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WO2003036401A2 - Verfahren zum erfassen von mehreren feldgeräten in einer gerätekonfiguration - Google Patents

Verfahren zum erfassen von mehreren feldgeräten in einer gerätekonfiguration Download PDF

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Publication number
WO2003036401A2
WO2003036401A2 PCT/DE2002/003850 DE0203850W WO03036401A2 WO 2003036401 A2 WO2003036401 A2 WO 2003036401A2 DE 0203850 W DE0203850 W DE 0203850W WO 03036401 A2 WO03036401 A2 WO 03036401A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
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address
field devices
fgn
electronic
http
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2002/003850
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2003036401A3 (de
Inventor
Andreas Jurisch
Stefan Walz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2003036401A2 publication Critical patent/WO2003036401A2/de
Publication of WO2003036401A3 publication Critical patent/WO2003036401A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4185—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention lies in the field of remote-controlled operation of field devices, in particular for the purpose of observing and operating field devices.
  • Field devices are used in the automation of a wide variety of technical processes, for example for monitoring a production or manufacturing process or a processing process.
  • the field devices can be the production plants themselves or devices for monitoring, preferably for controlling and / or regulating, depending on the recorded field data, the technical means of production or plants used.
  • the field devices are often arranged in star coupler configurations in which transmission protocols based on a master-slave architecture are used.
  • the field devices that are connected as slave devices to a master device must be recognized so that the field devices can be controlled electronically by the master device via a respective address.
  • transmission protocols based on the master-slave architecture are used. Address collisions are prevented with these protocols.
  • the master or master device In accordance with the mode of operation of a master-slave protocol, the master or master device generates a request for a specific one of the slave devices. Only the specific slave device responds to the request. All other slave devices connected to the master device remain silent. As a rule at the star coupler In this way, only one master device is connected so that a serial transmission channel between the star coupler and the slave devices is only ever occupied by one of the slave devices. Additional circuit components for arbitrating the connection are not required.
  • the master device In order to enable the master device to address all slave devices to be managed by the master device, the master device needs a list of the connected slave devices. The master device must therefore be aware of all connected slave devices. The slave devices can only be addressed via their address if this requirement is met. Since the parameterization of the telecontrol or station control system master is time-consuming and complex, these activities result in considerable expenditure of time and costs.
  • the object of the invention is to provide an improved method for recognizing connected field devices, which also enables time and cost-effective work in connection with a large number of address query options.
  • An essential idea of the invention consists in sub-areas of an overall address area with a single request to query for the presence of field devices in the respective sub-area. It is not necessary to address the field devices with their respective addresses. Several field devices can also respond to an inquiry. This is consciously accepted. With the successive, targeted reduction of the queried sub-areas, the addresses of the connected field devices are then automatically recognized in the further course of the method.
  • the respective electronic address of the field devices is a binary address, so that half of the address query area and the remaining half of the address query area are formed by setting a measurement bit to a value of 0 or 1 be, whereby the division of the total address range is possible in a simple manner and with little expenditure of time.
  • the measurement bit and a bit mask are respectively transmitted to the field devices during electronic interrogation, the bit mask comprising bits that are not evaluated by the field devices, i.e. go unnoticed.
  • bit mask is always shortened by one bit when the electronic query is repeated n times in successive repetitions. Repeating n times is terminated when the bit mask no longer contains bits, i.e. the electronic query includes the exact address of the addressed field device.
  • An expedient development of the invention provides that the recorded electronic responses or the other electronic responses in the central device are processed electronically by means of an OR gate, as a result of which it can be recognized with little circuit complexity whether field devices are present in a query address area.
  • electronic and / or other electronic responses that collide in time are recorded such that they are received by the central device essentially simultaneously. A detection of the temporal collision of responses from the field devices is therefore not necessary, as a result of which the circuitry complexity can be kept as low as possible. It is sufficient to recognize whether there was an answer at all.
  • the method and / or the device can advantageously be used for monitoring energy technology systems.
  • Figure 1 is a schematic representation with a device network and a company intranet, which are connected via a proxy server;
  • FIG. 2 shows a user interface design of a browser device with graphic representations for several field devices
  • Figure 3 shows another surface design of the browser device with a graphical representation of a
  • Figure 4 is a schematic representation of a field device and a user personal computer
  • FIG. 5 shows a flow chart for downloading HTML pages as part of an observation and operating system
  • Figure 6 is a block diagram for explaining an RPC call
  • FIG. 7 shows the arrangement with the device network and the company intranet according to FIG. 1, individual elements of the proxy server being shown schematically;
  • Figure 8 is a schematic block diagram of the proxy server
  • FIG. 9 shows a schematic illustration to explain a client / server interaction
  • FIG. 10 shows a schematic illustration to explain device detection in a master / slave arrangement
  • FIG. 11 shows a Nassi-Sneider diagram
  • FIG. 12 shows a schematic tree representation of a method for device recognition
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of a master / slave arrangement to explain a configuration query
  • FIG. 14 shows a schematic block diagram of a device management in the proxy server
  • FIG. 15 shows a schematic block diagram to explain the functional integration of an XSL parser in the proxy server (XSL - “Extended Stylesheet Language”);
  • FIG. 16 shows a schematic block diagram to explain an XSLT processor (XSLT - "Extended Stylesheet Language Transformations").
  • a monitoring and operating system (BuB system) that can be used in conjunction with field devices is described below.
  • FIG. 1 shows a schematic architecture of two networks, a device network with several field devices FG1 ... FGN and a company intranet with several user devices N1 ... NN, preferably a personal computer (PC).
  • the device network and the company intranet are connected via a proxy server 1.
  • the proxy server 1 is part of the observation and operating system and serves as a gateway between the device network and the company intranet.
  • information for example measurement and / or status data, is collected by the field devices FG1 ... FGN and transmitted to the user devices N1 ... NN in order to inform a user of the user devices N1 ... NN about the
  • the BuB system is used to record operating or control inputs of the user with the help of the user devices N1 ... NN and for converting the inputs of the user into the field devices FG1 ... FGN.
  • the field devices FG1 ... FGN can be any devices for observing, measuring, controlling and / or regulating a wide variety of physical quantities in different technical processes, for example for monitoring and / or controlling energy technology systems, for example a substation.
  • the device network comprises individual PPP connections 2 (PPP - “Point to Point Protocool”), which can be connected to the proxy server 1 via a star coupler 3, or a separate Ethernet segment.
  • PPP Point to Point Protocool
  • the proxy server 1 provides its own homepage Form of HTML data (HTML - "HyperText Markup Language") is available, which shows an overview of the field devices FG1 ... FGN that can be reached in the device network (cf. FIG. 2); the homepage can be displayed in the user devices N1 ... NN using a standard browser.
  • the field devices FG1 ... FGN are only equipped with the star coupler 3 and a modem 4 connected to it.
  • the field devices FG1 ... FGN are connected to the modem 4 via an asynchronous serial interface directly via the star coupler 3.
  • An IP protocol IP - "Internet Protocol"
  • PPP link layer is used as the protocol for access to the field devices FG1 ... FGN.
  • the Ethernet connections are connected to a switch or a hub. If this switch or hub has a PPP port in addition to Ethernet ports, then this is called a router. This PPP port can then also be connected directly to the modem 4.
  • the user devices N1 ... NN connected to the local network have access to a modem 5 which can be connected to the modem 4 of the device network via a telecommunications network 6, for example a telephone network based on an ISDN or a mobile radio network is. If a dial-up connection (remote data transmission) is set up in the user devices N1 ... NN, the user devices N1 ... NN can each access the field devices FG1 ...
  • Proxy server 1 If the proxy server 1 is now addressed by the user devices N1 ... NN, the field devices FG1 ... FGN can be accessed by each of the user devices N1 ... NN connected to the company intranet for observation and operation. Proxy server 1 "mirrors" all field devices FG1 ... FGN, ie information about field devices FG1 ... FGN, into the company intranet. Proxy server 1 processes the following protocols: HTTP protocol (HTTP - "Hypertext Transfer Protocol "and RPC protocol (RPC -" Remote Procedure Call "). The HTTP protocol is used for the transmission of static data.
  • the RPC protocol which is also an IP-based protocol, is used to transmit dynamic data, the dynamic data in particular being recorded in the field devices FG1 ... FGN Measured values and / or event lists relating to information about events in the field devices FG1 ... FGN.
  • the HTTP protocol allows the user devices N1 ... NN to access the field devices FG1 ... FGN.
  • the field device When accessing the BuB system, the field device first transmits HTML data to the user device used in this application by selecting the associated IP address of the field device to be operated / observed, the HTML data comprising data, with the help of which a display in the browser device of the retrieving user device Position of the field device can be generated, as shown by way of example in Figure 3.
  • the retrieval of the HTML data for generating the representation according to FIG. 3 can be triggered by the user using a selection of one of the field devices shown in the overview, for example by actuating a mouse or a keyboard of the user device.
  • the following information is shown on the surface 20 of the browser device (cf. left side in FIG. 3): field device family (for example SIPROTEC4), field device type and field device type 21, an operating tree 22, the version of the BuB tool 23 (version and date) and details of connection 24 to the field device (MLFB - "machine-readable manufacturing designation", BF number, connection status and
  • the HTML page 25 assigned to a link or branch in the operating tree 22 is also displayed on the surface. Depending on the link selected in the operating tree 22, the associated HTML page 25 is displayed on the surface 20 of the browser device.
  • the HTML pages stored in the field devices FG1 ... FGN can also include Java code which causes the browser device of the respective user device N1 ... NN to display the information from the parallel to the existing HTTP connection Field devices FG1 ... FGN loaded HTML page to establish another connection with the field devices FG1 ... FGN.
  • This second connection uses the RPC protocol to get dynamic data, such as event lists or measured values, from the field devices FG1 ... FGN particularly quickly and effectively for display in the user devices N1 ... NN within a selected HTML page, for example the HTML page 25 shown in Figure 3 to transmit.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration for a more detailed explanation of the retrieval of the information in the context of the BuB system from the field devices FG1 ... FGN into the user devices N1 ... NN.
  • a browser device 31 is installed on a user personal computer 30, which represents an exemplary embodiment of the user devices N1 ... NN.
  • the user personal computer 30 is connected to a field device 33 via an IP network 32, which can include the proxy server 1, the star coupler 3, the modem 4, the modem 5 and the telecommunications network 6.
  • the field device 33 has an HTTP server 34.
  • HTML pages 35 are stored in the field device 33 and contain information specific to this field device 33.
  • the HTML pages 35 contain, for example, an HTML representation of the front view of the field device 33.
  • the HTML pages 35 are specially matched to the field device 33 and can be downloaded by the user personal computer 30 by means of an HTTP download from the HTTP server 34 of the field device 33 be called up.
