FELDGERÄT, KOMMUNIKATIONS-CHIP UND VERFAHREN ZUM WEBZUGRIFF AUF EIN FELDGERÄT

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein betrifft allgemein den Zugriff auf Feldgeräte mittels Webtechnologien und

insbesondere ein Verfahren zum Zugreifen auf ein Feldgerät, ein Feldgerät und einen Kommunikations-Chip zum Einsatz in einem Feldgerät.

In der Automatisierungstechnik werden prozessnah Feldgeräte eingesetzt, um Prozessgrößen zu erfassen und/oder zu beeinflussen. Zu diesem Zweck sind Feldgeräte mit Sensoren und/oder Aktoren verbunden oder selbst als Sensoren oder Aktoren ausgebildet.

Aktuell hält Ethernet Einzug in die Feldebene. Der

Kommunikationsstandard PROFINET ermöglicht dabei

beispielsweise die Kommunikation von echtzeitkritischen Daten und anderer TCP/IP Kommunikation auf einer Leitung zur gleichen Zeit. Eine Anwendung der TCP/IP Kommunikation ist die Konfiguration, das Monitoring und die Diagnose von Feldgeräten über Web-Techniken wie http oder JavaScript. Anwender können bei Einsatz von PROFINET über die ohnehin vorhandene Ethernet-Schnittstelle des Gerätes mit einem Webbrowser auch entsprechende Einstell- und

Diagnosemöglichkeiten nutzen.

Üblicherweise läuft in einem PROFINET-Feldgerät auf einem Kommunikations-Chip, wie zum Beispiel einem ERTEC-Chip der Firma Siemens, ein sogenannter PROFINET-Protokollstack . Dieser Stack wickelt das PROFINET-Kommunikationsprotokoll selbstständig ab. Der Stack stellt seine Dienste an einer Applikations-Schnittstelle zur Verfügung. Diese Dienste ermöglichen einer Geräteapplikation das Lesen und Schreiben von zyklischen Prozessdaten oder azyklischen

Parameterwerten.

Es sind Feldgeräte bekannt, welche zur Abwicklung von

Anfragen eines mit einem Webbrowser ausgestatteten

Bediengerätes mit einem Webserver ausgestattet sind. Durch Adressierung des jeweiligen Feldgerätes über eine

zugeordnete URL-Adresse ist auf diese Weise eine

Visualisierung von Informationen des jeweiligen Feldgerätes möglich . Zur Realisierung eines solchen Webzugriffs auf ein

Feldgerät muss sich der Gerätehersteller auf seinem Gerät mit Details zu Webservern und Webtechniken auseinander setzen, da die Geräteapplikation eine Schnittstelle zum Webserver benötigt. Dies ist jedoch in der Regel keine Kernkompetenz von Feldgeräteherstellern. Zudem erfordert der Webserver zusätzliche Rechenleistung, die der

Geräteapplikation nicht mehr zur Verfügung steht.

Bei Bereitstellen eines Webzugriffs können

Zugriffskonflikte auftreten, wenn beispielsweise eine

Steuerungseinheit, wie zum Beispiel eine SPS

(Speicherprogrammierbare Steuerung) , und ein Web-Browser gleichzeitig auf ein Feldgerät zugreifen wollen. Diese Zugriffskonflikte müssen an der Schnittstelle zur

Applikation aufgelöst werden. Ferner muss mit der

Weiterentwicklung von IPV4 nach IPV6 auch die komplette Gerätearchitektur angepasst werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg

aufzuzeigen, wie ein Webzugriff auf ein Feldgerät

vereinfacht und/oder verbessert werden kann, und wie insbesondere Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen vermieden oder reduziert werden können.

Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, die Web- Darstellung gegenüber der Geräteapplikation eines

Feldgerätes als Industrial Ethernet Schnittstelle,

insbesondere als PROFINET Schnittstelle, abzubilden. Zu diesem Zweck ist eine Applikationsschnittstelle zur

Kommunikation mit der Geräte-Applikation vorgesehen, wobei an der Applikationsschnittstelle ein Industrial Ethernet Protokoll-Stack, insbesondere ein PROFINET-Protokoll-Stack, seine Dienste zur Verfügung stellt und der

Geräteapplikation das Lesen und Schreiben von zyklischen Prozessdaten oder azyklischen Parameterwerten ermöglicht. Die Applikationsschnittstelle umfasst eine dem Webserver zugeordnete eigene logische Schnittstelle, so dass die Kommunikation zwischen Webserver und Geräteapplikation nicht über eine direkte Schnittstelle, sondern über den Industrial Ethernet Protokoll-Stack erfolgt. Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach ist ein Verfahren zum Zugreifen auf ein Feldgerät vorgesehen, welches an einen für ein Industrial Ethernet Protokoll ausgebildeten Feldbus angeschlossen ist. Das

Verfahren umfasst das Übertragen einer Anfrage von einem Webbrowser, welcher in einem an den Feldbus angeschlossenen Bediengerät ausgeführt wird, zu einem im Feldgerät

ausgeführten Webserver. Die empfangene Anfrage wird im Feldgerät unter Verwendung eines im Feldgerät gespeicherten Protokoll-Stacks des Industrial Ethernet-Protokolls

verarbeitet und eine Antwortinformation vom Webserver zum Webbrowser zurück übertragen.

Industrial Ethernet bezeichnet allgemein ein Ethernet- Protokoll zum Einsatz im Automatisierungs- und

Prozessumfeld, welches bestimmten EchtZeitanforderungen genügt, und das dementsprechend auch als Echtzeit-Ethernet bezeichnet wird. Es fallen eine Reihe von Protokollen unter den Oberbegriff des Industrial Ethernet, so zum Beispiel PROFINET, SERCOS III, SafetyNET p, VARAN, EtherNet/IP, Ethernet Powerlink oder EtherCAT.

Es können verschiedene Arten von Anfragen vorgesehen sein, die jeweils unterschiedlichen Zwecken dienen, wie zum

Beispiel einem Monitoring, einer Visualisierung, einer Parametrierung, einer Bedienung oder auch einem

Engineering. Dementsprechend umfasst das Verarbeiten der empfangenen Anfrage im Feldgerät vorteilhaft das

Bereitstellen von Prozessdaten, das Einstellen wenigstens eines Parameters, und/oder das Erstellen, Bearbeiten und/oder Ausführen einer Funktion einer Geräte-Applikation.

Die Kommunikation zwischen Webbrowser und Webserver erfolgt grundsätzlich über das transaktionsorientierte Hypertext Transfer Protokoll (http) , wobei eine Transaktion vom

Webbrowser als Client gestartet wird, indem dieser eine

Anfrage (Request) erzeugt und an den Webserver sendet. Der Webserver schließt die Transaktion ab, indem er eine Antwort (Response) generiert und zurück and en Client sendet. Die Antwort wird vom Webserver vorzugsweise als Webseite bereitgestellt. Moderne Browser bieten über einen als XMLHttpRequest bezeichneten Mechanismus die

Möglichkeit, direkt aus einer im Browser ablaufenden

JavaScript-Anwendung http-Anfragen (http Requests) zu senden und http-Antworten (http Responses) entgegen zu nehmen .

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verarbeiten der empfangenen Anfrage im Feldgerät ein Weiterleiten der Anfrage vom Webserver zu einer mit einer im Feldgerät ausgeführten Geräteapplikation verbundenen Applikationsschnittstelle über den im Feldgerät

gespeicherten Industrial Ethernet Protokoll-Stack und ein Übertragen einer Antwort auf die Anfrage von der

Applikationsschnittstelle über den Protokoll-Stack zu dem Webserver. Zu diesem Zweck umfasst die

Applikationsschnittstelle vorteilhaft eine dem Webserver zugeordnete individuelle logische Schnittstelle, wobei der Webserver gegenüber der Applikationsschnittstelle als Industrial Ethernet Client wirkt.

