EP2021924A1 - Verfahren und vorrichtung zum austausch von daten auf basis des opc-kommunikationsprotokolls zwischen redundanten prozessautomatisierungskomponenten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum austausch von daten auf basis des opc-kommunikationsprotokolls zwischen redundanten prozessautomatisierungskomponenten

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EP2021924A1
EP2021924A1 EP07704284A EP07704284A EP2021924A1 EP 2021924 A1 EP2021924 A1 EP 2021924A1 EP 07704284 A EP07704284 A EP 07704284A EP 07704284 A EP07704284 A EP 07704284A EP 2021924 A1 EP2021924 A1 EP 2021924A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
opc
master
server
standby
client
Prior art date
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Ceased
Application number
EP07704284A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Jordan
Dieter Kleyer
Lothar Schmidt
Axel Zimmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP07704284A priority Critical patent/EP2021924A1/de
Publication of EP2021924A1 publication Critical patent/EP2021924A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/26—Special purpose or proprietary protocols or architectures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/40—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass for recovering from a failure of a protocol instance or entity, e.g. service redundancy protocols, protocol state redundancy or protocol service redirection
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34263—OLE object linking and embedding, OPC ole for process control

Definitions

  • the invention relates to a method for exchanging data based on the OPC communication protocol, wherein at least one standby OPC server is connected in parallel to a master OPC server.
  • the invention further relates to a device which is designed to carry out the method according to the invention.
  • OPC is a standardized communication protocol specified by the OPC Foundation (www.opcfoundation.org). OPC stands at ⁇ for OLE ( "object linking and embedding") for Process Control. OPC is an open standard.
  • Process automation systems are usually divided into three hierarchically arranged automation levels.
  • the upper automation level which is often referred to as a control level or operating level, are mostly personal ⁇ computer used.
  • the tasks there are, for example, the operation, observation, presentation, archiving and optimization of the process operations. Because of their extremely high availability, so-called preferred.
  • Memory Program ⁇ -programmed logic controllers are used in the underlying control level (control layer), which, since they usually only control a part of the process, and decentralized automation ⁇ called tretesakuen.
  • the PLC via respective connections detect the product detected by sensors zessmesshong, wherein the sensors detect directly at the respective part ⁇ process, for example, to a turbine or electrical generator see, in the so-called.
  • the process measured values acquired by the sensors can also be passed on by microcontrollers arranged in the field level to the respective or the respective PLC or by the Microcontrollers themselves are formed.
  • the PLC can address the sub-processes, for example the turbine, via control signals and possibly via the microcontroller, the actuators arranged in the field level.
  • the automation devices such as memory Program ⁇ -optimized controls, which are found for example in the control plane, and personal computers, which are found for example in the operating level of a large power plant, communi ⁇ adorn themselves and among each nikationsprotokolle mostly by proprietary commu ⁇ .
  • These communication protocols under ⁇ divorce usually not only between different manufacturers, but often steller between devices of the same manufacturer. This makes communication with other automati ⁇ s mecanicsischen devices without complex measures impossible. So it is only at high cost possible such existing automated system with automatmaschinestechni ⁇ rule devices or software programs to expand other manufacturers to modify or modernize.
  • OPC interfaces Ie was developed and agreed as a standard in the field of mitautoma ⁇ automation.
  • the data exchange of an OPC communication is carried out in general on my n-active compounds, one always higher availability for a communication based on the OPC Kom ⁇ munication is required correspondingly shorter downtime or default frequencies. That's why For OPC-based communication, a secure OPC connection is desirable.
  • So Be ⁇ can serve images frequently arranged in the operating level HMI's (human machine interfaces) disturbed by switching the ⁇ and must therefore be time consuming renewed by new query. Likewise, operator inputs and control commands can be lost. This is a considerable disadvantage, especially in time-critical operations, which can lead to dangerous system conditions. In addition, archives must be kept multiple times, as a complete capture and archiving in the switching phase is not ensured. A further disadvantage is that process states and process alarms must be updated in the switching phase or in the re-integration.
  • the object of the invention is to provide a method and Vorrich- processing for exchanging data on the basis of the OPC communication protocol to specify, with the or by switching ⁇ operations complications, in particular, downtime can be avoided.
  • the object is according to the invention with the aforementioned
  • the OPC client switches at least partially from the master OPC server to the at least one standby OPC server in such a way that the program execution is continued bumplessly at the same location.
  • each OPC server - whose essential tasks consist in obtaining the data or process values from the field levels or controller levels and providing these data in OPC format, and also status and to determine and process error information - an OPC client is operated or installed on a separate computer, but instead parallel or switched, ie redundantly executed, OPC servers, comprising a master OPC server and at least one standby OPC server. Server, connected via separate communication links to a common OPC client.
  • the OPC client is designed to recognize an incident from the received data.
  • the OPC client switches from the active master OPC server, via which the exchange of data and process variables for controlling or regulating the power plant takes place during normal operation of the power plant, at least partially to the standby mode.
  • OPC server also called standby OPC server.
  • the switchover can be complete, ie the standby OPC server completely takes over the control tasks of the master OPC server, as is the case in the case of a very pronounced incident.
  • the inventive connection of the standby OPC server and the master OPC server with a common OPC client allows in contrast to known solutions an uninterruptible switching.
  • the operation is not chen underbro ⁇ and operator inputs are not lost and must not therefore be repeated. Archives are updated consistently and thus have no gaps. A explizi ⁇ tes update is not required.
  • the "Operating" interrup ⁇ can the power plant in case of failure will be continued monitoring free.
  • a separate selection of equipment and operator screens is not required, but made before the fault selection of equipment and operator screens is automatically accepted and complete over- would take all Alarms, messages or status displays are ensured, regardless of a hardware malfunction, even in critical situations the system operator or operator can detect fault conditions in the system and shut down the system and operate safely. Disruptions and system downtime associated with high costs are thereby avoided.
  • the automation devices such as controllers, also redundant in the form of a standby controller and a master controller, constructed, the redundancy management is carried out independently by the controllers and the master OPC server on the redundant connecting lines each with the master - Controllers and the standby OPC server is connected to the standby controllers.
  • the controller is taken over by the standby controller and the data or process variables are exchanged via the standby OPC server to the OPC client.
  • the I / O level can also be configured redundantly in a similar way. Overall, the overall availability of an automation solution is significantly increased by using the two OPC servers in conjunction with a "user-granular" switchover option.
  • the OPC client is making redundant ⁇ comprising a master OPC client and at least egg ⁇ NEN standby OPC client, in case of error between the master OPC client and the at least one Standby OPC client is switched so that the program execution is continued bumplessly in the same place, the master OPC client and the at least one standby OPC client Client for the master OPC server and the at least one standby OPC server are recognizable only as the OPC client.
  • the redundantly configured OPC client is preferably designed according to the single system image principle or according to the single application image principle or works according to these principles.
  • Single system image means that the entire memory or the entire memory image of the master OPC client is also on the standby OPC client available while the single-image A bearing the application iden ⁇ is romantic, but quite System Components can be different.
  • the OPC client depending on the degree of error, at least partially switches over from the master OPC server to the at least one standby OPC server.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention, in which at least one standby OPC server is connected in parallel to a master OPC server, and in which an OPC client via a first communication link with the master OPC Server and via at least a second communication connection with the at least one standby OPC server, and in which the OPC client is adapted to the first communication link and the master OPC server and the at least second communication link and to exchange data with the at least one standby OPC server with automation devices and to evaluate the data coming from the master OPC server and the at least one standby OPC server, wherein the OPC client is further configured, in the event of a fault, at least partially switch from the master OPC server to the at least one standby OPC server so that the Progra bump-free in the same place.
  • the OPC client is configured redundantly, comprising a master OPC client and at least one standby OPC client, wherein the OPC client is designed, in the event of a fault, between the master OPC client and the at least to switch a standby OPC client so that program execution continues smoothly at the same location, the master OPC client and the at least one standby OPC client for the master OPC server and at least one standby OPC servers are only recognizable as the OPC client.
  • Preference is given to a case that the redundant abandoned ⁇ finished OPC client det trained on a fault-tolerant computer.
  • the master OPC client on a FEH ⁇ lertoleranten computer is arranged and formed at least one standby OPC client on at least one further FEH ⁇ lertoleranten computer.
  • Exemplary embodiments of devices for exchanging data based on the OPC communication protocol will be explained in more detail below. It shows:
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention for exchanging data on the basis of the OPC communication protocol
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device for exchanging data known from the prior art on the basis of the OPC communication protocol
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further device according to the invention for exchanging data on the basis of the OPC communication protocol
  • FIG. 4 shows a schematic representation of individual components of a power plant automation system.
  • the 1 shows an inventive device 10 for off ⁇ exchange of data based on the OPC communication protocol.
  • the lower half shows the typical automation s réellesebene or field level 12, each of three car ⁇ matmaschinesservern 14 is to assume that each different in power plant operation control functions.
  • Each of the three automation servers 14 is redundantly designed by means of two modules in the form of two controllers, namely a master controller 16 and a standby controller 16 '.
  • Data or process variables of the individual automation servers 14 are transmitted via a likewise redundantly designed plant bus 18 (the redundancy is symbolized in FIG. 1 by the broad line width) via two OPC controller interfaces 20, 20 'to a master OPC server 22 or a standby OPC server 24 of a separate server hardware.
  • One of the buses of the redundant ⁇ stored system bus 18 is in this case via the OPC Control- ler interfaces 20 connect to the master OPC-Ser-ver 22 forth; the other bus of the redundant system bus 18 establishes a connection to the standby OPC server 24 via the other OPC controller interface 20 '.
  • 24 transmitted data or process variables are converted by the two OPC reserves 22, 24 in the OPC format and via two separate communica ⁇ tion connections assigned to a common OPC client 28 26th
  • the OPC client 28 controls and monitors the OPC server 22, 24 and is installed as an access layer on a fault-tolerant HMI (Human Machine Interface) server 30 at ⁇ .
  • the OPC client 28 is designed to be redundant according to the singe application image principle.
  • a fault that is, when an error or fault is reported to the OPC client 28, it switches from the master OPC server 22, via which the control or regulation of a power plant component takes place during the trouble-free power plant operation, to the standby OPC Server 24 um. Carried out the switchover can here, especially on a large Stö ⁇ tion or carried out an extensive failure completely so that all the control / regulating operations on the Ready ⁇ nomic OPC server 24th However, depending on the extent of the error, only a partial changeover can take place. This is especially true when one of the master controller 16 reports a fault to the OPC client 28.
  • the OPC client 28 switches over to the standby OPC server 24 in such a way that the control of the standby controller 16 'provided for achieving the redundancy now takes place via this.
  • the total availability of a Automatmaschineslö ⁇ can be sung increased according to the invention.
  • this is also protected, in addition to the OPC servers 22, 24, which only recognize it as an OPC client 28.
  • the switching takes place-both from the master OPC server 22 to the standby OPC server 24 and also from the master OPC server 22.
  • OPC client to the standby OPC client (not Darge ⁇ sets) -
  • the invention called in contrast to known Lösun ⁇ , without interruption, so that the operator is not broken out among ⁇ and operator inputs are not lost.
  • FIG. 2 schematically shows, for comparison with the device according to the invention shown in FIG. 1, a device known from the prior art for exchanging data on the basis of the OPC communication protocol.
  • the individual single controller 16, 16 sets' together with the plant 18 redundantly ⁇ .
  • the standby OPC server 24 and the master OPC server 22 are not connected via a common OPC client, as is the case according to the invention. A trouble-free switching between such separated OPC servers 22, 24 can not be done.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of another device 10 according to the invention for exchanging data on the basis of the OPC communication protocol.
  • Two automation servers 14, which are each provided with a number of modules in the form of controllers 16, 16 'and each have a CPU 32, 32', are of redundant design, ie the individual controllers 16, 16 ', the CPU 32 , 32 'and also the I / O level (not shown) are designed to be redundant, with the controllers 16' and the CPU 32 'respectively representing the respective standby controllers and the standby CPU, respectively.
  • the plant bus 18 is accordingly designed redundantly.
  • the OPC client 28 is here on aCentraltole ⁇ Ranten HMI (Human Machine Interface) server 30 installed and configured redundantly, as symbolized by the graphics.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of individual components of a power plant automation system, reindeer in the obe ⁇ row from left to right schematically a master HMI CPU 34, a master OPC server 36, a master plant bus interface 38, a master Automation system 40 and a master I / O module 42 are shown.
  • a master HMI CPU 34 a master OPC server 36
  • a master plant bus interface 38 a master Automation system 40
  • a master I / O module 42 are shown in the lower Rei ⁇ hey.
  • the illustration in FIG. 4 shows schematically how availability of the power plant automation system is increased by a partial switchover to individual standby components 34 ', 36', 38 ', 40' and 42 '.
  • the faulty components 36 and 40 can be masked out by the dashed path, while the intact components 34, 38 and 42 of the "parallel line"

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Hardware Redundancy (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikationsprotokolls, wobei zumindest ein Bereitschafts-OPC-Server (24) parallel zu einem Master-OPC-Server (22) geschaltet wird. Erfindungsgemäß ist ein OPC-Client (28) über eine erste Kommunikationsverbindung (26) mit dem Master-OPC-Server (22) und über eine zumindest zweite Kommunikationsverbindung (26) mit dem zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) verbunden. Der OPC-Client (28) tauscht über die erste Kommunikationsverbindung (26) und den Master-OPC-Server und über die zumindest zweite Kommunikationsverbindung (26) und den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) mit Automatisierungsgeräten (16, 16') Daten aus und wertet die von dem Master-OPC-Server (22) und dem zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) kommenden Daten aus. Im Fehlerfall wird von dem OPC-Client (28) zumindest teilweise von dem Master-OPC-Server (22) auf den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) so umgeschaltet, dass die Programmausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM AUSTAUSCH VON DATEN AUF BASIS DES OPC-KOMMUNIKATIONSPROTOKOLLS ZWISCHEN REDUNDANTEN PROZESSAUTOMATISIERUNGSKOMPONENTEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikationsprotokolls, wobei zumindest ein Bereitschafts-OPC-Server parallel zu einem Master-OPC- Server geschaltet wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet, das erfindungsgemäße Ver¬ fahren durchzuführen.
Der Datenaustausch bzw. der Austausch der Prozessvariablen erfolgt dabei auf Grundlage von OPC. OPC ist ein standardi- siertes Kommunikationsprotokoll, welches von der OPC-Founda- tion (www.opcfoundation.org) spezifiziert ist. OPC steht da¬ bei für OLE („Object linking and embedding") for Process Con- trol. OPC ist ein offener Standard.
Prozessautomatisierungssysteme werden für gewöhnlich in drei hierarchisch angeordnete Automatisierungsebenen eingeteilt. In der oberen Automatisierungsebene, welche oft als Leitebene oder Betriebsebene bezeichnet wird, kommen überwiegend Perso¬ nal Computer zum Einsatz. Die dortigen Aufgaben sind bei- spielsweise die Bedienung, Beobachtung, Darstellung, Archivierung und Optimierung der Prozessvorgänge. In der darunter liegenden Steuerungsebene (Control layer) werden, wegen ihrer überaus hohen Verfügbarkeit, bevorzugt sog. Speicherprogram¬ mierte Steuerungen (SPS) eingesetzt, welche, da diese meist immer nur einen Teilprozess steuern, auch dezentrale Automa¬ tisierungseinheiten genannt werden. Die SPS erfassen über entsprechende Verbindungen die von Sensoren erfassten Pro- zessmesswerte, wobei die Sensoren direkt am jeweiligen Teil¬ prozess, beispielsweise an einer Turbine oder einem elektri- sehen Generator, in der sog. Feldebene Messwerte erfassen. Die von den Sensoren erfassten Prozessmesswerte können auch von in der Feldebene angeordneten Mikrokontrollern an die jeweilige oder jeweiligen SPS weitergegeben werden oder von den Mikrokontrollern selbst gebildet werden. In gleicher Weise kann die SPS über Steuersignale und ggf. über die Mikrokon- troller, die in der Feldebene angeordneten Aktoren ansprechen, um die Teilprozesse, beispielsweise die Turbine, zu be- einflussen.