  • Field device 33 can be triggered by entering a URL (URL - “Uniform Resource Locator”) in the browser device 31 or by means of the reference from another HTML page (“link”).
  • the field device 33 provides a series of raw data 36 (measured values, parameters, etc.) in the form of files.
  • the HTML pages 35 contain references to the raw data 36 available in the field device 33. If the raw data 36 are to be evaluated or otherwise changed, a program is required which can generate high-quality data formats according to certain algorithms. These data formats can then be used by the program, for example, to display the screen in connection with analysis options. The computing power required for this is generally not available in the field device 33. With the help of the browser device 31, the user has the option of using the IP network 32 via communication links.
  • the HTML page (s) 35 is (are) first requested from the user personal computer 30 with the aid of the browser device 31.
  • the HTTP server 34 of the field device 33 has provided the HTML page (s) 35, including the references to the raw data 36 contained therein
  • the HTML page 35 and the raw data 36 are transmitted to the user personal computer 30.
  • the HTML page 35 and the raw data 36 are transmitted by means of separate protocols between the field device 33 and the user personal computer 30, preferably HTTP or RPC protocol.
  • the raw data 36 can then be processed in the user personal computer 30 using suitable programs.
  • the field device 33 additionally comprises an RPC server 34a.
  • the referenced files of the raw data 36 can also be loaded automatically.
  • the file with the raw data 36 of the field device 33 is referenced with the parameter “SRC”.
  • the browser device 31 can start the correct program for further processing the raw data 36, the browser device 31 must be informed of the content type of the raw data 36.
  • the browser device 31 can have both the file extension (for example "* .ext") and the MIME type (MIME - "Multi-purpose Internet Mail Extension") supplied by the HTTP server 34 is evaluated.
  • the program for raw data processing started by the browser device 31 takes over the conversion of the downloaded raw data 36.
  • the program for raw data processing can be implemented as a browser plug-in, as an ActiveX component or as an external program.
  • the processing of sporadically generated raw data 36 is preferably carried out with the aid of a browser plug-in * or an Active X component.
  • the data is accessed using the TCP protocol. If continuously updated raw data 36 are to be processed in the form of an endless data stream, then it makes sense to use a more effective protocol for the transmission to the user personal computer 30 (the user devices N1..NN).
  • the additional RPC protocol is used to separate the information to be displayed in the user devices N1 ... NN (or the user personal computer 30) about the field device (s) FG1 ... FGN or 33 in allows static and dynamic information.
  • the static information is transmitted using the HTTP standard protocol, while the dynamic, ie changeable, data is transmitted via the more effective RPC protocol.
  • the effort that would be incurred when sending the dynamic data using the HTTP protocol by establishing / closing the connection and monitoring the connection would exceed the event-dependent, repeated transmission of the dynamic data using the RPC protocol. Since usually only a few data are to be transmitted quickly (measured values, message lists, ...), the use of a connectionless protocol, in particular the RPC protocol, is advantageous for the dynamic data.
  • RPC Remote Procedure Call
  • a local program calls a procedure on a remote system.
  • the concept of the remote procedure call ensures that the The entire network code remains hidden in the RPC interface and in the network routines.
  • UDP User Defined Protocol
  • UDP is located in the same layer as connection-oriented TCP, It is always a good idea to use the UDP protocol if only a little data is to be transferred quickly, so there is an exchange of short requests and answers in application programs between client and server that results from the establishment / termination of the connection and monitoring of the connection exceed that of the retransmission of the data, the separate transmission of static and dynamic Mixing data between the field devices FG1 ... FGN in the device network and the user devices N1 ... NN in the company intranet using different protocols is optimized by the provision and the specific design of the proxy server 1 described later in detail.
  • An RPC call runs as follows, for example:
  • a client process 100 running within browser 31 calls an RPC interface 101.
  • This client process 100 can be, for example, a Java applet embedded in an HTML page.
  • the RPC interface 101 has the task of specifying the subroutine entry.
  • the specification contains the name of the function and the number and types of parameters. This defines a logical entry.
  • the RPC interface 101 enables the remote procedure 102 to be started.
  • the parameters of the client process 100 are read from the RPC interface 101.
  • the purpose of the RPC interface 101 is to package and convert the parameters for the server program.
  • the network routines send the messages to a server process 103, which runs in the RPC server 34a.
  • An RPC interface 104 of the server process 103 rebuilds the parameters from the message packets.
  • server program In the next step the server program is called.
  • a server stub is defined for this. This stub is the actual entry into the procedure lying on the server process 103.
  • control is passed back to the RPC interface 104.
  • Interface 104 packs the return parameters and then transports the data to the network routines.
  • the network routines transport the data to the client process 100 via network-dependent calls.
  • the RPC interface 101 of the client process 100 unpacks the parameters and supplies the specified parameters with the new data.
  • Control is returned to the client process 100, which can process the received data further.
  • the concept of the remote procedure call ensures that the entire network code remains hidden in the RPC interface and in the network routines. This avoids that the application programs (client and server) focus on details such as conversion EBCDIC ⁇ > ASCII, number conversion. vertleiter, socket, session etc., must take care of.
  • An advantage of using the RPC protocol for dynamic data is that it simplifies the implementation of distributed applications.
  • the retrieval of information from the field device 33 which comprises the HTTP server 34, which is described in connection with FIG. 4, can also be used in connection with actions within the framework of the observation and operating system which are carried out for the purpose of operating the field device 33 become. This makes it possible to operate the field device 33 using the browser device 31. This is described in more detail below.
  • the field device 33 contains a storage device 35a, in which operating software is stored in the form of HTML pages 35, and a Java archive or data from which HTML pages can be generated.
  • the operating software is specially tailored to the field device 33.
  • an HTTP download starts, which leads to the downloading of the operating software from the HTTP server 34 of the field device 33 into the user personal computer 30.
  • the front view of the field device 33 is shown with all operating and display elements within the browser device (cf. FIG. 3 ). The user can then trigger certain operating functions of the field device 33 with the aid of a mouse click on the screen of the user personal computer 30.
  • the user action is transmitted to the field device 33 by means of a fast and effective protocol which, on the one hand, transmits the above-mentioned operating requirements from the user personal computer 30 to the field device 33 and, on the other hand, reads back reactions from the field device 33.
  • a fast and effective protocol which, on the one hand, transmits the above-mentioned operating requirements from the user personal computer 30 to the field device 33 and, on the other hand, reads back reactions from the field device 33.
  • the internal operating and display functions of the field device 33 to the interface of the browser device 31 published, for example keyboard buffer, display buffer, LED status.
  • TCP / IP and HTTP Internet protocols, such as TCP / IP and HTTP, do not offer any security mechanisms. Additional protocols are required to enable secure communication.
  • the mechanisms for protecting security-related actions on the field device 33 via TCP / IP communication are of particular importance. With regard to protection against unauthorized access, the operating actions on the field device 33 can be classified (cf. Table 1).
  • firewall e.g. proxy server
  • the internal network company intranet / LAN
  • another network e.g. Internet
  • the field device 33 is set in the delivery state in such a way that keys that enable the complete entry of customer passwords are blocked. This lock must be lifted by the customer on the field device 33 itself or with the operating program in the browser device 31 on the user personal computer 30 (password entry required). In the delivery state, only simple operating actions are possible via the browser device 31: navigation in the operating menu, display of measured values, parameters and message lists.
  • the parameterization of the field device 33 in the front view emulation is possible with knowledge of the passwords, as on the field device 33, when the necessary keys have been locked.
  • Actions relevant to security on the field device 33 are protected by authentication protocols, e.g. by means of a hash function and a key generated by the field device 33. This means that no conclusions can be drawn about entered passwords from the connection log.
  • 128-bit information the so-called “message digest”
  • the receiver compares the "message digest” with that from the field device 33 the information determined. As a result, field device passwords are not transmitted via the communication link.
  • the keys generated in the field device 33 expire after a short time and can only be used once for a transmission. This means that the recording of security-relevant logs and a later repetition of these recorded logs is ineffective.
  • An element for the optimized implementation of the described functional interaction of the elements of the observation and operating system for example the use of the RPC protocol, the retrieval of the raw data from the field devices FG1 ... FGN and the operation of the field devices by means of a browser on the user devices N1 ... NN, is the proxy server 1.
  • Known standard HTTP proxy servers only support the HTTP protocol and are therefore not able to serve as a gateway between the device network and the company intranet. For this reason, a specific proxy server 1 designed for the BuB system was created, which supports both protocols used by the field devices FG1 ... FGN (HTTP, RPC).
  • a client makes a request for an object to a server device, this request initially runs via a so-called proxy device.
  • the proxy device checks whether the object in question is already in a local memory (cache) of the proxy device, which is usually formed on a hard disk. If it is determined here that the object is not stored locally in the memory, the proxy device forwards the request to an actual target server device. From there, the proxy device receives the object and stores a copy of the object in the local memory for further requests for this object before the proxy device passes the object on to the requesting client. However, if the object is found in the local memory of the proxy device, the client's request is not put through to the target server device, but the client receives the desired object directly from the proxy device.
  • a prerequisite for optimal execution of the described method is a sufficiently large memory area in the proxy device, ie in the order of magnitude of several hundred MB to several ren GByte. Otherwise, the local memory in the proxy device overflows and a "garbage collector" (a so-called clean-up service) must be started, which filters outdated objects from the memory in order to make space for new objects there.
  • agarbage collector a so-called clean-up service
  • aching an improvement in performance (faster data transport than external); a saving in external bandwidth (more space for other services remains free); a reduction in response times
  • the proxy server 1 used to connect the device network and the company intranet (see FIG. 1) is based on the described basic principle and, due to the specific design, which will be described in detail later, also has the advantages mentioned below.
  • the proxy server 1 comprises a file memory or file cache which is optimized for use in the BuB system and buffers all the files called up from the field devices FG1 ... FGN with static data in the proxy server 1. If such a file is accessed for the first time, then this file must be fetched directly from one of the field devices FG1 ... FGN. If this file is accessed again, however, it can then be delivered directly from the file cache of the proxy server 1. Since the local company intranet is generally much faster than a modem connection to the field devices FG1 ... FGN, there are significant advantages in terms of speed when accessing the device network ongoing operation, only the dynamic data, which is significantly smaller than the HTML pages and the Java archives, can be transferred via the slow modem connection.
  • the proxy server 1 also increases security in the network.
