СПОСОБ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ФУНКЦИЙ В ПРОМЫШЛЕННОЙ СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ И ПРОМЫШЛЕННАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК G05B15/02 

Промышленные системы автоматизации служат для контроля, управления и регулирования технических процессов, в частности, в области автоматизации изготовления, технологических процессов и автоматизации зданий и обеспечивают возможность приведения в действие устройств управления, сенсоров, машин и промышленных установок, которое должно осуществляться по возможности самостоятельно и независимо от вмешательства человека. Ввиду постоянно растущего значения информационной техники для систем автоматизации, которые охватывают многочисленные объединенные в сети блоки управления или вычислительные блоки, способы надежного предоставления распределяемых через систему автоматизации функций для предоставления функций контроля, управления и регулирования приобретают все большее значение.

При распределенных службах, служебные компоненты которых предоставляются посредством множества различных блоков управления или вычислительных блоков для реализации функций системы автоматизации, существуют высокие требования к коммуникационной инфраструктуре системы автоматизации. С одной стороны, должны выполняться обычные требования к коммуникации в реальном времени, которые характеризуются сравнительно большим числом относительно коротких сообщений, а с другой стороны, различные коммуникационные протоколы для распределенных служб должны быть используемыми по возможности прозрачным образом. Низкопроизводительная коммуникационная инфраструктура может угрожать безошибочному предоставлению службы и сказываться отрицательным образом на стабильности и готовности системы. На основе критичных по времени рамочных условий в технических системах, которые должны быть автоматизированы посредством промышленных приборов автоматизации, в промышленных коммуникационных сетях для коммуникации между приборами автоматизации преимущественно применяются коммуникационные протоколы реального времени, такие как PROFINET, PROFIBUS или Ethernet реального времени.

При доступах к ассоциированным со службами данным и измеренным значениям в промышленной системе автоматизации, кроме того, часто существуют весьма различные требования со стороны клиента в отношении готовности или качества обслуживания, а также фильтрации данных или предварительного уплотнения данных. Кроме того, существуют требования относительно расширяемости существующих служб посредством опциональных или дополнительных компонентов служб без необходимости существенного изменения модели данных или функции, на которой базируется реализация существующей службы.

Из WO 2004/109415 А1 известно предоставление функций промышленной системы автоматизации посредством служб и подразделение функциональных блоков на стандартные блоки и гибкие функциональные блоки. При этом входные и выходные параметры функциональных блоков включают в себя поле значений и поле состояний, которое, в свою очередь, имеет атрибуты качества, суб-состояния и предельного значения. Для поддержки конфигурирования предусмотрено устройство интерфейса.

В US 2004/230643 А1 описан способ для предоставления служб в системе, содержащей множество вычислительных блоков, в котором службы предоставляются посредством интеграции приложений предприятия. При этом службы вызываются посредством единого механизма нахождения-привязки-исполнения. Кроме того, между клиентом и сервером передаются TCP/IP-пакеты, которые могут комбинировать результаты логически взаимосвязанных операций. Например, сначала в TCP/IP-пакете может комбинироваться частичный результат, если результат относительно его полезных данных является слишком большим для одного TCP/IP-пакета.

В WO 2008/090216 А1 раскрыта система автоматизации с сервис-ориентированной архитектурой и децентрализованными, распределенными компонентами или приборами в гибкой и реконфигурируемой производственной среде, с по меньшей мере одним хост-компьютером, который через средство передачи данных, такое как Ethernet, соединен с сервис-ориентированным компонентом или приборами.

