dass die übergeordneten Einheiten die von den Feldgeräten gelieferten Daten erkennen und interpretieren können. Bereit gestellt werden die Gerätebeschreibungen für jeden Feldgerätetyp bzw. für jeden Feldgerätetyp in unterschiedlichen Anwendungen von dem jeweiligen Gerätehersteller. Damit die Feldgeräte in unterschiedlichen Feldbussysteme integriert werden können, ist weiterhin zu beachten, dass unterschiedliche Gerätebeschreibungen für die unterschiedlichen Feldbussysteme erstellt werden müssen. So gibt es z. B. HART-, Fieldbus Foundation und Profibus-Gerätebeschreibungen.The integration of field devices into object-based configuration or management systems is carried out using device descriptions, which ensure that the higher-level units can recognize and interpret the data provided by the field devices. The device descriptions for each field device type or for each field device type in different applications are provided by the respective device manufacturer. In order for the field devices to be integrated into different fieldbus systems, it must also be noted that different device descriptions must be created for the different fieldbus systems. For example, there are HART, Fieldbus Foundation and Profibus device descriptions.

Um eine einheitliche Beschreibung für die Feldgeräte zu schaffen, haben die Fieldbus Foundation (FF), die HART Communication Foundation (HCF) und die Profibus Nutzerorganisation (PNO) eine einheitliche elektronische Gerätebeschreibung (Electronic Device Description EDD) erstellt; diese ist in der Norm IEC 61804-2 definiert.In order to create a uniform description for field devices, the Fieldbus Foundation (FF), the HART Communication Foundation (HCF) and the Profibus User Organization (PNO) have created a uniform electronic device description (EDD); this is defined in the IEC 61804-2 standard.

Für eine vollumfängliche Bedienung der Feldgeräte sind seit kurzem spezielle Gerätebeschreibungen, so genannte DTMs - Device Type Manager oder Gerätemanager - erhältlich, die den FDT - Field Device Tool - Spezifikationen entsprechen.For full operation of field devices, special device descriptions, so-called DTMs - Device Type Manager or Device Manager - have recently become available, which correspond to the FDT - Field Device Tool - specifications.

Die als Industriestandard geltende FDT-Spezifikation wurde von der PNO - Profibus Nutzer Organisation - in Zusammenarbeit mit dem ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektroindustrie - entwickelt. Die jeweils aktuelle FDT-Spezifikation ist über den ZVEI bzw. die PNO bzw. die FDT-Group erhältlich.The FDT specification, which is considered an industry standard, was developed by the PNO - Profibus User Organization - in cooperation with the ZVEI - Central Association of Electrical Engineering and Electrical Manufacturers. The latest FDT specification is available from the ZVEI or the PNO or the FDT Group.

Viele Feldgerätehersteller liefern bereits mit ihren Feldgeräten die entsprechenden DTMs aus. Die DTMs umfassen alle gerätespezifischen Daten, Funktionen und Betriebsregeln, wie z. B. die Gerätestruktur, vorhandene Kommunikationsmöglichkeiten und die grafische Benutzeroberfläche, sprich die GUI, für ein bestimmtes Feldgerät oder für eine bestimmte Feldgeräte-Familie.Many field device manufacturers already supply the corresponding DTMs with their field devices. The DTMs include all device-specific data, functions and operating rules, such as the device structure, existing communication options and the graphical user interface, i.e. the GUI, for a specific field device or for a specific field device family.

Als Laufzeitumgebung benötigen die DTMs eine Rahmenapplikation, hier den FDT-Frame. Die Rahmenapplikation und die entsprechenden DTMs erlauben einen sehr komfortablen Zugriff auf Feldgeräte, z. B. auf Geräteparameter, auf Messwerte, Diagnoseinformation, Statusinformation, etc., sowie den Aufruf von speziellen Funktionen, die einzelnen DTMs zur Verfügung stehen. Rahmenapplikation und DTMs bilden zusammen ein Teilkomponentenbasiertes Management- oder Konfigurationssystem für Feldgeräte. Damit die DTMs von verschiedenen Herstellern in der Rahmenapplikation korrekt funktionieren, müssen die Schnittstellen zur Rahmenapplikation und zu den übrigen DTMs klar definiert werden. Diese Schnittstellendefinition verbirgt sich hinter der Abkürzung FDT. Die FDT-Technologie vereinheitlicht die Kommunikationsschnittstelle zwischen Feldgeräten und übergeordneter Einheit. Das Besondere an dieser Technologie ist, dass sie unabhängig vom eingesetzten Kommunikations-protokoll sowie von der jeweiligen Software-Umgebung sowohl des Feldgeräts als auch des übergeordneten Systems funktioniert. FDT ermöglicht es, beliebige Feldgeräte über beliebige übergeordnete Systeme mit beliebigen Protokollen anzusprechen. Ein bekannter FDT-Frame ist beispielsweise das von der Endress+Hauser-Gruppe vertriebene „FieldCare“.The DTMs require a frame application as a runtime environment, here the FDT frame. The frame application and the corresponding DTMs allow very convenient access to field devices, e.g. to device parameters, measured values, diagnostic information, status information, etc., as well as calling up special functions that are available to individual DTMs. The frame application and DTMs together form a subcomponent-based management or configuration system for field devices. In order for the DTMs from different manufacturers to function correctly in the frame application, n, the interfaces to the frame application and to the other DTMs must be clearly defined. This interface definition is hidden behind the abbreviation FDT. FDT technology standardizes the communication interface between field devices and higher-level units. The special thing about this technology is that it works independently of the communication protocol used and the respective software environment of both the field device and the higher-level system. FDT makes it possible to address any field device via any higher-level system using any protocol. One well-known FDT frame is, for example, the "FieldCare" distributed by the Endress+Hauser Group.

Neben den Gerätetreibern (DTMs), die für jeden Feldgerättyp spezifisch ausgestaltet sind, sieht die FDT-Technologie weitere Treibertypen vor: Gatewaytreiber und Kommunikationstreiber. Ein Gatewaytreiber (Gateway DTM) ist ein DTM, der spezifisch für ein Gatewaygerät ausgestaltet ist. Ein Gateway ist ein Netzwerkgerät, welches verschiedene Netzwerksegmente miteinander verbindet und ggf. für eine Protokollumsetzung zwischen den verbundenen Netzwerksegmenten sorgt. Der Gatewaytreiber wird wie ein Gerätetreiber in die Rahmenapplikation eingebunden und ermöglicht eine Konfiguration und Bedienung des Gateways von der Rahmenapplikation aus.In addition to the device drivers (DTMs), which are specifically designed for each field device type, the FDT technology provides for other driver types: gateway drivers and communication drivers. A gateway driver (gateway DTM) is a DTM that is specifically designed for a gateway device. A gateway is a network device that connects different network segments and, if necessary, ensures protocol conversion between the connected network segments. The gateway driver is integrated into the frame application like a device driver and enables the gateway to be configured and operated from the frame application.

Ein Kommunikationstreiber (CommDTM) wird wie die Gerätetreiber und die Gatewaytreiber in die Rahmenapplikation eingebunden. Er sorgt für eine Umsetzung der von einem Gerätetreiber erstellten Bedienkommandos, bzw. Anfragen an ein Feldgerät, in das entsprechende Protokoll des Feldbusnetzwerks.A communication driver (CommDTM) is integrated into the frame application like the device drivers and the gateway drivers. It ensures that the operating commands or requests to a field device created by a device driver are converted into the corresponding protocol of the fieldbus network.

