在自动化系统中建立网络通信的方法
阅读说明：本技术 在自动化系统中建立网络通信的方法 (Method for establishing network communication in automation system ) 是由 迈克尔·迈尔 阿克塞尔·波施曼 于 2019-02-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于在至少一个网络参与者(FG1、FG2、FG3、GW)与自动化技术的工厂(AN)中的通信设备(KV)之间建立网络通信的方法,其中,通信设备(KV)执行下面的方法步骤：-在打开或重启通信设备(KV)之后,基于位于通信设备(KV)中的映像文件重置通信设备(KV)的操作系统(BS)；-基于映像文件开启操作系统(BS)；以及,-执行脚本,由此脚本开始或控制下列动作：I.开启第一框架应用(RA1)；II.将至少一个通信应用(KA)并入第一框架应用(RA1)中；以及,III.借助于通信应用(KA)来执行对连接到所述通信设备的第一通信网络(KN1)的扫描,并且查明在第一通信网络(KN1)中部署的所有网络参与者(FG1、FG2、FG3、GW)的标识,并且本发明还涉及一种用于执行本发明的方法的通信设备(KV)。(The invention relates to a method for establishing network communication between at least one network participant (FG1, FG2, FG3, GW) and a communication device (KV) in a plant (AN) of automation technology, wherein the communication device (KV) executes the following method steps: -after switching on or restarting the communication device (KV), resetting the operating system (BS) of the communication device (KV) based on the image file located in the communication device (KV); -starting an operating system (BS) based on the image file; and-executing the script, whereby the script starts or controls the following actions: I. opening a first framework application (RA 1); incorporating at least one communication application (KA) in a first framework application (RA 1); -performing a scan of a first communication network (KN1) connected to the communication device by means of a communication application (KA) and ascertaining an identification of all network participants (FG1, FG2, FG3, GW) deployed in the first communication network (KN1), and to a communication device (KV) for performing the inventive method.)
技术领域
本发明涉及一种用于在部署在第一通信网络中的至少一个网络参与者与自动化工厂形式的自动化系统中的通信设备之间建立网络通信的方法，其中，所述通信设备至少具有第一通信接口，以经由第一通信网络与至少一个网络参与者连接，其中，操作系统可以在所述通信设备中运行，并且其中，第一框架应用，尤其是FDT框架应用，可以在操作系统中运行。
背景技术
在现有技术中已知的是在工业工厂中使用的现场装置。现场装置通常用于自动化，尤其是制造自动化。原则上称为现场装置的是在过程附近应用并且传递或处理过程相关信息的所有设备。现场装置用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是测量装置或传感器。例如，这些现场装置用于压力和温度测量、电导率测量、流量测量、pH测量、填充水平测量等，并记录相应的过程变量、压力、温度、电导率、pH值、填充水平、流量等。用于影响过程变量的是致动器。例如，这些致动器是可以影响管段或管道中的液体流量或容器中的填充水平的泵或阀。除了上述测量装置和致动器之外，被称为现场装置的还有远程I/O、无线电适配器，以及通常布置在现场的设备。