  • the proxy server 1 seals off the two networks, device network and company intranet, from one another and only transmits the protocols processed in the proxy server 1. This means that only the requirements generated by a browser on the user devices N1 ... NN to the field devices FG1 ... FGN are transmitted from the company intranet. Only the responses generated by the field devices FG1 ... FGN are transmitted in the opposite direction. This means that all other data packets circulating on the company intranet are kept away from the device network and therefore do not influence the throughput in the device network. Furthermore, a high data volume occurring in the device network due to cross communication between the field devices FG1 ... FGN cannot increase the network load in the company intranet.
  • the use of the RPC protocol by means of the proxy server 1 has the advantage that it is ensured that the possibility of access to the field devices FG1 ... FGN remains restricted to the company intranet connected to the proxy server 1.
  • Today, a company intranet is usually via an HTTP
  • Gateway connected to the internet. This gateway assumes a firewall function (see FIG. 7) by blocking the transmission of the RPC protocol. As a result, the data of the field devices FG1 ... FGN can no longer be accessed outside the company intranet, since all dynamic data of the field devices FG1 ... FGN are transmitted via the RPC protocol.
  • the proxy server 1 enables a wide range of functions, which in the previous direct access to the field devices
  • a separate homepage is made available via which all connected field devices FG1 ... FGN can be reached.
  • the connected field devices FG1 ... FGN are automatically addressed and recognized; Representation of these field devices FG1 ... FGN on the homepage as the start page on the user devices N1 ... NN for direct device access. - There is access via device names of the field devices
  • the proxy server 1 can be configured using a browser on the user devices N1 ... NN (e-mail addresses, telephone numbers, device names, ...)
  • the proxy server 1 defines the possible access routes ("firewall function").
  • the proxy server 1 can cache data from the field devices FG1 ... FGN. This function is suitable for. B. for logging the accident information or the operational measured values. This data is stored internally in an XML database (XML - "Extended Markup Language").
  • the proxy server can make the data transmitted from the field devices FG1 ... FGN via the RPC protocol available in XML format For example, user-specific expansions of the representations available in proxy server 1 can be carried out.
  • an XSL parser XSL - "Extended Stylesheet Language" integrated in proxy server 1 is available. - Thanks to the filters on the XML database that can be implemented using the XSL parser, the proxy server 1 can also be used as a client for other applications.
  • the proxy server 1 provides its own e-mail mailboxes that can be accessed using a POP3 client (POP3 - "Post Office Protocol Stepping 3" ), such as Outlook, can be called up. Still is forwarding of e-mails to another mailbox is possible using an SMTP server (STMP - "Simple Message Transfer Protocol") integrated in the proxy server 1.
  • POP3 Post Office Protocol Stepping 3
  • SMTP server STMP - "Simple Message Transfer Protocol"
  • the design of the proxy server 1 is described in more detail below.
  • FIG. 7 shows an arrangement with the device network and the company intranet according to FIG. 1, elements of the proxy server 1 being shown schematically.
  • FIG. 8 shows function blocks of the proxy server 1 in a block diagram.
  • each of the field devices FG1 ... FGN has a respective HTTP server HS1 ... HSN, which correspond to the respective HTTP server 34 (see FIG. 4) and is connected to a star coupler 39.
  • the proxy server 1 also has an HTTP server 40. The operation of the proxy server 1 is described below with reference to FIG. 8.
  • Access to the proxy server 1 always takes place from the local network of the company intranet, in which the user devices N1 ... NN with the respective modem connection are located in the device network comprising the field devices, which can comprise a substation or several substations. If one of the user devices N1 ... NN is addressed as a server via the associated local IP address, this access is forwarded to the HTTP server 40 via a TCP / IP stack 41 (TCP - “Transfer Control Protocol”).
  • TCP / IP stack 41 TCP - “Transfer Control Protocol”.
  • the HTTP server 40 delivers the requested files to the company intranet.
  • the HTTP server 40 contacts a cache manager 43 via a file filter 42.
  • the file filter 42 normally forwards the request to the cache manager 43. Only certain requests are recognized based on the requested file type and sent to another processing path. These exceptions will be described later.
  • the cache manager 43 first tries to find the requested file in the local files 44 or in a file cache 45. If the requested file is neither a local file of proxy server 1 nor in the file cache
  • a modem connection with the PPP protocol is preferably used as the connection to the device network (cf. FIG. 1). Since the proxy server 1 can hold several connections to different field devices FG1 ... FGN at the same time via this modem connection, an arbiteration of this modem connection is necessary because the PPP protocol can only manage a point-to-point connection.
  • a block slot protocol 48 is used for this purpose. This protocol allocates time slices on the modem communication link to the individual PPP connections and thus prevents collisions between the individual connections.
  • the block slot protocol 48 is also responsible for recognizing all field devices FG1 ... FGN active in the device network. For this purpose, the device network is searched cyclically for active field devices. The detected active field devices are entered by a device manager 49 into an XML database 50 of the proxy server 1.
  • the XML database 50 is a data tree stored according to the standardized “Document Object Model”. Now contains a user device N1,... Or, respectively, via the HTTP server 40 in the browser of a user device connected to the proxy server 1. NN loaded HTML page Java code that establishes a parallel UDP connection (UDP - "User Defined Protocol") for the RPC protocol, then this way an RPC server 51 is addressed from the company intranet.
  • UDP User Defined Protocol
  • connection management 52 may be included since the UDP protocol does not operate in a connection-oriented manner.
  • the connection management 52 ensures that a separate communication port for an RPC client 53 of the proxy server 1 is reserved in the device network for each usage device N1... NN from the company intranet.
  • the RPC requests from the company intranet are then forwarded directly to the device network via the RPC client 53 of the proxy server 1.
  • the responses of the field devices FG1 ... FGN to RPC requests are forwarded to the RPC server 51. This forwards the response of the respective field device FG1, ... or FGN to the user devices via the company intranet.
  • the dynamic data currently transferred in the RPC protocol from the respective field device FG1,... Or FGN are stored in the XML database 50 in the proxy server 1.
  • the data stored in the XML database 50 can be converted into any other data formats using an XSL parser 54 integrated in the proxy server 1.
  • the transformation instructions required for this must be stored locally in proxy server 1 as an XSL script file.
  • an * .XML file must be requested from the HTTP server 40. Such a request is made by the one connected to the HTTP server 40
  • HTML files generated dynamically from an XSL template with the current data of the field devices FG1 ... FGN from the XML database 50 or simply a subtree of the database can be transferred as an XML file.
  • the file filter 42, the cache management 43, the local files 44, the file cache 45, the XSL parser 54 and the XML database 50 form a file system of the proxy server 1.
  • HTTP Hypertext Transfer Protocol
  • client computer of the Internet user
  • server server device
  • the port 80 is defined as the starting point, ie an HTTP server is listening on this port for new client connections, or the vast majority of HTTP server software via a corresponding configuration dialog, you can also be instructed to use a different port for establishing contact.
  • a connection between an HTTP client and an HTTP server is very short-lived.
  • the HTTP client establishes a TCP connection to the desired HTTP server via port 80 and sends a request for a desired document to the HTTP server.
  • the HTTP server receives the request, evaluates it and, if successful, sends the desired document back to the HTTP client.
  • the HTTP server closes the TCP connection automatically, after sending the requested document or an error message to the HTTP client in response to its request.
  • HTTP HyperText Transfer Protocol
  • HTTP server An important functionality of HTTP is that the HTTP client can tell the HTTP server what kind of data it can understand. With every request, there must be communication between the HTTP client and the HTTP server about how the data should be transmitted. This communication creates a so-called "overhead"; HTTP is therefore also referred to as a stateless protocol because the connection does not go through several phases, from logging in, through data exchange to logging out through the HTTP client. On the one hand, this facilitates the development of HTTP client / HTTP server software, but is with regard to
  • the HTTP protocol is used to access sources in URL format (URL - "Uniform Resource Locator").
  • the HTTP client usually a web browser on the computer of the Internet user. It requires an HTML And then generates a sequence of requests for file references in that HTML page, after which the user will likely click a link in the requested HTML page and the HTTP client will send a request for the HTML pages associated with that link , to the same or another HTTP server.
  • These additional communication connections no longer have information about a previous connection. This works in simple client / server environments. However, in the case of more extensive communications, this mode of operation can become a problem, because for everyone else If the amount of data to be transferred is so small, this "overhead" arises, which reduces efficiency.
  • Figure 9 shows a schematic representation of the syntax of a request in connection with an HTTP client / server interaction.
  • the HTTP client / server interaction consists of a single request / response communication. It includes a "request line", one or more optional "request header fields” and an optional "entity body”.
  • a TCP Connection to the HTTP server 61 opened 62.
  • the HTTP client 60 then sends a command string to the HTTP server 61.
  • the HTTP server 61 responds via the TCP connection opened by the HTTP client 60 with a header which is next to that of the HTTP server 61 supported HTTP version also contains the MIME type and the encoding of the requested file, the content of the requested file is added to this header in ASCII format by the HTTP server 61.
  • the HTTP server 61 the complete file sent, it closes the TCP connection opened by the HTTP client 60 63 again. This process can be repeated as often as desired.
  • the "request line” consists of three text fields, which are separated by spaces.
  • the first field specifies the method (or the command).
  • the second field specifies the name of the source (is the URL without specifying the protocol and the
  • the last field specifies the protocol version of the HTTP client 60 used, for example HTTP / 10.
  • the “request header fields” provide additional information about the request and the HTTP client 60.
  • the fields are used as a type of RPC parameter. Each field consists of a name, followed by a colon and the field value. The order of the "header fields” is not important here.
  • the "entity body” is sometimes used by HTTP clients 60 to send larger information packets to the HTTP server 61.
  • the file cache 45 does not work as usual with the URL, the date and the lifespan of the files to be managed, but uses other criteria for identifying a file. If only the three criteria mentioned were used to decide whether a file locally in the file cache is identical to the file available in the field device, then a comparison of the file characteristics mentioned would be necessary to carry out this test. To do this, the header from the field device would have to be requested for each file become. Since the file system of the field devices FG1 ... FGN can only be loaded as a unit in the form of a KON file (converted files - format of the files that can be loaded into the user devices N1 ...
  • the file "ver.txt” can have / display the following content:
  • the slot protocol 48 (cf. FIG. 8) serves to connect the proxy server 1 to the field devices FG1... FGN in an arrangement with a star coupler according to FIG. 7.
  • the slot protocol 48 is divided into the two areas (i) device detection and (ii) Arbiting the star coupler arrangement.
  • the device detection is used for the automatic detection of all field devices FG1 ... FGN connected to the star coupler 39.
  • the arbitration must prevent collisions between datagrams of different field devices FG1 ... FGN on the communication link between the proxy server 1 and the individual field devices FG1 ... FGN.
