阅读说明：本技术 用于监控自动化技术系统的装置、现场总线接入单元和方法 (Device, field bus access unit and method for monitoring an automation system ) 是由 于尔·本兹利武尔策 沃尔夫冈·赫费林 维尔纳·卢贝尔 迈克尔·迈尔 于 2018-03-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于监控自动化技术系统(A)的方法,自动化技术系统(A)包括现场总线接入单元(FE),尤其是处理器单元、网关或边缘设备,该现场总线接入单元具有通向至少一个第一有线或无线通信网络(KN1)的通信链路,第一通信网络(KN1)配备多个现场设备(F1、F2、F3、...、FN)和网络节点(NK1、NK2、NK3、…、NKm)。在所述方法中,运行在第一框架应用(FR1)中的通信驱动(KT)查询来自设置在第一通信网络(KN1)的至少一个网络级(NE1、NE2)中网络节点(NK1、NK2、NK3、…、NKm)和现场设备(F1、F2、F3...、FN)的结构数据,第一框架应用(FR1)在经由至少一个第二通信网络(KN2)直接或间接与现场总线接入单元(FE)连接的客户端计算机(CR)中实施；并且在现场总线接入单元(FE)扫描网络级(NE1、NE2)的地址空间并确定设置于该地址空间中的网络节点(NK1、NK2、NK3、…、NKm)和现场设备(F1、F2、F3、…、FN)时,由现场总线接入单元(FE)在查询期间生成结构数据。本发明还涉及用于根据本发明的方法的现场总线接入单元(FE),以及包括客户端计算机(CR)和用于执行根据本发明的方法的现场总线接入单元的装置。(The invention relates to a method for monitoring an automation system (A) comprising a field bus access unit (FE), in particular a processor unit, a gateway or an edge device, which has a communication link to at least one first wired or wireless communication network (KN1), the first communication network (KN1) being equipped with a plurality of field devices (F1, F2, F3,. In the method, a communication driver (KT) running in a first framework application (FR1) queries for configuration data from network nodes (NK1, NK2, NK3, …, NKm) and field devices (F1, F2, F3..., FN) arranged in at least one network level (NE1, NE2) of a first communication network (KN1), the first framework application (FR1) being implemented in a client Computer (CR) connected directly or indirectly to a field bus access unit (FE) via at least one second communication network (KN 2); and generating configuration data by the field bus access unit (FE) during an inquiry when the field bus access unit (FE) scans the address space of the network level (NE1, NE2) and determines the network nodes (NK1, NK2, NK3, …, NKm) and the field devices (F1, F2, F3, …, FN) arranged in the address space. The invention also relates to a field bus access unit (FE) for use in the method according to the invention, and to an arrangement comprising a client Computer (CR) and a field bus access unit for carrying out the method according to the invention.)

用于监控自动化技术系统的装置、现场总线接入单元和方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控自动化技术系统或工厂的装置、现场总线接入单元和方法，该系统或工厂具有现场总线接入单元，特别是计算单元、网关或边缘设备，现场总线接入单元被连接用于至少与第一有线或无线地实施的通信网络通信，其中第一通信网络具有多个现场设备和网络节点。

背景技术

现有技术中已知的是用于工业设施中的现场设备。在自动化技术中，包括制造自动化，常常采用现场设备。所谓现场设备，原则上是指在过程附近采用并递送或处理过程相关信息的所有设备。因此，现场设备用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的是利用传感器的测量设备。这些设备被用于例如压力和温度测量、电导率测量、流量测量、pH测量、料位测量等并记录相应的过程变量、压力、温度、电导率、pH值、料位、流量等。用于影响过程变量的是致动器。例如，这样的致动器是泵或阀，其可以影响管中液体的流动或容器中的料位。除了上述测量设备和致动器之外，被称为现场设备的还有远程输入/输出(I/O)、无线电适配器，并且通常是布置在现场级的设备。