Automatisierungstechnische Geräte, wie z.B. Speicherprogram¬ mierte Steuerungen, wie sie beispielsweise in der Steuerebene vorkommen, und Personal Computer, wie sie beispielsweise in der Betriebsebene eines großen Kraftwerks vorkommen, kommuni¬ zieren mit- und untereinander meist durch proprietäre Kommu¬ nikationsprotokolle. Diese Kommunikationsprotokolle unter¬ scheiden sich meist nicht nur zwischen unterschiedlichen Herstellern, sondern oft auch zwischen Geräten des gleichen Her- stellers. Dies macht eine Kommunikation mit anderen automati¬ sierungstechnischen Geräten ohne aufwendige Maßnahmen unmöglich. So ist es nur unter hohen Kosten möglich eine solche bestehende, automatisierte Anlage mit automatisierungstechni¬ schen Geräten oder Software-Programmen anderer Hersteller zu erweitern, abzuändern oder zu modernisieren.
Um die Kommunikationsschnittstellen zwischen den verschiedenen Geräten und Softwareprogrammen zu normieren und um so die Kommunikation zu vereinheitlichen, wurde die OPC-Schnittstel- Ie entwickelt und als Standard im Bereich der Prozessautoma¬ tisierung vereinbart. Vorwiegend wird heutzutage eine auf OPC basierende Kommunikation zwischen der Betriebsebene und der Steuerungsebene angewendet. Anwendbar ist eine solche OPC- basierte Kommunikation auch zwischen einer Geschäfts/Büro- Ebene und der Betriebsebene oder innerhalb der gleichen Ebe¬ nen. Über OPC-Verbindungen werden Daten bzw. Prozessvariablen ausgetauscht bzw. übertragen.
Der Datenaustausch einer OPC-Kommunikation erfolgt im allge- meinen über n aktive Verbindungen, wobei für eine auf OPC basierte Kommunikation eine immer höhere Verfügbarkeit der Kom¬ munikation mit entsprechend kürzeren Ausfallzeiten oder Ausfallhäufigkeiten verlangt wird. Aus diesem Grunde ist auch für eine auf OPC basierende Kommunikation eine sichere OPC- Verbindung wünschenswert.
Um eine OPC-Verbindung sicherer zu realisieren, ist aus dem Stand der Technik beispielsweise bekannt, die Hardware zu duplizieren, d.h., dass die gesamte Verbindung getrennt von einander hardwaremäßig mindestens zweifach vorhanden ist. Im Fehlerfalle wird dann auf die fehlerfreie Hardwareverbindung umgeschaltet. Jedoch wird bei dieser Lösung der Zustand der Bedienung nicht berücksichtigt. Dies hat zur Folge, dass nach einem Umschaltvorgang die Bildanwahl (Anlagenbilder und/oder Bedienbilder) erneut erfolgen muß. In kritischen Anlagenzu- ständen geht hierbei wertvolle Zeit verloren, so dass gefähr¬ lich Bedienpausen entstehen können. Allein durch eine Paral- lelschaltung von OPC-Client-Server-Verbindungen bzw. OPC- Linien kann daher eine hochverfügbare OPC-Verbindung nicht realisiert werden, da bei Ausfall einer OPC-Linie eine konti¬ nuierliche Bedienung nicht gewährleistet ist. So können Be¬ dienbilder der häufig in der Betriebsebene angeordneten HMI ' s (Human-Machine-Interfaces) durch die Umschaltung gestört wer¬ den und müssen deshalb zeitaufwendig durch erneute Abfrage erneuert werden. Ebenso können Bedieneingaben und Steuerbefehle verloren gehen. Insbesondere bei zeitkritischen Operationen ist dies ein erheblicher Nachteil, welcher zu gefähr- liehen Anlagenzuständen führen kann. Im Weiteren müssen dadurch Archive mehrfach gehalten werden, da eine lückenlose Erfassung und Archivierung in der Umschaltphase nicht sicher gestellt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass in der Umschaltphase oder bei der Re-Integration Prozesszustände und Prozessalarme aktualisiert werden müssen. Zwischenzeitli¬ che Ereignisse (z.B. Änderungen und Alarme) können hierbei verloren gehen.
Um solch ein kontinuierliches und unterbrechungsfreies Bedie- nen und Beobachten der Automatisierungsebene von der Leitebe¬ ne aus auch bei einem Rechnerausfall sicherzustellen, wurden bisher lediglich proprietäre Lösungen eingesetzt, welche bei¬ spielsweise bei Änderungen nur wenig Spielraum bei der Aus- wähl neuer Geräte lassen oder mit sehr hohem Aufwand ange- passt werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich- tung zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunika- tionsprotokolls anzugeben, mit dem bzw. der durch Umschalt¬ vorgänge bedingte Komplikationen, insbesondere Ausfallzeiten vermieden werden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit dem eingangs genannten
Verfahren gelöst, wobei ein OPC-Client über eine erste Kommu¬ nikationsverbindung mit dem Master-OPC-Server und über eine zumindest zweite Kommunikationsverbindung mit dem zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server verbunden ist, und bei dem der OPC-Client über die erste Kommunikationsverbindung und den
Master-OPC-Server und über die zumindest zweite Kommunikati¬ onsverbindung und den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server mit Automatisierungsgeräten Daten austauscht und die von dem Master-OPC-Server und dem zumindest einen Bereitschafts- OPC-Server kommenden Daten auswertet, und bei dem im Fehlerfall von dem OPC-Client zumindest teilweise von dem Master- OPC-Server auf den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server so umgeschaltet wird, dass die Programmausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird.
Erfindungsgemäß wird nicht, wie bei der OPC-Kommunikation heute üblich, zu jedem OPC-Server - dessen wesentliche Aufgaben darin bestehen, die Daten bzw. Prozesswerte aus den Feldebenen bzw. Controllerebenen zu beschaffen und diese Daten im OPC-Format bereitzustellen, und ferner Status und Fehlerinformationen zu ermitteln und aufzubereiten - auf einem separatem Computer ein OPC-Client betrieben bzw. installiert, sondern es werden parallel betriebene bzw. geschaltete, d.h. redundant ausgeführte OPC-Server, umfassend einen Master-OPC- Server und wenigstens einen Bereitschafts-OPC-Server, über getrennte Kommunikationsverbindungen mit einem gemeinsamen OPC-Client verbunden. Der OPC-Client ist dazu ausgebildet, aus den empfangenen Daten einen Störfall zu erkennen. Hat der OPC-Client einen Störfall erkannt, schaltet der OPC-Client von dem aktiven Master-OPC-Server, über den bei störungsfreiem Betrieb z.B. des Kraftwerks der Austausch von Daten und Prozessvariablen zur Steuerung bzw. Regelung des Kraftwerks erfolgt, zumindest teilweise auf den Bereitschafts-OPC-Server (auch Standby-OPC-Server genannt) um. Die Umschaltung kann vollständig erfolgen, d.h. dass der Bereitschafts-OPC-Server vollständig die Steuer/Regel-Aufgaben des Master-OPC-Servers übernimmt, wie es bei einem sehr ausgeprägten Störfall der Fall ist. Bei einem Störfall mit kleinerer Ausprägung, also wenn beispielsweise bei einer redundant ausgelegten Komponente der Feldebene, umfassend eine Master-Komponente und eine Bereitschafts-Komponente, die Master-Komponente ausgefallen ist, kann lediglich eine teilweise vorgenommene Umschaltung erfolgen, so dass die Steuerung/Regelung der Bereitschafts- Komponente über den Bereitschafts-OPC-Server erfolgt, während die Steuerung/Regelung der übrigen Komponenten weiterhin über den Master-OPC-Server erfolgt. So kann erfindungsgemäß die Gesamtverfügbarkeit einer Automatisierungslösung erhöht wer- den.
Die erfindungsgemäße Verbindung des Bereitschafts-OPC-Servers und des Master-OPC-Servers mit einem gemeinsamen OPC-Client ermöglicht im Gegensatz zu bekannten Lösungen eine unterbre- chungsfreie Umschaltung. Die Bedienung wird nicht unterbro¬ chen und Bedieneingaben gehen nicht verloren und müssen demzufolge nicht wiederholt werden. Archive werden konsistent aktualisiert und weisen somit keine Lücken auf. Ein explizi¬ tes Update ist nicht erforderlich. Darüber hinaus kann das „Operating" der Kraftwerksanlage auch im Fehlerfall unterbre¬ chungsfrei weitergeführt werden. Eine gesonderte Anwahl der Anlagen und Bedienbilder ist nicht erforderlich, sondern die vor der Störung vorgenommene Anwahl der Anlagen und Bedienbilder wird automatisch übernommen und eine lückenlose Über- nähme aller Alarme, Meldungen oder Zustandsanzeigen wird sichergestellt. Unabhängig von einer Hardwarestörung kann der Anlagenfahrer bzw. Bediener auch in kritischen Situationen Fehlerzustände in der Anlage erkennen und die Anlage schell und sicher bedienen. Störungen und die mit hohen Kosten verbundenen Anlagenstillstände werden hierdurch vermieden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens tauschen der Master-OPC-Server und der zumindest eine Bereitschafts-OPC-Server über redundant ausgeführte Verbindungslinien mit den Automatisierungsgeräten Daten aus, wobei der Master-OPC-Server und der zumindest eine Bereit¬ schafts-OPC-Server Zugriff auf die gleichen oder dieselben Automatisierungsgeräte haben und mit diesen Daten austau¬ schen. Bevorzugt sind hierbei die Automatisierungsgeräte, beispielsweise Controller, ebenfalls redundant in Form eines Standby-Controller und eines Master-Controller, aufgebaut, wobei das Redundanzmanagement von den Controllern autark durchgeführt wird und der Master-OPC-Server über die redundant ausgeführten Verbindungslinien jeweils mit den Master- Controllern und der Bereitschafts-OPC-Server jeweils mit den Standby-Controllern verbunden ist. Fällt ein aktiver Master- Controller aus oder weist eine Störung auf, wird die Steuer- ung/Regelung von dem Standby-Controller übernommen und der Austausch der Daten bzw. Prozessvariablen erfolgt über den Bereitschafts-OPC-Server zu dem OPC-Client. Neben der redundanten Auslegung der Controller in der Kontrollebene kann auch die I/O-Ebene auf ähnliche Weise redundant ausgelegt werden. Insgesamt betrachtet wird so die Gesamtverfügbarkeit einer Automatisierungslösung durch Nutzung der beiden OPC- Server in Verbindung mit einer „bediengranularen" Umschaltmöglichkeit deutlich erhöht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der OPC-Client redundant ausge¬ bildet, umfassend einen Master-OPC-Client und wenigstens ei¬ nen Bereitschafts-OPC-Client , wobei im Fehlerfall zwischen dem Master-OPC-Client und dem wenigstens einen Bereitschafts- OPC-Client so umgeschaltet wird, dass die Programmausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird, wobei der Master-OPC-Client und der wenigstens eine Bereitschafts-OPC- Client für den Master-OPC-Server und den zumindest einen Be- reitschafts-OPC-Server nur als der OPC-Client erkennbar sind.
Durch die so erfindungsgemäß vorgenommene Redundierung des OPC-Clients wird auch dieser zusätzlich zu den OPC-Servern abgesichert, die diesen nur als einen OPC-Client erkennen. Bevorzugt ist hierbei der redundant ausgebildete OPC-Client nach dem Single-System-Image-Prinzip oder nach dem Single- Application-Image-Prinzip ausgebildet bzw. arbeitet nach die- sen Prinzipien. Single System Image bedeutet, dass der gesamte Speicher bzw. das gesamte Speicher-Image des Master-OPC- Clients auch auf dem Bereitschafts-OPC-Client verfügbar ist, während beim Single-Aplikation-Image die Applikation iden¬ tisch ist, Systemkomponenten aber durchaus verschieden sein können. Im Fehlerfall wird direkt zum Bereitschafts-OPC- Client (Standby-Client ) umgeschaltet, und zwar derart, dass die Programmausführung an der gleichen Stelle wie im Master- OPC-Client fortgeführt wird und die Bedienoperation im glei¬ chen Schritt fortgeführt werden kann. Insgesamt betrachtet wird so erfindungsgemäß auch bei einem Ausfall bzw. einer
Störung des OPC-Clients eine unterbrechungsfreie Umschaltung, wie oben dargelegt, realisiert.
Bei einer besonders praktischen Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Verfahrens schaltet der OPC-Client in Abhängigkeit vom Fehlergrad zumindest teilweise von dem Master-OPC-Server auf den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server um.
Bei einer deratigen selektiven Redundanzüberwachung gehen nur einzelne Prozesswerte bzw. Daten, die im Master-OPC-Server als gestört gemeldet werden, vom Bereitschafts-OPC-Server in das Prozessabbild des OPC-Clients ein. Die Selektion der Pro¬ zesswerte bzw. Daten, also die Entscheidung, ob ein Wert vom Master-OPC-Server oder vom Bereitschafts-OPC-Server genutzt wird, geschieht auf Basis eines Fehlergrads, vorzugsweise in Form des sog. OPC Quality Codes. Der OPC-Client entscheidet hierbei stets für jeden einzelen Prozesswert bzw. jedes ein¬ zelne Datum neu, wobei der Wert mit der „besseren" Qualität selektiert wird, gemäß beispielsweise folgender „Entschei¬ dungsformel" : GOOD>UNCERTAIN>BAD .
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der zumindest ein Bereitschafts-OPC-Server parallel zu einem Master-OPC-Server geschaltet ist, und bei der ein OPC-Client über eine erste Kommunikationsverbindung mit dem Master-OPC-Server und über eine zumindest zweite Kommunikationsverbindung mit dem zumin- dest einen Bereitschafts-OPC-Server verbunden ist, und bei welcher der OPC-Client dazu ausgebildet ist, über die erste Kommunikationsverbindung und den Master-OPC-Server und über die zumindest zweite Kommunikationsverbindung und den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server mit Automatisierungsgerä- ten Daten auszutauschen und die von dem Master-OPC-Server und dem zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server kommenden Daten auszuwerten, wobei der OPC-Client ferner dazu ausgebildet ist, im Fehlerfall zumindest teilweise von dem Master-OPC- Server auf den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server so umzuschalten, dass die Programmausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist hierbei der OPC- Client redundant ausgebildet, umfassend einen Master-OPC- Client und wenigstens einen Bereitschafts-OPC-Client , wobei der OPC-Client dazu ausgebildet ist, im Fehlerfall zwischen dem Master-OPC-Client und dem wenigstens einen Bereitschafts- OPC-Client so umzuschalten, dass die Programmausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird, wobei der Mas- ter-OPC-Client und der wenigstens eine Bereitschafts-OPC- Client für den Master-OPC-Server und den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server nur als der OPC-Client erkennbar sind. Bevorzugt ist hierbei zum einen, dass der redundant ausgebil¬ dete OPC-Client auf einem fehlertoleranten Computer ausgebil- det ist. Alternativ ist der Master-OPC-Client auf einem feh¬ lertoleranten Computer ausgebildet und der wenigstens eine Bereitschafts-OPC-Client auf wenigstens einem weiteren feh¬ lertoleranten Computer ausgebildet. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikations-proto- kolls näher erläutert. Es zeigt:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikationsprotokolls,
FIG 2 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikationsprotokolls,
FIG 3 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikationsprotokolls, und
FIG 4 eine schematische Darstellung einzelner Komponenten eines Kraftwerkautomatisierungssystems.
Die FIG 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Aus¬ tausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikations-protokolls . Die untere Bildhälfte zeigt zunächst eine typische Automati- sierungsebene bzw. Feldebene 12, die aus drei einzelnen Auto¬ matisierungsservern 14 besteht, welche im Kraftwerksbetrieb jeweils unterschiedliche Steuer- bzw. Regelfunktionen übernehmen. Jeder der drei Automatisierungsserver 14 ist mittels zweier Module in Form von zwei Controllern, nämlich einem Master-Controller 16 und einem Standby-Controller 16' redundant ausgelegt. Daten bzw. Prozessvariablen der einzelnen Automatisierungsserver 14 werden über einen ebenfalls redundant ausgelegten Anlagenbus 18 (die Redundanz ist in FIG 1 durch die breite Strichstärke symbolisiert) über zwei OPC-Control- ler-Schnittstellen 20, 20' auf einen Master-OPC-Server 22 bzw. einen Bereitschafts-OPC-Server 24 einer separaten Server-Hardware übertragen. Einer der Busse des redundant ausge¬ legten Anlagenbusses 18 stellt hierbei über die OPC-Control- ler-Schnittstellen 20 eine Verbindung zu dem Master-OPC-Ser- ver 22 her; der andere Bus des redundant ausgelegten Anlagenbusses 18 stellt über die andere OPC-Controller-Schnittstelle 20' eine Verbindung zu dem Bereitschafts-OPC-Server 24 her. Die auf die beiden OPC-Server 22, 24 übertragenen Daten bzw. Prozessvariabeln werden von den beiden OPC-Serven 22, 24 in das OPC-Format umgewandelt und über zwei getrennte Kommunika¬ tionsverbindungen 26 auf einen gemeinsamen OPC-Client 28 übertragen. Der OPC-Client 28 steuert und überwacht die bei¬ den OPC-Server 22, 24 und ist als Zugriffsschicht auf einem fehlertoleranten HMI (Human Machine Interface) -Server 30 installiert. Der OPC-Client 28 ist nach dem Singe-Application- Image-Prinzip redundant ausgebildet.
Im Störfall, also wenn dem OPC-Client 28 ein Fehler bzw. eine Störung gemeldet wird, schaltet dieser von dem Master-OPC- Server 22, über den während des störungsfreien Kraftwerksbetriebs die Steuerung bzw. Regelung einer Kraftwerkskomponente erfolgt, auf den Bereitschafts-OPC-Server 24 um. Die Umschal- tung kann hierbei, insbesondere bei einer umfangreichen Stö¬ rung bzw. einem umfangreichen Ausfall vollständig erfolgen, so dass sämtliche Steuer/Regel-Vorgänge über den Bereit¬ schafts-OPC-Server 24 erfolgen. Es kann jedoch, in Abhängig- keit vom Ausmaß des Fehlers, lediglich nur eine teilweise Um- schaltung erfolgen. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn einer der Master-Controller 16 eine Störung an den OPC-Client 28 meldet. In diesem Fall schaltet der OPC-Client 28 derart auf den Bereitschafts-OPC-Server 24 um, dass über diesen nun- mehr die Steuerung/Regelung des zur Verwirklichung der Redundanz vorgesehenen Standby-Controllers 16' erfolgt. Hierbei erfolgt über den Bereitschafts-OPC-Server 24 lediglich die Steuerung/Regelung des Standby-Controllers 16 'während die Steuerung /Regelung der übrigen Master-Controller 16 nach wie vor über den Master-OPC-Server 22 erfolgt. So kann erfindungsgemäß die Gesamtverfügbarkeit einer Automatisierungslö¬ sung erhöht werden. Durch die redundante Auslegung des OPC- Clients 28 wird auch dieser, zusätzlich zu den OPC-Servern 22, 24, abgesichert, die diesen nur als einen OPC-Client 28 erkennen.
Ferner erfolgt die Umschaltung - sowohl vom Master-OPC-Server 22 auf den Bereitschafts-OPC-Server 24 als auch vom Master- OPC-Client auf den Bereitschafts-OPC-Client (nicht darge¬ stellt) - erfindungsgemäß, im Gegensatz zu bekannten Lösun¬ gen, unterbrechungsfrei, so dass die Bedienung nicht unter¬ brochen wird und Bedieneingaben nicht verloren gehen.
FIG 2 zeigt schematisch zum Vergleich mit der in FIG 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikationsprotokolls . Auch hier sind die ein- zelnen Controller 16, 16' samt Anlagenbus 18 redundant ausge¬ legt. Jedoch sind hier der Bereitschafts-OPC-Server 24 und der Master-OPC-Server 22 nicht über einen gemeinsamen OPC- Client verbunden, wie es erfindungsgemäß der Fall ist. Eine störungsfreie Umschaltung zwischen derart separierten OPC- Servern 22, 24 kann daher nicht erfolgen.
FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Austausch von Daten auf Basis des OPC-Kommunikationsprotokolls. Zwei Automatisie- rungsserver 14, die jeweils mit einer Anzahl von Modulen in Form von Controllern 16, 16 'versehen sind und jeweils eine CPU 32, 32' aufweisen, sind redundant ausgelegt, d.h. das die einzelnen Controller 16, 16', die CPU 32, 32 'und auch die I/O-Ebene (nicht dargestellt) redundant ausgelegt sind, wobei die Controller 16' und die CPU 32' jeweils die entsprechenden Standby-Controller bzw. die Standby-CPU darstellen. Der Anlagenbus 18 ist dementsprechend ebenfalls redundant ausgelegt. Ferner ist auch hier der OPC-Client 28 auf einem fehlertole¬ ranten HMI (Human Machine Interface) -Server 30 installiert und redundant ausgelegt, wie durch die Graphik symbolisiert.