Общие аспекты ориентированных на службы архитектур (сервис-ориентированных архитектур - SOA) во взаимосвязи с применением стандартизованных коммуникационных протоколов описаны в публикации: F. James et al. "Service-oriented Paradigms in Industrial Automation", IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol. 1, No. 1, February 2005, ISSN 1551-3203, p. 62-70. В публикации: F. Mustafa et al. "Dynamic Web Service Composition", 2009 International Conference on Computer Engineering and Technology, ICCET 2009, 22 January 2009, ISBN 978-1-4244-3334-6, p. 463-467 описано качество обслуживания (QoS) как область задач в контексте сервис-ориентированных архитектур. Однако подразделение компонентов служб на специфические для службы и неспецифические для службы компоненты там не обсуждается. Из US 2004/221005 A1 известно, что службы могут включать в себя специфические для службы и неспецифические для службы компоненты. Однако там не описывается, что меры QoS должны обеспечиваться посредством неспецифических для службы компонентов.

Из ЕР 2141562 А1 известно, что распределенные службы в системе автоматизации, содержащей множество связанных в сеть вычислительных блоков, предоставляются в ориентированной на службы архитектуре. На стороне запрашивающего службу вычислительного блока запросы службы подразделяются на предоставляющие службу вычислительные блоки и передаются на них для обработки. На стороне предоставляющего службу вычислительного блока принятые запросы службы подразделяются на логически связанные операции, обеспечивающие взаимосвязанные частичные результаты. Предоставляющий службу вычислительный блок уже при наличии логически взаимосвязанных частичных результатов, ассоциированных с операцией запроса службы, передает сообщение с логически взаимосвязанными частичными результатами на запрашивающий службу вычислительный блок.

В ЕР 2221682 А1 описан способ предоставления функций в промышленной системе автоматизации, при котором функции системы автоматизации предоставляются посредством служб. Компоненты службы подразделяются на специфические для службы компоненты и повторно применяемые многими различными службами компоненты.

Специфические для службы компоненты и повторно применяемые компоненты имеют единый интерфейс конфигурации. Компоненты службы через единый интерфейс конфигурации посредством блока конфигурирования службы связываются в службу. Функции для контроля или управления определенного качества обслуживания ассоциируются с повторно применяемыми компонентами.

В соответствии с ЕР 2224297 А1 компоненты службы для непротиворечивого предоставления данных конфигурации в промышленной системе автоматизации связываются в службу через единый интерфейс конфигурации посредством локального блока конфигурирования службы. Службы конфигурируются и активируются посредством данных конфигурации, причем данные конфигурации включают в себя информации для соотнесения служб с блоками управления и с зависимостями между службами. Данные конфигурации принимаются службой конфигурирования системы от блока управления и контроля системы автоматизации, проверяются и передаются на целевые блоки управления. Переданные данные конфигурации проверяются ассоциированными с целевыми блоками управления локальными блоками конфигурирования служб на наличие изменений по сравнению с применяемыми до сих пор данными конфигурации. Локальные блоки конфигурирования служб определяют на основе установленных изменений данных конфигурации списки операций для выполнения изменений конфигурации, причем списки оптимизируются на минимизацию времен отказов служб.

В основе настоящего изобретения лежит задача создать способ гибкого и эффективного предоставления распределенных по множеству блоков управления или вычислительных блоков функций в промышленной системе автоматизации, а также предложить подходящую техническую реализацию способа.

Эта задача в соответствии с изобретением решается способом с признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения, и промышленной системой автоматизации с признаками, приведенными в пункте 9 формулы изобретения. Предпочтительные дальнейшие развития предложенного изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с соответствующим изобретению способом функции промышленной системы автоматизации предоставляются в распоряжение посредством Web-приложений, которые на клиентской стороне во время выполнения программы управления или к времени выполнения объединяются в связанные друг с другом Web-приложения и предоставляются на пользовательском интерфейсе клиентской стороны. Web-приложения включают в себя соответственно по меньшей мере один компонент приложения, для которого генерируется соответственно по меньшей мере один экземпляр компонента. Предпочтительным образом пользовательский интерфейс клиентской стороны включает в себя Web-браузер. Кроме того, Web-приложения предоставляются посредством единого интерфейса программирования приложений, который включает в себя распространяющийся на компоненты интерфейс программирования приложений для инициализации и выгрузки компонентов приложений, а также специфический для компонентов интерфейс программирования приложений для обработки событий и предоставления функций компонентов. Для распространяющихся на компоненты функций может, например, предоставляться по меньшей мере одна служба, которая используется многими компонентами приложений. С компонентами приложений ассоциированы соответственно метаданные для декларирования функций и зависимостей.

Компоненты приложений включают в себя в соответствии с изобретением соответственно интерфейс данных для доступа к данным через другие компоненты приложений. Экземпляры компонентов посредством интерфейса программирования приложений связываются для установления взаимодействий между компонентами приложений. Таким способом внутри промышленной системы автоматизации к времени исполнения может быть реализована гибкая интеграция слабо связанных служб или функций, причем такая интеграция не требует индивидуальных затрат программирования. Взаимодействия между компонентами приложений могут, например, инициироваться событиями данных или пользовательскими действиями.

В соответствии с предпочтительным выполнением предложенного изобретения связанные между собой экземпляры компонентов исполняются внутри визуализируемого на пользовательском интерфейсе клиентской стороны объекта управления. Объект управления может быть, например, DOM-документом, соответствующим объектной модели документов, или объектом JavaScript-окна. Тем самым может достигаться по выбору улучшенная производительность системы или изоляция компонентов. Кроме того, связанные между собой экземпляры компонентов согласно другому выполнению предложенного изобретения могут исполняться изолированно внутри отдельных суб-объектов управления объекта управления, визуализируемого на пользовательском интерфейсе клиентской стороны. Суб-объекты управления могут, например, быть i-кадрами.

Соответствующая изобретению промышленная система автоматизации содержит несколько блоков управления, которые соответственно включают в себя по меньшей мере один Web-сервер для предоставления функций автоматизации в качестве Web-приложений. Дополнительно предусмотрена по меньшей мере одна станция обслуживания и наблюдения, которая имеет по меньшей мере один Web-клиент для связывания на клиентской стороне Web-приложений во время исполнения программы управления на пользовательском интерфейсе клиентской стороны. Web-приложения включают в себя соответственно по меньшей мере один компонент приложения, для которого генерируется соответственно по меньшей мере один экземпляр компонента. Кроме того, Web-приложения предоставляются посредством единого интерфейса программирования приложений, который включает в себя распространяющийся на компоненты интерфейс программирования приложений для инициализации и выгрузки компонентов приложений, а также специфический для компонентов интерфейс программирования приложений для обработки событий и предоставления функций компонентов. С компонентами приложений ассоциированы соответственно метаданные для декларирования функций и зависимостей. Кроме того, компоненты приложений включают в себя соответственно интерфейс данных для доступа к данным через другие компоненты приложений. Экземпляры компонентов посредством интерфейса программирования приложений связываются для установления взаимодействий между компонентами приложений.

Предложенное изобретение далее поясняется более подробно на примере выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг. 1 - схематичное представление промышленной системы автоматизации с предоставленными распределенным образом функциями,

Фиг. 2 - схематичное представление интерфейса программирования приложений и интерфейса данных для предоставления функций промышленной системы автоматизации как Web-приложений.

Представленная на фиг. 1 промышленная система автоматизации содержит несколько блоков 101-102 управления, которые содержат соответственно по меньшей мере один Web-сервер 111-114 для предоставления функций промышленной системы автоматизации как Web-приложений. Блоки 101-102 управления через коммуникационную сеть 160 соединены с по меньшей мере одной станцией 150 обслуживания и наблюдения, которая имеет Web-клиент 151 для связывания на клиентской стороне Web-приложений к времени исполнения на пользовательском интерфейсе 152 клиентской стороны. При этом пользовательский интерфейс 152 клиентской стороны в предложенном примере выполнения включает в себя Web-браузер.