大量此类现场设备由Endress+Hauser集团公司生产和销售。

在现代工业设施中，现场设备通常经由通信网络例如现场总线(现场总线、等)与上级单元相连。上级单元是控制单元，例如PLC(可编程逻辑控制器)。除其他外，上级单元用于过程控制以及现场设备的启动。现场设备记录的测量值，尤其是传感器记录的测量值，经由特定的总线系统发送到一个(或在给定的情况下，多个)上级单元，在给定的情况下，上级单元进一步处理测量值，并将其转发到工厂的控制站。控制站用于经由上级单元进行过程可视化、过程监控和过程控制。此外，还需要从上级单元经由总线系统到现场设备的数据发送，特别是用于现场设备的配置和参数化以及操作致动器。

为了服务现场设备，相应的操作程序(操作工具)是必要的，这些程序在上级单元中(Endress+Hauser FieldCare、Pactware、AMSFisher-Rosemount、PDM Siemens)独立运行，或者集成在控制站(Siemens PCS7、ABB Symphony、Emerson Delta V)的应用中。术语“服务”尤其指现场设备的参数化、现场设备的更新和/或现场设备的过程数据和/或诊断数据的查询和可视化。

现场设备在此类操作程序中的集成是经由设备驱动器或设备描述实现的。这些由设备制造商提供，以便上级单元或运行在这些上级单元中的操作程序能够检测和解释从现场设备递送的信息的含义。这种加载了设备描述或设备驱动器的操作程序也被称为框架应用。

对于现场设备的全面服务，可以获得与FDT(现场设备工具)规范相对应的特殊设备驱动器，即所谓的DTM(设备类型管理器)。许多现场设备制造商提供与其现场设备相对应的DTM。DTM封装了现场设备的所有变量和功能，并且通常为服务框架应用中的设备提供图形用户界面。

除了上级单元之外，经常用于服务现场设备的是客户端计算机形式的服务单元，在客户端计算机上运行相应的框架应用。然而，这些客户端计算机是例如膝上型计算机，也是移动终端设备，例如平板PC。为了与现场设备通信，客户端计算机与现场总线接入单元相连，该现场总线接入单元与现场总线网络相连。在现场总线接入单元中运行的同样是框架应用。在特殊通信驱动的帮助下，例如，框架应用“Fieldcare”的申请人提供的“YCommDTMs”，可以访问框架应用中的现场总线接入单元，并经由该单元获得对现场设备的访问。对于客户端计算机，位于现场设备与现场总线接入单元之间的网络基础结构是完全透明的，因为这必须只有现场总线接入单元知道。客户端计算机必须只知道它想要访问的现场设备的网络地址。

因此，网络基础结构、相应的(子)网络、网络中存在的现场设备和网络节点(例如，分段耦合器、远程IO等)，通常在框架应用中以两种不同的方式被可视化：一方面，通过网络拓扑，其提供了对应于其网络地址的网络节点与现场设备的排序和结构化。另一方面，通过工厂拓扑，其中工厂拓扑提供对应于网络节点和现场设备所在的工厂部分的网络节点和现场设备的排序和结构化。

到目前为止，网络基础结构的信息必须从现场总线接入单元手动发送到客户端计算机。为此，项目文件已经在生成器中转换成信息，然后发送到客户端计算机，这是复杂的过程。由于信息完全是手动同步的，位于用于网络基础结构的客户端计算机中的信息可能会偏离工厂中实际存在的网络基础结构，并迅速老化，例如，当现场设备被替换或更新时。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的是提供一种方法、现场总线接入单元和装置，其以简单的方式允许对过程自动化工厂中的网络基础结构进行最新的概述。

该目的通过一种用于监控自动化工厂的方法来实现，该工厂具有现场总线接入单元，特别是计算单元、网关或边缘设备，该现场总线接入单元被连接以至少与第一有线或无线地实施的通信网络通信，其中第一通信网络具有多个现场设备和网络节点，

其中运行在第一框架应用中的通信驱动查询存在于第一通信网络的至少一个网络级中的网络节点和现场设备的结构数据，该第一框架应用是在经由至少第二通信网络直接或间接与现场总线接入单元连接的客户端计算机中实施的，

