利用实时请求提供过程设施中的过程值制造技术

在自动化技术设施中需要在不同的设备之间交换过程信息。为此建立了OPC基金会的、OPC统一自动化标准协议(OPC UA)。构思在于，所请求的OPC‑UA订阅不经由传统的OPC‑UA会话信道进行传输，而是构建了单独的TSN数据通信，通过它来传输订阅信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用实时请求提供过程设施中的过程值
本专利技术涉及一种用于控制过程、例如制造过程的设施，在设施中，服务器设备对于至少一个过程参数、例如温度、在不同的发送时间点得出当前过程值并且将其分配给多个其他设备、在这里称为客户端设备。属于本专利技术的还有一种相应的服务器设备和一种相应的客户端设备以及一种用于运行该服务器设备的方法。
技术介绍
在自动化技术设施或者简称设施中，需要在不同的设备之间交换过程信息。为此建立起了OPC基金会的、OPC统一自动化标准协议(OPCUA)。(OPC-用于过程控制的OLE，OLE-对象链接与嵌入)。在这种场景中经常出现以下情况，即过程信息的多个消费者(客户端)关注于相同的过程信息，因此OPCUA服务器多次将该相同的过程信息发送到不同的客户端。此外，OPCUA例如通过接受确认确保这种数据传输。为此，OPCUA的前提是，客户端和服务器相互识别。在客户端与服务器之间构建了单独的对等连接，即所谓的OPCUA会话。在设施运行时可能出现，服务器设备因为管理连接或会话和多次发送当前过程值而过载。此时在这里就需要提供电路技术上复杂的且因此制造成本昂贵的服务器设备。此外，多次发送过程值还能够妨碍设施的通信表现，因为多次传输过程值会阻碍其他设备的通信。如今OPC-UA订阅是安全的(TCP)1:1通信关系，它必须由服务器管理。一种可行的解决方案是通过UDP协议进行拓展。用户数据报协议，简称UDP，是一种最小的、无连接的网络协议，它属于因特网协议家族的传输层。UDP使得应用能够在基于IP的计算机网络中发送数据报。UDP解决了1：n关系的问题，但是却带来新的问题，例如通信随之而不安全。UDP方案还带来新的、对网络或有效通信的攻击可行性，例如通过大量数据包洪泛网络。OPC-UA层在此按照协议而言对网络层没有任何作用可能性。为了在服务器与客户端之间传输数据变化，正如前文提到的那样，在OPCUA中使用订阅(Subscription)：客户端在服务器上设置这种订阅并且添加它想要知道其值变化的元素。一旦该订阅被成功提交，那么客户端就会被告知所输入的元素的值变化。一个客户端可以设置多个订阅。除了客户端想要就哪些元素被告知的信息以外，订阅还包含客户端想要以何种方式或者以何种频率获得这些信息/更新的信息。为了获得更新，客户端向服务器提出询问/请求，一旦出现数据变化，就由服务器用回答/响应对其作出回答。服务器必须管理所出现的询问/请求，并且当没有出现值变化时，向客户端发送Keep-Alive报文。当多个客户端想要了解同一元素的值变化时，就必须让每个单个的客户端在服务器上设置一个自己的订阅并且添加相应的元素。服务器此时必须为每个客户端发送包含同一内容的报文。如果不想为订阅劳神费事，客户端也可以简单地向服务器提出READ请求。在此，服务器虽然不必管理订阅机制，然而却必须在每次读取访问时构建起上下文关系，服务器使用这个上下文关系来生成变量名称与实际的变量访问的对应关系。对于这两种变体(读取或者订阅)，必须在客户端与服务器之间建立对话，只要客户端还对值变化感兴趣，这个对话就一直有效。已知的是所谓的“用于OPCUA的UDP多目标订阅”。在这种解决方案中可以将多个客户端集中成为组播集群，从而使管理和传输负担最小化。但是，这种UDP机制不能明确地保障服务质量，从而只能用在可以接受数据损耗(至少暂时地)的环境中。此外，UDP协议仅仅在单向上起作用。
技术实现思路
因此本专利技术基于以下目的，即高效地构建在设施的设备之间的过程值交换。所述目的通过独立的权利要求所述的对象得以解决。本专利技术的有利改进方式通过从属权利要求所述的特征给出。根据本专利技术提供了一种方法，借助该方法运行设施中的服务器或服务器设备。设施可以是自动化技术设施，其例如用于制造产品(例如制造机动车)或者用于执行一个过程(例如基于核能生成能量)或者用于控制系统(例如控制市区的交通灯)。这个过程也可以布置在单个的装置内，例如可以是用于协调机器人的各个设备、例如其传感器和致动器的机器人控制系统。另一种装置例如可以是生产站，例如喷漆站或者瓶灌装站。在这些站内，一个过程也可以提供站的期望功能。因此，在术语“设施”下优选地也包含这种装置和这种站。受控的过程具有至少一个过程参数，过程参数由于经历了该过程而能够发生变化，其例如是温度、压力、例如转动件或轴的旋转位置、或例如是流水线的速度。服务器设备在不同的发送时间点对于至少一个过程参数分别得出当前过程值，即例如当前温度或者当前压力。服务器设备为此例如可以具有温度传感器或压力传感器或者用于电动机的电动机控制系统或者用于机器人的控制设备。至少一个过程参数的、相应的当前过程值应该输出给设施的多个客户端设备。同样，客户端设备也可以例如是电动机控制系统或者其他的致动器控制系统或者传感器。每个客户端设备在此都可以向服务器设备或者对于每个至少一个过程参数都要求当前过程值或者也可以仅要求其中一个子集，即一个或者若干。相应地，服务器设备在相应的发送时间点经由数据网络、例如以太网或者Profinet总线向设施的多个客户端设备分别对于至少一个过程参数中的每个或者一个子集发送相应得出的当前过程值。