  • the device identification is a component of the slot protocol 48. This protocol part exclusively occupies the serial connection, i. H. no other communication may be active on the modem link during device detection. For this reason, device recognition is only activated when the modem connection is established. This part of the protocol is inactive during operation of the monitoring and operating system. However, device detection can be activated if necessary.
  • Figure 10 shows a master-slave arrangement with a star coupler to explain the device detection.
  • the slot protocol 48 works according to the master-slave principle.
  • a master 70 is located at the upper connection in FIG. 10.
  • the lower connections of a star coupler 71 which corresponds to the star coupler 3 in FIG. 1, are each occupied by a slave S1 ... SN, which the field devices FG1 ... FGN according to FIG 1 correspond.
  • the master 70 could query every possible address of the connected slaves S1 ... SN and, in response to this query, the found slave Sl, ... or add SN to the list of devices known to Master 70.
  • this procedure can no longer be carried out with an address range of 32 bits.
  • 2 ⁇ 32 queries would be required.
  • this number can no longer be carried out since the time required for this query would exceed the life of the system.
  • the problem is solved according to the invention in the following way:
  • an address range is always queried when a request is made. Only the slaves that are in the queried address range respond to this request. Since there can be several field devices (slaves) in the same queried address range, a collision inevitably results in a simultaneous response from several of the slaves S1 ... SN. This collision is deliberately accepted and is part of the proposed procedure. For this reason, the master 70 only checks whether an answer to its request has been received within a defined period of time.
  • the master 70 sends out a request with a fixed bit of the address and a mask for the other address bits. Two queries can be used to test whether there are slaves in the address range specified by the fixed bit. If a response to a request for an address area has been received, the mask is reduced by one bit and for the next fixed bit is tested with two inquiries as to whether there are slaves in the now smaller address area. If there is an answer to the request for the now smaller address area, the next bit of the address area in which slaves are located is found. This process is repeated until the mask for the address area has been reduced to 0 bits. Then one of the slaves S1 ... SN is clearly identified on the bus.
  • FIG. 12 explains the described method again using a simple addressing scheme with a 4-bit address, that is to say for an address space from 0 to 15. It is assumed that the devices with addresses 3, 4 and 7 are in the arrangement. The polling of the most significant bit is started. Address space 0 to 7 is tested on the one hand and address space 8 to 15 in a second query with one query.
  • the slaves Sl ... Sn or the field devices FG1 ... FGN are connected to the master 70 using an IP-based protocol.
  • IP protocol all bus users have a 32-bit address. The address is divided into octets and each octet is shown in decimal. The hexadecimal 32 bit number 0x8D8D8000 therefore corresponds to the IP address 141.141.128.0.
  • FIG. 11 shows the flow diagram of the method as a Nassi-Sneidermann diagram.
  • the test as to whether a field device (slave) can be addressed in the available address range is preferably initiated by the master 70 with the aid of a request datagram known as such.
  • a request datagram known as such.
  • the fact that all signals received by the slaves S1 ... SN in the star coupler 71 are linked via a logical OR gate and this sum signal is forwarded to the master 70, can ensure that a response from one of the slaves S1. ..SN is recognized in any case. If the response datagrams of several of the slaves S1 ... SN overlap in time, an incorrect datagram is received in master 70. This case is also recognized as the answer.
  • a monitoring time can be defined for master 70. If the master 70 receives a response within this monitoring time, there are slaves or field devices in the requested address area. Conversely, there are no field devices in the requested address area if the master 70 has not received a response to the request within the monitoring time.
  • the error protection of the received datagram can be used to rule out a line fault and thus a possible fault detection of a connected slave. If, during the monitoring time, a Interference that simulates a non-existent slave only leads to an extension of the polling process, but not to an incorrect detection of connected slaves, since this line fault is detected at the latest when the mask is completely resolved.
  • Test 141 141 .128.0 Mask: 255.255.128.0
  • Test 141 141 84 2 Mask: 255.255.255.254
  • Test 141 141 84 0
  • Mask 255.255.255.254
  • Test 141 141 82 .0 Mask 255 .255 254 .0
  • Test 141 141 80 .0 Mask 255 .255 254 .0
  • Test 141 141 81 .0 Mask 255 .255 255 .0
  • Test 141 141 80 162 Mask 255 255 255 254
  • Test 141 141 80 162 Mask 255 255 255 255 255 255 255
  • FIG. 12 illustrates the process shown in the form of a tree, the fields framed in bold indicating the queries that were answered by one or more slaves S1 ... SN or field devices.
  • an IP-based network can be used instead of the simple architecture with star coupler 39. In this case, it is not necessary to arbiter this network using a protocol, for example the slot protocol 48. This function is performed by the network itself. In this embodiment, functions of the network can also be used for device detection. With a network connection between the proxy server 1 and the field devices
  • FG1 ... FGN a broadcast service is used for self-configuration of the observation and operating system.
  • the broadcast service is used to identify the field devices connected to the IP-based network (e.g. LAN) that contain a server for their own operation.
  • the broadcast service is also used to collect spontaneous events that have occurred in the connected field devices.
  • the broadcast service is an IP application and is therefore based on the functions of the IP stack and is based on the UDP protocol. For this service server side z. B. a fixed port OxDOOO reserved. A free port is dynamically selected on the client side.
  • the standard UDP / IP protocol it can be used on the IP programming interfaces of common operating systems such as B. MS Windows or Linux. This enables the proxy server 1 to be easily ported to classic office servers.
  • the broadcast service is active both in proxy server 1 and in the individual field devices.
  • proxy server 1 is defined as the master.
  • a configuration query is a UDP telegram sent by the master. Depending on the configuration, this telegram is directed to a broadcast or a multicast IP address.
  • a description of broadcast or multicast IP addresses can be found, for example, in Karanjit S. Siyan: Inside TCP / IP Third Edition, New Riders Publishing, Indianapolis, 1997, ISBN 1-56205- 714-6, page 187ff.
  • the broadcast service also has the task of distributing an event occurring spontaneously in one of the field devices in the IP-based network to the subscribers of the broadcast service. Since the field devices on the one hand have no information about which master is responsible for this signal and, on the other hand, it may be possible for several masters with distributed tasks to exist in the IP-based network, the event telegram is sent as a broadcast to all network participants. Depending on the event type and the sender, the masters can ignore this signal or trigger an action which is carried out via another protocol, e.g. B. HTTP, retrieves additional information from the field device. This retrieval of additional information on the field device sending the event by the responsible master also serves as an acknowledgment of receipt by the master. If an event telegram is not confirmed, it is repeated at regular intervals (for example about 10 s or with a logarithmically increasing time) until confirmation is received from a master.
  • regular intervals for example about 10 s or with a logarithmically increasing time
  • FIG. 13 shows a schematic illustration to explain the method in the context of the configuration query.
  • proxy server 1 sends a configuration request 72 as a broadcast to all participants in the network. All field devices FG1 ... FGN respond with a UDP datagram to the IP address of the master that sent the configuration request. As already stated, this UDP datagram contains provides the most important information about the connected devices.
  • FIG. 14 shows a schematic block diagram of the connection of the device management 49 in the proxy server 1.
  • the device management 49 provides the cache management 43 and the XML database 50 with information about the field devices FG1... FGN recognized in the device network. For this purpose, the device management 49 obtains its information about the connected field devices FG1... FGN from the process that is carried out as part of the slot protocol 48. In this way, the IP addresses of the connected field devices FG1 ... FGN are provided.
  • the device management 49 is supplied by the slot protocol 48 with the information about the recognized field devices FG1 ... FGN.
  • the slot protocol 48 only provides the device management 49 with the IP addresses of the recognized field devices FG1 ... FGN. All further information about the field devices FG1 ...
  • FGN which are to be provided by the device management 49 in the proxy server 1, is obtained by downloading HTTP data in defined files from the field devices FG1 ... FGN.
  • Device management 49 uses the known IP addresses of all recognized field devices FG1 ... FGN to provide cache management 43 with the following information about field devices FG1 ... FGN: field device type, field device version and version of the file block for the observation - and operating system.
  • This information is also available in the file cache 45 (cf. FIG. 8) for the files already stored there. This means that when a file is requested by a the field devices FG1 ... FGN were decided on the basis of this information whether the file in file cache 45 is identical to the file available in the field device without reading the file header of the requested file from the specific field device. It is only necessary to compare the version information for the file in the file cache 45 with the information from the device management 49 for the IP address of the specific field device.
  • connection of the device management 49 to the XML database 50 is used to provide information from the field devices FG1 ... FGN.
  • This information is loaded in the form of an XML file from the field devices FG1 ... FGN.
  • the following table shows an overview of the contents of this file:
  • the file “DevData .xml” is transformed in the proxy server 1 after downloading using the XSL parser 54 into the internal format of the proxy server 1 and then entered in the XML database 50 of the proxy server 1.
  • the XSL parser 54 (cf. FIG. 8) is used to generate dynamically generated HTML files from the central XML database 50 of the proxy server 1. For this purpose, XSL scripts stored locally in the proxy server 1 are used. The XSL scripts can be imported into the proxy server 1 using an admin page.
  • FIG. 15 shows the integration of the XSL parser 54 in the proxy server 1.
  • this request is filtered out by the file filter 42 and forwarded to the XML front-end HTTP 55.
  • This front end searches for an XSL transformation script belonging to the requested XML file and starts the XSL parser 54 with these two files.
  • the content of this database must match the data in the Existing data can be compared. This matching process is necessary because a lot of data stored in the XML database 50, such as, for example, B. Measured values are time-varying.
  • the block XML front-end RPC cache 57 takes care of this comparison.
  • the XSL parser 54 accesses the XML database 50, the intermediate XML front-end 57 checks the validity period of the requested information. If the requested information has already become invalid, the connection manager 52 requests it again from the RPC client 53 from the device, updates it in the XML database 50 and forwards it to the XSL parser 54.
  • the device manager 49 continuously monitors the status of the devices connected to the device network and updates this information using the XML front-end device data 56 in the XML database 50.
  • the XSL parser 54 is the main link in the display of the current data received from the field devices FG1... FGN from the XML database 50.
  • Each XSL script specifies transformation rules which determine the manner in which certain data are output the XML database 50 are to be displayed in the form of HTML pages in the user devices N1 ... NN.
  • One of the basic principles of XML is the separation of content and presentation. An XML document only contains "content", its presentation must be defined separately in the form of a style sheet.
  • There are various ways of adding the display information to an XML document These are based on two basic processes: Either the document is brought into a displayable form according to a style sheet, or the style sheet guides the display mechanism in how the individual elements of the document are to be displayed. These two basic procedures can be varied in different ways: - CSS stylesheet + XML document ⁇ XML-capable browser The browser processes the document and the presentation information in the form of a CSS style sheet and creates a presentation.
  • a display program that can process XSL stylesheets receives the presentation information in the form of an XSL stylesheet in addition to the document.
  • the XML document is transformed from an XSL transformer into an (X) HTML document according to the transformation rules of an XSL stylesheet, which can then be displayed by a browser.
  • FIG. 16 shows a schematic block diagram of an XSLT processor (XSL - “Extended Stylesheet Language Transformation”).
  • the block diagram shown in FIG. 16 again illustrates the data flow when an XML file is requested.
  • the file Xview.XML requested by the client is forwarded from the HTTP server to the XSLT processor 54.
  • This searches for the file Xview.XSL belonging to the requested file Xview.XSL and starts the XSLT processor 54 with these two files.
  • If process data from the XML database 50 of the proxy server is to be used in the transformation process started via the requested file Xview.XML, then the transformation script Xview.XSL must contain a reference to this database.
  • this XML database 50 has the name Siprogate .XML.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von mehreren Feldgeräten, die in einer Gerätekonfiguration, insbesondere einer Sternkoppler-Konfiguration, an ein Zentral-Gerät angeschlossen sind, wobei die mehreren Feldgeräte in der Gerätekonfiguration mit Hilfe einer jeweilige elektronischen Adresse aus einem Gesamtadressbereich von dem Zentral-Gerät elektronisch ansprechbar sind. Bei dem Verfahren werden eine Hälfte und eine verbleibende Hälfte eines Adressabfragebereichs mit Hilfe einzelner elektronischer Anfragen von dem Zentral-Gerät an die Feldgeräte abgefragt. Mit Hilfe des Zentral-Geräts werden elektronische Antworten der Feldgeräte aus der Hälfte des Adressabfragebereichs und/oder aus der verbleibenden Hälfte des Adressabfragebereichs erfasst. Das elektronische Abfragen und das elektronische Erfassen von Antworten wird in Abhängigkeit von den Antworten wiederholt, bis der Abdrehabfragebereich genau eine elektronische Adresse aus dem Gesamtadressbereich umfasst.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Erfassen von mehreren Feldgeräten in einer Gerätekonfiguration
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des ferngesteuerten Betreibens von Feldgeräten, insbesondere zum Zweck des Beo- bachtens und Bedienens von Feldgeräten.
Feldgeräte werden im Rahmen der Automatisierung von verschiedensten technischen Prozessen genutzt, beispielsweise zum Ü- berwachen eines Produktions- bzw. Herstellungsprozesses oder eines Verarbeitungsprozesses. Bei den Feldgeräten kann es sich um die Produktionsanlagen Selbst oder um Geräte zum Ü- berwachen, vorzugsweise zum Steuern und/oder zum Regeln in Abhängigkeit von erfassten Felddaten, der eingesetzten technischen Produktionsmittel bzw. -anlagen handeln.
Die Feldgeräte werden hierbei häufig in Sternkoppler- Konfigurationen angeordnet, in denen Übertragungsprotokolle auf der Basis einer Master-Slave-Architektur genutzt werden. Zum Betreiben der Feldgeräte in der Sternkoppler- Konfiguration müssen die Feldgeräte, welche als Slave-Geräte an eine Master-Gerät angeschlossen sind, erkannt werden, so dass die Feldgeräte über eine jeweilige Adresse von dem Master-Gerät elektronisch angesteuert werden können. Hierbei werden bei bekannten Sternkoppler-Konfigurationen auf der Master-Slave-Architektur basierende Übertragungsprotokolle genutzt. Adresskollisionen sind bei diesen Protokollen ver- hindert.
Praktisch alle bekannten Protokolle zur seriellen Ankopplung von Schutz- bzw. Feldgeräten basieren auf einer im Norment- wurf E DIN 19244 festgelegten Linkschicht. Dieser Norment- wurf wurde zur europäischen Norm IEC 870-5 weiterentwickelt. Die europäische Norm definiert neben der Linkschicht auch die Protokolle zur Feldgeräteankopplung bzw. -erkennung in Ver- bindung mit einer Stationsleittechnik oder einem Fernwirksystem.
Der Funktionsweise eines Master-Slave-Protokolls entsprechend wird vom Master bzw. Master-Gerät eine Anforderung an ein bestimmtes der Slave-Geräte erzeugt. Auf die Anforderung antwortet nur das bestimmte Slave-Gerät. Alle anderen an das Master-Gerät angeschlossenen Slave-Geräte verhalten sich still. Da an den Sternkoppler i.d.R. nur ein Master-Gerät angeschlossen ist, kann auf diese Weise erreicht werden, dass ein serieller Übertragungskanal zwischen dem Sternkoppler und den Slave-Geräten immer nur von einem der Slave-Geräte belegt wird. Zusätzliche Schaltungskomponenten für die Arbitrierung der Verbindung ist nicht erforderlich.
Um das Master-Gerät in die Lage zu versetzen, alle vom Master-Gerät zu verwaltenden Slave-Geräte ansprechen zu können, benötigt das Master-Gerät eine Liste der angeschlossenen Slave-Geräte. Dem Master-Gerät müssen also alle angeschlossenen Slave-Geräte bekannt sein. Nur wenn diese Voraussetzung erfüllt ist, können die Slave-Geräte über ihre Adresse angesprochen werden. Da die Parametrierung der Fernwirk- bzw. Stationsleittechnik-Master zeitaufwendig und komplex ist, entstehen durch diese Tätigkeiten ein erheblicher Zeitaufwand und Kosten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Verfahren zum Erkennen von angeschlossenen Feldgeräten zu schaffen, welches auch im Zusammenhang mit einer hohen Anzahl von Adressabfra- gemoglichkeiten ein zeit- und kostengünstiges Arbeiten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst .
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, Teilbereiche eines Gesamtadressbereichs mit einer einzigen Anfrage nach dem Vorhandensein von Feldgeräten in dem jeweiligen Teilbereich abzufragen. Hierbei ist es zunächst nicht notwendig die Feldgeräte mit ihrer jeweiligen Adresse anzusprechen. Es können auch mehrere Feldgeräte auf eine Anfrage antworten. Dieses wird bewusst in Kauf genommen. Mit der sukzessiven, gezielten Verminderung der abgefragten Teilbereiche werden dann die Adressen der angeschlossenen Feldgeräte im weiteren Verlauf des Verfahrens automatisch erkannt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweilige elektronische Adresse der Feldgeräte eine Binär-Adresse ist, so dass die Hälfte des Adressabfragebereichs und die verbleibende Hälfte des Adressabfrage- bereichs mit Hilfe des Festlegens eines Messbits auf einen Wert 0 bzw. 1 gebildet werden, wodurch die Aufteilung des Gesamtadressbereichs auf einfache Weise und mit geringem Zeitaufwand möglich ist.
Wenn die Adressen als Binär-Adressen ausgebildet sind, werden beim elektronischen Abfragen jeweils das Messbit und eine Bit-Maske an die Feldgeräte übermittelt werden, wobei die Bit-Maske Bits umfasst, die von den Feldgeräten nicht ausgewertet werden, d.h. unbeachtet bleiben.
Zum Auffinden der Adresse der Feldgeräte wird die Bit-Maske beim n-maligen Wiederholen der elektronischen Abfrage in aufeinanderfolgenden Wiederholungen stets um ein Bit verkürzt. Das n-malige Wiederholen wird abgebrochen, wenn die Bit-Maske keine Bits mehr umfasst, d.h. die elektronische Abfrage um- fasst die genaue Adresse des angesprochenen Feldgeräts.
Ein zweckmäßige Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass die erfassten elektronischen Antworten bzw. die anderen elektronischen Antworten in dem Zentral-Gerät mittels eines ODER- Gatters elektronisch verarbeitet werden, wodurch mit geringem Schaltungsaufwand erkannt werden kann, ob in einem Abfrageadressbereich Feldgeräte anliegen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass elektronische und/oder andere elektronische Antworten erfasst werden, die zeitlich kollidieren, derart, dass sie im wesentlichen gleichzeitig bei dem Zentral-Gerät eingehen. Eine Erkennung der zeitlichen Kollision von Antworten der Feldgeräte ist deshalb nicht notwendig, wodurch der schaltungstechnische Aufwand möglichst gering gehalten werden kann. Es ist ausreichend zu erkennen, ob überhaupt eine Antwort vorlag.
Um das Verfahren zum Erkennen der angeschlossenen Feldgeräte hinsichtlich der benötigten Zeit möglichst effizient zu gestalten, kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfin- düng vorgesehen sein, dass das Erfassen der elektronischen
Antwort von dem wenigstens einen der Feldgeräte aus der Hälfte des Adressabfragebereichs und das Erfassen der anderen e- lektronischen Antwort von dem wenigstens einen anderen der Feldgeräte aus der verbleibenden Hälfte des Adressabfragebe- reichs mittels des Zentral-Geräts auf einen vorbestimmten Zeitraum nach einem Absenden der einzelnen elektronischen bzw. nach einem Absenden der weiteren einzelnen elektronischen Anfrage begrenzt werden.
Das Verfahren kann vorteilhaft in Verbindung Steuerungs-
/Fernwirksystemen von energietechnischen Anlagen verwendet werden.