Web-приложения включают в себя соответственно по меньшей мере один компонент 121-125 приложения, для которого к времени исполнения генерируется по меньшей мере один экземпляр 141-145 компонента. К этим компонентам 121-125 приложения могут, например, также причисляться предоставляемые единым интерфейсом программирования приложений графические объекты 125 пользовательского интерфейса, такие как кнопки. Также для подобных объектов 125 пользовательского интерфейса генерируются экземпляры 145 компонента. Кроме того, с компонентами 121-125 приложения соответственно соотнесены метаданные 131-135 для декларирования функций и зависимостей. Метаданные 131-135 могут генерироваться, например, к времени исполнения посредством соответствующих компонентов 121-125 приложения и включать в себя данные относительно наименования, версии и ограничений соответствующих компонентов 121-125 приложения.

Экземпляры 201-202 компонентов Web-приложений в соответствии с фиг. 2 предоставляются посредством единого интерфейса программирования приложений, который включает в себя распространяющийся на компоненты интерфейс программирования приложений (API жизненного цикла) 211, 221 для инициализации и выгрузки компонентов приложений, а также специфический для компонентов интерфейс программирования приложений (API компонентов) 212, 222 для обработки событий и предоставления функций компонентов. Предпочтительным образом, для распространяющихся на компоненты функций предоставляется по меньшей мере одна служба, которая используется многими компонентами приложений. Посредством специфического для компонентов интерфейса 212, 222 программирования приложений отображаются или реализуются, например, специфические для компонентов функции и события.

Кроме того, компоненты приложений включают в себя соответственно интерфейс 214, 224 данных для доступа к данным посредством других компонентов приложений. Посредством интерфейса 214, 224 данных, например, устанавливается, предоставляются ли данные для считывания, для записи или как для считывания, так и для записи и когда или как посылаются уведомления об изменениях данных. Единый интерфейс программирования приложений включает в себя дополнительно интерфейс программирования приложений (API взаимодействия) 213, 223 для установления взаимодействий между компонентами приложений. Для этого экземпляры 143-145 компонентов на клиентской стороне связываются через Web-клиент 151, как это представлено в качестве примера на фиг. 1. Взаимодействия между компонентами приложений могут, например, инициироваться посредством событий данных или посредством пользовательских действий.

Интерфейс программирования приложений для установления взаимодействий между компонентами приложений предоставляется через Web-портал. Эти взаимодействия могут осуществляться как приводимые в действие данными, например, за счет того, что выходы данных компонентов приложений соединяются с входами данных других компонентов приложений. При этом события данных приводят к действиям. Дополнительно или альтернативно к инициируемым данными взаимодействиям могут также устанавливаться взаимодействия, инициируемые пользовательскими действиями, например, посредством операции «перетащить и оставить» между компонентами приложений. Через Web-портал в предложенном примере выполнения, кроме того, предоставляются центральные службы, которые используются посредством множества компонентов приложений. Сюда относятся, например, службы, такие как служба единой подписи или локальная для браузера персистентность (сохраняемость) данных.

Web-портал обеспечивает возможность, в частности, двух различных возможностей интеграции компонентов приложений, с одной стороны, прямая интеграция, а с другой стороны, изолированная интеграция. То, какая возможность интеграции является особенно предпочтительной, зависит от соответствующего случая применения. При прямой интеграции компонентов приложений связанные друг с другом экземпляры компонентов выполняются внутри визуализируемого на пользовательском интерфейсе клиентской стороны объекта управления. При этом объект управления может быть, например, DOM-документом, соответствующим объектной модели документов, или объектом JavaScript-окна. Это обеспечивает очень хорошую производительность системы, а также эффективное использование общих ресурсов. К таким общим ресурсам относятся, например, JS библиотеки.

