DE20315126U1 - HMI System mit Bedien- und Beobachtungsgeräten und zentralem Zeitabgleich - Google Patents

Abstract

HMI System zum Bedienen- und Beobachten eines technischen Prozesses, mit
a) einem Kommunikationsnetzwerk (N),
b) einer zentralen Zeitserverstation (ZS), die über das Kommunikationsnetzwerk (N) adressierbar ist,
c) zumindest einem Bedien- und Beobachtungsgerät (P1, P2, P3) , das
c1) an dem Kommunikationsnetzwerk (N) angeschlossen ist, und
c2) eine Zeit- und/oder Datumsinformation bevorzugt zyklisch von der zentralen Zeitserverstation (ZS) über das Kommunikationsnetzwerk (N) abruft.

Description

• Die Erfindung betrifft ein HMI System zum Bedienen- und Beobachten eines technischen Prozesses.
• Technische Prozesse werden mit speziellen digitalen Datenverarbeitungssystemen, auch Automatisierungssystem genannt, gesteuert. In einem solchen System sind einerseits zur direkten Steuerung des Prozesses dienende Geräte vorhanden, d.h. speicherprogrammierbare Steuerungen SPS, auch als „PLC – Programmable Logic Controller" bezeichnet. Zur Entlastung dieser Steuerungen weisen Automatisierungssysteme weitere Geräte auf, welche eine Schnittstelle für Bedienpersonal bilden. Diese werden als Bedienen- und Beobachtungsgeräte, abgekürzt B+B- oder HMI Geräte, d.h. Human Machine Interface, bezeichnet. Der Begriff HMI Gerät ist ein Oberbegriff und umfaßt alle zu dieser Gruppe von Geräten gehörigen Komponenten. Als ein Beispiel sollen „Operator Panels", auch als „Bedienpanels" bzw. kurz als „OP" bezeichnet, genannt werden. Diese sind zunehmend mobil ausgeführt und über eine Funkschnittstelle datentechnisch mit dem Automatisierungssystem verbunden. HMI Geräte dienen in einem vernetzten Automatisierungssystem als Hilfsmittel für Bedienpersonal, um Prozessdaten einer zu steuernden technischen Anlage anzeigen und bedienen zu können. Diese Funktion wird mit „Supervisor Control and Data Akquisition" (SCADA) bezeichnet. Hierzu ist das HMI Gerät in der Regel hardwaremäßig speziell aufgebaut, d.h. es verfügt z.B. über einen Touchscreen und ist gegen Umwelteinflüsse besonders abgeschirmt. Weiterhin wird darin eine spezielle Software ausgeführt. Diese stellt Funktionen bereit, womit Komfort, Qualität und Sicherheit einer Bedienung durch eine Bedienperson verbessert. So können über HMI Geräte z.B. interaktive Prozessabbilder der technischen Anlage visuali siert und bedient, aber auch projektiert und generiert werden. Hiermit ist einerseits eine selektive Anzeige von Reaktionen einer technischen Anlage möglich, meist in Form von Messwerten und Meldungen. Andererseits wird es durch gezielte Vorgabe von Bedienhandlungen und Dateneingaben ermöglicht, die technische Anlage in gewünschte Zustände zu überführen.
• Grundlage bei jeder Beobachtung und Bedienung eines technischen Prozesses ist ein zuverlässiger Zeitbezug. So müssen viele Vorgänge mit Zeitstempeln versehen werden, um den Moment, in dem diese auftreten, z.B. für spätere Auswertungen zu dokumentieren. So wird z.B. jede Meldung, insbesondere Störungsmeldung, gemeinsam mit einer Zeit- und Datumsinformationen archiviert. Im Rahmen z.B. von Langzeitbeobachtungen werden dann Aussagen unterschiedlichster Art möglich, z.B. Trendanalysen zu Maintainancefragen, d.h. der Verfügbarkeit von Anlagenbetriebsmitteln.
• Besonders bei verteilten Automatisierungssystemen tritt das Problem auf, das eine große Vielzahl von Geräten des Automatisierungssystems in einer technischen Anlage verteilt angeordnet sein können. Dies trifft besonders für Bedien- und Beobachtungsgeräte zu. So können z.B. in einer einzigen PKW Fertigungslinie 40 und mehr HMI Panels angeordnet sein. Für einen störungsfreien Betrieb und für die Quantität der oben erläuterten Bedienungen und Beobachtungen des jeweiligen technischen Prozesses ist es erforderlich, dass bei allen Bedien- und Beobachtungsgeräten die gleiche Zeitbasis eingestellt ist und auch erhalten bleibt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein HMI System so weiterzubilden, dass auch bei einem vernetzten HMI System alle Bedien- und Beobachtungsgeräte ohne manuelle Eingriffe auf derselben Zeitbasis arbeiten.
• Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des im Anspruch 1 angegebenen HMI System gelöst.
• Das erfindungsgemäße HMI System enthält ein Kommunikationsnetzwerk, eine zentrale Zeitserverstation, die über das Kommunikationsnetzwerk adressierbar ist und zumindest ein Bedien- und Beobachtungsgerät. Dieses ist an dem Kommunikationsnetzwerk angeschlossen und ruft eine Zeit- und/oder Datumsinformation bevorzugt zyklisch von der zentralen Zeitserverstation über das Kommunikationsnetzwerk ab.
• Die Erfindung hat den Vorteil, dass keine händischen Manipulationen an Bedien- und Beobachtungsgeräten mehr notwendig sind, um den Zeit- bzw. Datumszustand zu aktualisieren. Vielmehr kann jedes Bedien- und Beobachtungsgerät selbständig und für einen Benutzer unbemerkt durch eine Adressierung mit anschließendem kurzen Kommunikationsaufbau mit der zentralen Zeitserverstation den Zeit- und Datumszustand bevorzugt zyklisch aktualisieren. Die Erfindung ist besonders geeignet für HMI Systeme, bei denen eine Vielzahl von Bedien- und Beobachtungsgeräten verteilt angeordnet sind und über einen Zugang zum Kommunikationsnetzwerk verfügen.