Das Verfahren und/oder die Vorrichtung können vorteilhaft zum Überwachen energietechnischer Anlagen verwendet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert . Hierbei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung mit einem Gerätenetzwerk und einem Firmen- Intranet , die über einen Proxyserver verbunden sind;
Figur 2 eine Oberflächengestaltung einer Browser- Einrichtung mit grafischen Darstellungen für mehrere Feldgeräte;
Figur 3 eine andere Oberflächengestaltung der Browser- Einrichtung mit einer grafischen Darstellung einer
Frontansicht eines Feldgeräts;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Feldgeräts und eines Nutzer-Personalcomputers;
Figur 5 ein Ablaufdiagramm für ein Herunterladen von HTML- Seiten im Rahmen eines Beobachtungs- und Bediensystems;
Figur 6 ein Blockdiagramm zum Erläutern eines RPC-Aufrufs;
Figur 7 eine Darstellung der Anordnung mit dem Gerätenetzwerk und dem Firmen-Intranet nach Figur 1, wobei einzelne Elemente des Proxyservers schematisch ge- zeigt sind;
Figur 8 eine schematische Blockdarstellung des Proxyservers ;
Figur 9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Client/Server-Interaktion;
Figur 10 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Geräteerkennung in einer Master/Slave-Anordnung;
Figur 11 ein Nassi-Sneider-Diagramm; Figur 12 eine schematische Baumdarstellung eines Verfahrens zur Geräteerkennung;
Figur 13 eine schematische Darstellung einer Master/Slave- Anordnung zur Erläuterung einer Konfigurationsabfrage;
Figur 14 ein schematische Blockdarstellung einer Gerätverwaltung im Proxyserver;
Figur 15 eine schematische Blockdarstellung zur Erläuterung der funktioneilen Einbindung eines XSL-Parsers in dem Proxyserver (XSL - „EXtended Stylesheet Langua- ge") ; und
Figur 16 eine schematische Blockdarstellung zur Erläuterung eines XSLT-Prozessors (XSLT - „EXtended Stylesheet Language Transformations") •
Im folgenden wird ein in Verbindung mit Feldgeräten nutzbares sogenanntes Beobachtungs- und Bediensystem (BuB-System) beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Architektur von zwei Netzwer- ken, ein Gerätenetzwerk mit mehreren Feldgeräten FG1... FGN und ein Firmen-Intranet mit mehreren Nutzereinrichtungen N1...NN, vorzugsweise Personalcomputer (PC). Das Gerätenetzwerk und das Firmen- Intranet sind über einen Proxyserver 1 verbunden. Der Proxyserver 1 ist Bestandteil des Beobach- tungs- und Bediensystems und dient als ein Gateway zwischen dem Gerätenetzwerk und dem Firmen- Intranet . Mit Hilfe des BuB-Systems werden einerseits Informationen, beispielsweise Mess- und/oder Zustandsdaten, von den Feldgeräten FG1... FGN erfasst und an die Nutzereinrichtungen N1...NN übermittelt, um einen Benutzer der Nutzereinrichtungen N1...NN über den
Betriebszustand der Feldgeräte FG1... FGN zu informieren. Andererseits dient das BuB-Systems zum Erfassen von Bedien- bzw. Steuereingaben des Benutzers mit Hilfe der Nutzereinrichtungen N1...NN und zum Umsetzen der Eingaben des Benutzers in den Feldgeräten FG1...FGN. Bei den Feldgeräten FG1... FGN kann es sich um beliebige Geräte zum Beobachten, zum Messen, zum Steuern und/oder zum Regeln verschiedenster physikalischer Größen in unterschiedlichen technischen Prozessen handeln, beispielsweise zum Überwachen und/oder Steuern energietechnischer Anlagen, beispielsweise eines Umspannwerks .
Das Gerätenetzwerk umfasst einzelne PPP-Verbindungen 2 (PPP - „Point to Point Protocool") , die über einen Sternkoppler 3 mit dem Proxyserver 1 verbindbar sind, oder ein separates E- thernet-Segment . Der Proxyserver 1 stellt eine eigene Home- page in Form von HTML-Daten (HTML - „HyperText Markup Langua- ge") zur Verfügung, die eine Übersicht über die in dem Gerätenetzwerk erreichbaren Feldgeräte FG1... FGN zeigt (vgl. Figur 2); die Homepage kann mit Hilfe eines Standard-Browsers in den Nutzereinrichtungen N1...NN dargestellt werden.
Gemäß Figur 1 sind die Feldgeräte FG1... FGN nur mit dem Sternkoppler 3 und einem daran angeschlossenen Modem 4 ausgestattet. In diesem Fall sind die Feldgeräte FG1... FGN über eine asynchrone serielle Schnittstelle direkt über den Stern- koppler 3 mit dem Modem 4 verbunden. Es sind verschiedene Formen der Ankopplung über aktive und passive Sternkoppler möglich. Als Protokoll für den Zugriff auf die Feldgeräte FG1...FGN wird ein IP-Protokoll (IP - „Internet Protocol") über eine PPP-Linkschicht verwendet.
Wenn die Feldgeräte FG1... FGN mit einem Ethernet-Anschluss ausgestattet sind, sind die Ethernet-Anschlüsse mit einem Switch oder einem Hub verbunden. Besitzt dieser Switch oder dieser Hub neben Ethernet-Ports auch einen PPP-Port, dann spricht man von einem Router. Dieser PPP-Port kann dann e- benfalls direkt mit dem Modem 4 verbunden werden. Im Firmen-Intranet haben die an das lokale Netz angeschlossenen Nutzereinrichtungen N1...NN Zugang zu einem Modem 5, welches über ein Telekommunikationsnetz 6, beispielsweise ein Telefonnetz auf Basis eines ISDN- oder eines Mobilfunk- Netzes, mit dem Modem 4 des Gerätenetzwerk verbindbar ist. Wird in den Nutzereinrichtungen N1...NN jeweils eine DFÜ- Verbindung (DFÜ - Datenfernübertragung) eingerichtet, kann von den Nutzereinrichtungen N1...NN aus jeweils ein Zugriff auf die Feldgeräte FG1... FGN erfolgen. Wird nun der Proxy- Server 1 von den Nutzereinrichtungen N1...NN angesprochen, kann von jeder der an das Firmen-Intranet angeschlossenen Nutzereinrichtungen N1...NN auf die Feldgeräte FG1... FGN zum Beobachten und Bedienen zugegriffen werden. Der Proxyserver 1 „spiegelt" alle Feldgeräte FG1...FGN, d.h. Informationen über die Feldgeräte FG1...FGN, ins Firmen-Intranet . Dazu werden vom Proxyserver 1 die folgenden Protokolle verarbeitet: HTTP-Protokoll (HTTP - „Hypertext Transfer Protocol" und RPC-Protokoll (RPC - „Remote Procedure Call") . Das HTTP- Protokoll dient zur Übertragung statischer Daten. Hierbei handelt es sich um Daten, die nur einmalig an den Proxyserver 1 übertragen werden und anschließend dort in einem Dateispeicher für spätere Abrufe durch die Nutzereinrichtungen N1...NN abgelegt werden. Das RPC-Protokoll, welches ebenfalls ein IP-basiertes Protokoll ist, wird zum Übertragen dynamischer Daten genutzt. Bei den dynamischen Daten handelt es sich insbesondere um in den Feldgeräten FG1... FGN erfasste Mess- werte und/oder Ereignislisten, betreffend Informationen über Ereignisse in den Feldgeräten FG1...FGN.
Das HTTP-Protokoll gestattet den Nutzereinrichtungen N1...NN den Zugriff auf die Feldgeräte FG1...FGN. Bei einem Zugriff im Rahmen des BuB-Systems werden zunächst mittels der Anwahl der zugehörigen IP-Adresse des zu bedienenden/beobachtenden Feldgeräts HTML-Daten von dem Feldgerät an die in diesem An- wendungsfall genutzte Nutzereinrichtung übermittelt, wobei die HTML-Daten Daten umfassen, mit deren Hilfe in der Browser-Einrichtung der abrufenden Nutzereinrichtung eine Dar- Stellung des Feldgeräts erzeugt werden kann, wie dies beispielhaft in Figur 3 dargestellt ist. Der Abruf der HTML- Daten zum Erzeugen der Darstellung gemäß Figur 3 kann mit Hilfe einer Auswahl eines der in Figur 2 in der Übersicht dargestellten Feldgeräte durch den Benutzer ausgelöst werden, beispielsweise mittels der Betätigung einer Maus oder einer Tastatur der Nutzereinrichtung.
Gemäß Figur 3 sind auf der Oberfläche 20 der Browser- Einrichtung die folgenden Informationen dargestellt (vgl. linke Seite in Figur 3): Feldgerätefamilie (z.B. SIPROTEC4), Feldgeräteart und Feldgerätetyp 21, ein Bedienbaum 22, die Version des BuB-Tools 23 (Version und Datum) und Angaben zur Verbindung 24 mit dem Feldgerät (MLFB - „Maschinenlesbare Fabrikationsbezeichnung", BF-Nummer, Verbindungsstatus und
IP-Adresse) . Auf der Oberfläche ist weiterhin die einem Link bzw. Zweig im Bedienbaum 22 zugeordnete HTML-Seite 25 angezeigt. In Abhängigkeit von dem im Bedienbaum 22 ausgewählten Link wird die zugehörige HTML-Seite 25 auf der Oberfläche 20 der Browser-Einrichtung dargestellt.
Die in den Feldgeräten FG1... FGN abgelegten HTML-Seiten, d.h. auch die zur Erzeugung der in Figur 3 gezeigten Darstellung genutzte HTML-Seite 25, können Java-Code umfassen, der die Browser-Einrichtung der jeweiligen Nutzereinrichtung N1...NN dazu veranlasst, parallel zu der bestehenden HTTP-Verbindung zur Darstellung der aus den Feldgeräten FG1... FGN geladenen HTML-Seite eine weitere Verbindung mit den Feldgeräten FG1...FGN aufzubauen. Diese zweite Verbindung benutzt das RPC-Protokoll, um dynamische Daten, wie Ereignislisten oder Messwerte, aus den Feldgeräten FG1... FGN besonders schnell und effektiv für die Darstellung in den Nutzereinrichtungen N1...NN innerhalb einer angewählten HTML-Seite, beispielsweise der in Figur 3 gezeigten HTML-Seite 25, zu übertragen.
Informationsabruf aus den Feldgeräten Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung zur näheren Erläuterung des Abrufens der Informationen im Rahmen des BuB- Systems von den Feldgeräten FG1... FGN in die Nutzereinrichtungen Nl ... NN .