При изолированной интеграции компонентов приложений связанные между собой экземпляры компонентов могут исполняться изолированно внутри отдельных суб-объектов управления объекта управления, визуализируемого на пользовательском интерфейсе клиентской стороны. При этом суб-объекты управления могут, например, быть i-кадрами. Это предоставляет преимущество, состоящее в том, что компоненты приложений могут произвольно загружаться или выгружаться и что Web-портал высвобождает ресурсы простым способом путем закрытия i-кадров.

При необходимости Web-портал может принуждать прямо связанные компоненты приложений к изоляции. Это происходит для соответствующих компонентов приложений прозрачным образом за счет того, что Web-портал предоставляет инфраструктуру внутри i-кадра. Для компонента приложения это происходит так, как будто он привязан непосредственно в Web-портал и там является единственным компонентом приложения. При этом все вызовы к интерфейсу программирования приложений для установления взаимодействий маршрутизируются через прокси. Для этого та же инфраструктура используется для коммуникации между компонентами приложений и Web-порталом, как при целенаправленно изолированной интеграции. При этом Web-портал позволяет генерировать различные слои, в которых размещаются компоненты приложений и соединяются друг с другом или с Web-порталом.

Посредством системы разработки Web-портала системные интеграторы могут генерировать и конфигурировать собственные Web-порталы. При этом метаинформации, а также самоописания компонентов приложений считываются и применяются для размещения или соединения. При этом самоописания могут вызываться из разных источников, например, от сервера, ассоциированного с одним из соответствующих компонентов приложений, или от центральной системы разработки. Это обеспечивает возможность представления Web-портала с различными слоями и конкретными описаниями интеграции. Посредством системы разработки можно, например, предоставлять графический редактор для размещения и соединения компонентов приложений. В принципе система разработки может быть интегрирована в собственно Web-портал. За счет этого обеспечивается подстройка Web-портала его пользователем.

По отношению к интеграции на серверной стороне функций автоматизации предложенный пример выполнения обеспечивает возможность гибкой расширяемости на новые компоненты или приложения. На основе связывания компонентов приложений к времени выполнения к тому же требуется меньше затрат на согласование.

По сравнению с интеграцией функций автоматизации посредством серверов приложений в предложенном примере выполнения могут применяться приложения, которые базируются принципиально на любых серверных принципах для предоставления компонентов приложений. Кроме того, компоненты приложений в предложенном примере выполнения могут выполняться независимо друг от друга и интегрироваться в приложения или порталы других поставщиков.

Иначе, чем в случае порталов серверной стороны, коммуникация между компонентами приложений и их внутренним интерфейсом в предложенном примере выполнения осуществляется непосредственно, а не посредством обхода через сервер портала. Компоненты приложений, таким образом, не ограничены ограниченным выбором применимых коммуникационных протоколов, а в зависимости от индивидуальных требований приложений могут применяться особенно предпочтительные способы коммуникации. По отношению к «мэшап»-интеграции приложений с помощью предложенного примера выполнения могут быть реализованы расширенные возможности приложений, например операция «перетащить и оставить», навигация из приложения или центральная аутентификация.

Дополнительно к предоставлению компонентов приложений посредством Web-портала, могут применяться контейнеры компонентов, которые обеспечивают привязку компонентов приложений Web-портала в другие приложения. При этом контейнер компонентов предоставляет соответствующим компонентам приложений инфраструктуру портала. В принципе, предложенный пример выполнения может быть реализован посредством альтернативных концепций пользовательских интерфейсов. Например, вместо применения браузера с HTML и JavaScript могут предусматриваться «родные» приложения, которые предоставляют общий интерфейс интеграции данных приложений. В этом случае различные компоненты приложений могут, например, с помощью поддержки операционной системы, такой как Win32-API для Windows, комбинироваться друг с другом на пользовательском интерфейсе.

