具有优化传输时间的高可用性的基于云的自动化方案制造技术

本发明专利技术涉及具有优化传输时间的高可用性的基于云的自动化方案。应在用于自动化设施(AA)的基于云的控制系统中改进实时能力。为此提出一种冗余构造的基于云的控制系统，该控制系统具有多个在网络(N)上分布的计算资源，计算资源具有在其上运行的控制应用，实施为主设备(PR)和备份设备(BU；BU1

【技术实现步骤摘要】
具有优化传输时间的高可用性的基于云的自动化方案


[0001]本专利技术涉及一种用于运行自动化系统的方法，该自动化系统包括至少一个安置在设施位置处的待控制的自动化设施以及至少两个设置用于控制自动化设施的控制应用，控制应用形成云计算结构的一部分，控制应用的计算资源设置在不同的位置处，并且控制应用经由网络相互以通信技术连接并且与自动化设施以通信技术连接，其中，该网络具有多个通信节点和将通信节点相互连接的通信路径，其中控制应用中的第一控制应用作为主设备工作并且控制应用中的至少一个第二控制应用作为备份设备工作。
[0002]本专利技术还涉及用于执行这种方法的自动化设施以及冗余的基于云的控制系统。

技术介绍

[0003]在近期已存在尝试基于云环境中的计算资源来运行用于自动化设施的控制功能。在此，用于控制自动化设施的控制程序借助于应用程序服务器上的控制应用进行处理，并且经由全球网络(因特网)与自动化设施的本地的外围单元通信。
[0004]该处理方式随之产生一些优点，例如控制功能在对控制任务的要求发生变化时无问题的可扩展性。
[0005]此外，可以更容易地完成应用软件(尤其是控制程序)和系统软件(尤其是控制应用)的更新。
[0006]在此，大的挑战是基于云的服务目前可靠性较差，并且应用程序服务器和外围单位之间的通信缺乏实时能力。这导致强烈波动的反应时间并且由此限制基于云的自动化的使用可能性。
[0007]由于基于云的服务可用性差以及全球网络(因特网)中缺乏实时能力，如今使用具有专用硬件的现场安装的自动化系统。
[0008]从EP 2657797 A1中已知冗余的自动化系统以及用于运行这种自动化系统的方法，自动化系统包括第一和第二子系统，其中子系统在控制工程过程期间分别并行处理控制程序，其中子系统中的一个作为主机工作并且其他子系统作为从机工作，并且其中对于主机失效的情况，从机接管主机的功能。
[0009]从EP 2667269 A1已知一种具有至少两个子系统的自动化系统以及一种用于运行这种自动化系统的方法，其中子系统分别具有控制程序，其中，为了将过程控制从子系统之一的单独运行过渡到冗余的控制运行中，将一个子系统的与子系统中的另一子系统相关的数据在自动化系统的更新阶段范围内传输至该另一子系统。