FIG 4 zeigt eine schematische Darstellung einzelner Komponenten eines Kraftwerkautomatisierungssystems, wobei in der obe¬ ren Reihe von links nach rechts schematisch eine Master-HMI- CPU 34, einen Master-OPC-Server 36, eine Master-Anlagenbus- Schnittstelle 38, ein Master-Automatisierungs-system 40 und ein Master I/O-Modul 42 dargestellt sind. In der unteren Rei¬ he sind jeweils unter den einzelnen Komponenten entsprechende Bereitschafts-Komponenten (Standby-Komponenten) 34', 36', 38', 40' und 42 'für die redundante Auslegung dargestellt. Die Darstellung in FIG 4 zeigt schematisch wie Verfügbarkeit des Kraftwerkautomatisierungssystems durch ein teilweises Um- schalten auf einzelne Bereitschaftskomponenten 34', 36', 38', 40' und 42 'erhöht wird. Über den gestrichelt gekennzeichneten Weg können beispielsweise die fehlerhaften Komponenten 36 und 40 ausgeblendet werden, während die intakten Komponenten 34, 38 und 42 der „parallelen Linie" verwendet werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Austausch von Daten auf Basis des OPC- Kommunikationsprotokolls, wobei zumindest ein Bereitschafts- OPC-Server (24) parallel zu einem Master-OPC-Server (22) geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein OPC-Client (28) über eine erste Kommunikationsverbindung (26) mit dem Master-OPC-Server (22) und über eine zumindest zweite Kommunikationsverbindung (26) mit dem zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) verbunden wird, und dass der OPC-Client (28) über die erste Kommunikationsverbindung (26) und den Master-OPC-Server und über die zumindest zweite Kommunikationsverbindung (26) und den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) mit Automatisierungsgeräten
(16, 16') Daten austauscht und die von dem Master-OPC-Server (22) und dem zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) kommenden Daten auswertet, und dass im Fehlerfall von dem OPC-Client (28) zumindest teilwei- se von dem Master-OPC-Server (22) auf den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) so umgeschaltet wird, dass die Programmausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-OPC-Server (22) und der zumindest eine Bereitschafts-OPC-Server (24) über redundant ausgeführte Verbindungslinien (18) mit den Automatisierungsgeräten (16, 16') Daten austauschen, wobei der Master-OPC-Server (22) und der zumindest eine Bereitschafts-OPC-Server (24) Zugriff auf die gleichen oder dieselben Automatisierungsgeräte (16, 16') ha¬ ben und mit diesen Daten austauschen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der OPC-Client (28) redundant ausgebildet ist, umfassend einen Master-OPC-Client und wenigstens einen Bereitschafts- OPC-Client, wobei im Fehlerfall zwischen dem Master-OPC- Client und dem wenigstens einen Bereitschafts-OPC-Client so umgeschaltet wird, dass die Programmausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird, wobei der Master-OPC- Client und der wenigstens eine Bereitschafts-OPC-Client für den Master-OPC-Server (22) und den zumindest einen Bereit- schafts-OPC-Server (24) nur als der OPC-Client (28) erkennbar sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der redundant ausgebildete OPC-Client (28) nach dem Single- System-Image-Prinzip oder nach dem Single-Application-Image- Prinzip redundant ausgebildet ist bzw. arbeitet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der OPC-Client (28) in Abhängigkeit vom Fehlergrad zumindest teilweise von dem Master-OPC-Server (22) auf den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) umschaltet .
6. Vorrichtung zum Austausch von Daten auf Basis des OPC- Kommunikationsprotokolls, wobei zumindest ein Bereitschafts- OPC-Server (24) parallel zu einem Master-OPC-Server (22) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein OPC-Client (28) über eine erste Kommunikationsverbindung (26) mit dem Master-OPC-Server (22) und über eine zumindest zweite Kommunikationsverbindung (26) mit dem zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) verbunden ist, und dass der OPC-Client (28) dazu ausgebildet ist, über die erste Kommunikationsverbindung (26) und den Master-OPC-Server (22) und über die zumindest zweite Kommunikationsverbindung (26) und den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) mit Automatisierungsgeräten (16, 16') Daten auszutauschen und die von dem Master-OPC-Server (22) und dem zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) kommenden Daten auszuwerten, und der OPC-Client (28) ferner dazu ausgebildet ist, im Fehler¬ fall zumindest teilweise von dem Master-OPC-Server (22) auf den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) so umzu- schalten, dass die Programmausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der OPC-Client (28) redundant ausgebildet ist, umfassend ei¬ nen Master-OPC-Client und wenigstens einen Bereitschafts-OPC- Client, wobei der OPC-Client (28) dazu ausgebildet ist, im Fehlerfall zwischen dem Master-OPC-Client und dem wenigstens einen Bereitschafts-OPC-Client so umzuschalten, dass die Pro- grammausführung stoßfrei an der gleichen Stelle fortgeführt wird, wobei der Master-OPC-Client und der wenigstens eine Be¬ reitschafts-OPC-Client für den Master-OPC-Server (22) und den zumindest einen Bereitschafts-OPC-Server (24) nur als der OPC-Client (28) erkennbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der redundant ausgebildete OPC-Client (28) nach dem Single- System-Image-Prinzip oder nach dem Single-Application-Image- Prinzip redundant ausgebildet ist bzw. arbeitet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der redundant ausgebildete OPC-Client (28) auf ei¬ nem fehlertoleranten Computer ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Master-OPC-Client auf einem fehlertoleranten Computer ausgebildet ist und der wenigstens eine Bereit¬ schafts-OPC-Client auf wenigstens einem weiteren fehlertole¬ ranten Computer ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der OPC-Client (28) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit vom Fehlergrad zumindest teilweise von dem Master-OPC-Server (22) auf den zumindest einen Bereit- schafts-OPC-Server (28) umzuschalten.
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