Beispiele für FDT-Systeme, in denen auch Kommunikationstreiber (CommDTMs) zum Einsatz kommen, sind beispielsweise in der DE 103 13 389 A1 , in der DE 10 2005 063 162 A1 , in der DE 10 2007 058 606 A1 , in der DE 10 2009 027 949 A1 , in der DE 10 2009 045 386 A1 , in der DE 10 2011 077 787 A1 und in der US 9,513,785 B2 beschrieben.Examples of FDT systems that also use communication drivers (CommDTMs) are in the DE 103 13 389 A1 , in the EN 10 2005 063 162 A1 , in the EN 10 2007 058 606 A1 , in the EN 10 2009 027 949 A1 , in the EN 10 2009 045 386 A1 , in the EN 10 2011 077 787 A1 and in the US9,513,785 B2 described.

In Anlagen der Automatisierungstechnik, besonders in der Untergruppe der Prozessautomatisierung, ist das Produktionsnetz (OT = „Operation Technology“) zu welchem das Feldbussystem, bzw. die Feldbussysteme mit den Steuerungseinheiten, Netzwerkgeräten und Feldgeräten, sowie die Leitwarte der Anlage umfasst, von der Infrastruktur (IT = „Information Technology“) getrennt und besonders geschützt. Für die Wartung und Inbetriebnahme wird eine Verbindung zu den Feldgeräten aufgebaut und Daten mittels FDT-Technologie ausgetauscht. Da bei FDT wie bereit beschrieben eine protokollspezifische Kommunikation (PROFINET, Ethernet/IP, Modbus, HART-IP) im Netzwerk aufgebaut wird, ist die Absicherung mit einem hohen Aufwand verbunden. Daher wird der FDT-Host in der Regel an das OT-Netz angeschlossen. Zudem kommunizieren die meisten Protokolle ungesichert und ohne Authentifizierung. Dies stellt ein erhöhtes Risiko für das System dar, das auch mit VPN nur bedingt abgesichert werden kann. Wenn der FDT-Host kompromittiert wird, ist das gesamte OT-Netz gefährdet.In automation systems, particularly in the subgroup of process automation, the production network (OT = "Operation Technology"), which includes the fieldbus system or the fieldbus systems with the control units, network devices and field devices, as well as the control room of the system, is separated from the infrastructure (IT = "Information Technology") and specially protected. For maintenance and commissioning, a connection is established to the field devices and data is exchanged using FDT technology. Since, as already described, FDT establishes protocol-specific communication (PROFINET, Ethernet/IP, Modbus, HART-IP) in the network, securing it involves a great deal of effort. The FDT host is therefore usually connected to the OT network. In addition, most protocols communicate in an unsecured manner and without authentication. This represents an increased risk for the system, which can only be secured to a limited extent even with VPN. If the FDT host is compromised, the entire OT network is at risk.

Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzustellen, welches sicheren einen Zugriff auf Feldgeräte mittels der FDT-Technologie aus der IT-Ebene heraus ermöglicht.Based on this problem, the invention is based on the task of presenting a method which enables secure access to field devices using FDT technology from the IT level.

Die Aufgabe wird durch ein System gemäß Patentanspruch 1, sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by a system according to patent claim 1 and by a method according to patent claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Hinsichtlich des Systems ist vorgesehen, dass dieses zum Zugriff von einer Bedieneinheit auf zumindest ein Feldgerät ausgestaltet ist und die folgenden Komponenten umfasst:

  • - das zumindest eine Feldgerät, welches in einer Anlage der Automatisierungstechnik eingesetzt ist und zum Erfassen und/oder Beeinflussen von physikalischen, chemischen und/oder biologischen Größen eines verfahrenstechnischen Prozesses ausgestaltet ist, wobei das Feldgerät in ein Feldbussystem der Automatisierungstechnik eingebunden ist;
  • - die Bedieneinheit, wobei auf der Bedieneinheit ein vorgegebenes Betriebssystem mit zumindest einer Rahmenapplikation vorgesehen ist, wobei die Rahmenapplikation eine Field Device Tool(FDT)-Rahmenapplikation ist, wobei in die Rahmenapplikation eine erste Teilkomponente eines Kommunikationstreibers und pro Feldgerät zumindest ein Gerätetreiber ausgeführt ist, und wobei der zumindest eine Gerätetreiber Bedienfunktionalitäten für das entsprechende Feldgerät beinhaltet; und
  • - einen Kommunikationsserver, wobei das Feldgerät über das Feldbussystem in Kommunikationsverbindung mit dem Kommunikationsserver steht, wobei der Kommunikationsserver mit der Bedieneinheit über ein OPC UA-Netzwerk in Kommunikationsverbindung steht, wobei eine zweite Teilkomponente des Kommunikationstreibers in dem Kommunikationsserver ausgeführt wird, wobei die erste Teilkomponente des Kommunikationstreibers dazu ausgestaltet ist, eine Anfrage oder einen Bedienbefehl des zumindest einen Gerätetreibers in einem ersten OPC UA-konformen Telegramm an den Kommunikationsserver über das OPC UA-Netzwerk zu übermitteln, und wobei die zweite Teilkomponente des Kommunikationstreibers dazu ausgestaltet ist, die per erstem OPC UA-konformem Telegramm erhaltene Anfrage, bzw. den Bedienbefehl, in einem ersten feldbusprotokollkonformen Telegramm an das Feldgerät zu übermitteln.
With regard to the system, it is intended that it is designed for access from an operating unit to at least one field device and comprises the following components:
  • - the at least one field device which is used in an automation technology system and is designed to detect and/or influence physical, chemical and/or biological variables of a process engineering process, wherein the field device is integrated into a fieldbus system of the automation technology;
  • - the operating unit, wherein a predetermined operating system with at least one framework application is provided on the operating unit, wherein the framework application is a Field Device Tool (FDT) framework application, wherein a first subcomponent of a communication driver and at least one device driver per field device are implemented in the framework application, and wherein the at least one device driver contains operating functionalities for the corresponding field device; and
  • - a communication server, wherein the field device is in communication connection with the communication server via the fieldbus system, wherein the communication server is in communication connection with the operating unit via an OPC UA network, wherein a second subcomponent of the communication driver is executed in the communication server, wherein the first subcomponent of the communication driver is designed to execute a request or an operating command of the at least one device driver in a first OPC UA-compliant telegram to the communication server via the OPC UA network, and wherein the second subcomponent of the communication driver is designed to transmit the request received via the first OPC UA-compliant telegram, or the operating command, to the field device in a first fieldbus protocol-compliant telegram.

Erfindungsgemäß ist es also vorgesehen, den Kommunikationstreiber, der üblicherweise in der Rahmenapplikation der Bedieneinheit ausgeführt wird, in zwei Teilkomponenten aufzuteilen. Normalerweise ist es die Aufgabe des Kommunikationstreibers, das FDT-Kommunikationsprotokoll spezifisch zu implementieren und beispielsweise über das Netzwerk auszusenden, an welches die Bedieneinheit angeschlossen ist. Im erfindungsgemäßen Verfahren baut nun eine Teilkomponente des Kommunikationstreibers eine protokollunabhängige Kommunikation über OPC-UA zu einer zweiten Teilkomponente des Kommunikationstreibers auf. Dieser wandelt die Kommunikation in ein feldbusspezifisches Protokoll um.According to the invention, it is therefore provided to divide the communication driver, which is usually implemented in the frame application of the control unit, into two subcomponents. Normally, the task of the communication driver is to specifically implement the FDT communication protocol and, for example, to send it over the network to which the control unit is connected. In the method according to the invention, a subcomponent of the communication driver now establishes a protocol-independent communication via OPC-UA to a second subcomponent of the communication driver. This converts the communication into a fieldbus-specific protocol.

Durch diese Aufteilung kann die Bedieneinheit aus der OT-Ebene herausgelöst werden. Die Verwendung des OPC UA-Protokolls erlaubt es, die Kommunikation einfach zu überprüfen und gegebenenfalls abzusichern, beispielsweise mithilfe von Zertifikaten. Auch Telegramme, welche in Einklang mit ungeschützten Feldbusprotokolle erstellt werden, werden so sicher über das OPC UA-Netzwerk transportiert. Eine eventuelle Firewall zwischen der Bedieneinheit und dem Feldbussystem kann darüber hinaus entfallen.This division allows the control unit to be separated from the OT level. The use of the OPC UA protocol makes it easy to check communication and, if necessary, to secure it, for example using certificates. Telegrams that are created in accordance with unprotected fieldbus protocols are also transported securely over the OPC UA network. A possible firewall between the control unit and the fieldbus system can also be omitted.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, den Umfang der erlaubten Kommunikation im Kommunikationsserver einzuschränken. Sollte die Bedieneinheit anschließend kompromittiert werden, so ist der Zugriff auf die OT-Ebene der Anlage auf den unterstützten Bereich des Kommunikationsservers beschränkt.It may also be planned to restrict the scope of permitted communication in the communication server. If the control unit is subsequently compromised, access to the OT level of the system is restricted to the supported area of the communication server.

Beispiele für Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit der Erfindung genannt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung aufgeführt worden.Examples of field devices which are mentioned in connection with the invention have already been listed in the introductory part of the description.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems ist die zweite Teilkomponente des Kommunikationstreibers dazu ausgestaltet, einen Inhalt eines von dem zumindest einen Feldgerät empfangenen zweiten feldbusprotokollkonformen Telegramms in einem zweiten OPC UA-konformen Telegramm an die Bedieneinheit zu übermitteln. Das System ermöglicht dadurch auch den Rückweg der Antwort des Feldgeräts zu der Bedieneinheit. Dies geschieht analog zu dem Hinweg, wobei nun die zweite Teilkomponente des Kommunikationstreibers das Telegramm in ein OPC UA-konformes Telegramm umwandelt.According to an advantageous embodiment of the system, the second subcomponent of the communication driver is designed to transmit a content of a second fieldbus protocol-compliant telegram received from the at least one field device to the control unit in a second OPC UA-compliant telegram. The system thus also enables the field device's response to be sent back to the control unit. This happens in a similar way to the outward path, with the second subcomponent of the communication driver now converting the telegram into an OPC UA-compliant telegram.

Eine Ausgestaltung des Systems sieht vor, dass die Bedieneinheit dazu ausgestaltet ist, in der Kommunikationsverbindung mit dem Kommunikationsserver als OPC UA-Client zu agieren. Dementsprechend ist der Kommunikationsserver dazu ausgestaltet, in der Kommunikationsverbindung mit der Bedieneinheit als OPC UA-Server zu agieren.One embodiment of the system provides that the operating unit is designed to act as an OPC UA client in the communication connection with the communication server. Accordingly, the communication server is designed to act as an OPC UA server in the communication connection with the operating unit.

In einer Ausgestaltung des Systems ist die Bedieneinheit eine Rechnereinheit, insbesondere ein stationärer PC oder ein Laptop.In one embodiment of the system, the operating unit is a computer unit, in particular a stationary PC or a laptop.

Es kann auch vorgesehen sein, dass weitere Typen von Bedieneinheiten, beispielsweise mobile Endgeräte (wie bspw. Smartphones oder Tablets) oder Bedieneinheiten wie der von der Endress+Hauser-Gruppe vertriebene „Field Xpert“ im erfindungsgemäßen System eingesetzt werden können. Voraussetzung hierfür ist, dass deren Betriebssystem die Ausführung einer FDT-Rahmenapplikation erlaubt.It can also be provided that other types of operating units, for example mobile devices (such as smartphones or tablets) or operating units such as the "Field Xpert" sold by the Endress+Hauser Group, can be used in the system according to the invention. The prerequisite for this is that their operating system allows the execution of an FDT frame application.

Gemäß einer Ausgestaltung des Systems ist es vorgesehen, dass die Bedieneinheit in einer IT-Netzwerkebene der Anlage angeordnet ist. Die IT-Netzwerkebene beschreibe jene Netzwerkebene, welche außerhalb der OT-Netzwerkebene ist. Zu der OT-Netzwerkebene zählen beispielsweise das Feldbussystem, Steuerungseinheiten, Netzwerkgeräte und Feldgeräte, sowie die Leitwarte der Anlage.According to one design of the system, the control unit is arranged in an IT network level of the system. The IT network level describes the network level that is outside the OT network level. The OT network level includes, for example, the fieldbus system, control units, network devices and field devices, as well as the control room of the system.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Systems sieht vor, dass die zweite Teilkomponente des Kommunikationstreibers einen für das Protokoll des Feldbussystems spezifischen Kommunikationsstack implementiert. Der Kommunikationsstack verwaltet hierbei sowohl die Kommunikation zum Feldgerät, also das Erstellen von feldbusprotokollkonformen Telegrammen, als auch die vom Feldgerät eingehende Kommunikation, also das Verarbeiten von feldbusprotokollkonformen Telegrammen. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass auf dem Kommunikationsserver mehrere zweite Teilkomponenten des Kommunikationstreibers vorgesehen sind, die jeweils verschiedene Feldbusprotokolle bedienen können, oder dass die zweite Teilkomponente mehrere verschiedene feldbusspezifische, also für verschiedene Feldbusprotokolle ausgelegte, Kommunikationsstacks implementiert.An advantageous embodiment of the system provides that the second subcomponent of the communication driver implements a communication stack specific to the protocol of the fieldbus system. The communication stack manages both the communication to the field device, i.e. the creation of telegrams that conform to the fieldbus protocol, and the communication received from the field device, i.e. the processing of telegrams that conform to the fieldbus protocol. It can also be provided that several second subcomponents of the communication driver are provided on the communication server, each of which can serve different fieldbus protocols, or that the second subcomponent implements several different fieldbus-specific communication stacks, i.e. those designed for different fieldbus protocols.

Hinsichtlich des Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses zum Zugriff von einer Bedieneinheit auf zumindest ein Feldgerät dient. Hierbei wird das Feldgerät in einer Anlage der Automatisierungstechnik eingesetzt und beeinflusst und/oder erfasst physikalische, chemische und/oder biologische Größen eines verfahrenstechnischen Prozesses, wobei das Feldgerät in ein Feldbussystem der Automatisierungstechnik eingebunden ist, wobei auf der Bedieneinheit ein vorgegebenes Betriebssystem mit zumindest einer Rahmenapplikation vorgesehen ist, wobei die Rahmenapplikation eine Field Device Tool(FDT)-Rahmenapplikation ist, wobei die Rahmenapplikation eine erste Teilkomponente eines Kommunikationstreibers und pro Feldgerät zumindest ein Gerätetreiber ausführt, wobei der zumindest eine Gerätetreiber Bedienfunktionalitäten für das entsprechende Feldgerät beinhaltet, wobei ein Kommunikationsserver vorgesehen ist, mit welchem das Feldgerät über das Feldbussystem in Kommunikationsverbindung und mit welchem die Bedieneinheit über ein OPC UA-Netzwerk in Kommunikationsverbindung steht, wobei der Kommunikationsserver eine zweite Teilkomponente des Kommunikationstreibers ausführt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die folgenden Verfahrensschritte:

  • - Generieren einer an das zumindest eine Feldgerät vorgesehene Anfrage oder eines Bedienbefehls mittels dem dem Feldgerät zugeordneten Gerätetreiber;
  • - Erstellen eines ersten OPC UA-konformen Telegramms durch die erste Teilkomponente des Kommunikationstreibers, wobei das erste OPC UA-konforme Telegramm die Anfrage, bzw. den Bedienbefehl enthält;
  • - Übermitteln des ersten OPC UA-konformen Telegramms von der Bedieneinheit an den Kommunikationsserver über das OPC UA-Netzwerk;
  • - Erstellen eines ersten feldbusprotokollkonformen Telegramms durch die zweite Teilkomponente des Kommunikationstreibers, wobei das erste feldbusprotokollkonforme Telegramm die Anfrage, bzw. den Bedienbefehl enthält; und
  • - Übermitteln des ersten feldbusprotokollkonformen Telegramms von dem Kommunikationsserver an das Feldgerät über das Feldbussystem.
With regard to the method, it is intended that it serves to access at least one field device from an operating unit. The field device is used in an automation system and influences and/or records physical mechanical, chemical and/or biological variables of a process engineering process, wherein the field device is integrated into a fieldbus system of automation technology, wherein a predetermined operating system with at least one framework application is provided on the operating unit, wherein the framework application is a Field Device Tool (FDT) framework application, wherein the framework application executes a first subcomponent of a communication driver and at least one device driver per field device, wherein the at least one device driver contains operating functionalities for the corresponding field device, wherein a communication server is provided with which the field device is in communication connection via the fieldbus system and with which the operating unit is in communication connection via an OPC UA network, wherein the communication server executes a second subcomponent of the communication driver. The method according to the invention comprises the following method steps:
  • - generating a request or an operating command intended for the at least one field device by means of the device driver assigned to the field device;
  • - Creation of a first OPC UA-compliant telegram by the first subcomponent of the communication driver, whereby the first OPC UA-compliant telegram contains the request or the operating command;
  • - Transmitting the first OPC UA compliant telegram from the control unit to the communication server via the OPC UA network;
  • - Creation of a first fieldbus protocol-compliant telegram by the second subcomponent of the communication driver, wherein the first fieldbus protocol-compliant telegram contains the request or the operating command; and
  • - Transmitting the first fieldbus protocol compliant telegram from the communication server to the field device via the fieldbus system.

Wie schon bereits das erfindungsgemäße System ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine sichere Kommunikation zwischen einer Bedieneinheit mit einem FDT-System und einem Feldgerät aus der OT-Ebene der Anlage heraus. Die Aufteilung des Kommunikationstreibers in zwei Teilkomponenten, welche auf die Bedieneinheit und einen Kommunikationsserver aufgeteilt werden, erlaubt die Verwendung des sicheren OPC UA-Protokolls. Das Protokoll des Feldbussystems wird somit durch die OPC UA-Kommunikation hindurchgetunnelt.Like the system according to the invention, the method according to the invention enables secure communication between an operating unit with an FDT system and a field device from the OT level of the system. The division of the communication driver into two subcomponents, which are divided between the operating unit and a communication server, allows the use of the secure OPC UA protocol. The protocol of the fieldbus system is thus tunneled through the OPC UA communication.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren die folgenden weiteren Verfahrensschritte umfasst:

  • - Generieren eines zweiten feldbusprotokollkonformen Telegramms mittels des Feldgeräts, wobei das zweite feldbusprotokollkonformen Telegramm eine Antwort des Feldgeräts enthält;
  • - Übermitteln des zweiten feldbusprotokollkonformen Telegramms von dem Feldgerät an den Kommunikationsserver über das Feldbussystem;
  • - Erstellen eines zweiten OPC UA-konformen Telegramms durch den Kommunikationsserver, wobei das zweite OPC UA-konforme Telegramm die Antwort des Feldgeräts enthält; und
  • - Übermitteln des zweiten OPC UA-konformen Telegramms von dem Kommunikationsserver an die Bedieneinheit über das OPC UA-Netzwerk.
According to an advantageous embodiment of the method, it is provided that the method comprises the following further method steps:
  • - generating a second fieldbus protocol compliant telegram by means of the field device, wherein the second fieldbus protocol compliant telegram contains a response from the field device;
  • - Transmitting the second fieldbus protocol compliant telegram from the field device to the communication server via the fieldbus system;
  • - Creation of a second OPC UA-compliant telegram by the communication server, wherein the second OPC UA-compliant telegram contains the response of the field device; and
  • - Transmitting the second OPC UA compliant telegram from the communication server to the control unit via the OPC UA network.

Dies geschieht analog zu dem Hinweg, wobei nun die zweite Teilkomponente des Kommunikationstreibers das Telegramm in ein OPC UA-konformes Telegramm umwandelt.This happens analogously to the outward path, whereby the second subcomponent of the communication driver now converts the telegram into an OPC UA-compliant telegram.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt

  • 1: ein Ausführungsbeispiel des Systems.
The invention is explained in more detail with reference to the following figure. It shows
  • 1 : an embodiment of the system.

In 1 ist ein Teil des Kommunikationsnetzwerks einer Anlage der Prozessautomatisierung gezeigt. Ein Feldbussystem FS ist Teil des Kommunikationsnetzwerks. Das Feldbussystem FS kann hierbei mehrere Segmente aufweisen. Bei dem oberen Segment des Feldbussystems FS handelt es sich beispielsweise um einen Ethernet/IP-Feldbus. Alternativ können auch weitere gebräuchliche Protokolle verwendet werden, beispielsweise Profibus DP oder Profinet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Steuerungseinheit SPS mit dem oberen Segment des Feldbussystems FS verbunden. Beispielsweise handelt es sich hierbei um eine speicherprogrammierbare Steuerung (beispielsweise Siemens S7 Simatic).In 1 a part of the communication network of a process automation system is shown. A fieldbus system FS is part of the communication network. The fieldbus system FS can have several segments. The upper segment of the fieldbus system FS is, for example, an Ethernet/IP fieldbus. Alternatively, other common protocols can also be used, such as Profibus DP or Profinet. In the example shown, a control unit PLC is connected to the upper segment of the fieldbus system FS. For example, this is a programmable logic controller (e.g. Siemens S7 Simatic).

Mehrere Feldgeräte FG1, FG2, FG3 sind mittels unteren Segmenten des Feldbussystems FS mit der Steuerungseinheit SPS verbunden. Die unteren Segmente des Feldbussystems FS nutzen hierbei beispielsweise HART als Protokoll. Alternativ sind auch weitere Feldbusprotokolle verwendbar, beispielsweise Foundation Fieldbus oder Profibus PA.Several field devices FG1, FG2, FG3 are connected to the PLC control unit via lower segments of the fieldbus system FS. The lower segments of the fieldbus system FS use HART as a protocol, for example. Alternatively, other fieldbus protocols can also be used, such as Foundation Fieldbus or Profibus PA.

Bei den Feldgeräten FG1, FG2, FG3 handelt es sich beispielsweise um Messgeräte, welche zumindest ein Sensorelement zum Erfassen einer physikalischen, chemischen und/oder biologischen Größe eines verfahrenstechnischen Prozesses ausgestaltet sind (beispielsweise Temperatur, Druck, Füllstand, Durchfluss, pH-Wert, Leitfähigkeit, etc.), oder um Aktoren, welche eine Aktoreinheit zum Beeinflussen einer solchen Größen aufweisen (beispielsweise eine Pumpe oder ein Ventil).The field devices FG1, FG2, FG3 are, for example, measuring devices which are designed with at least one sensor element for detecting a physical, chemical and/or biological variable of a process engineering process (for example temperature, pressure, fill level, flow, pH value, conductivity, etc.), or actuators which have an actuator unit for Influence such quantities (for example a pump or a valve).

Das obere Segment des Feldbussystems FS ist über ein erstes Gateway GW1 mit einem dritten Kommunikationsnetzwerk KN3 verbunden. Dieses Kommunikationsnetzwerk KN3 verbindet Komponenten der Leitstelle der Anlage und ist beispielsweise Ethernet-basiert. Das erste Gateway GW1 sorgt hierbei für eine Protokollumsetzung von zwischen dem Feldbussystem FS und dem dritten Kommunikationsnetzwerk KN3 ausgetauschten Telegrammen. Als Komponente der Leitstelle ist hier ein Workstation-PC PC abgebildet, welcher beispielsweise eine DCS(=„Distributed Control System“, zu Deutsch „verteiltes Leitstellensystem)-Software aufweist, mittels welcher Werte der Feldgeräte FG1, FG2, FG3 empfangen und verarbeitet, aber auch Befehle an die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 übermittelt werden können.The upper segment of the fieldbus system FS is connected to a third communication network KN3 via a first gateway GW1. This communication network KN3 connects components of the system's control center and is, for example, Ethernet-based. The first gateway GW1 ensures protocol implementation of telegrams exchanged between the fieldbus system FS and the third communication network KN3. A workstation PC is shown here as a component of the control center, which has, for example, DCS (= "Distributed Control System") software, by means of which values from the field devices FG1, FG2, FG3 can be received and processed, but also commands can be transmitted to the field devices FG1, FG2, FG3.

Die bis hierhin genannten Kommunikationsnetzwerke, bzw. Feldbussysteme und die darin enthaltenen Komponenten gehören zur OT-Netzwerkebene OT der Anlage. Diese Netzwerkebene zeichnet aus, dass die darin enthaltenen Komponenten einem starken Regelwerk unterworfen sind und es insbesondere keinen Zugriff von außerhalb gibt.The communication networks or fieldbus systems mentioned so far and the components they contain belong to the OT network level of the system. This network level is characterized by the fact that the components it contains are subject to a strict set of rules and, in particular, there is no access from outside.

Das obere Segment des Feldbussystems FS ist über ein zweites Gateway GW2 mit einem zweiten Kommunikationsnetzwerk KN2 verbunden. Dieses Kommunikationsnetzwerk KN2, welches beispielsweise ethernetbasiert ist, ist in der IT-Netzwerkebene IT der Anlage angeordnet. Die IT-Netzwerkebene ist eine Verwaltungsebene, welche beispielsweise mit dem Internet verbunden ist. Das zweite Gateway GW1 sorgt hierbei für eine Protokollumsetzung von Telegrammen, welche von dem Feldbussystem FS an das zweite Kommunikationsnetzwerk KN2 gerichtet sind, bzw. sammelt und filtert Telegramme des Feldbussystems FS, welche für das zweite Kommunikationsnetzwerk KN2 von Belang sind. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass das zweite Gateway GW2 als Datendiode arbeitet und keine Telegramme von dem zweiten Kommunikationsnetzwerk KN2 an das Feldbussystem FS weiterleitet.The upper segment of the fieldbus system FS is connected to a second communication network KN2 via a second gateway GW2. This communication network KN2, which is Ethernet-based, for example, is located in the IT network level IT of the system. The IT network level is an administration level that is connected to the Internet, for example. The second gateway GW1 ensures protocol implementation of telegrams that are directed from the fieldbus system FS to the second communication network KN2, or collects and filters telegrams from the fieldbus system FS that are relevant for the second communication network KN2. It can be provided that the second gateway GW2 works as a data diode and does not forward any telegrams from the second communication network KN2 to the fieldbus system FS.

Im zweiten Kommunikationsnetzwerk KN2 ist eine Bedieneinheit BE angeordnet. Diese Bedieneinheit BE ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Rechnereinheit, insbesondere ein PC. Auf der Bedieneinheit BE läuft eine Rahmenapplikation RA, im Speziellen eine FDT-Rahmenapplikation. In die Rahmenapplikation RA sind Gerätetreiber für die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 integriert, mit deren Hilfe die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 über die Bedieneinheit BE bedient werden können. Der Begriff „Bedienen“ ist hierbei breit auszulegen und umfasst beispielsweise das Schreiben und Lesen von Parameterwerten.An operating unit BE is arranged in the second communication network KN2. In the present embodiment, this operating unit BE is a computer unit, in particular a PC. A framework application RA, specifically an FDT framework application, runs on the operating unit BE. Device drivers for the field devices FG1, FG2, FG3 are integrated into the framework application RA, with the help of which the field devices FG1, FG2, FG3 can be operated via the operating unit BE. The term "operate" is to be interpreted broadly here and includes, for example, the writing and reading of parameter values.

Zum sicheren Zugriff auf die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 ist die Bedieneinheit BE über ein erstes Kommunikationsnetzwerk KN1 mit einem Kommunikationsserver KS verbunden. Die Sicherung des Zugriffs ist essenziell, da sich die Bedieneinheit BE in der IT-Netzwerkebene IT der Anlage befindet und das zu bedienende Geräte in der OT-Netzwerkebene OT der Anlage. Es sollen also Daten von der IT-Netzwerkebene IT in die OT-Netzwerkebene eingebracht werden.To ensure secure access to the field devices FG1, FG2, FG3, the control unit BE is connected to a communication server KS via a first communication network KN1. Securing access is essential because the control unit BE is located in the IT network level IT of the system and the devices to be operated are located in the OT network level OT of the system. Data should therefore be brought from the IT network level IT into the OT network level.

Der Kommunikationsserver KS befindet sich in der OT-Netzwerkebene OT der Anlage und ist mit dem oberen Segment des Feldbussystems FS verbunden. Die Bedieneinheit BE steht mit dem Kommunikationsserver KS über ein sicheres erstes Kommunikationsnetzwerk KN1 in Kommunikationsverbindung. Die Sicherheit des ersten Kommunikationsnetzwerk KN1 wird durch das Verwenden des OC UA-Protokolls erzielt. Hierbei lassen sich Telegramme beispielsweise mit Zertifikation versehen, so dass der Empfänger eines Telegramms stets den Absender des Telegramms verifizieren kann.The communication server KS is located in the OT network level OT of the system and is connected to the upper segment of the fieldbus system FS. The control unit BE communicates with the communication server KS via a secure first communication network KN1. The security of the first communication network KN1 is achieved by using the OC UA protocol. Telegrams can be provided with certification, for example, so that the recipient of a telegram can always verify the sender of the telegram.

Der Kommunikationstreiber, welcher üblicherweise in der Rahmenapplikation RA der Bedieneinheit BE zum feldbusprotokollspezifischen Erstellen eines Telegramms, welches beispielsweise einen von einem der Gerätetreiber erstellten Bedienbefehl enthält, bzw. welcher in feldbusprotokollspezifischem Format empfangene Telegramme der Feldgeräte FG1, FG2, FG3 entpackt und an den entsprechenden Gerätetreiber weiterleitet, ist erfindungsgemäß in zwei Teilkomponenten TK1, TK2 aufgeteilt. Die erste Teilkomponente TK1 des Kommunikationstreibers ist hierbei in der Rahmenapplikation RA der Bedieneinheit BE integriert, wogegen die zweite Teilkomponente TK2 des Kommunikationstreibers in dem Kommunikationsserver KS integriert ist (ebenfalls in einer auf dem Kommunikationsserver KS ausgeführten FDT-Rahmenapplikation). Mittels dieses Systems ist der sichere Zugriff von einer in der IT-Netzwerkebene IT der Anlage angeordneten Bedieneinheit BE auf Feldgeräte FG1, FG2, FG3 und deren Bedienen ermöglicht.The communication driver, which is usually in the frame application RA of the control unit BE for the fieldbus protocol-specific creation of a telegram, which for example contains an operating command created by one of the device drivers, or which unpacks telegrams received from the field devices FG1, FG2, FG3 in a fieldbus protocol-specific format and forwards them to the corresponding device driver, is divided according to the invention into two subcomponents TK1, TK2. The first subcomponent TK1 of the communication driver is integrated in the frame application RA of the control unit BE, whereas the second subcomponent TK2 of the communication driver is integrated in the communication server KS (also in an FDT frame application executed on the communication server KS). This system enables secure access to field devices FG1, FG2, FG3 and their operation from a control unit BE arranged in the IT network level of the system.

Im Folgenden ist im Detail beschrieben, wie eine Bedienung des Feldgeräts FG1 mittels der Bedieneinheit BE erfolgt:

  • Zuerst wird durch einen Bediener ein Bedienbefehl in der Rahmenapplikation gesetzt. Im vorliegenden Fall möchte der Bediener einen Diagnosewert aus dem Feldgerät FG1 auslesen. Der Gerätetreiber GT des Feldgeräts FG1 weist eine entsprechende Befehlsschaltfläche aus. Nach Betätigen der Befehlsschaltfläche erstellt der Gerätetreiber einen entsprechenden Bedienbefehl und leitet diesen an die erste Teilkomponente TK1 des Kommunikationstreibers weiter. Diese erste Teilkomponente TK1 verpackt den Bedienbefehl in ein OPC UA-konformes Telegramm. Anschließend wird dieses Telegramm von der Bedieneinheit BE über das erste Kommunikationsnetzwerk KN1 an den Kommunikationsserver KS übermittelt.
The following describes in detail how the field device FG1 is operated using the control unit BE:
  • First, an operator sets an operating command in the frame application. In this case, the operator wants to read a diagnostic value from the field device FG1. The device driver GT of the field device FG1 has a corresponding command button. After pressing the command button, the Device driver receives a corresponding operating command and forwards it to the first subcomponent TK1 of the communication driver. This first subcomponent TK1 packages the operating command in an OPC UA-compliant telegram. This telegram is then transmitted from the operating unit BE to the communication server KS via the first communication network KN1.

Nach Empfang des Telegramms durch den Kommunikationsserver KS verarbeitet die zweite Teilkomponente TK2 des Kommunikationstreibers das Telegramm und wandelt es in ein feldbusprotokollkonformes Telegramm um. Beispielsweise werden hierfür unter anderem OPC UA-spezifische Präambeln entfernt und feldbusprotokollspezifische Präambeln hinzugefügt.After the telegram has been received by the communication server KS, the second subcomponent TK2 of the communication driver processes the telegram and converts it into a telegram that conforms to the fieldbus protocol. For example, OPC UA-specific preambles are removed and fieldbus protocol-specific preambles are added.

Nachdem das feldbusprotokollspezifische Telegramm vorliegt, wird es von dem Kommunikationsserver KS über die Segmente des Feldbussystems FS an das Feldgerät FG1 übermittelt.Once the fieldbus protocol-specific telegram is available, it is transmitted from the communication server KS to the field device FG1 via the segments of the fieldbus system FS.

Nach Empfang des Telegramms durch das Feldgerät FG1 setzt dieses den Bedienbefehl um und erstellt ein Antworttelegramm in dem feldbusprotokollspezifischen Format, welches den Diagnosewert enthält. Dieses Antworttelegramm wird über die Segmente des Feldbussystems FS an den Kommunikationsserver KS übermittelt.After the field device FG1 receives the telegram, it implements the operating command and creates a response telegram in the fieldbus protocol-specific format, which contains the diagnostic value. This response telegram is transmitted to the communication server KS via the segments of the fieldbus system FS.

Nach Empfang des Antworttelegramms durch den Kommunikationsserver KS verarbeitet die zweite Teilkomponente TK2 des Kommunikationstreibers das Telegramm und wandelt es in ein OPC UA-spezifische Telegramm um. Beispielsweise werden hierfür unter anderem feldbusprotokollspezifische Präambeln entfernt und OPC UA-spezifische Präambeln hinzugefügt. Anschließend wird dieses Telegramm von dem Kommunikationsserver KS über das erste Kommunikationsnetzwerk KN1 an die Bedieneinheit BE übermittelt.After the response telegram has been received by the communication server KS, the second subcomponent TK2 of the communication driver processes the telegram and converts it into an OPC UA-specific telegram. For example, fieldbus protocol-specific preambles are removed and OPC UA-specific preambles are added. This telegram is then transmitted from the communication server KS to the control unit BE via the first communication network KN1.

Nach Empfang des Antworttelegramms entpackt die erste Teilkomponente TK1 den Diagnosewert und leitet dieses an den Gerätetreiber des Feldgeräts FG1 weiter. Dieser weist eine Anzeigefläche auf, über welche die Bedieneinheit dem Bediener den Diagnosewert präsentiert.After receiving the response telegram, the first subcomponent TK1 unpacks the diagnostic value and forwards it to the device driver of the field device FG1. This has a display area via which the control unit presents the diagnostic value to the operator.