其中，通过扫描网络级的地址空间并确定地址空间中存在的网络节点和现场设备，由现场总线接入单元在查询的上下文中生成结构数据。

本发明的方法的优点是，操作者总是在查询的时间点被发送第一通信网络当前的网络基础结构的数据。通过这种方式，操作者获得工厂或工厂第一通信网络的“实时”视图。与现有技术中已知的方法相比，结构数据是自动生成的。

第一框架应用尤其是FDT/FDI框架应用或DD(设备描述)-或EDD(电子设备描述)主机。

第一通信网络，当以有线方式实施时，是例如自动化技术的现场总线，例如Foundation Fieldbus、Profibus PA、Profibus DP、HART、CANBus等。然而，它也可以是现代工业通信网络，例如“工业以太网”现场总线，特别是Profinet、HART-IP或以太网/IP，或者通信领域已知的通信网络，例如根据TCP/IP协议的以太网。

在此情况下，第一通信网络以无线方式实施，尤其是无线HART、蓝牙、Wifi、ZigBee等。

典型地，第一通信网络由多个网络部分所谓的网络级组成，它们通过网络节点相互连接。在这种情况下，网络部分可以具有不同的网络类型和网络协议。

网络节点是将个别网络级相互连接起来的网络设备。在给定的情况下，网络节点在连接的网络级之间执行协议转换。根据连接的网络级的类型，网络节点例如是网关、远程IO、链路、耦合器、协议转换器、多路复用器等。

远程IO是例如本地分配器节点，一个或多个现场设备或网络节点可以连接到该节点。远程IO首先用于减少布线工作量。远程IO作为分配器节点连接到通信网络，而不是将每个组件个别地与远程现场总线网络进行布线，并且经由远程IO，数据流量被转发到位于附近的不同现场设备。在远程IO的情况下，数据流量的本地分布的方面是主要的吸引力。

就网关而言，首先要关注的是不同网络级之间的耦合。在这种情况下，网关关心个别网络级之间数据流量的适当实施。这种实施可以包括协议转换；然而，这不是绝对必要的。

相反，在协议转换器的情况下，协议转换是主要的吸引力。传入数据流量从第一现场总线协议转换成第二现场总线协议，或者从第二协议反向转换成第一协议。

在多路复用器的情况下，扩展可用地址范围是主要的吸引力。多路复用器提供地址范围，经由该地址范围可以寻址连接到多路复用器的多个设备。对应于该地址，传入的数据流量随后被路由到适当的设备。

第二通信网络例如是客户端计算机与现场总线接入单元之间的因特网/内联网连接，这种连接可以以无线方式或有线方式实施。

在说明书的介绍部分中，已经通过示例的方式描述了适用于本发明的方法的现场设备。

本发明的方法的一个有利实施例规定，现场总线接入单元在第一框架应用启动时自动生成并发送与现场总线接入单元直接连接的第一通信网络的该网络级的结构数据。

在本发明的方法的一个优选实施例中，规定了作为网络级的结构数据的补充，现场总线接入单元生成整个第一通信网络的结构数据，并将其发送给客户端计算机。因此，操作者可以看到第一通信网络的整个当前网络基础结构。特别是，在基于以太网的现代工业通信网络中，通常存在足够的带宽，以便能够在不劣化通常数据流量的情况下执行通信网络的完整扫描。

在本发明的方法的有利的进一步发展中，规定现场总线接入单元在发送之前，将所确定的网络节点和现场设备的网络地址和识别数据添加到结构数据中。

在本发明的方法的有利的进一步发展中，规定由第一框架应用服务于所确定的网络节点和现场设备之一，因为借助于其识别数据和网络地址，经由现场总线接入单元在客户端计算机与现场设备或网络节点之间建立通信信道。因此，操作者不仅获得关于网络基础结构的信息，而且获得位于第一通信网络中的现场设备与网络节点的当前网络参数。因此，可以随时保证这些网络组件的功能性访问。对特定现场设备或网络节点的访问是通过特殊的通信驱动来实现的，该通信驱动实施在客户端计算机的第一框架应用中，并且访问在现场总线接入单元中运行的第二框架应用。

在本发明的方法的有利实施例中，规定为服务现场设备或网络节点，在第一框架应用中加载适合现场设备或网络节点的设备驱动器。基于发送的识别数据，特别自动选择合适的设备驱动器。特别地，规定客户端计算机中存在大量设备驱动器，从中选择合适的设备驱动器。对于客户端计算机中不存在合适的设备驱动器的情况，可以规定客户端计算机可以经由因特网访问现场设备制造商的服务器，并且可以从那里下载合适的设备驱动器。

本发明的方法的一个有利实施例规定了根据所发送的结构数据在第一框架应用中可视化所确定的网络节点和现场设备。

在本发明的方法的第一变型中，规定了在网络拓扑中可视化所确定的网络节点和现场设备，这提供了对应于它们的网络地址的网络节点和现场设备的排序和结构化。

在本发明的方法的第二变型中，规定了在工厂拓扑中可视化所确定的网络节点和现场设备，其中工厂拓扑提供了对应于其中应用了网络节点和现场设备的工厂部分的网络节点和现场设备的排序和结构化。

在本发明的方法的有利实施例中，规定了通过在可视化中选择网络节点，与网络节点连接的第一通信网络的附加网络级的结构数据被新生成、发送和可视化。以这种方式，操作者总是被显示与网络节点连接的网络级或位于网络级中的现场设备和/或网络节点的更新的可视化。

在本发明的方法的有利实施例中，规定了现场设备的/网络节点的服务是通过在第一框架应用中的可视化中对其做出选择来起始的。这使得操作者更容易操作，因为不必单独建立到现场设备或网络节点的连接。

在上述实施例中的至少一个的进一步发展中，结构数据以结构化文本格式、XML数据格式、SQL数据格式或JavaScript Object Notation数据格式被发送到客户端计算机。

此外，该目的通过在本发明的方法中使用的现场总线接入单元来实现。

此外，该目的通过用于执行本发明的方法的装置来实现，该装置包括客户端计算机和现场总线接入单元，在客户端计算机中实施第一框架应用和在第一框架应用中运行的通信驱动，在现场总线接入单元中实施第二框架应用。

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明，附图的唯一图示如下：

图1是本发明的方法的实施例的示例。

具体实施方式

图1示出了本发明的方法的实施例的示例。显示的是过程自动化工厂A的一部分。多个现场设备F1、F2、F3、…、Fn连接到第一通信网络KN1。在这种情况下，第一通信网络KN1由多个网络级NE1、NE2组成。在第一网络级NE1中，远程IO形式的多个网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm通过Profinet现场总线相互连接。多个现场设备F1、F2、F3通过HART通信回路连接到网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm中的每一个。HART通信回路中的每一个形成第二网络级NE2。

现场总线接入单元FE连接到第一网络级NE1。例如，这就是一台计算机。在现场总线接入单元FE中实施的是第二框架应用，通过该应用可以服务和/或监控个别现场设备F1、F2、F3、…、Fn。现场总线接入单元通过附加接口连接到以太网网络。例如，这形成了工厂A控制级的网络。连接到以太网网络的是一个或多个接入点AP。这些允许通过无线连接(例如WiFi)访问以太网网络。

为了服务现场设备F1、F2、F3、…、Fn，可以补充地使用客户端计算机CR形式的服务单元。为此，客户端计算机CR可以直接连接到现场设备F1、F2、F3、…、Fn的HART通信回路。为此，需要代表HART调制解调器的特殊适配器AD。然而，以这种方式，一次只能服务一个现场设备F1、F2、F3、…、Fn。

替代地，因此，客户端PC可以通过第二通信网络KN2与现场总线接入单元FE连接。为此，第二通信网络包括客户端计算机CR与现场总线接入单元FE之间的WiFi无线电连接。