Es kann vorzugsweise ein Parametrierungsspeicher im

Feldgerät vorgesehen sein, in welchem beispielsweise eine Parameterdatei gespeichert ist. In diesem Fall kann das Verarbeiten der empfangenen Anfrage im Feldgerät ferner vorteilhaft das Zugreifen auf diesen

Parametrierungsspeicher umfassen. Ein solcher

Parametrierungsspeicher bietet ferner den besonderen

Vorteil, dass eine Parameterdatei über Ethernet Protokolle wie zum Beispiel FTP auf andere Geräte gleichen Typs kopiert werden kann. Damit ist die einfache Versorgung weiterer Geräte mit den gleichen Parametern möglich.

Vorzugsweise werden beim Hochlaufen der Geräteapplikation die im Parametrierungsspeicher gespeicherten Parameter über entsprechende Write-Dienste des Industrial Ethernet

Protokoll-Stacks an die Geräteapplikation als Initialwerte übergeben und bei Änderungen konsistent gehalten. Auf diese Weise muss die Geräteapplikation vorteilhaft keine eigene Parameterspeicherung implementieren.

Besonders vorteilhaft wird als Industrial Ethernet

Protokoll ein PROFINET-Protokoll eingesetzt, so dass der im Feldgerät gespeicherte Protokoll-Stack dementsprechend ein PROFINET-Protokoll-Stack ist.

Das oben genannte technische Problem wird auch durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Danach ist ein zum Betreiben an einem für ein Industrial Ethernet Protokoll ausgebildeten Feldbus ausgebildetes Feldgerät vorgesehen, welches wenigstens eine Ethernet- Schnittstelle zum Anschließen an den Feldbus, einen mit der Ethernet-Schnittstelle verbundenen Webserver, einen

Speicher mit einem darin gespeicherten Protokoll-Stack des Industrial-Ethernet-Protokolls , und eine Applikations- Schnittstelle zur Kommunikation mit einer auf dem Feldgerät ausführbaren Geräte-Applikation umfasst, wobei die

Applikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem

Webserver unter Verwendung des im Feldgerät gespeicherten Protokoll-Stacks des Industrial Ethernet-Protokolls ausgebildet ist. Wie bereits oben beschrieben umfasst die

Applikationsschnittstelle vorteilhaft eine dem Webserver zugeordnete individuelle logische Schnittstelle und ist dazu ausgebildet, dem Webserver als Industrial Ethernet

Client zu behandeln. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Feldgerät als PROFINET-Feldgerät ausgebildet, wobei dementsprechend der gespeicherte Protokoll-Stack ein

PROFINET-Protokoll-Stack ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Feldgerät zumindest zwei separate integrierte Schaltkreise, im Folgenden kurz als Chips bezeichnet. Diese sind ein Kommunikations-Chip und ein Applikations-Chip. Der

Kommunikations-Chip ist mit der wenigstens einen Ethernet- Schnittstelle verbunden und zum Ausführen des Webservers, des Industrial Ethernet Protokoll-Stacks und der

Applikationsschnittstelle ausgebildet, während der

Applikations-Chip zum Ausführen einer mit der

Applikationsschnittstelle verbindbaren Geräte-Applikation ausgebildet ist. Der Kommunikations-Chip kann ferner vorteilhaft einen Parametrierungsspeicher umfassen.

Durch den Einsatz getrennter Chips ist sichergestellt, dass die Industrial Ethernet Kommunikation die Applikation nicht beeinflusst .

Das oben genannte technische Problem wird ferner durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst.

Danach ist ein Kommunikations-Chip zum Einsatz in einem Feldgerät wie oben beschrieben vorgesehen, welcher einen Webserver, einen Speicher mit einem darin gespeicherten Protokoll-Stack eines Industrial-Ethernet-Protokolls, und eine Applikations-Schnittstelle zur Kommunikation mit einer im Feldgerät ausgeführten Geräte-Applikation umfasst, wobei die Applikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem Webserver unter Verwendung des Protokoll-Stacks des