• Bevorzugt handelt es sich bei dem Kommunikationsnetzwerk um das weltweit verfügbare Internet. Es kann sich aber z.B. auch um ein regional begrenztes Intranet, ein Local-Area-Network, d.h. LAN, oder ein Wireless Local-Area-Network, d.h. WLAN handeln. Vorteilhaft werden die Zeit- und/oder Datumsinformationen bei der Abfrage der zentralen Zeitserverstation in einem bekannten Format übertragen und verarbeitet. Besonders geeignet hierfür sind das bekannte „Daytime Protocol", „Time Protocol", „Network Time Protocol" oder das „Simple Network Time Protocol".
• Bei einer bevorzugten weiteren Ausführung ist das Bedien- und Beobachtungsgerät des HMI Systems zusätzlich an einem Feldbus angeschlossen. Es ist als eine sekundäre Zeitserverstation von anderen Komponenten, die am Feldbus angeschlossen sind, zur Weiterleitung von Zeit- und/oder Datumsinformation adressierbar. Es können sich somit z.B. andere, verteilt angeordnete Bedien- und Beobachtungsgeräte durch eine Datenkommunikation mit diesem einen Bedien- und Beobachtungsgerät über den Feldbus mit Zeit- und Datumsinformationen versorgen, ohne selbst über das Kommunikationsnetzwerk eine Datenverbindung mit der zentralen Zeitserverstation aufnehmen zu müssen. Hierdurch kann die Sicherheit in einem Feldbussystem dadurch erhöht werden, dass nur das eine Bedien- und Beobachtungsgerät quasi als eine Kopfstation z.B. über das Internet mit einer zentralen Zeitserverstation kommuniziert. Dort können dann bekannte Sicherungsmaßnahmen, wie z.B. eine Firewall, gegen unberechtigte Datenzugriffe über das Kommunikationsnetzwerk installiert werden.
• Die Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Dabei zeigen
• 1 eine erste Ausführungsform für ein gemäß der Erfindung gestaltetes HMI System, wobei alle Bedien- und Beobachtungsgeräte über ein Kommunikationsnetzwerk auf eine zentrale Zeitserverstation zugreifen können, und
• 2 eine zweite Ausführungsform für ein gemäß der Erfindung gestaltetes HMI System, wobei ein Bedien- und Beobachtungsgeräte über ein Kommunikationsnetzwerk auf eine zentrale Zeitserverstation zugreifen kann und als Zeitreferenz für ein angeschlossenes Feldbussystem dient.
• Im Beispiel der 1 sind exemplarisch drei HMI-Panels P1, P2, P3 eines möglicherweise umfangreichen HMI Systems dargestellt. Die HMI Panels verfügen über übliche Elemente wie z.B. ein Display D und eine Tastatur T. Diese sind beim ersten HMI-Panel P1 beispielhaft gekennzeichnet. Alle HMI-Panels P1, P2, P3 verfügen weiterhin über einen eigenständigen Datenanschluß A1, A2 bzw. A3 an ein Kommunikationsnetzwerk N z.B. das Internet, ein Intranet, ein LAN oder ein WLAN. Weiterhin ist ein zentraler Zeitserver ZS an das Kommunikationsnetzwerk N angeschlossen und darüber in einer bekannten Weise adressierbar.
• Bei dieser Anordnung können alle HMI-Panels P1, P2, P3 parallel, d.h. unabhängig voneinander, Zeit- und Datumsinformationen vom zentraler Zeitserver ZS abrufen. Es können somit besonders vorteilhaft in jedem HMI-Panel eigenständige Aktualisierungszyklen für Zeit- und Datumsinformationen eingestellt werden. Abhängig z.B. von den in einem HMI-Panel bearbeiteten HMI-Applikationen können somit von einem Benutzer wahlfrei kurze oder lange Aktualisierungszyklen eingestellt werden.
• Im Beispiel der 2 ist eine weitere Ausführung gezeigt. Dabei ist nur das HMI-Panel P1 über ein Kommunikationsnetzwerk N z.B. das Internet, ein Intranet, ein LAN oder ein WLAN mit dem zentralen Zeitserver ZS verbunden. Dieses Panel hat dann die Funktion einer sekundären Zeitserverstation und dient als eine Zeitreferenzeinheit für andere HMI-Panels. Im Beispiel der 2 sind hierzu exemplarisch die HMI-Panels P2 und P3 an einem Feldbus FB angeschlossen. Dabei fungiert das erste HMI-Panel P1 quasi als ein Transmitter für Zeit- und Datumsinformationen zwischen dem Kommunikationsnetzwerk N mit dem darüber adressierbaren zentralen Zeitserver ZS und dem Feldbus FB. An diesen ist das HMI-Panel P1 über einen eigenen Datenanschluß A11 angeschlossen.
• Weiterhin kann bei der Ausführung von 2 das HMI-Panel P1 auch eine Art Pufferfunktion für die an dem Feldbus FB angeschlossenen HMI-Panels P2 und P3 gegenüber dem Kommunikationsnetzwerk N ausüben. Insbesondere dann, wenn es sich dabei um das weltweit verfügbare Intranet handelt, sind die HMI-Panels P2 und P3 von möglichen Auswirkungen, die hierüber auftreten können, wie z.B. Angriffen mit Computerviren, nicht direkt betroffen. Diese können dann durch eine entsprechende Ausrüstung des HMI-Panels P1 z.B. mit entsprechender Software abgewehrt werden. Gerade bei einem Umgang mit Zeit- und Datumsinformationen ist möglicherweise eine kurzfristige Aktualisierungsrate erforderlich, so dass u.U. häufige Zugriffe auf eine Zeitserverstation in kurzen Abständen erforderlich sein können. Bei der Ausführung von 2 ereignet sich die Mehrzahl dieser Zugriffe innerhalb dem durch das HMI-Panel P1 quasi abgeschirmten Netzbereich des Feldbusses, in dem das HMI-Panel P1 die Funktion eines sekundären Zeitserverstations übernimmt. Lediglich die Zugriffe des HMI-Panels P1 auf den zentralen Zeitserver ZS erfolgen in die ungeschützte Umgebung z.B. des Internets.