Группа изобретений относится к промышленной системе автоматизации. Технический результат - гибкое и эффективное предоставление распределенных по множеству блоков управления или вычислительных блоков функций в промышленной системе автоматизации. Для этого функции системы автоматизации предоставляются в распоряжение посредством Web-приложений, которые на клиентской стороне во время выполнения программы управления объединяются в связанные друг с другом Web-приложения и предоставляются на пользовательском интерфейсе клиентской стороны. Web-приложения предоставляются посредством единого интерфейса программирования приложений, который включает в себя распространяющийся на компоненты интерфейс программирования приложений для инициализации и выгрузки компонентов приложений, а также интерфейс программирования приложений для обработки событий и предоставления функций компонентов. Экземпляры компонентов посредством интерфейса программирования приложений связываются для установления взаимодействий между компонентами приложений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ предоставления функций в промышленной системе автоматизации, в котором
- функции системы автоматизации предоставляются в распоряжение посредством Web-приложений, которые на клиентской стороне во время выполнения программы управления объединяются в связанные друг с другом Web-приложения и предоставляются на пользовательском интерфейсе клиентской стороны,
- Web-приложения включают в себя соответственно по меньшей мере один компонент приложения, для которого к времени исполнения генерируется соответственно по меньшей мере один экземпляр компонента,
- Web-приложения предоставляются посредством единого интерфейса программирования приложений, который включает в себя распространяющийся на компоненты интерфейс программирования приложений для инициализации и выгрузки компонентов приложений, а также интерфейс программирования приложений для обработки событий и предоставления функций компонентов,
- с компонентами приложений соответственно ассоциированы метаданные для декларирования функций и зависимостей,
- компоненты приложений включают в себя соответственно интерфейс данных для доступа к данным через другие компоненты приложений,
- экземпляры компонентов посредством интерфейса программирования приложений связываются для установления взаимодействий между компонентами приложений.

2. Способ по п. 1, в котором взаимодействия инициируются посредством событий данных и/или посредством пользовательских действий.

3. Способ по п. 2, в котором для распространяющихся на компоненты функций предоставляется по меньшей мере одна служба, которая используется несколькими компонентами приложений.

4. Способ по п. 3, в котором связанные между собой экземпляры компонентов исполняются внутри визуализируемого на пользовательском интерфейсе клиентской стороны объекта управления.

5. Способ по п. 4, в котором объект управления представляет собой DOM-документ, соответствующий объектной модели документа, или объект JavaScript-окна.

6. Способ по п. 1, в котором связанные между собой экземпляры компонентов исполняются изолированно внутри отдельных суб-объектов управления объекта управления, визуализируемого на пользовательском интерфейсе клиентской стороны.

7. Способ по п. 6, в котором суб-объекты управления являются i-кадрами.

8. Способ по п. 7, в котором пользовательский интерфейс клиентской стороны содержит Web-браузер.

9. Промышленная система автоматизации, содержащая
- несколько блоков управления, которые соответственно включают в себя по меньшей мере один Web-сервер для предоставления функций автоматизации в качестве Web-приложений,
- по меньшей мере одну станцию обслуживания и наблюдения, которая имеет по меньшей мере один Web-клиент для связывания на клиентской стороне Web-приложений во время исполнения программы управления на пользовательском интерфейсе клиентской стороны,
- причем Web-приложения включают в себя соответственно по меньшей мере один компонент приложения, для которого к времени исполнения генерируется соответственно по меньшей мере один экземпляр компонента,
- Web-приложения предоставляются посредством единого интерфейса программирования приложений, который включает в себя распространяющийся на компоненты интерфейс программирования приложений для инициализации и выгрузки компонентов приложений, а также интерфейс программирования приложений для обработки событий и предоставления функций компонентов,
- с компонентами приложений ассоциированы соответственно метаданные для декларирования функций и зависимостей,
- компоненты приложений включают в себя соответственно интерфейс данных для доступа к данным через другие компоненты приложений,
- экземпляры компонентов посредством интерфейса программирования приложений связываются для установления взаимодействий между компонентами приложений.