Industrial Ethernet-Protokolls ausgebildet ist, und wobei insbesondere der gespeicherte Protokoll-Stack als PROFINET- Protokoll-Stack ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand

bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben. Dabei

bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder ähnliche Teile. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

webbasierten Zugriffs auf ein Feldgerät gemäß dem Stand der Technik, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines

webbasierten Zugriffs auf ein Feldgerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung . In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel eines aus dem Stand der Technik bekannten Feldgerätes 100 sind drei Parameter "A", "B" und "C" dargestellt, die zyklisch oder azyklisch von einer Steuerung 400 gelesen und geschrieben werden können. Zu diesem Zweck ist ein PROFINET-Stack 120 und eine Applikationsschnittstelle 130 vorgesehen. Ein Web-Zugriff auf das Feldgerät 100 erfolgt durch einen Web-Browser 310 mit einem entsprechenden Gegenstück in Form eines Webservers 110 auf der Geräteseite. In diesem Web-Browser 310 können, beispielsweise in einer Web-Applikation 320, die gleichen Parameter zB für Diagnose- oder

Inbetriebnahmezwecke dargestellt werden. Zu diesem Zweck kommuniziert der Webserver 110 direkt mit der

Geräteapplikation 140. Typischerweise sind die Komponenten 110, 120, 130 und 140 auf einem gemeinsamen Kommunikations- Chip 200 angeordnet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten beispielhaften Feldgerät 100' wird hingegen die Trennung von Kommunikation und

Applikation verfolgt, wobei insbesondere

Kommunikationschips wie zum Beispiel der Tiger Chip der Firma Phoenix Contact zum Einsatz kommen.

Dabei läuft vorzugsweise ein PROFINET Stack 120 auf einem Kommunikationschip 220 und die Geräteapplikation 140' auf einem getrennten Chip 210 mit entsprechender

Rechenleistung. Dadurch ist sichergestellt, dass die

PROFINET-Kommunikation die Geräteapplikation nicht

beeinflusst. Die PROFINET-Applikationsschnittstelle steht im dargestellten Ausführungsbeispiel an einer

entsprechenden Hardwareschnittstelle des Chips 220 zur Verfügung. Über diese Schnittstelle kann die

Geräteapplikation 140' ihre Parameter mit einer Steuerung oder einem PC 410 bzw. 420 über zyklische oder azyklische Dienste austauschen.

Da PROFINET den gleichzeitigen Zugriff auf ein Gerät von mehreren Steuerungen oder PCs 410 bzw. 420 ermöglicht, enthält jeder dieser sogenannten Clients an der für eine Kommunikation mit der Applikation 140' vorgesehenen Applikationsschnittstelle 130' eigene reservierte Bereiche, die ihn gegenüber der Applikation 140' identifizieren. Mit anderen Worten umfasst die Applikationsschnittstelle für jeden Client eine eigene logische Schnittstelle.

So gibt es zum Beispiel einen eigenen Bereich bzw. eine eigene logische Schnittstelle für jede zugreifende SPS und einen weiteren Bereich für einen sogenannten Supervisor, der zum Beispiel auf einem PC ausgeführt wird. Durch diese Bereiche können die jeweiligen Clients 410 bzw. 420

getrennte Zugriffe zur Applikation 140' realisieren. Im Folgenden sei angenommen, dass eine SPS 410 und ein auf einem PC ausgeführter Supervisor 420 vorgesehen sind. Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, auf dem

Kommunikations-Chip 220 einen Webserver 110' auszuführen, der die herstellerspezifische Darstellung der

Geräteparameter übernimmt. Durch Webtechniken wie zum

Beispiel JavaScript ist es möglich, das Design unabhängig von der Darstellung der Parameterwerte zu hinterlegen.

Der Zugriff des Webservers 110' auf die Parameterwerte wird gegenüber der Geräteapplikation 140' wie der Zugriff eines weiteren PROFINET Clients, zum Beispiel des Supervisors, durch einen entsprechend eigenen Bereich dargestellt.

