DE69926966T2

DE69926966T2 - Verteiltes Automatisierungssystem

Info

Publication number: DE69926966T2
Application number: DE69926966T
Authority: DE
Inventors: Jacques Bonet; Gilbert Brault; Antonio Chauvet; Jean-Marc Tixador
Original assignee: Schneider Automation SAS
Current assignee: Schneider Automation SAS
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-10-09
Also published as: ZA996381B; FR2784471B1; CA2286389A1; EP0992867B1; BR9904432A; AU5355999A; AU766699B2; FR2784471A1; ES2247768T3; EP0992867A1; US6564242B1; DE69926966D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verteiltes Automatisierungssystem, das einen programmierbaren Automaten aufweist, der mit einer Zentraleinheit, die ein Programm in einer Automatisierungssprache ausführen kann, und mit einem Koppler ausgestattet ist, der aufgrund einer Server-Funktion mit den zugeordneten Geräten im TCP/IP-Protokoll kommunizieren kann und mit einem Massespeicher versehen ist, der Softwareobjekte mit "Automaten-Variablen" enthält, die den Zugriff zu den Automaten-Variablen verwalten.
Üblicherweise ist ein Automatisierungssystem in mehrere Ebenen segmentiert. Auf der unteren Ebene findet man die Busschiene der Sensoren/Stellantriebe, die den Datenaustausch zwischen den programmierbaren Automaten oder digitalen Steuerungen und den ihnen zugeordneten Sensoren und Stellantrieben ermöglicht. Auf einer höheren Ebene findet man eine Busschiene vom Informatik-Typ, die die mit der Überwachung beauftragten Computer und die Computer des Informationssystems des Produktionsorts verbindet. Auf einer Zwischenebene findet man Busschienen, die die Verbindung zwischen den vorhergehenden Ebenen herstellen. Diese Einheit ist also heterogen.
Es ist bekannt, das TCP/IP-Protokoll und die an dieses Protokoll angepasste Software zu verwenden, um die Geräte eines Automatisierungsnetzes auf verschiedenen Ebenen, zum Beispiel über einen Bus vom Typ Ethernet, kommunizieren zu lassen. Die programmierbaren Automaten sind dann mit einem TCP/IP-Modul oder -Koppler ausgestattet. Diese Lösung erlaubt es, verschiedene Ebenen zu verknüpfen.
Die Sprache Java wird für die Automatisierungen auf verschiedenen Ebenen in Betracht gezogen, zum Beispiel auf der Ebene der Überwachungsverwaltung und der Produktionsverwaltung. Hierzu wird zum Beispiel auf die Aufsätze verwiesen, die in CiMax von Mai-Juni 97 oder in Mesures von Mai 98 erschienen sind. Diese Sprache Java hat Vorteile betreffend die Portabilität und die Objekt-Orientierung sowie die Möglichkeit, im Navigator einer lokalen Station in Java geschriebene Programme auszuführen, die "Applets" genannt und über das Netz importiert werden.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Hardware- und Software-Plattform zu liefern, die den programmierbaren Automaten in einem Netz vom Typ Intranet oder seinen Erweiterungen durch Manipulation und/oder Produktion von Informationen der Herstellerebene aktiviert, d.h. die an der Kontrolle der Echtzeitsteuerung "nicht direkt beteiligt" sind, und die ein Objekt-Modell definiert, das an die aktuelle Struktur der Automatisierungen angepasst ist. Sie ermöglicht es, die programmierbaren Industrie-Automaten in das Informationssystem des Unternehmens zu integrieren, ohne die Struktur der Automatisierungen in Frage zu stellen. Dies entspricht dem wachsenden Bedarf an einer Integration der Geräte des Produktionswerkzeugs und der Verwaltungssysteme (Hauptsteuerprogramme, automatisiertes Produktionssystem, usw.).
Das erfindungsgemäße System ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass es so genannte "Hersteller"-Softwareobjekte enthält, die die Informationen der Objekte mit Automaten-Variablen in Informationen vom Hersteller-Typ umwandelt, die von den zugeordneten Geräten ausgewertet werden können, wobei jedes dieser Objekte aus einem auf dem Server-Koppler lokalisierten Server-Objekt und aus einem Kunden-Objekt besteht, das das Bild des Server-Objekts ist, wobei das Server-Objekt auf mehreren Kunden-Stationen lokalisiert ist.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben, die als Beispiel dient und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:
1 ein Schema eines verteilten Automatisierungssystems;
2 ein Schema der Software-Architektur des Koppler-Servers, der zur Ausstattung eines erfindungsgemäßen Automaten gehört;
3 die Austauschvorgänge zwischen verschiedenen Softwareobjekten des verteilten Automatisierungssystems;
4 die Aktualisierung des Namensservers des Koppler-Servers im Fall der Änderung des Automatenprogramms durch ein Programmierungsbüro;
5 die Austauschvorgänge zwischen verschiedenen Softwareobjekten.
Die in 1 dargestellte Architektur weist einen Automaten API-1 auf, der mit einer Zentraleinheit ausgestattet ist. Dieser Automat kommuniziert mit anderen programmierbaren Automaten API-2, API-3, API-4 sowie mit zugeordneten Geräten SAP, M, C, P. Der Automat API-1 ist mit einem Koppler-Server CS1 ausgestattet, der nachfolgend beschrieben wird. Der Automat API-2 ist ebenfalls mit einem Koppler-Server CS2 ausgestattet.
Die Zentraleinheit jedes programmierbaren Automaten enthält ein Anwendungsprogramm PAP, das in einer üblichen Automatisierungssprache geschrieben ist ("ladder", usw.), und verwaltet die Eingänge-Ausgänge, indem sie Kontrollvariable in Echtzeitsteuerung verwendet, die Automaten-Variable genannt werden und mit VAR bezeichnet sind.
Der Koppler mit Serverfunktion CS1 des programmierbaren Automaten API-1 kommuniziert über die Rückwandplatinen-Schiene mit der Zentraleinheit UC1 des Automaten, auf dem er montiert ist, und mit den anderen Kopplern dieses Automaten. Der mit dem Koppler CS1 ausgestattete Automat API-1 kann zum Beispiel mittels eines Kopplers mit den anderen programmierbaren Automaten API-2, API-3, API-4 kommunizieren. Der Koppler-Server CS1 ist mit einem Verbinder versehen, der es ihm ermöglicht, über eine Busschiene B im TCP/IP-Protokoll mit den zugeordneten Geräten zu kommunizieren, wie zum Beispiel dem Produktionsverwaltungsserver SAP, einem Dialogterminal P oder Computern C und M.
Gemäß 2 unterstützt jeder Koppler-Server CS1 oder CS2 ein Echtzeit-Betriebssystem JAVA, eine virtuelle Maschine, die den "Byte-Code" JAVA interpretiert (Zwischencode, erhalten nach Vorkompilierung durch einen JAVA-Compiler). Eine der Funktionen dieses Betriebssystems ist es, die Verbindung des Kopplers CS1 mit dem Netz vom Typ TCP/IP zu gewährleisten. Jeder Koppler CS1 oder CS2 ist mit einem Massespeicher MS und mit einem Mikroprozessor versehen.
Der Koppler mit Serverfunktion CS1 des Automaten API-1 enthält in seinem Speicher MS einerseits Softwareobjekte "mit Automaten-Variablen" mit dem Bezugszeichen OV, die den Zugriff zu den Automaten-Variablen VAR verwalten, und andererseits Hersteller-Softwareobjekte mit dem Bezugszeichen OM. Dieser Koppler CS1 unterstützt einen Verwaltungsserver einer Einheit von Seiten vom Typ HTML, die die "Verwaltung" des Kopplers ermöglichen, insbesondere die Anzeige des Zustands des Kopplers (eingeschaltet, ausgeschaltet, Fehler) und die Veränderung dieses Zustands der Objekte OM und OV des Kopplers (eingeschaltet, ausgeschaltet, Fehler) und die Veränderung dieses Zustands.
Ein Hersteller-Objekt OM kann leicht mit verschiedenen Objekten vom Typ OV und folglich mit verschiedenen Arten von Protokoll "verbunden" werden, was die Anpassung des Kopplers CS1 an alle Arten industrieller Protokolle erlaubt. Ein Objekt OM1-S, das auf dem Koppler CS1 des Automaten API-1 ausgeführt wird, kann Informationen verbrauchen, die von anderen Objekten OV-3 oder OM-2 erzeugt wurden, die auf einem Koppler-Server CS2 ausgeführt werden, der sich im Automaten API-2 befindet.
Die Objekte OV "mit Automaten-Variablen" können die Werte einer oder mehrerer Automaten-Variablen VAR lesen oder schreiben, indem sie die industriellen Kontrollprotokolle verwenden. Sie übertragen die Werte der Automaten-Variablen auf die Objekte OM in Abhängigkeit vom Typ der Automaten-Variablen und/oder in Abhängigkeit von den Bedürfnissen.
Gemäß den 3 und 5 liest oder schreibt das Objekt OV-1 durch Operation 1 den Wert einer Automaten-Variablen VAR1. Das Objekt OM1-S kann durch eine Operation 2 diesen Wert in der gleichen Form lesen oder schreiben, wie sie von der Automaten-Variablen manipuliert wurde. Es kann auch den Wert durch eine Operation 2a der 5 in einer anderen Form als die der Automaten-Variablen lesen oder schreiben. Auch wenn der Wert sich nicht ändert, ändert sich in diesem Fall die Form (oder auch die Dynamik): Zum Beispiel wird der Wert anstatt mit zwei Bytes mit vier Bytes codiert. Das Objekt OM1-S kann auch einen pertinenten Wert in Form eines Ereignisses empfangen.
Jedem mit einer Automaten-Variablen verbundenen Objekt OV wird ein eindeutiger symbolischer Name verliehen, der derjenige der von ihm manipulierten Automaten-Variablen ist. Der symbolische Name und die zugeordnete Adresse (auch Markierung genannt) werden in einem Namensserver SN gesichert, der im Koppler CS1 implementiert ist. Die symbolischen Namen und Adressen werden automatisch aktualisiert, entweder im Fall der Änderung des Namens einer Automaten-Variablen oder im Fall der Änderung der Adresse der Automaten-Variablen.
Jedes so genannte Hersteller-Objekt besteht aus einem Objekt wie OM1-S, das auf dem Koppler-Server CS1 lokalisiert ist, und aus einem Bild-Objekt OM1-C, das auf einer Kunden-Station lokalisiert ist, wie P, C, M oder SAP. Es erzeugt ausgehend von den Werten der Automaten-Variablen, die von einem Objekt OV oder OM geliefert werden, eine Information vom Hersteller-Typ, d.h. eine Information, die zum Beispiel für das Informationssystem der Fabrik bestimmt ist. Ein solches Objekt OM kann mit mehreren industriellen programmierbaren Automaten kommunizieren.
Die Information 3 der Hersteller-Ebene kann zum Beispiel eine Alarmmeldung sein, die von einer Produktionsmaschine erzeugt wird, ein Hersteller-Datenwert (zum Beispiel die Anzahl von weißen Fahrzeugen oder die Anzahl von Flaschen), eine Fernnachricht mittels elektronischer Post, eine Information der Verbindung Automat/Server SAP, eine Information der Systemdiagnose, eine Information der Alarmverwaltung, eine Alarmnachricht in Abhängigkeit von Werten, die von bestimmten Automaten-Variablen angenommen werden, oder eine Information der Verwaltung einer relationalen Datenbank oder eine Information der Verwaltung der Archivierung von Ereignissen in einer relationalen Datenbank, eine Information, die die Anzeige einer Teilansicht einer Maschine verwaltet.
Jedem Hersteller-Objekt OM ist ein eindeutiger symbolischer Name zugeordnet, der im Namensserver SN gespeichert und an eine Anwendung im Netz angepasst ist.
Das Kunden-Objekt OM1-C ist das "proxy" oder Bild des Server-Objekts OM1-S. Die Lokalisierung dieses Bild-Objekts OM1-C hängt von seiner Verwendung ab. Wenn das Objekt OM1-C nicht verwendet wird, ist es in der Persistenz-Basis BP des Koppler-Servers CS1 gespeichert. Wenn das Objekt OM1-C verwendet wird, wird es nach Herunterladen über das Netz von der Persistenz-Basis BP auf einer Kunden-Maschine des Koppler-Servers CS1 ausgeführt. Diese Persistenz-Basis BP enthält den Zustand der Objekte OV und OM (einschließlich für dieses letztere des Kunden-Objekts OM-C).
An sich bietet das Kunden-Objekt OM1-C eine Ansicht "Verwaltung des Objekts OM" (Zustand des Objekts, Position, Parameter). Es kann optionale Dienste erfüllen, die von der Art selbst des Objekts OM abhängen, zum Beispiel die Schnittstelle mit externen Systemen (SAP), eine tabellarische Ansicht von Alarmmeldungen für einen Alarm-Dienst, eine Übersichtdarstellung, usw. Das Kunden-Objekt OM-C kann die Form von HTML-Seiten, von "Applets", von "Beans" (logischer Java-Baustein) und/oder von anderen Softwarekomponenten annehmen.
Die Hersteller-Objekte OM liefern pertinente Daten in Form von Ereignissen (Modell Hersteller/Verbraucher) und gewährleisten die Aufrechterhaltung der Kohärenz der Namen von manipulierten Objekten. Es ist der Koppler-Server CS1, der die Namensdatenbank aufrechterhält, während die anderen Softwareprodukte mit diesem Server verbunden sind. Zum Beispiel (siehe 4) sendet ein Automaten-Programmierungsbüro APA die Liste der Veränderungen jedes Mal dann an den Namensserver SN, wenn eine Veränderung des Automaten-Programms eine mit einem Objekt OV verbundene Automaten-Variable verändert.
Die Veränderung der Konfiguration des Kopplers CS1 durch das Netz hat keine Einwirkung auf den Kontrollbereich Steuerung des Automaten.
Der Betrieb wird nun erklärt werden:
Gemäß 3 empfangen die Objekte OV-1 und OV-2 Informationen 1 und 5 bezüglich Automaten-Variablen der Zentraleinheit UC1. Diese Objekte OV-1 und OV-2 liefern eine Information an den Server-Teil OM1-S des Hersteller-Objekts. Außerdem kann dieses Objekt OM1-S Informationen von den Objekten OV-3 und OV-4 eines anderen Automaten API-2 empfangen. Der Teil des Servers OM1-S des Hersteller-Objekts erzeugt eine Information 3 vom Hersteller-Typ.
Das Server-Objekt OM1-S überträgt die Information 3 vom Hersteller-Typ über einen Austausch 7 zum Kunden-Objekt OM1-C. Das Objekt OM1-S überträgt eine Synchronisationsinformation an die Zentraleinheit UC1.
Eine Kunden-Station wie P, C, M oder SAP überträgt über einen Navigator oder andere Mittel durch einen Austausch 6 über das Netz B den Kunden-Teil des Objekts OM1-C. Dieser Kunden-Teil des Objekts OM1-C wird in einer Kunden-Station entweder punktförmig (zum Beispiel Fall einer Verbindung vom Typ Web-Navigator) oder zum Beispiel permanent auf einem Server SAP gespeichert.
Die Softwareelemente 10 einer externen Anwendung, die auf der Kunden-Station ausgeführt werden, empfangen durch einen Austausch 8 die Information vom Hersteller-Typ.
Der Server SAP wird vom Objekt OM abgefragt, oder der Server SAP schickt die vom OM geforderten Daten zurück.

Claims

Verteiltes Automatisierungssystem mit einem programmierbaren Automaten (AP-1), der mit einer Zentraleinheit (UC1), die ein Programm in der Automatisierungssprache ausführen kann, und mit einem Koppler (CS1) ausgestattet ist, der mit Hilfe einer Server-Funktion mit den zugeordneten Geräten (P, C, M, SAP) unter dem Protokoll TCP/IP kommunizieren kann und mit einem Massespeicher (MS) versehen ist, der so genannte "Softwareobjekte mit Automaten-Variablen" (OV) enthält, die den Zugriff zu den Automaten-Variablen (VAR) verwalten, dadurch gekennzeichnet, dass es so genannte "Hersteller-Softwareobjekte" (OM) enthält, die die Informationen der Objekte (OV) mit Automaten-Variablen in Informationen vom Hersteller-Typ umwandeln, die von den zugeordneten Geräten (P, SAP, C, M) ausgewertet werden können, wobei jedes dieser Objekte (OM) aus einem auf dem Server-Koppler (CS1) lokalisierten Server-Objekt (OM1-S) und aus einem Kunden-Objekt (OM1-C) besteht, das das Bild des Server-Objekts ist, wobei das Server-Objekt auf mehreren Kunden-Stationen (P, C, M oder SAP) lokalisiert ist.
Automatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem mit einer Automaten-Variablen verbundenen Objekt und jedem Hersteller-Objekt ein eindeutiger symbolischer Name zugewiesen wird, wobei der Koppler-Server (CS1) einen Namensserver enthält, der die jedem Objekt mit Automaten-Variablen (OV) und jedem Hersteller-Objekt (OM) zugewiesenen eindeutigen symbolischen Namen verwaltet.
Verteiltes Automatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler- Server (CS1) ein Echtzeit-Betriebssystem JAVA unterstützt, das in der Lage ist, die Verbindung unter TCP/IP zu erlauben.
Automatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es im Koppler-Server eine Persistenz-Datenbank (BP) enthält, die es ermöglicht, die nicht verwendeten Kunden-Objekte (OM1-C) und den Zustand der mit den Automaten-Variablen (OV) verbundenen Objekte und der Server-Objekte (OM1-S) und Kunden-Objekte (OM1-C) zu speichern.
Automatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit mehreren programmierbaren Automaten (API-2, API-3, API-4) verbunden ist.
Automatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hersteller-Kunden-Objekte (OM1-C) in einem SAP-Server gespeichert sind.
Automatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler-Server (CS1) einen HTML-Server unterstützt.