Claims (11)

1. HMI System zum Bedienen- und Beobachten eines technischen Prozesses, mit a) einem Kommunikationsnetzwerk (N), b) einer zentralen Zeitserverstation (ZS), die über das Kommunikationsnetzwerk (N) adressierbar ist, c) zumindest einem Bedien- und Beobachtungsgerät (P1, P2, P3) , das c1) an dem Kommunikationsnetzwerk (N) angeschlossen ist, und c2) eine Zeit- und/oder Datumsinformation bevorzugt zyklisch von der zentralen Zeitserverstation (ZS) über das Kommunikationsnetzwerk (N) abruft.
2. HMI System nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsnetzwerk (N) das Internet ist.
3. HMI System nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsnetzwerk (N) ein Intranet ist.
4. HMI System nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsnetzwerk (N) ein Local-Area-Network (LAN) ist.
5. HMI System nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsnetzwerk (N) ein wireless Local-Area-Network (WLAN) ist.
6. HMI System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Zeit- und/oder Datumsinformation gemäß dem „Daytime Protocol" vorliegt.
7. HMI System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zeit- und/oder Datumsinformation gemäß dem „Time Protocol" vorliegt.
8. HMI System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zeit- und/oder Datumsinformation gemäß dem „Network Time Protocol" vorliegt.
9. HMI System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zeit- und/oder Datumsinformation gemäß dem „Simple Network Time Protocol" vorliegt.
10. HMI System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Bedien- und Beobachtungsgerät (P1,P2,P3) ein HMI Panel ist.
11. HMI System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Bedien- und Beobachtungsgerät (P1,P2,P3) a) an einem Feldbus (FB) angeschlossen ist, und b) als eine sekundäre Zeitserverstation von anderen Komponenten, die am Feldbus angeschlossen sind, zur Weiterleitung von Zeit- und/oder Datumsinformation adressierbar ist.