为了在此在数据网络上高效地形成产生的数据交换，服务器设备执行以下步骤。服务器设备由要发送给客户端设备中的至少一个客户端设备的至少一个过程参数形成分组。服务器设备在发送时间点分别将分组的至少一个过程参数的当前过程值合并为唯一的TSN电报并且将TSN电报发送到数据网络中。现在就不再分别向每个设备都发送一份该电报的复件，而是由服务器设备将该电报以目标是属于相关分组的所有客户端的方式发送到数据网络中。术语“服务器设备”不局限于仅仅作为用于过程值的数据源运行的设备。用于至少一个过程参数的服务器设备可以同时结合至少一个另外的过程参数而是一个客户端设备，它从另一个服务器设备接收至少一个另外的过程参数的当前过程值。构思在于，所请求的OPC-UA订阅不经由传统的OPC-UA会话信道进行传输，而是构建一个单独的TSN数据通信，通过它来传输订阅信息。时间敏感网络(Time-SensitiveNetworkingTSN)描述了一系列标准，时间敏感网络任务组(IEEE802.1)按照这些标准工作。TSN描述了拓展的2层机制和用于桥接和终端设备的协议，从而此外还确保了确定性。已经存在的协议被拓展并且建立起新的协议(例如用于计算路径和用于预留的协议)。确定性(Determinism)是对基于以太网的网络的基本要求，以能够在自动化技术设施的工厂现场中使用(当然还有能量、汽车...)。通过本专利技术得到以下优点，即，在服务器设备中节省了计算工作，因为过程值不必被多次发送并且服务器设备相应地仅需要一次性地为多个客户端设备准备这些过程值。这尤其是在设施的现场层内是有利的，在那里，服务器设备可能是低效率的设备，例如传感器。属于本专利技术的相应地还有一种用于控制过程的设施的设备，该设备可以用作服务器设备。设备设计用于向服务器设备发送询问电报，在该询问电报中给出，分别将来自服务器设备所监控的至少一个过程参数中的哪个过程参数的过程值发送到客户端设备。客户端设备经由数据网络发送该询问电报。设备还设计用于向服务器设备发送询问电报，并且经由数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于运行设施中的服务器设备(Server)的方法，在所述设施中所述服务器设备在不同的发送时间点由所述设施所控制的过程的至少一个过程参数(z、x、v、w、y、u、s、t)分别得出当前过程值，并且所述服务器设备经由数据网络向所述设施的多个客户端设备(Client A...Client E、Cx)针对所述至少一个过程参数(z、x、v、w、y、u、s、t)中的每个过程参数分别发送得出的所述当前过程值，其特征在于以下步骤：‑所述服务器设备由要发送给所述客户端设备中的至少一个客户端设备的所述至少一个过程参数形成分组(E1、E2)，‑所述服务器设备(Server)在发送时间点分别将所述分组的至少一个过程参数的当前过程值(z、x、v、w、y、u、s、t)合并为唯一的TSN电报(Send1、Send2、Send3)并且将所述TSN电报发送到所述数据网络中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于运行设施中的服务器设备(Server)的方法，在所述设施中所述服务器设备在不同的发送时间点由所述设施所控制的过程的至少一个过程参数(z、x、v、w、y、u、s、t)分别得出当前过程值，并且所述服务器设备经由数据网络向所述设施的多个客户端设备(ClientA...ClientE、Cx)针对所述至少一个过程参数(z、x、v、w、y、u、s、t)中的每个过程参数分别发送得出的所述当前过程值，其特征在于以下步骤：-所述服务器设备由要发送给所述客户端设备中的至少一个客户端设备的所述至少一个过程参数形成分组(E1、E2)，-所述服务器设备(Server)在发送时间点分别将所述分组的至少一个过程参数的当前过程值(z、x、v、w、y、u、s、t)合并为唯一的TSN电报(Send1、Send2、Send3)并且将所述TSN电报发送到所述数据网络中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤：-所述服务器设备(Server)在配置阶段中经由网络连接在OPC-UA会话期间按照OPC-UA标准从所述至少一个客户端设备(ClientA...ClientE、Cx)接收相应的询问电报(Subscription)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述询问电报(Subscription)包含以下信息，应该以何种形式或者以何种频率通过服务器实现更新地告知所询问的过程值(z、x、v、w、y、u、s、t)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当所述分组的所述至少一个过程参数的所述当前过程值(z、x、v、w、y、u、s、t)相比上一条报文没有变化时，所述服务器设备(Server)在发送时间点发送Keep-Alive报文。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述服...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗茨约瑟夫·格茨，克里斯蒂安·霍克，于尔根·施米特，弗兰克·福尔克曼，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE