DE10223967A1

DE10223967A1 - Verfahren zur Konsistenzsicherung bei der Übertragung von Daten

Info

Publication number: DE10223967A1
Application number: DE2002123967
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Bollhoefer; Markus Graf; Juergen Laforsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konsistenzsicherung bei einer Übertragung von Daten, die von einem Automatisierungssystem (AS¶1¶) zu einer angeschlossenen Bedienstation (OS, AS¶2¶) übertragen werden und bei dem von der Bedienstation im Automatisierungssystem ein Leseauftrag (21) zum zyklischen Übertragen definierbarer Variablen eingerichtet wird, wobei im Automatisierungssystem die Variablen des vorhergehenden Lesezyklus mit den aktuellen Variablen verglichen werden und in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses Variablen zur Bedienstation übertragen werden. Weiter betrifft die Erfindung ein Automatisierungssystem zur Steuerung eines Prozesses mit wenigstens einer mit dem Automatisierungssystem gekoppelten Bedienstation zur Überwachung des Prozesses. Zur Sicherstellung der Konsistenz der zu übertragenden Daten zwischen dem Automatisierungssystem und den angeschlossenen Bedienstationen im Automatisierungssystem werden nach einer durch eine Bedienstation (OS, AS¶2¶) hervorgerufenen Änderung (24) von Variablen für eine definierbare Anzahl n (n >= 1) der Vergleich der aktuellen Variablen mit den vorhergehenden Variablen des eingerichteten Lesezyklus ausgeschaltet und n Zyklen (26, 27) vorherbestimmbarer Variablen des Leseauftrags zur Bedienstation (OS, AS¶2¶) übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konsistenzsicherung bei einer Übertragung von Daten, die von einem Automatisierungssystem zu einer angeschlossenen Bedienstation übertragen werden und bei dem von der Bedienstation im Automatisierungssystem ein Leseauftrag zum zyklischen Übertragen definierbarer Variablen eingerichtet wird, wobei im Automatisierungssystem die Variablen des vorhergehenden Lesezyklus mit den aktuellen Variablen verglichen werden und in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses Variablen zur Bedienstation übertragen werden. Weiter betrifft die Erfindung ein Automatisierungssystem zur Steuerung eines Prozesses mit wenigstens einer mit dem Automatisierungssystem gekoppelten Bedienstation zur Überwachung des Prozesses.
Automatisierungssysteme werden zur Steuerung von Prozessen beispielsweise in der chemischen Industrie eingesetzt, aber auch in der verarbeitenden Industrie und im Maschinenbau. Zur Überwachung und Bedienung der Automatisierungssysteme werden Bedienstationen eingesetzt. Über diese Bedienstationen wird das Automatisierungssystem überwacht und gesteuert, bspw. um dem Benutzer wichtige Informationen zum Ablauf der jeweiligen Prozesse zukommen zu lassen und ihm Gelegenheit zu geben, in den Prozess einzugreifen. Mittels der Bedienstationen werden Sollwerte, bspw. eine neue Höchsttemperatur für den Prozess, von einem Benutzer eingegeben und über ein Netzwerk zum Automatisierungssystem übertragen. Andererseits werden aktuelle Prozessgrößen (z. B. Temperatur, Druck, Füllstand etc.) vom Automatisierungssystem zu den Bedienstationen übertragen und dort ausgegeben. An ein Automatisierungssystem können viele unterschiedliche Bedienstationen angeschlossen werden. Es kann auch eine Übertragung von Prozessgrößen zu anderen angeschlossenen Automatisierungssystemen erfolgen. Ein derartiges Automatisierungssystem ist dann auch als Bedienstation anzusehen.
Die große Anzahl der zu überwachenden Prozessgrößen führt zu einer großen Datenmenge, die über das Netzwerk, bspw. ein besonders für den industriellen Einsatz für Automatisierungssysteme geeignetes Lokal Area Network (LAN), übertragen werden. Um kurze Reaktionszeiten bei der Bedienung oder bei Alarmmeldungen des Automatisierungssystems zu erreichen, ist eine effektive Datenübertragung notwendig.
Bei bisher bekannten Verfahren zur Datenübertragung zwischen Automatisierungssystemen und Bedienstationen wird insbesondere eine zyklische Datenübertragung der zu beobachtenden Prozessgrößen eingesetzt. Dazu werden zyklische Leseaufträge benutzt. Diese Leseaufträge werden von der Bedienstation im Automatisierungssystem, in dem die entsprechenden Prozessgrößen erfasst werden, eingerichtet. Ein zyklischer Leseauftrag fasst aus Optimierungsgründen mehrere Prozessgrößen bzw. Variablen zusammen, die somit gemeinsam vom Automatisierungssystem zu der Bedienstation übertragen werden. Diese definierbare Anzahl von Prozessgrößen werden in Abhängigkeit einer gewählten Bedienoberfläche oder Umgebung der Bedienstation festgelegt. Damit wird erreicht, dass eine Bedienstationen nicht jede Prozessgröße im Sekundentakt explizit per Leseauftrag anfordern muss, sondern nur eine begrenzte festlegbare Anzahl von Prozessgrößen vom Automatisierungssystem zur Bedienstation übertragen wird. Im Automatisierungssystem können von den Bedienstationen ein oder mehrere zyklische Leseaufträge eingerichtet werden, die dann vom Automatisierungssystem gestartet werden und mit denen in einem bestimmbaren Zeitraster die gewünschten Prozessgrößen zu der entsprechenden Bedienstation übertragen und/oder angezeigt werden. Jeder Leseauftrag kann dabei einen unterschiedlichen Umfang von zu sendenden Prozessgrößen als auch unterschiedliche Zykluszeiten aufweisen.
Nachteilig bei dieser zyklischen automatischen Meldung der Variablen ist, dass unabhängig von dem Grad der Veränderung alle beim Einrichten des Leseauftrages festgelegten Variablen bzw. Prozessgrößen zu der entsprechenden Bedienstation übertragen werden. Da sich jedoch zwischen aufeinanderfolgenden Lesezyklen nur etwa 10% der Daten bzw. Prozessgrößen im Prozess ändern, wird für eine Reduzierung der zu übertragenden Datenmenge bekannterweise, zwischen den einzelnen Lesezyklen im Automatisierungssystem ein Vergleich der im Lesezyklus enthaltenen Variablen mit den Variablen des vorangegangenen Lesezyklus vorgenommen. In Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses werden nur die veränderten Variablen zu der Bedienstation übertragen. Dieser Übertragungsmodus wird im Folgenden auch als Delta-Übertragung bezeichnet und ist in der IEC 61850 beschrieben. Für nicht veränderte Variablen eines Leseauftrags wird eine Nichtänderungskennung gesendet. Wenn sich keine Variablen verändert haben, wird keine Meldung an die Bedienstation übertragen.
Bei einer Eingabe eines neuen Grenzwertes für eine Prozessgröße durch einen Benutzter oder einer Änderung von Grenzwerten durch ein Anwenderprogramm in einer Bedienstation wird dieser neue Grenzwert mittels eines Schreibauftrages zum Automatisierungssystem des zu steuernden Prozesses übertragen. Dort wird der Grenzwert übernommen bzw. gespeichert und eine Auftragsbestätigung zurück zur Bedienstation gesendet. In der Bedienstation wird dieser neue Grenzwert jedoch unmittelbar übernommen, so dass der neue Grenzwert direkt in das auf der Bedienstation befindliche Prozessabbild eingetragen wird. Damit wird der Benutzer der Bedienstation sofort über den Erfolg seiner Änderung informiert. Diese unmittelbare Übernahme des geänderten Sollwertes in das Prozessabbild ist deshalb wichtig, weil sich dieser Grenzwert in der Regel selten ändert und daher zur Reduzierung der zu übertragenden Datenmenge mit einer längeren Zykluszeit, bspw. 10 sec, gesendet wird. Dadurch würde dem Benutzer eine Aktualisierung des Grenzwertes, ohne das beschriebene Verfahren, erst nach 10 Sekunden an der Bedienstation angezeigt werden. Diese lange Zeit ist nicht akzeptabel, da der Benutzer annehmen wird, dass die vorgenommene Änderung vom Automatisierungssystem nicht angenommen wurde und somit in der Steuerung des Prozesses nicht berücksichtigt wird.