Gemäß Figur 4 ist auf einem Nutzer-Personalcomputer 30, der eine beispielhafte Ausbildung der Nutzereinrichtungen N1...NN darstellt, eine Browser-Einrichtung 31 installiert. Der Nutzer-Personalcomputer 30 ist über ein IP-Netzwerk 32, welches den Proxyserver 1, den Sternkoppler 3, das Modem 4, das Modem 5 sowie das Telekommunikationsnetzwerk 6 umfassen kann, mit einem Feldgerät 33 verbunden. Das Feldgerät 33 weist einen HTTP-Server 34 auf. In dem Feldgerät 33 sind HTML-Seiten 35 gespeichert, die für dieses Feldgerät 33 spezifische Informa- tionen umfassen. Die HTML-Seiten 35 enthalten beispielsweise eine HTML-Darstellung der Frontansicht des Feldgeräts 33. Die HTML-Seiten 35 sind speziell auf das Feldgerät 33 abgestimmt und können mittels eines HTTP-Herunterladens vom HTTP-Server 34 des Feldgeräts 33 durch den Nutzer-Personalcomputer 30 ab- gerufen werden. Die Anforderung der HTML-Seiten 35 aus dem
Feldgerät 33 kann mittels der Eingabe einer URL (URL - „Uniform Resource Locator") in der Browser-Einrichtung 31 oder mittels der Referenz aus einer anderen HTML-Seite heraus („Link") ausgelöst werden. Neben den HTML-Seiten 35 werden vom Feldgerät 33 eine Reihe von Rohdaten 36 (Messwerte, Parameter, etc.) in Form von Dateien bereitgestellt. In den HTML-Seiten 35 befinden sich Referenzen auf die im Feldgerät 33 verfügbaren Rohdaten 36. Sollen die Rohdaten 36 ausgewertet oder in sonstiger Weise verändert werden, wird ein Pro- gramm benötigt, welches nach bestimmten Algorithmen hochwertige Datenformate erzeugen kann. Diese Datenformate können dann von dem Programm beispielsweise zur Bildschirmanzeige in Verbindung mit Analysemöglichkeiten verwendet werden. Die hierfür notwendige Rechenleistung steht in dem Feldgerät 33 in der Regel nicht zur Verfügung. Mit Hilfe der Browser- Einrichtung 31 besteht für den Anwender die Möglichkeit, unter Nutzung des IP-Netzwerks 32 über Kommunikationsverbindun- gen (Modem, Telefonnetze, LAN - „Local Area Network", WAN - „Wide Area Network") auf die HTML-Seiten 35 aus dem Feldgerät 33 und damit auch auf die hierin referenzierten Rohdaten 36 des Feldgeräts 33 zuzugreifen. Gemäß Figur 5 wird (werden) zu diesem Zweck mit Hilfe der Browser-Einrichtung 31 zunächst die HTML-Seite (n) 35 von dem Nutzer-Personalcomputer 30 angefordert. Nachdem der HTTP-Server 34 des Feldgeräts 33 die HTML-Seite (n) 35, einschließlich der hierin enthaltenen Referenzen auf die Rohdaten 36, bereitgestellt hat, werden die HTML-Seite 35 und die Rohdaten 36 an den Nutzer-Personalcomputer 30 übertragen. Hierbei werden die HTML-Seite 35 und die Rohdaten 36 mittels getrennter Protokolle zwischen dem Feldgerät 33 und dem Nutzer-Personalcomputer 30 übertragen, vorzugsweise HTTP- bzw. RPC-Protokoll. In dem Nutzer- Personalcomputer 30 können die Rohdaten 36 dann mit geeigneten Programmen verarbeitet werden. Zum Ausführen des RPC- Protokolls umfasst das Feldgerät 33 zusätzlich einen RPC- Server 34a.
Beim Herunterladen der HTML-Seite 35 vom HTTP-Server 34 können die referenzierten Dateien der Rohdaten 36 automatisch mit geladen werden. Der Aufruf aus der HTML-Seite 35 kann wie folgt aussehen: <EMBED SRC="rawdata. ext"> . Mit dem Parameter „SRC" wird die Datei mit den Rohdaten 36 des Feldgeräts 33 referenziert . Außerdem kann das Herunterladen der Rohdaten 36 auch über einen vom Benutzer zu aktivierenden Link auf der HTML-Seite 35 ausgelöst werden. Für diesen Fall könnte der Aufruf in der HTML-Seite 35 wie folgt aussehen: <a href="rawdata.ext " type="mime type" >link</a> .
Damit die Browser-Einrichtung 31 das richtige Programm zur Weiterverarbeitung der Rohdaten 36 starten kann, muss der Browser-Einrichtung 31 der Inhaltstyp der Rohdaten 36 mitgeteilt werden. Hierfür gibt es je nach verwendetem Betriebs- System des Nutzer-Personalcomputers 30 und genutzter Browser- Einrichtung 31 unterschiedliche Vorgehensweisen. Es kann sowohl die Dateierweiterung (beispielsweise "*.ext") als auch der vom HTTP-Server 34 mitgelieferte MIME-Typ (MIME - „Multi- purpose Internet Mail Extension") ausgewertet werden. Das von der Browser-Einrichtung 31 gestartete Programm zur Rohdatenverarbeitung übernimmt die Konvertierung der heruntergela- denen Rohdaten 36. Das Programm zur Rohdatenverarbeitung kann als Browser-Plugin, als ActiveX-Komponente oder als externes Programm realisiert werden.
Hierbei ist zwischen verschiedenen Typen von Rohdaten zu un- terscheiden. Die Verarbeitung von sporadisch entstehenden Rohdaten 36 wird vorzugsweise mit Hilfe eines Browser- Plugin* s oder einer Active X-Komponente vorgenommen. In diesem Zusammenhang erfolgt der Zugriff auf die Daten mit Hilfe des TCP-Protokolls. Sollen sich ständig aktualisierende Roh- daten 36 in Form eines Endlos-Datenstroms verarbeitet werden, dann ist es sinnvoll, ein effektiveres Protokoll für die Ü- bertragung an den Nutzer-Personalcomputer 30 (den Nutzereinrichtungen N1..NN) zu verwenden. Mit Hilfe des zusätzlichen RPC-Protokolls wird eine Auftrennung der in den Nutzerein- richtungen N1...NN (bzw. dem Nutzer-Personalcomputer 30) darzustellenden Informationen über das (die) Feldgerät (e) FG1... FGN bzw. 33 in statische und dynamische Informationen ermöglicht. Die statischen Informationen werden mit dem HTTP- Standardprotokoll übertragen, während die dynamischen, also veränderlichen Daten über das effektivere RPC-Protokoll übertragen werden. Der Aufwand, der beim Senden der dynamischen Daten mittels des HTTP-Protokolls durch Verbindungsaufbau/- abbau und Verbindungsüberwachung entstehen würde, würde den des ereignisabhängigen, wiederholten Sendens der dynamischen Daten mittels des RPC-Protokolls übersteigen. Da in der Regel nur wenige Daten schnell übermittelt werden sollen (Messwerte, Meldelisten, ...), ist der Einsatz eines verbindungslosen Protokolls, insbesondere des RPC-Protokolls, für die dynamischen Daten vorteilhaft. Bei einem Aufruf entfernter Prozeduren (RPC - „Remote Procedure Call") ruft ein lokales Programm eine Prozedur auf einem entfernten System auf. Das Konzept des entfernten Prozeduraufrufs sorgt dafür, dass der gesamte Netzcode in der RPC-Schnittstelle und in den Netzroutinen verborgen bleibt. Damit wird vermieden, dass sich die Applikationsprogramme (Client und Server) um Details, wie z.B. Konvertierung EBCDIC < > ASCII, Zahlenkonvertierung, Socket, Session etc., kümmern müssen. Ein Ziel von RPC ist die Vereinfachung der Implementierung von verteilten Anwendungen. UDP (UDP - „User Defined Protocol") wird von einigen Anwendungen, die nur kurze Nachrichten senden und diese wiederholen können, verwendet. UDP ist daher ein ideales Proto- koll zur Verteilung von Informationen, die sich ständig ändern, wie beispielsweise Börsenkurse. Statt die Daten in ein TCP-Umschlag zu packen und dann in den IP-Umschlag, wandern sie jetzt in einen UDP-Umschlag, bevor sie in den IP-Umschlag kommen. Obwohl UDP in der gleichen Schicht wie das verbin- dungsorientierte TCP beheimatet ist, handelt es sich um ein verbindungsloses Protokoll. Der Einsatz des UDP Protokolls erscheint immer dann sinnvoll, wenn nur wenige Daten schnell übermittelt werden sollen. So gibt es in Anwendungsprogrammen zwischen Client und Server einen Austausch von kurzen Anfra- gen und Antworten. Hier würde der Aufwand der durch Verbindungsaufbau/ -abbau und Verbindungsüberwachung entsteht, den des erneuten Sendens der Daten übersteigen. Das getrennte Ü- bertragen von statischen und dynamischen Daten zwischen den Feldgeräten FG1... FGN im Gerätenetzwerk und den Nutzerein- richtungen N1...NN im Firmen-Intranet mit Hilfe unterschiedlicher Protokolle wird durch das Vorsehen und die spezifische Ausbildung des später im Detail beschriebenen Proxyservers 1 optimiert .
Im folgenden wird die Nutzung des RPC-Protokolls zum Abrufen der dynamischen Daten in einer Client/Server-Anordnung (Nutzereinrichtungen Nl ...NN/Feldgeräte FG1...FGN) anhand der schematischen Darstellung in Figur 6 beschrieben.
Ein RPC-Aufruf läuft beispielsweise wie folgt ab:
(a) Ein innerhalb des Brwosers 31 (vgl. Figur 4) ablaufender Client-Prozess 100 ruft eine RPC-Schnittstelle 101 auf. Dieser Client-Prozess 100 kann z.B. ein in eine HTML- Seite eingebettetes Java-Applet sein. Die RPC- Schnittstelle 101 hat die Aufgabe, den Unterprogrammeinsprung zu spezifizieren. Die Spezifikation enthält den Namen der Funktion sowie Anzahl und Typen der Parameter. Hiermit wird ein logischer Einsprung definiert. Die RPC- Schnittstelle 101 ermöglicht das Starten der entfernt liegenden Prozedur 102.
(b) Die Parameter des Client-Prozesses 100 werden von der RPC-Schnittstelle 101 gelesen. Der Zweck der RPC- Schnittstelle 101 liegt in der Verpackung und Konvertierung der Parameter für das Serverprogramm.
(c) Die Netzroutinen versenden die Nachrichten an einen Ser- ver-Prozess 103, der im RPC-Server 34a abläuft. (d) Eine RPC-Schnittstelle 104 des Server-Prozess 103 baut die Parameter aus den Nachrichtenpaketen wieder auf .
(e) Im nächsten Schritt wird das Serverprogramm aufgerufen. Dazu wird ein Serverstub definiert. Dieser Stub ist der eigentliche Einsprung in die auf dem Server-Prozess 103 liegende Prozedur.
(f ) Nach Abarbeitung der Prozedur wird die Kontrolle wieder an die RPC-Schnittstelle 104 gegeben.
(g) Die Schnittstelle 104 verpackt die Rückgabeparameter und transportiert die Daten anschließend zu den Netzroutinen. (h) Die Netzroutinen transportieren die Daten über netzwerkabhängige Aufrufe auf den Client-Prozess 100. (i) Die RPC-Schnittstelle 101 des Client-Prozesses 100 entpackt die Parameter und versorgt die angegebenen Parameter mit den neuen Daten. (j) Die Kontrolle wird an den Client-Prozess 100 zurückgegeben, der die erhaltenen Daten weiterverarbeiten kann.
Das Konzept des entfernten Prozeduraufrufs sorgt dafür, dass der gesamte Netzcode in der RPC-Schnittstelle und in den Netzroutinen verborgen bleibt. Damit wird vermieden, dass sich die Applikationsprogramme (Client und Server) um Details, wie z.B. Konvertierung EBCDIC < > ASCII, Zahlenkon- vertierung, Socket, Session etc., kümmern müssen. Ein Vorteil der Nutzung des RPC-Protokolls für die dynamischen Daten ist die Vereinfachung der Implementierung von verteilten Anwendungen .