Endress+Hauser集团公司生产和销售大量此类现场装置。
在现代工业工厂中，通常将现场装置经由诸如例如现场总线(
为了服务现场装置，需要相应的操作程序(操作工具)，这些操作程序本身在上级单元本身上运行(Endress+Hauser FieldCare、Pactware、AMS Fisher-Rosemount、PDMSiemens)，或者是集成在控制站的应用中(Siemens PSC7、ABB Symphony、Emerson DeltaV)。术语“服务”尤其是指现场装置的参数设置、现场装置的更新和/或现场装置的过程数据和/或诊断数据的查询和可视化。
现场装置在此类操作程序或工具中的集成是经由装置驱动器或经由装置说明发生的。这些装置驱动器或装置说明是由装置制造商提供的，以便上级单元，或者是在这些上级单元中运行的操作程序或工具可以识别和解释从现场装置传递的信息的含义。其中加载了装置说明或装置驱动器的此类操作程序或工具也被称为框架应用。
为了全面服务现场装置，提供了专用装置驱动器，即所谓的DTM(“装置类型管理器”)，它对应于FDT(“现场装置工具”)规范。许多现场装置制造商都为其现场装置传递了合适的DTM。DTM封装了其现场装置的所有变量和功能，并且最常见包括用于服务框架应用内的装置的图形用户界面。
除了用于服务现场装置的上级单元之外，还采用客户端计算机形式的频繁服务单元，在其中运行相应的框架应用。这些客户端计算机包括例如笔记本电脑，然而也包括移动终端装置，诸如例如平板电脑。这些装置与被连接到现场总线网络的现场总线访问单元连接，从而与现场装置进行通信。运行在现场总线访问单元上的同样是框架应用，尤其是FDT框架应用。借助特殊的通信驱动器，例如，本申请人针对框架应用“Fieldcare”可获得的“YCommDTM”，可能访问现场总线访问单元的框架应用，并经由此获得对现场装置的访问。对于客户端计算机，位于现场装置和现场总线访问单元之间的网络基础结构是完全透明的，因为只有现场总线访问单元才了解这种需要。客户端计算机仅需要了解现场总线访问单元的DNS名称或网络地址，以及要访问的现场装置的唯一标识(例如，TAG)。
为了建立FDT框架应用解决方案，例如，使FDT框架应用能够访问现场装置，这些现场装置连接到其中运行该FDT框架应用的装置所属的通信网络，必须手动并且仔细地构造FDT框架应用解决方案。为此，管理员在FDT框架应用中建立一个项目，例如通过扫描通信网络来连接装置，并存储该项目。在项目在FDT框架应用中运行了较长的时间的情况下，管理员必须在特定时间间隔内测试项目是否仍按预期运行。在有问题的情况下，管理员必须执行某些操作，例如，重启FDT框架应用或重启其中运行FDT框架应用的装置。这代表了耗时、涉及人员的过程。以前所有已知的FDT解决方案都是为这种直接用户干预而设计的。
发明内容
基于上述内容，本发明的目标是提供一种有助于基于FDT解决方案建立和保持网络通信的方法和通信设备。
该目标通过一种用于在部署在第一通信网络中的至少一个网络参与者与自动化工厂中的通信设备之间建立网络通信的方法来实现，其中，通信设备至少具有第一通信接口，以经由第一通信网络与至少一个网络参与者连接，并且其中，操作系统可以在通信设备中运行，并且其中，第一框架应用，尤其是FDT框架应用，可以在操作系统中运行，其中，通信设备执行多个方法步骤，包括：
-在打开或重启通信设备之后，基于位于通信设备中的映像文件(image file；abbildungsdatei)重置操作系统；
-基于映像文件开启操作系统；以及
-执行脚本，由此脚本开始或控制下列动作：
I.开启第一框架应用；
II.将至少一个通信应用并入第一框架应用中；以及
III.借助于通信应用执行第一通信网络的扫描，并且查明在第一通信网络中部署的所有网络参与者的标识。
本发明的方法的很大优点在于，该方法能够在通信设备和一个或多个网络参与者之间完全自动地建立网络通信。操作者不需要了解如何在框架应用中建立项目——通信设备自动地执行这种操作。操作者仅需要将第一通信网络连接到通信设备的第一通信接口并打开通信设备。通信设备根据脚本自动进行其余操作。
在发生故障的情况下，操作者仅需重启通信设备即可。然后，通信设备接管并重建网络通信。
通信设备中的过程流程对操作者而言是不可见的，因此不必如此。可以提供，通信设备在成功重建时输出光信号，例如闪烁的LED或特定颜色的LED的照明。在发生故障的情况下，可以输出与其不同的光信号，例如，不同的闪烁节奏或另一种颜色的LED照明。因而，操作员仅限于重启通信设备。