Problematisch bei dieser Vorgehensweise ist ein Mehrfachzugriff von mehreren Bedienstationen auf ein und dieselbe Prozessgröße im Automatisierungssystem. Wenn ein Grenzwert einer Prozessgröße durch einen Schreibauftrag einer ersten Bedienstation geändert wurde, so kann dieser Grenzwert der Prozessgröße durch eine weitere Bedienstation wieder zurückgesetzt werden oder auf einen anderen Wert gesetzt werden, bevor der zyklische Leseauftrag diesen Wert erfasst und der Bedienstation meldet. Auch von einem auf diesem oder einem anderen Automatisierungssystem ausgeführten Anwenderprogramm können Grenzwerte von Prozessgrößen geändert werden. Somit erkennt der zyklische Leseauftrag beim Vergleich insbesondere beim Zurücksetzen auf den ursprünglichen Wert keine Änderung der Prozessgröße und überträgt auch keinen Wert zur Bedienstation, so dass ein Benutzer annehmen wird, es würde keine Änderung der Prozessgröße vorliegen. Insgesamt wird dadurch auf der ersten Bedienstation diese, durch den Schreibauftrag geänderte Prozessgröße, nicht mehr aktualisiert.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung und ein Verfahren anzugeben, mittels derer die Konsistenz der zu übertragenden Daten zwischen einem Automatisierungssystem und einer Bedienstation sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 gelöst, bei dem nach einer durch eine Bedienstation hervorgerufenen Änderung von Variablen für eine definierbare Anzahl n(n ≥ 1) der Vergleich der aktuellen Variablen mit den vorhergehenden Variablen des eingerichteten Lesezyklus ausgeschaltet wird und n Zyklen vorherbestimmbarer Variablen des Leseauftrags zur Bedienstation übertragen werden.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass sich zwischen aufeinanderfolgenden Lesezyklen nur etwa 10% der Daten bzw. Prozessgrößen im Prozess ändern. Diese Tatsache wird erfindungsgemäß für eine Reduzierung der zu übertragenden Datenmenge benutzt.

Dazu wird erfindungsgemäß nach jedem Schreibauftrag die Delta-Übertragung ausgesetzt. Dieses Aussetzen erfolgt für eine definierbare Anzahl n von Übertragungszyklen. Es werden somit vorherbestimmbare im Leseauftrag enthaltene Variablen bzw. Prozessgrößen von dem Automatisierungssystem zu der Bedienstation übertragen, unabhängig davon, ob sie sich geändert haben oder nicht. Damit erfolgt in der Bedienstation eine Aktualisierung der vorherbestimmbaren, im Leseauftrag enthaltenen Variablen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach n-maligem Aussetzen oder n-maliger Deaktivierung der Delta-Übertragung eine definierbare Anzahl m von Lesezyklen wieder mit Delta-Übertragung vorgenommen. Damit wird ein Unterdrücken der Delta-Übertragung durch ein permanentes Schreiben der entsprechenden Prozessgröße durch das Anwendungsprogramm des Automatisierungssystems oder andere Bedienstationen verhindert. Somit wird garantiert, dass die Kommunikationsbelastung gegenüber der reinen Delta-Übertragung nur um einen Faktor n/(n + m) verschlechtert wird und gleichzeitig die Konsistenz der zu übertragenden Prozessgrößen sichergestellt wird. Hat es während dieser m Lesezyklen einen weiteren Schreibauftrag für diese Prozessgröße gegeben, wird erst nach Ablauf der m Lesezyklen die Delta-Übertragung ausgesetzt, so dass die Bedienstation spätestens nach m Lesezyklen wieder alle aktuellen Prozessgrößen erhält.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird jeweils nur für die von der schreibenden Bedienstation aufgebaute Verbindung die Delta-Übertragung ausgesetzt, so dass alle anderen Verbindungen zwischen anderen Bedienstationen und dem Automatisierungssystem weiter mit der Delta-Übertragung arbeiten und somit die zu übertragende Datenmenge erfindungsgemäß reduzieren.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden bei dem Aussetzen der Delta-Übertragung nicht alle im zyklischen Leseauftrag enthaltenen Prozessgrößen bzw. Variablen zur Bedienstation übertragen. Besonders effektiv ist hierbei das Aussetzen der Delta-Übertragung nur für die geänderte Variable. Dadurch wird einerseits die Konsistenz der Daten sichergestellt, andererseits werden nur marginal mehr Daten übertragen, als bei der Delta-Übertragung, so dass die Übertragungskapazität zwischen Automatisierungssystem und Bedienstation nicht überfordert wird.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Vergleichsergebnis der Variablen des aktuellen Lesezyklus mit den Variablen des vorhergehenden Lesezyklus, bei dem nur eine geringfügige vorherbestimmbare Veränderung der verglichenen Variablen vorliegt, auch keine Übertragung dieser minimal abweichenden Variablen erfolgen. Erst nach Überschreiten einer festlegbaren Toleranzgrenze wird diese verglichene Variable als verändert angesehen und bei der Delta-Übertragung berücksichtigt und zur Bedienstation mitübertragen.

Die Aufgabe wird auch durch ein Automatisierungssystem zur Steuerung eines Prozesses und wenigstens einer mit dem Automatisierungssystem gekoppelten Bedienstation zur Überwachung des Prozesses, bei der im Automatisierungssystem ein Leseauftrag eine definierbare Anzahl von Variablen enthält und vorgesehen ist, mittels des vom Automatisierungssystem zyklisch gestarteten Leseauftrags die definierten Variablen zur Bedienstation zu übertragen, und bei dem die Variablen des Leseauftrags in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses eines Vergleichs der Variablen des vorhergehenden Lesezyklus mit den Variablen des aktuellen Lesezyklus von dem Automatisierungssystem zu wenigstens einer Bedienstation übertragbar sind, bei dem nach einer durch eine Bedienstation hervorgerufenen Änderung von Variablen für eine definierbare Anzahl n (n ≥ 1) der Vergleich der aktuellen Variablen mit den vorhergehenden Variablen des eingerichteten Lesezyklus abschaltbar ist und vorgesehen ist, für n Zyklen eine Menge vorherbestimmbarer Variablen des Leseauftrags zur Bedienstation zu übertragen.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 Automatisierungssystem mit Bedienstationen und Netzwerk
Fig. 2 Schema für Schreib- und Leseaufträge und Delta-Übertragung und
Fig. 3 Szenarien für mehrere Schreibaufträge
Fig. 1 zeigt ein Automatisierungssystem AS₁, an das Bedienstationen OS₁, OST und AS₂ angeschlossen sind. Das Automatisierungssystem AS₂ wird auch als Bedienstation bezeichnet, da es wie die Bedienstationen OS₁ und OS₂ mittels eines zyklischen Leseauftrags die Variablen vom Automatisierungssystem AS₁ erhält. Die Bedienstationen OS₁, OS₂ und AS₂ sind über ein Netzwerk LAN mit dem Automatisierungssystem AS verbunden. Das Netzwerk LAN kann bspw. als industrielles Ethernet realisiert sein.
In Fig. 2 ist der Datenaustausch zwischen der Bedienstation OS1 und dem Automatisierungssystem AS schematisch dargestellt. Zuerst richtet die Bedienstation OS₁ einen zyklischen Leseauftrag 21 mit mehreren Variablen, bzw. Prozessgrößen, im Automatisierungssystem AS₁ ein. Das Automatisierungssystem quittiert diese Einrichtung des Leseauftrags 21, wobei mit der Quittierung 22 alle angeforderten Variablenwerte an die Bedienstation übertragen werden. Von da an erfolgt die Delta-Übertragung 23. Dazu werden vom Automatisierungssystem mittels des eingerichteten Leseauftrags in einer vorherbestimmten Zeit, bspw. jede Sekunde, die veränderten Variablen zu der Bedienstation übertragen. Vor der Delta-Übertragung 23 der veränderten Variablen wird im Automatisierungssystem ein Vergleich der Variablenwerte des vorhergehenden Lesezyklus mit den aktuellen Variablenwerten vorgenommen. Dies wird auch als Delta-Auswertung bezeichnet. Dabei werden nur die veränderten Variablen zur der Bedienstation übermittelt, die den Leseauftrag eingerichtet hat.
Wenn eine Bedienstation einen Schreibauftrag 24 zur Änderung einer Prozessgröße zum Automatisierungssystem überträgt, wird in dem Automatisierungssystem eine Variable neu geschrieben, bspw. wird für eine Prozessgröße ein neuer Sollwert oder Grenzwert eingegeben. Dieser Schreibauftrag wird zur Bedienstation zurück quittiert (Quittierung 25). Um das oben beschriebene Problem zu umgehen, wird nach einem derartigen Schreibauftrag 24 beim nächsten Lesezyklus die Delta-Übertragung ausgesetzt. Dadurch werden alle im Leseauftrag eingerichteten Variablen zur Bedienstation nach Aussetzen der Delta-Übertragung 23 unmittelbar nach dem Schreibauftrag 26 übertragen und in der Bedienstation werden alle Variablen aktualisiert. Dadurch wird vermieden, dass durch Rücksetzen der Variablen von anderen Bedienstationen oder vom Anwenderprogramm die entsprechende Variable in der Bedienstation nicht mehr aktualisiert wird. Nachdem alle Variablen des Leseauftrags einmal komplett zur Bedienstation übertragen wurden, wird die Delta-Übertragung 23 wieder aktiviert, so dass die zu übertragende Datenmenge effektiv reduziert wird.