技术实现思路

[0010]本专利技术的一个目的是：基于云环境中的计算资源改进在自动化设施控制中的实时能力。
[0011]所述目的通过本专利技术的方法来实现，即提出一种用于运行自动化系统的方法，自动化系统包括至少一个安置在设施位置处的待控制的自动化设施以及至少两个设置用于
控制自动化设施的控制应用，控制应用形成云计算结构的一部分，控制应用的计算资源设在不同的位置处，并且控制应用经由网络相互以通信技术连接并且与自动化设施以通信技术连接，其中，该网络具有多个通信节点和将通信节点相互连接的通信路径，其中控制应用中的第一控制应用作为主设备工作并且控制应用中的至少一个第二控制应用作为备份设备工作，其中主设备经由网络接收由自动化设施输出的第一数据包，第一数据包包括自动化设施的输入值，其中主设备根据控制程序的特定的程序指令来处理输入值并且从其中产生用于由自动化设施所包括的执行器的输出值，其中，控制应用包括程序指令，并且程序指令至少基本在主设备和备份设备中以相同形式存在，其中，将包括输入值的第二数据包经由该网络传输至备份设备，其中，将许可(Freigabe)从主设备传输至备份设备，其中，依据许可处理待借助于备份设备处理的控制程序的程序指令，该程序指令对应于待借助于主设备处理的控制程序的已处理的特定的程序指令，并且备份设备同样从其中产生用于由自动化设施包括的执行器的输出值，其中，将包括相应的输出值的第三数据包既从主设备又从备份设备发送至自动化设施，并且其中，将首先到达自动化设施的第三数据包用于执行器的控制。
[0012]该处理方式提供的优点是：在根据本专利技术的云计算结构中，多个控制应用几乎同时处理控制程序，并且将相应的控制指令发送至自动化设施，其中，云计算结构呈冗余构成(冗余的)、基于云的控制系统形式。因此，各个计算资源的长传输时间不会对自动化设施的控制产生负面影响。
[0013]有利地，在自动化系统运行期间，持续地由自动化设施产生具有相应当前的输入值的第一数据包并且将其传输至主设备，由自动化设施或主设备产生具有输入值的第二数据包并将其传输至备份设备，并且由主设备和备份设备产生具有相应当前的输出值的第三数据包并将其传输至自动化设施。
[0014]第一数据包的产生和读取可以由自动化设施启动。有利地，外围单元经由所有可用的逻辑连接将输入值发送至主设备和所有备份设备，例如根据用于系统冗余的PROFINET标准发送，尤其通过多播发送。
[0015]外围单元优选周期性地(尤其在采用PROFINET标准的情况下)向主设备发送当前的输入数据。主设备将数据存储在缓冲器中。在缓冲器中，数据持续由外围单元更新并且在此被覆写。主设备在需要时访问缓冲器。
[0016]可选地，数据在主设备方面从自动化设施中读取。这意味着：主设备通过相应的读取访问启动在自动化设施方面产生和读取第一数据包。
[0017]输入值可以是出自控制应用中的任意值，该任意值由控制应用在控制自动化设施时考虑。例如，其可以是由传感器检测到的实际值或传感器值。但是，输入值也能从一个或多个传感器值中产生，例如作为在自动化设施中执行的信号处理的结果产生。此外，输入值也可以涉及自动化设施的状态或者从这种状态中产生。特定参数或特定变量的值也属于术语“输入值”。
[0018]在处理控制程序时考虑输入值，并且为由自动化设施所包括的执行器产生与输入值相关的输出值。特别地，输出值是用于执行器的控制指令。因此，可以借助于基于云的控制系统实现调节器结构，其中借助于传感器检测实际值形式的输入值，实际值由控制系统与预定值进行比较，并且从其中产生用于执行器的操纵变量形式的输出值，并且输送给执
行器。
[0019]就本专利技术意义而言的执行器通常是在自动化设施中执行动作的结构单元。在此，其特别是一种执行机构，该执行机构引起自动化设施的部件的移动或引起物理变量、例如压力或温度的变化。例如，执行器是驱动器、阀或开关。
[0020]因此，称作为“输入值”或“输出值”的原因在于，从控制系统的角度来看其是输入值或输出值。
[0021]显然地，例如如果自动化设施包括具有多个联合移动的轴的机器，则一个数据包也可以包含多于一个输入值或多于一个输出值，即所有州的实际值或用于所述轴的控制指令。因此，通常，由第一数据包包括出自自动化设施的多个实际值或输入值并且由第三数据包包括多个输出值或操纵变量或控制变量。
[0022]除了缩短的响应时间之外，本专利技术还提供以下优点：借助于自动化系统也可以执行复杂的控制功能和在长时间段延伸的控制功能。整体上相对于传统的基于云的控制装置，根据本专利技术的控制系统的可用性得到改善。
[0023]在本专利技术的一个设计方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于运行自动化系统(1)的方法，所述自动化系统包括至少一个安置在设施位置处的待控制的自动化设施(AA)以及至少两个设置用于控制所述自动化设施(AA)的控制应用，所述控制应用形成云计算结构的一部分，所述控制应用的计算资源设在不同的位置处，并且所述控制应用经由网络(N)相互以通信技术连接并且与所述自动化设施(AA)以通信技术连接，其中，所述网络具有多个通信节点(KP)和将所述通信节点相互连接的通信路径(P)，其中，所述控制应用中的第一控制应用作为主设备(PR)工作，并且所述控制应用中的至少一个第二控制应用作为备份设备(BU；BU1
‑
BU4)工作，其中，所述主设备(PR)经由所述网络(N)接收由所述自动化设施输出的第一数据包(DP1)，所述第一数据包包括所述自动化设施的输入值(Ew1
‑
Ew4)，其中，所述主设备(PR)根据控制程序(P1
‑
P6)的特定的程序指令来处理所述输入值(Ew1
‑
Ew4)并且从所述处理产生用于执行器(A)的输出值(Aw1，Aw2)，其中，控制应用包括所述程序指令并且所述程序指令至少基本在所述主设备(PR)和所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)中以相同形式存在，所述自动化设施(AA)包括所述执行器，其中，将包括所述输入值(Ew1
‑
Ew4)的第二数据包(DP2)经由所述网络(N)传输至所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)，其中，将许可(F1，F2，...)从所述主设备(PR)传输至所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)，其中，依据所述许可(F1，F2，...)处理待借助于所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)处理的控制程序(P1
‑
P6)的程序指令，该程序指令对应于待借助于所述主设备(PR)处理的控制程序(P1
‑
P6)的已处理的特定的程序指令，并且所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)同样从所述备份设备的处理产生用于由所述自动化设施(AA)包括的所述执行器(A)的所述输出值(Aw1，Aw2)，其中，将包括相应的所述输出值(Aw1，Aw2)的第三数据包(DP3)既从所述主设备(PR)又从所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)发送至所述自动化设施(AA)，并且其中，将首先到达所述自动化设施(AA)的所述第三数据包(DP3)用于所述执行器(A)的控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述自动化系统(1)运行期间，持续地由所述自动化设施(AA)产生第一数据包(DP1)并将第一数据包传输至所述主设备(PR)，由所述自动化设施(AA)或所述主设备(PR)产生第二数据包(DP2)并将第二数据包传输至所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)，并且由所述主设备(PR)和所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)产生第三数据包(DP3)并将第三数据包传输至所述自动化设施(AA)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将包括所述输入值(Ew1
‑
Ew4)的所述第二数据包(DP2)从所述主设备(PR)经由所述网络(N)传输至所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将包括所述输入值(Ew1
‑
Ew4)的所述第二数据包(DP2)从所述自动化设施(AA)经由所述网络(N)传输至所述备份设备(BU；BU1
‑
BU4)。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述自动化系统(1)包括多个作为备份设备(BU；BU1
‑
BU4)工作的控制应用，其中，控制应用的计算资源设在不同的位置处并且控制应用经由所述网络(N)与所述自动化设施(AA)以及所述主设备(PR)以通信技术连接，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：