Das erfindungsgemäße System und das zugehörige Verfahren sind nicht auf das in 1 abgebildete Ausführungsbeispiel beschränkt. Auch alternative Ausführungsformen fallen unter die Erfindung. Beispielsweise kann die Bedieneinheit BE auch in anderer Formausgestaltet sein, beispielweise als mobiles Endgerät, insbesondere ein Tablet oder ein Smartphone.The system according to the invention and the associated method are not limited to the 1 The invention also covers alternative embodiments. For example, the operating unit BE can also be designed in a different form, for example as a mobile device, in particular a tablet or a smartphone.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

BEBE
BedieneinheitControl unit
FG1, FG2, FG3FG1, FG2, FG3
FeldgeräteField devices
FSFS
FeldbussystemFieldbus system
GW1, GW2GW1, GW2
GatewaysGateway
KN1KN1
erstes Kommunikationsnetzwerk, OPC UA-Netzwerkfirst communication network, OPC UA network
KN2KN2
zweites Kommunikationsnetzwerk, IT-Netzwerksecond communication network, IT network
KN3KN3
drittes Kommunikationsnetzwerk, IT-Netzwerkthird communication network, IT network
KO1KO1
erste Teilkomponente des Kommunikationstreibersfirst subcomponent of the communication driver
KO2KO2
zweite Teilkomponente des Kommunikationstreiberssecond subcomponent of the communication driver
KSKS
KommunikationsserverCommunication server
PCPC
Leitstellen-PCControl center PC
RAR.A.
RahmenapplikationFrame application
SPSPLC
SteuerungseinheitControl unit
TK1TK1
erste Teilkomponente des Kommunikationstreibersfirst subcomponent of the communication driver
TK2TK2
zweite Teilkomponente des Kommunikationstreiberssecond subcomponent of the communication driver

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10313389 A1 [0014]DE 10313389 A1 [0014]
  • DE 102005063162 A1 [0014]DE 102005063162 A1 [0014]
  • DE 102007058606 A1 [0014]DE 102007058606 A1 [0014]
  • DE 102009027949 A1 [0014]DE 102009027949 A1 [0014]
  • DE 102009045386 A1 [0014]DE 102009045386 A1 [0014]
  • DE 102011077787 A1 [0014]DE 102011077787 A1 [0014]
  • US 9513785 B2 [0014]US 9513785 B2 [0014]

Claims (9)