Ändert ein Anwender in einer im Web-Browser 310

ausgeführten Web-Applikation 320 zum Beispiel den Wert des Parameters „B", so wird der Applikation 140' der Wunsch nach einem Schreibzugriff des entsprechenden Parameters mitgeteilt. Gleiches gilt zum Beispiel für die einfache Darstellung des Wertes „A" . In diesem Fall wird der Applikation 140' ein Lesezugriff für den entsprechenden Parameter signalisiert. Die Ausprägung dieser Zugriffe ist identisch zum Zugriff von anderen PROFINET-Clients . Die Nutzung eines eigenen Bereichs in der

Applikationsschnittstelle für den Web-Zugriff ist

insbesondere auch für den Fall vorteilhaft, dass zum

Beispiel zur Inbetriebnahme kein anderer Client wie eine SPS 410 oder ein Supervisor 420 vorhanden ist. Falls also keine SPS 410 oder Supervisor 420 auf das Gerät 100' zugreift, kann der Webserver 110' die vollständige

Kontrolle übernehmen, ohne dass die Geräteapplikation 140' dafür spezielle Vorkehrungen treffen muss. Dies ermöglicht ein Nachrüsten der Web-Funktionalität im Kommunikations- Chip 220, ohne die Geräteapplikation 140' anpassen zu müssen .

Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Geräteparameter auf dem Kommunikations-Chip 220 zum Beispiel in einer Datei 150 abgespeichert werden. Beim Hochlauf der Applikation 140' werden diese Parameter dann über entsprechende Write- Dienste an die Applikation 140' als Initialwerte übergeben und bei Änderungen konsistent gehalten. Hierdurch muss die Geräteapplikation 140' keine eigene Parameterspeicherung implementieren. Die Parameterdatei 150 kann auch über andere Ethernet Protokolle wie zB FTP auf andere Geräte gleichen Typs kopiert werden. Damit ist die einfache

Versorgung weiterer Geräte mit den gleichen Parametern möglich .

Ferner ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Feldgerätes denkbar, bei der Webserver 110', PROFINET-Stack 120 und Applikation 140' auf einem Kommunikations-Chip ausgeführt werden, dh keine getrennten Kommunikations ^¬ und Applikations-Chips vorgesehen sind. Die Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen, insbesondere bei Verwendung getrennter Kommunikations- und Applikations- Chips .

So muss sich die Geräteapplikation nicht mit der

Darstellung der Web-Inhalte auseinandersetzen. Der

Applikationsentwickler benötigt daher keine tiefen

Kenntnisse von Web-Techniken. Es werden zudem keine

Speicher und Rechenressourcen der Applikation für die

Ausführung des Webservers benötigt. Damit sind die

Applikations-Chips möglichst preiswert und es gibt keine Wechselwirkungen mit der Geräteapplikation.

Ferner liegt die Verwaltung von Mehrfachzugriffen und

Zugriffskonflikten im Kommunikations-Chip, so dass die Applikation dafür keine besonderen Maßnahmen ergreifen muss .

Die Darstellung der Webinhalte kann getrennt von der

Geräteapplikation entwickelt und auch geändert werden, wenn die Geräteparameter schon über PROFINET zur Verfügung stehen. Das Nachrüsten eines Webinterface für bestehende Geräte und Applikationen ist somit einfach möglich.

Vorteilhaft kann über das Webinterface die vollständige Vor-Ort Inbetriebnahme eines Gerätes durchgeführt werden. Dabei werden Zugriffskonflikte mit einer anderen Client- Applikation durch den Kommunikations-Chip aufgelöst. Die PROFINET-Spezifikation enthält hier entsprechende

Mechanismen, die zum Beispiel einer SPS signalisieren, dass die gewünschte Ressource von einem anderen Client belegt ist. Die Geräteapplikation muss hierfür keine besonderen Maßnahmen ergreifen.

Ferner ist eine stellvertretende Parameterspeicherung auf dem Kommunikations-Chip möglich, sowie eine einfache

Übertragung von Parameterwerten auf andere Feldgeräte, ohne dass die Geräteapplikation dafür spezielle Maßnahmen ergreifen muss.

Auch ein Umstieg von IPV4 auf IPV6 ist ohne Einflüsse auf die Geräteapplikation möglich. Gleiches gilt für die sichere Datenübertragung wie zB https oder VPN-Tunneling .