如果客户端计算机知道现场设备F1、F2、F3、…、Fn的网络地址，那么客户端计算机可以经由现场总线接入单元FE访问现场设备F1、F2、F3、…、Fn。为此，在客户端计算机中实施第一框架应用FR1。借助于特殊的通信驱动KT，例如，可从框架应用“Fieldcare”的申请人获得的“YCommDTMs”，可以访问现场总线接入单元FE的第二框架应用FR2。通信驱动KD用于第一框架应用FR1。以这种方式，在客户端计算机CR与现场设备F1、F2、F3、…、Fn之间建立通信信道KK，使得可以访问现场设备F1、F2、F3、…、Fn。以这种方式，也可以同时服务和/或监控多个现场设备F1、F2、F3、…、Fn。

如在说明书的介绍部分中已经指出的，能够获得工厂A的第一通信网络KN1的网络基础结构的最新概况将是有帮助的。为此，客户端计算机CR向现场总线接入单元FE传送查询，现场总线接入单元FE然后为至少一个网络级NE1、NE2确定位于这样的网络级NE1、NE2中的所有组件，因此，位于网络级NE1、NE2中的现场设备F1、F2、F3、…、Fn和网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm。为此，现场总线接入单元FE扫描网络级NE1、NE2的地址空间。基于所确定的现场设备F1、F2、F3、…、Fn和网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm，现场总线接入单元FE生成结构数据。该结构数据包含确定的现场设备F1、F2、F3、…、Fn和网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm，以及它们所在的网络级NE1、NE2。替代地，也可以扫描整个第一通信网络KN1。然而，这与第一通信网络KN1上消耗的时间增加和数据流量增加有关。

在结构数据被发送至客户端计算机CR之前，添加到结构数据的是网络地址和识别数据，例如，找到的网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm和现场设备F1、F2、F3...、Fn中的每一个的特定标签和/或序列号。

然后，将结构数据转换成合适的格式，有利地转换成结构化文本格式、XML数据格式、SQL数据格式或JavaScript Object Notation数据格式，并发送到客户端计算机CR。在那里，结构数据被处理并在第一框架应用FR1中显示为可视化VS。在图1所示的示例中，可视化VS是所谓的网络拓扑。在网络拓扑中，对应于网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm和现场设备F1、F2、F3、…、Fn的网络地址执行网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm和现场设备F1、F2、F3、…、Fn的排序和结构化。

替代地，可视化可以作为工厂拓扑发生。在工厂拓扑中，对应于其中部署了网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm和现场设备F1、F2、F3、…、Fn的工厂A的部分，执行网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm和现场设备F1、F2、F3、…、Fn的排序和结构化。

通过在可视化VS中选择现场设备F1、F2、F3、…、Fn或网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm，例如，通过鼠标点击或轻敲(在触摸屏的情况下)，如上所述，在现场设备F1、F2、F3、…、Fn或网络节点F1、F2、F3、…、Fn与客户端计算机CR之间经由现场总线接入单元FE(在图1所示的示例中，在客户端计算机CR与现场设备Fn之间)建立通信信道KK。在这种情况下，使用添加到结构数据中的识别数据和网络地址。为了服务现场设备F1、F2、F3、…、Fn或网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm，合适的设备驱动器GT被自动加载并应用于第一框架应用FR1。

此外，这是更新可视化VS的选项。为此，可以提供选择节点NK1、NK2、NK3、…、NKm中一个或多个。于是，查询被自动分派到现场总线接入单元FE，并且由网络节点NK1、NK2、NK3、…、NKm指向的网络级NE1、NE2的结构数据被编译并发送到客户端计算机CR。然后用新编译的结构数据更新已经存在的结构数据。

本发明的方法提供了一个很大的优点，即操作者总是能够获得其工厂A的网络基础结构的最新视图。相比于现有技术中已知的方法，利用本发明的方法自动且高效地生成结构数据。

附图标记列表

A 自动化工厂

AD 适配器

CR 客户端计算机

F1、F2、F3...、Fn 现场设备

FE 现场总线接入单元

FR1 第一框架应用

FR2 第二框架应用

GT 设备驱动器

KK 通信信道

KN1 第一通信网络

KN2 第二通信网络

KT 通信驱动

NE1、NE2 网络级

NK1、NK2、NK3、…、NKm 网络节点

VS 可视化