System zum Zugriff von einer Bedieneinheit (BE) auf zumindest ein Feldgerät (FG1, FG2, FG3), umfassend: - das zumindest eine Feldgerät (FG1, FG2, FG3), welches in einer Anlage der Automatisierungstechnik eingesetzt ist und zum Erfassen und/oder Beeinflussen von physikalischen, chemischen und/oder biologischen Größen eines verfahrenstechnischen Prozesses ausgestaltet ist, wobei das Feldgerät (FG1, FG2, FG3) in ein Feldbussystem (FS) der Automatisierungstechnik eingebunden ist; - die Bedieneinheit (BE), wobei auf der Bedieneinheit (BE) ein vorgegebenes Betriebssystem mit zumindest einer Rahmenapplikation (RA) vorgesehen ist, wobei die Rahmenapplikation(RA) eine Field Device Tool(FDT)-Rahmenapplikation ist, wobei in die Rahmenapplikation (RA) eine erste Teilkomponente (TK1) eines Kommunikationstreibers und pro Feldgerät (FG1, FG2, FG3) zumindest ein Gerätetreiber ausgeführt ist, und wobei der zumindest eine Gerätetreiber Bedienfunktionalitäten für das entsprechende Feldgerät (FG1, FG2, FG3) beinhaltet; und - einen Kommunikationsserver (KS), wobei das Feldgerät (FG1, FG2, FG3) über das Feldbussystem (FS) in Kommunikationsverbindung mit dem Kommunikationsserver (KS) steht, wobei der Kommunikationsserver (KS) mit der Bedieneinheit (BE) über ein OPC UA-Netzwerk (KN1) in Kommunikationsverbindung steht, wobei eine zweite Teilkomponente (TK2) des Kommunikationstreibers in dem Kommunikationsserver (KS) ausgeführt wird, wobei die erste Teilkomponente (TK1) des Kommunikationstreibers dazu ausgestaltet ist, eine Anfrage oder einen Bedienbefehl des zumindest einen Gerätetreibers in einem ersten OPC UA-konformen Telegramm an den Kommunikationsserver (KS) über das OPC UA-Netzwerk (KN1) zu übermitteln, und wobei die zweite Teilkomponente (TK1) des Kommunikationstreibers dazu ausgestaltet ist, die per erstem OPC UA-konformem Telegramm erhaltene Anfrage, bzw. den Bedienbefehl, in einem ersten feldbusprotokollkonformen Telegramm über das Feldbussystem (FS) an das Feldgerät (FG1, FG2, FG3) zu übermitteln.System for accessing at least one field device (FG1, FG2, FG3) from an operating unit (BE), comprising: - the at least one field device (FG1, FG2, FG3) which is used in an automation system and is designed to detect and/or influence physical, chemical and/or biological variables of a process engineering process, wherein the field device (FG1, FG2, FG3) is integrated into a fieldbus system (FS) of the automation technology; - the operating unit (BE), wherein a predetermined operating system with at least one framework application (RA) is provided on the operating unit (BE), wherein the framework application (RA) is a Field Device Tool (FDT) framework application, wherein a first subcomponent (TK1) of a communication driver and at least one device driver per field device (FG1, FG2, FG3) are implemented in the framework application (RA), and wherein the at least one device driver contains operating functionalities for the corresponding field device (FG1, FG2, FG3); and - a communication server (KS), wherein the field device (FG1, FG2, FG3) is in communication connection with the communication server (KS) via the fieldbus system (FS), wherein the communication server (KS) is in communication connection with the operating unit (BE) via an OPC UA network (KN1), wherein a second subcomponent (TK2) of the communication driver is executed in the communication server (KS), wherein the first subcomponent (TK1) of the communication driver is designed to transmit a request or an operating command of the at least one device driver in a first OPC UA-compliant telegram to the communication server (KS) via the OPC UA network (KN1), and wherein the second subcomponent (TK1) of the communication driver is designed to transmit the request or the operating command received via the first OPC UA-compliant telegram in a first fieldbus protocol-compliant telegram via the fieldbus system (FS) to the field device (FG1, FG2, FG3). System nach Anspruch 1, wobei die zweite Teilkomponente (TK2) des Kommunikationstreibers dazu ausgestaltet ist, einen Inhalt eines von dem zumindest einen Feldgerät (FG1, FG2, FG3) empfangenen zweiten feldbusprotokollkonformen Telegramms in einem zweiten OPC UA-konformen Telegramm an die Bedieneinheit (BE) zu übermitteln.System according to Claim 1 , wherein the second subcomponent (TK2) of the communication driver is designed to transmit a content of a second fieldbus protocol-compliant telegram received from the at least one field device (FG1, FG2, FG3) in a second OPC UA-compliant telegram to the operating unit (BE). System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bedieneinheit (BE) dazu ausgestaltet ist, in der Kommunikationsverbindung mit dem Kommunikationsserver (KS) als OPC UA-Client zu agieren.System according to one of the preceding claims, wherein the operating unit (BE) is designed to act as an OPC UA client in the communication connection with the communication server (KS). System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bedieneinheit (BE) eine Rechnereinheit, insbesondere ein stationärer PC oder ein Laptop ist.System according to one of the preceding claims, wherein the operating unit (BE) is a computer unit, in particular a stationary PC or a laptop. System nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei die Bedieneinheit (BE) in einer IT-Netzwerkebene der Anlage angeordnet istSystem according to one or more of the preceding claims, wherein the operating unit (BE) is arranged in an IT network level of the system System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kommunikationsserver (KS) dazu ausgestaltet ist, in der Kommunikationsverbindung mit der Bedieneinheit (BE) als OPC UA-Server zu agieren.System according to one of the preceding claims, wherein the communication server (KS) is designed to act as an OPC UA server in the communication connection with the operating unit (BE). System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Teilkomponente (TK1) des Kommunikationstreibers eine Statemachine der Rahmenapplikation (RA) implementiert.System according to one of the preceding claims, wherein the first subcomponent (TK1) of the communication driver implements a state machine of the frame application (RA). Verfahren zum Zugriff von einer Bedieneinheit (BE) auf zumindest ein Feldgerät (FG1, FG2, FG3), wobei das Feldgerät (FG1, FG2, FG3) in einer Anlage der Automatisierungstechnik eingesetzt wird und physikalische, chemische und/oder biologische Größen eines verfahrenstechnischen Prozesses erfasst und/oder beeinflusst, wobei das Feldgerät (FG1, FG2, FG3) in ein Feldbussystem (FS) der Automatisierungstechnik eingebunden ist, wobei auf der Bedieneinheit (BE) ein vorgegebenes Betriebssystem mit zumindest einer Rahmenapplikation (RA) vorgesehen ist, wobei die Rahmenapplikation (RA) eine Field Device Tool(FDT)-Rahmenapplikation ist, wobei die Rahmenapplikation (RA) eine erste Teilkomponente (TK1) eines Kommunikationstreibers und pro Feldgerät (FG1, FG2, FG3) zumindest ein Gerätetreiber ausführt, wobei der zumindest eine Gerätetreiber Bedienfunktionalitäten für das entsprechende Feldgerät (FG1, FG2, FG3) beinhaltet, wobei ein Kommunikationsserver (KS) vorgesehen ist, mit welchem das Feldgerät (FG1, FG2, FG3) über das Feldbussystem (FS) in Kommunikationsverbindung und mit welchem die Bedieneinheit (BE) über ein OPC UA-Netzwerk (KN1) in Kommunikationsverbindung steht, wobei der Kommunikationsserver (KS) eine zweite Teilkomponente (TK2) des Kommunikationstreibers ausführt, umfassend: - Generieren einer an das zumindest eine Feldgerät (FG1, FG2, FG3) vorgesehene Anfrage oder eines Bedienbefehls mittels dem dem Feldgerät (FG1, FG2, FG3) zugeordneten Gerätetreiber; - Erstellen eines ersten OPC UA-konformen Telegramms durch die erste Teilkomponente (TK1) des Kommunikationstreibers, wobei das erste OPC UA-konforme Telegramm die Anfrage, bzw. den Bedienbefehl enthält; - Übermitteln des ersten OPC UA-konformen Telegramms von der Bedieneinheit (BE) an den Kommunikationsserver (KS) über das OPC UA-Netzwerk (KN1); - Erstellen eines ersten feldbusprotokollkonformen Telegramms durch die zweite Teilkomponente (TK2) des Kommunikationstreibers, wobei das erste feldbusprotokollkonforme Telegramm die Anfrage, bzw. den Bedienbefehl enthält; und - Übermitteln des ersten feldbusprotokollkonformen Telegramms von dem Kommunikationsserver (KS) an das Feldgerät (FG1, FG2, FG3) über das Feldbussystem (FS).Method for accessing at least one field device (FG1, FG2, FG3) from an operating unit (BE), wherein the field device (FG1, FG2, FG3) is used in an automation system and records and/or influences physical, chemical and/or biological variables of a process, wherein the field device (FG1, FG2, FG3) is integrated into a fieldbus system (FS) of the automation technology, wherein a predetermined operating system with at least one framework application (RA) is provided on the operating unit (BE), wherein the framework application (RA) is a Field Device Tool (FDT) framework application, wherein the framework application (RA) executes a first subcomponent (TK1) of a communication driver and at least one device driver per field device (FG1, FG2, FG3), wherein the at least one device driver contains operating functionalities for the corresponding field device (FG1, FG2, FG3), wherein a communication server (KS) is provided with which the field device (FG1, FG2, FG3) via the fieldbus system (FS) and with which the operating unit (BE) is in communication connection via an OPC UA network (KN1), wherein the communication server (KS) executes a second subcomponent (TK2) of the communication driver, comprising: - generating a request or an operating command intended for the at least one field device (FG1, FG2, FG3) by means of the device driver assigned to the field device (FG1, FG2, FG3); - creating a first OPC UA-compliant telegram by the first subcomponent (TK1) of the communication driver, wherein the first OPC UA-compliant telegram contains the request or the operating command; - Transmitting the first OPC UA-compliant telegram from the operating unit (BE) to the communication server (KS) via the OPC UA network (KN1); - Creating a first fieldbus protocol-compliant telegram by the second subcomponent (TK2) of the communication driver, whereby the first fieldbus protocol-compliant telegram contains the request or the operating command; and - Transmitting the first fieldbus protocol-compliant telegram from the communication server (KS) to the field device (FG1, FG2, FG3) via the fieldbus system (FS). Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend: - Generieren eines zweiten feldbusprotokollkonformen Telegramms mittels des Feldgeräts (FG1, FG2, FG3), wobei das zweite feldbusprotokollkonformen Telegramm eine Antwort des Feldgeräts (FG1, FG2, FG3) enthält; - Übermitteln des zweiten feldbusprotokollkonformen Telegramms von dem Feldgerät (FG1, FG2, FG3) an den Kommunikationsserver (KS) über das Feldbussystem (FS); - Erstellen eines zweiten OPC UA-konformen Telegramms durch die zweite Teilkomponente (TK2) des Kommunikationstreibers, wobei das zweite OPC UA-konforme Telegramm die Antwort des Feldgeräts (FG1, FG2, FG3) enthält; und - Übermitteln des zweiten OPC UA-konformen Telegramms von dem Kommunikationsserver (KS) an die Bedieneinheit (BE) über das OPC UA-Netzwerk (KN 1).Procedure according to Claim 8 , further comprising: - generating a second fieldbus protocol-compliant telegram by means of the field device (FG1, FG2, FG3), wherein the second fieldbus protocol-compliant telegram contains a response from the field device (FG1, FG2, FG3); - transmitting the second fieldbus protocol-compliant telegram from the field device (FG1, FG2, FG3) to the communication server (KS) via the fieldbus system (FS); - creating a second OPC UA-compliant telegram by the second subcomponent (TK2) of the communication driver, wherein the second OPC UA-compliant telegram contains the response from the field device (FG1, FG2, FG3); and - transmitting the second OPC UA-compliant telegram from the communication server (KS) to the operating unit (BE) via the OPC UA network (KN 1).
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