可以提供，通信设备除了第一通信接口之外还具有其他通信接口，其他网络参与者连接到其他通信接口。该方法同样适用于这些附加的通信接口。在这种情况下，通信设备顺序地或同时地扫描连接到通信接口的所有通信网络，以便记录所有网络参与者。
在下文中，将仅使用连接到网络参与者的第一通信接口来描述本发明的方法。然而，应注意，方法的所有变体都可以与任意数量的其他通信接口一起使用。
合适的操作系统的示例为Microsoft Windows。然而，也可以使用其他建立类型的操作系统(例如，Linux、Apple OS X等)或移动终端装置的操作系统(例如，Apple iOS、Android、Microsoft Windows Mobile等)。
在关于本发明的方法中，术语“网络参与者”是指例如自动化技术的现场装置。此外，网络参与者也可以指位于第一通信网络中的其他装置，例如，网关、交换机、远程I/O、控制器等。
上面已经通过示例的方式在说明书的引言部分中描述了适用于本发明的方法的现场装置。
在本发明方法的优选实施例中提供了，脚本开始对第一框架应用的状态监视，其中，在状态监视的情境下，第一框架应用以规律间隔检索每个网络参与者的当前装置状态。在状态监视的情境下，通信设备自己查询在第一通信网络中部署的网络参与者的装置状态。
在本发明方法的有利、进一步改进中，提供了服务单元经由第二通信网络，借助于第一通信接口或借助于通信设备的第二通信接口与通信设备连接，其中，第二框架应用在服务单元中运行。例如，在经由第一通信接口提供与通信设备的通信的情况下，服务单元可以被部署在第一通信网络中。
在本发明方法的优选实施例中，提供了第二框架应用经由第一框架应用的通信应用与至少一个网络参与者连接。为此，在第二框架应用中提供了装置驱动器。例如，这就是所谓的“YCommDTM”。上文已经在说明书的引言部分中解释了这种方法的确切操作，在这种情况下，服务单元在通信设备的第一框架应用中用作客户端计算机。
在本发明方法的有利实施例中，提供了服务单元服务，尤其是参数化第一网络参与者。在参数化过程中，为网络参与者的定义/确定其功能的参数分配参数值。此外，术语“服务”包括例如查询网络参与者的被测值、诊断数据、装置状态等。
在本发明方法的优选实施例中，提供了将移动终端装置用作服务单元。移动终端装置是例如智能手机或平板PC。可替代地，也可以使用由申请人生产和销售的“FieldXpert”平板PC形式的服务单元。
在本发明方法的有利进一步改进中，提供了在通信设备的操作系统中实现监视应用。
在本发明方法的第一变体中，提供了监视应用检查通信设备的操作系统和/或硬件是否有故障，并且其中，在检测到故障的情况下重启通信设备。监视应用检查有关操作系统的信息，例如，操作系统的任务运行缓慢或是被暂停。此外，监视应用在硬件方面检查设备组件是否未运行或其功能是否劣化。由于通信设备的重启，因此新安装操作系统，并且新建通信设备的网络通信。通过这种方式消除先前操作期间发生的故障。
在本发明方法的第二变体中，提供了监视应用检查框架应用的故障，并且在检测到故障的情况下终止并重启第一框架应用。同样在这种情况下，检查框架应用的某些任务是否运行缓慢或是被暂停。还可以检查数据是否仍然可以经由端口进入、退出。如果没有或仅检测到缓慢的数据业务，则这可以指示通信设备的网络配置问题。
在本发明方法的优选实施例中，提供了监视应用以规律的时间间隔终止并重启框架应用。以这种方式，防止了在更长的运行时间框架内出现故障。
在本发明方法的有利、进一步改进中，提供了通过扫描第一通信网络查明的网络参与者被存储在项目文件中。在项目文件中存储的是例如网络参与者的名称、其网络地址和/或第一通信网络的树形结构。
在本发明方法的优选实施例中，提供了脚本在开启第一框架应用之后将所存储的项目文件加载到框架应用中。以这种方式，不必完全新建网络通信，由此可以比常规方式更快地使通信设备投入运行。
在本发明方法的有利实施例中，提供了在开启框架应用之后，脚本读出存储在通信设备中的配置文件，并将读出的数据发送给框架应用以执行扫描。包含在配置文件中的是下列数据，这些数据被传输到框架应用，并且由框架应用使用来配置网络通信。例如，数据是将用于通信设备的网络地址。
在本发明方法的优选进一步改进中，提供了仅在通信设备的开关装置位于至少两个可能状态中的第一状态下时，在重启通信设备之后重置操作系统。
在本发明方法的优选实施例中，提供了当通信设备的开关装置位于第二状态时，在重启之后不重置操作系统，并且其中，在这种情况下，脚本在开启第一框架应用之后将所存储的项目文件加载到框架应用中。
例如作为开关或按钮，位于通信设备的外壳上的开关装置，允许高效地构造通信设备。例如，可以提供了，开关装置默认位于第二状态。在这种情况下，操作系统仅重启而不重置。当框架应用被脚本开启时，加载项目文件，因此，通信网络不需要被重新扫描。针对在通信设备的更长运行期间发生并且可以通过简单地重启通信设备解决的故障推荐这种变体，并且在这种情况下，除了其他之外，擦除通信设备的工作存储器。
在不能通过简单地重启通信设备消除的系统性故障的情况下，操作者以开关装置转换成第一状态的方式致动开关装置。在这种情况下，操作系统被重置并且完全新建网络通信。
此外，该目标通过一种通信设备实现，通信设备包括至少第一通信接口，该第一通信接口被实施为用于与至少一个网络参与者通信，其中，通信设备被实施为执行本发明的方法。
通信设备例如为工业计算机。这种通信设备被预配置，以便通常不规定操作者改变通信设备的配置设置。然而，如果期望，则通信设备可以具有交互接口，用于连接显示单元，诸如例如监视器，以及用于连接至少一个输入装置，例如，键盘。
在本发明的通信设备的优选实施例中，提供了第一通信接口被实施为用于与第一有线通信网络，尤其是自动化技术的现场总线连接。在这种情况下，第一通信网络例如为自动化技术的现场总线，例如，PROFIOUS、Foundation Fieldbus、HART等、现场总线、以太网现场总线，例如，PROFINET，或者是IT通信网络。
在本发明的通信设备的有利实施例中，提供了通信设备具有第二通信接口，第二通信接口被实施为用于与第二、尤其是有线或无线通信网络连接。无线通信网络使用下列协议，例如，WiFi、蓝牙(LE)、Zigbee等协议。然而，无线通信网络也可以是使用移动无线电网络的通信网络，例如，GPRS、EDGE、LTE、4G、5G等网络。
在本发明的通信设备的优选实施例中，提供了通信设备具有第三通信接口，第三通信接口被实施为用于与第三、尤其是有线或无线通信网络连接。
在本发明的通信设备的有利实施例中，提供了通信设备可通过第一通信接口，或者通过第三通信接口与另外的网络参与者连接，其中，通信设备被实施为执行另外的网络参与者的操作命令和/或将信息传递给另外的网络参与者。描述了经由第一通信网络与网络参与者进行网络通信的本发明的方法可以扩展到另一、第三通信网络。
通信设备可以设有又多个其他通信接口，其他网络参与者经由其他有线或无线通信网络连接到又多个其他通信接口。本发明的方法不限于任何最大数量的通信接口和网络参与者。
可以提供了，服务单元和网络参与者处于相同的通信网络中。
附图说明
现在将基于附图更详细地描述本发明，附图的唯一一幅图示出如下：
图1是本发明的通信设备的实施例的示例。
具体实施方式
图1显示了自动化技术的工厂AN的子部分。在工厂AN中存在多个现场装置FG1、FG2、FG3。这些现场装置用于在工厂AN的过程测量位置处记录和/或影响过程变量。这些现场装置FG1、FG2、FG3的示例已经通过示例的方式在上述说明的引言部分中给出。
在现场装置FG1、FG2、FG3的开启过程中以及在现场装置FG1、FG2、FG3的常规操作过程中，现场装置尤其是以规律的时间间隔收集数据并传输此类数据，例如，到工厂AN的控制站。同样地，现场装置FG1、FG2、FG3规律地接收数据。为此，现场装置FG1、FG2、FG3被连接到第一通信网络KN1中。第一通信网络KN1可以具有多个段。在图1中所示的实施例的当前示例中，现场装置FG1、FG2、FG3与其直接连接的第一通信网络KN1的段是自动化技术的现场总线，例如Profibus PA现场总线或Foundation Fieldbus。因而，现场装置是第一通信网络KN1的网络参与者。
实施例的该示例中的另一网络参与者是网关GW。该网关GW互连了第一通信网络KN1的多个段，并且还使得能够结合不同网络类型的多个段。
为了能够与现场装置FG1、FG2、FG3进行通信，通常使用FDT框架应用，FDT框架应用在与第一通信网络KN1连接的装置上运行。建立这样的网络通信通常是非常耗时的程序。操作者必须熟悉FDT/DTM技术以便创建FDT项目，用于在装置与现场装置FG1、FG2、FG3之间建立网络通信。
本发明的通信设备KV在网络通信的建立和保持中支持用户。通信设备KV例如是工业PC。通信设备KV在出厂时为操作者预先配置。通信设备KV包括第一通信接口KS1，通信设备KV通过该第一通信接口KS1与第一通信网络KN1连接。
连接之后，操作者开启通信设备KV。开关装置SM位于通信设备KV的外壳上。开关装置SM的第一状态是其默认位置。在第一状态下，在通信设备开启时加载映像文件。映像文件包含操作系统BS的映像。操作系统例如为Microsoft Windows。借助于映像文件，先前位于通信设备KV中的操作系统BS的版本被重置，因为它在通信设备KV开启时被覆写，包括属于该操作系统的所有程序和数据。