Fig. 3 zeigt ein Szenarium des zyklischen Lesens mit mehreren Schreibaufträgen. Zuerst wird ein Leseauftrag 21 eingerichtet, wobei dieser Einrichtung eine Quittierung 22 des Leseauftrags folgt. Dann finden zwei Delta-Übertragungen 23 statt. Danach erfolgt ein Schreibauftrag 24, wobei die Quittierung 25 des Schreibauftrages 24 zur Bedienstation übertragen wird. Danach erfolgt analog zu Fig. 2 ein Aussetzen 26 der Delta-Übertragung unmittelbar nach dem Schreibauftrag 24, indem alle Daten des Leseauftrags zur Bedienstation übertragen werden, unabhängig davon ob sie sich zum vorherigen Lesezyklus verändert haben oder nicht. In dem hier dargestellten Beispiel wird n = 1 als Anzahl der Aussetzungen der Delta-Übertragung definiert und m = 4 als Anzahl von Delta-Übertragungen, die einer ausgesetzten Delta-Übertragung folgen. Nach der zweiten Delta-Übertragung 23 erfolgt ein weiterer Schreibauftrag 24, auf den wiederum eine Quittierung 25 erfolgt. Da aber noch keine m = 4 Delta-Übertragungen stattgefunden haben, erfolgt unmittelbar nach diesem Schreibauftrag 24 bei den nächsten zwei Lesezyklen erneut jeweils eine Delta-Übertragung. Erst nach Abarbeiten der m = 4 Delta-Übertragungen nach dem ersten Schreibauftrag erfolgt ein Aussetzen 27 der Delta- Übertragung 23 nach Ablauf von m = 4 Aussetzungen, wobei alle Daten des Leseauftrags zur Bedlenstatlon übertragen werden.

Claims

1. Verfahren zur Konsistenzsicherung bei einer Übertragung von Daten, die von einem Automatisierungssystem (AS₁) zu einer angeschlossenen Bedienstation (OS, AS₂) übertragen werden und bei dem von der Bedienstation im Automatisierungssystem (AS₁) ein Leseauftrag (21) zum zyklischen Übertragen definierbarer Variablen eingerichtet wird, wobei im Automatisierungssystem (AS₁) die Variablen des vorhergehenden Lesezyklus mit den aktuellen Variablen verglichen werden und in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses Variablen zur Bedienstation übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer durch eine Bedienstation (OS, AS₂) hervorgerufenen Änderung (24) von Variablen für eine definierbare Anzahl n(n ≥ 1) der Vergleich der aktuellen Variablen mit den vorhergehenden Variablen des eingerichteten Lesezyklus ausgeschaltet wird und n Zyklen (26, 27) vorherbestimmbarer Variablen des Leseauftrags zur Bedienstation (OS, AS₂) übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur die veränderten Variablen (23) eines Leseauftrags nach einer Änderung (24) zur Bedienstation übertragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle im Leseauftrag enthaltenen Variablen nach einer Änderung (24) zur Bedienstation übertragen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienstation (OS) als Automatisierungssystem (AS₂) ausgeführt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach n Übertragungen aller Variablen eine Anzahl m(m ≥ 1) von Übertragungen mit Vergleich folgt, wobei nur die veränderten Variablen zur Bedienstation übertragen werden.

6. Automatisierungssystem (AS₁) zur Steuerung eines Prozesses mit wenigstens einer an das Automatisierungssystem (AS₁) gekoppelten Bedienstation (OS, AS₂) zur Überwachung des Prozesses, bei der im Automatisierungssystem ein Leseauftrag (21) eine definierbare Anzahl von Variablen enthält und vorgesehen ist, mittels des vom Automatisierungssystem zyklisch gestarteten Leseauftrags die definierten Variablen zur Bedienstation (OS, AS₂) zu übertragen, und bei dem die Variablen des Leseauftrags (21) in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses eines Vergleichs der Variablen des vorhergehenden Lesezyklus mit den Variablen des aktuellen Lesezyklus von dem Automatisierungssystem (AS₁) zu wenigstens einer Bedienstation (OS, AS₂) übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer durch eine Bedienstation (OS, AS₂) hervorgerufenen Änderung (24) von Variablen für eine definierbare Anzahl n(n ≥ 1) der Vergleich der aktuellen Variablen mit den vorhergehenden Variablen des eingerichteten Lesezyklus abschaltbar ist und vorgesehen ist, für n Zyklen (26, 27) eine Menge vorherbestimmbarer Variablen des Leseauftrags zur Bedienstation (OS, AS₂) zu übertragen.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Automatisierungssystem (AS₁) über ein Netzwerk (LAN) an die Bedienstation (OS, AS₂) angeschlossen ist.