在操作系统BS的这种所谓重置之后，开启操作系统。紧接在通信设备KV开启之后，开启脚本。这样的脚本使得能够进行程序的自动开启以及对程序的参数传送。作为第一步骤，脚本开启第一FDT框架应用RA1，例如申请人的Fieldcare产品。第一框架应用RA1同样借助于映像文件被安装在操作系统BS中。
在第二方法步骤中，脚本读取位于通信设备KV中的配置文件。配置文件包含参数，通信设备KV，例如第一框架应用RA1，需要这些参数来与第一通信网络KN1连接，例如通信设备的新地址。然后将读出的参数传送到操作系统BS或第一框架应用。
在第三方法步骤中，脚本开始将通信应用KA合并到通信设备KV中。通信应用检测第一通信网络KN1并进行第一通信网络KN1的自动扫描。在这种情况下，确定第一通信网络KN1的所有网络参与者(在这种情况下为现场装置、FG1、FG2、FG3和网关GW)，其网络地址以及其类型和标识信息。通信应用KA尤其为通信DTM(“CommDTM”)，其代表用于经由特定类型的第一通信网络KN1进行通信的特殊驱动器。
在第四方法步骤中，脚本开始第一框架应用RA1的项目文件的存储。在项目文件中包含在第三方法步骤中确定的第一通信网络KN1的网络结构。
在可选的第五方法步骤中，脚本开始开启在第一框架应用RA1中的状态监视(例如，状况监视)。状态监视以规律的时间间隔请求所有网络参与者的设备状态。
在开启第一框架应用RA1的同时，脚本开启操作系统BS中的监视应用该监视应用监视通信设备KV的硬件组件的正确功能、操作系统BS的正确功能以及第一框架应用RA1的正确功能。如果注意到硬件组件或操作系统BS的故障，则监视应用
在重启通信设备KV或正常打开通信设备KV的情况下，可以规定不重置操作系统。例如，如果监视应用检测到可以通过重启来消除的硬件故障或操作系统BS的故障，则无需重置操作系统BS。为此，开关装置SM被致动，使得其位于第二状态。在第二状态下，在通信设备KV的(重新)开启过程中正常开启操作系统BS，然后执行脚本。然后，脚本开始开启第一框架应用RA1和监视应用以及将项目文件加载到第一框架应用中。
本发明的通信设备KV为操作者提供了明显的优点：操作者只需要将第一通信网络KN1与通信设备KV连接，开启通信设备KV，并注意开关装置SM的正确状态。FDT项目的后续创建，因而，网络通信的建立以及状态监视的开启，以及对通信设备KV正确功能的监视，完全不需要操作者的干预即可发生——通信设备KV用作可以说是所谓的“黑匣子”。操作者不必使用任何与FDT技术有关的知识。尽管如此，如果操作者仍想改变通信设备KV的配置中的设置，则可以经由位于通信设备中的服务接口BM来连接显示单元AE和/或服务单元BE。
为了能够与第一通信网络KN1的网络参与者进行通信，操作者将服务单元BE与通信设备KV连接。在本示例中，通信设备KV为此包括第二通信接口KS2，在这种情况下，基于Wi-Fi的无线接口或基于以太网的有线接口。在这种情况下是平板电脑的服务单元BE包括具有至少一个装置驱动器GT的第二框架应用RA2。在当前情况下是用于现场装置的装置驱动器的装置驱动器GT，经由第二框架应用RA2的通信DTM(“YCommDTM”)被适配为能够访问第一框架应用RA1，以便利用其与一个或多个网络参与者进行通信。详细地，装置驱动器GT例如是用于温度传感器的驱动器。在服务单元BE中提供通信DTM，以便装置驱动器可以经由第二通信网络与第一框架应用RA1进行通信。通信DTM将装置驱动器GT的通信转发到第一框架应用RA1。从第一框架应用开始，通信被发送到适当的网络参与者，在这种情况下，是温度传感器形式的现场装置FG2。该网络参与者的响应经由该通信路径在与装置驱动器GT相反的方向上发送。
网络参与者可以通过这种方式由服务单元BE服务。术语“服务”是指，例如，对网络参与者的被测值、诊断数据、装置状态等的查询，或者是对网络参与者的参数设置。
本发明不限于图1中所示的实施例的示例。可以在通信设备KV中设置任意数量的其他通信接口，以连接到相应数量的其他通信网络。同样可以如所述的那样对通信接口进行扫描并查明其网络参与者，用于同样地监视这些网络参与者的状态并服务这些网络参与者的目的。同样可以规定，服务单元BE与第一通信网络KN1连接并且同样经由第一通信接口KS1与通信设备以及与网络参与者通信。
附图标记列表
AE 显示单元
AN 工厂
BE 服务单元
BD1 第一服务接口
BD2 第二服务接口
BS 操作系统
EM 输入装置
FG1、FG2、FG3 现场装置、网络参与者
GT 装置驱动器
GW 网关、网络参与者
KA 通信应用
KS1 第一通信接口
KS2 第二通信接口
KN1 第一通信网络
KN2 第二通信网络
KV 通信设备
RA1 第一框架应用
RA2 第二框架应用
SM 开关装置
监视应用
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