Bedienen der Feldgeräte
Der in Verbindung mit Figur 4 beschriebene Abruf von Information von dem Feldgerät 33, welches den HTTP-Server 34 um- fasst, kann auch in Verbindung mit Handlungen im Rahmen des Beobachtungs- und Bediensystem genutzt werden, die zum Zweck des Bedienens des Feldgeräts 33 ausgeführt werden. Hierdurch ist es ermöglicht, das Feldgerät 33 mit Hilfe der Browser- Einrichtung 31 zu bedienen. Dieses wird im folgenden näher beschrieben.
Das Feldgerät 33 enthält eine Speichereinrichtung 35a, in welcher Bediensoftware in Form von HTML-Seiten 35 gespeichert ist, und ein Java-Archiv oder Daten, aus denen HTML-Seiten erzeugbar sind. Die Bediensoftware ist speziell auf das Feldgerät 33 zugeschnitten. Mittels der Eingabe der URL- Adresse des Feldgeräts 33 durch den Nutzer startet ein HTTP- Herunterladen, was zum Herunterladen der Bediensoftware vom HTTP-Server 34 des Feldgeräts 33 in den Nutzer-Personal - Computer 30 führt. Nach dem Herunterladen der Bediensoftware von dem Feldgerät 33 auf den Benutzer-Personalcomputer 30 in Form der HTML-Seite (n) 35 wird die Vorderansicht des Feldgeräts 33 mit allen Bedien- und Anzeige-Elementen innerhalb der Browser-Einrichtung dargestellt (vgl. Figur 3). Der Benutzer kann dann bestimmte Bedienfunktionen des Feldgeräts 33 mit Hilfe eines Mausklicks auf dem Bildschirm des Benutzer- Personalcomputers 30 auslösen. Die Übermittlung der Benutzerhandlung zum Feldgerät 33 erfolgt mittels eines schnellen und effektiven Protokolls, das einerseits die genannten Be- dienanforderungen vom Benutzer-Personalcomputer 30 zum Feldgerät 33 überträgt und andererseits Reaktionen des Feldgeräts 33 zurückliest. Zu diesem Zweck werden die internen Bedien- und Anzeigefunktionen des Feldgeräts 33 zur Schnittstelle der Browser-Einrichtung 31 hin veröffentlicht, z.B. Tastaturpuffer, Displaypuffer, LED-Status.
Im Rahmen der Bedienung durch den Benutzer gibt es zwischen Benutzer—Personalcomputer 30 und dem Feldgerät 33 einen Austausch von kurzen Anfragen und Antworten im Rahmen einer Client-Server-Verhältnisses. Hierbei würde der Aufwand, der im Zusammenhang mit dem Aufbau/Abbau und der Überwachung der HTTP-Verbindung zwischen dem Benutzer-Personalcomputer 30 und dem Feldgerät 33 entsteht, den Aufwand übersteigen, der beim erneuten Senden und Empfangen der Daten gemäß eines verbindungslosen Protokolls entsteht. Da in der Regel nur wenige Daten schnell übermittelt werden sollen (z.B. Tastendruck, Displayinhalt, LED-Status) , ist der Einsatz eines schnellen, effektiven, verbindungslosen Protokolls sinnvoll, beispielsweise des oben beschriebenen RPC-Protokolls. Zur Reduktion der ausgetauschten Datenmenge (z.B. Displayinhalt) zwischen dem Benutzer—Personalcomputer 30 und dem Feldgerät 33 werden Verfahren zur Komprimierung von Daten eingesetzt.
Internet-Protokolle, wie TCP/IP und HTTP, bieten keinerlei Sicherheitsmechanismen. Es sind zusätzliche Protokolle notwendig, um eine sichere Kommunikation zu ermöglichen. Die Mechanismen zum Schutz sicherheitsrelevanter Aktionen am Feldgerät 33 über TCP/IP-Kommunikation sind von besonderer Bedeutung. Hinsichtlich des Schutzes gegen unbefugte Zugriffe lassen sich die Bedienhandlungen am Feldgerät 33 klassifizieren (vgl. Tabelle 1).
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Missbräuchliche Handlungen beim Bedienen des Feldgeräts 33 können mittels der folgenden Maßnahmen im wesentlichen ausge- schlössen werden:
Mit Hilfe einer Firewall (z.B. Proxyserver) kann das interne Netz (Firmen-Intranet/LAN) eine geschützte Verbindung mit einem anderen Netz (z.B. Internet) aufnehmen.
Das Feldgerät 33 ist im Lieferzustand so eingestellt, dass Tasten, die die vollständige Eingabe von Kundenpasswörtern ermöglichen, gesperrt sind. Diese Sperre muss vom Kunden am Feldgerät 33 selbst bzw. mit dem Bedienprogramm in der Browser-Einrichtung 31 auf dem Nutzer- Personalcomputer 30 aufgehoben werden (Passworteingabe erforderlich) . Im Lieferzustand sind damit nur einfache Bedienhandlungen über die Browser-Einrichtung 31 möglich: Navigation im Bedienmenü, Anzeige von Messwerten, Parametern und Meldungslisten. Die Parametrierung des Feldgeräts 33 in der Frontansicht- Emulation ist mit Kenntnis der Passwörter wie am Feldgerät 33 möglich, wenn die Sperrung der dazu benötigten Tasten gelöst ist.
Sicherheitsrelevante Aktionen am Feldgerät 33 (Schalten, Steuern, Löschen von Puffern, ...) werden durch Authenti- fikationsprotokolle geschützt, z.B. mittels Hash-Funktion und eines vom Feldgerät 33 generierten Schlüssels. Damit können aus dem Verbindungsprotokoll keine Rückschlüsse auf eingegebene Passwörter erfolgen. Mit diesem Verfahren wird aus einer beliebig langen Nachricht eine 128 Bit lange Information, der sogenannte „Message Digest", gebildet, der an die originäre Nachricht angehangen wird. Der Empfänger (Feldgerät 33) vergleicht den „Message Digest" mit dem vom Feldgerät 33 aus der Information ermittelten. Dadurch werden Feldgerätepasswörter nicht über die Kommunikationsverbindung übertragen.
- Die im Feldgerät 33 generierten Schlüssel verfallen nach kurzer Zeit und können nur einmal für eine Übertragung verwendet werden. Damit ist die Aufzeichnung von sicherheitsrelevanten Protokollen und eine spätere Wiederholung dieser aufgezeichneten Protokolle wirkungslos.
Proxyserver
Ein Element zur optimierten Umsetzung des beschriebenen funk- tionellen Zusammenwirkens der Elemente des Beobachtungs- und Bediensystems, beispielsweise der Nutzung des RPC-Protokolls, des Abrufs der Rohdaten aus den Feldgeräten FG1...FGN und der Bedienung der Feldgeräte mittels Browser auf den Nutzereinrichtungen N1...NN, ist der Proxyserver 1. Bekannte Stan- dard-HTTP-Proxyserver unterstützen ausschließlich das HTTP- Protokoll und sind somit nicht in der Lage, als Gateway zwischen dem Gerätenetzwerk und dem Firmen-Intranet zu dienen. Aus diesem Grund wurde ein spezifischer, für das BuB-System konzipierter Proxyserver 1 geschaffen, der beide von den Feldgeräten FG1...FGN verwendeten Protokolle (HTTP, RPC) unterstützt .
Ein wesentlicher Vorteil, der bei der Nutzung des Proxyservers 1 gegenüber der Ankopplung des Gerätenetzwerks an das Firmen-Intranet mittels Routers oder, wenn keine WAN- Verbindung (WAN - „Wide Area Network") zwischen dem Geräte- netzwerk und dem Intranet besteht, einer direkten Ankopplung des Geräte-Netzsegments über einen Hub oder einen Switch besteht in der Nutzung des sogenannten „Cachings".
Das diesem Verfahren („Caching") zugrunde liegende Prinzip wird im folgenden allgemein, ohne Bezugnahme auf die oben genannten Figuren, kurz beschrieben.
Stellt ein Client eine Anfrage nach einem Objekt an eine Servereinrichtung, so läuft diese Anfrage zunächst über eine so- genannte Proxy-Einrichtung. Die Proxy-Einrichtung schaut nach, ob sich das betreffende Objekt bereits in einem lokalen Speicher (Cache) der Proxy-Einrichtung befindet, welcher in der Regel auf einer Festplatte ausgebildet ist. Wird hierbei festgestellt, dass das Objekt nicht lokal im Speicher vor- liegt, reicht die Proxy-Einrichtung die Anfrage weiter zu einer eigentlichen Zielserver-Einrichtung. Von dort erhält die Proxy-Einrichtung das Objekt und speichert eine Kopie des Objekts für weitere Anfragen nach diesem Objekt in dem lokalen Speicher, bevor die Proxy-Einrichtung das Objekt an den an- fragenden Client weitergibt. Wird das Objekt jedoch im lokalen Speicher der Proxy-Einrichtung gefunden, so wird die Anfrage des Clients nicht an die Zielserver-Einrichtung durchgestellt, sondern der Client bekommt das gewünschte Objekt direkt von der Proxy-Einrichtung übermittelt. Voraussetzung für optimales Ausführen des beschriebenen Verfahrens ist ein genügend großer Speicher-Bereich in der Proxy-Einrichtung, d.h. in der Größenordnung von mehreren Hundert MB bis mehre- ren GByte. Ansonsten läuft der lokale Speicher in der Proxy- Einrichtung über und es muss ein „Garbage Collector" (ein sogenannter Aufräumdienst) gestartet werden, der veraltete Objekte aus dem Speicher heraus filtert, um dort Platz für neue Objekte zu schaffen.
Vorteile des beschriebenen Verfahrens („Caching") sind: eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit (schnellerer Datentransport als extern) ; eine Einsparung von externer Bandbreite (mehr Platz für andere Dienste bleibt frei) ; eine Verminderung der Antwortzeiten
Entlastung der Zielserver-Einrichtung; beim Transport des Objekts von der Proxy-Einrichtung zum Client entstehen keine bzw. geringere Übertragungskosten; und die Trefferquoten im lokalen Speicher der Proxy-Einrichtung können je nach Nutzung sehr hoch sein.
Der zum Verbinden des Gerätenetzwerks und des Firmen- Intranets (vgl. Figur 1) genutzte Proxyserver 1 basiert auf dem beschriebenen Grundprinzip und hat aufgrund der spezifischen Ausbildung, welche im Detail später beschrieben wird, darüber hinaus die im folgenden genannten Vorteile.
Durch den Einsatz des Proxyservers 1 (vgl. Figur 1) ergeben sich deutliche Geschwindigkeitsvorteile beim Zugriff auf das Gerätenetzwerk. Der Proxyserver 1 umfasst einen für die Anwendung im BuB-System optimierten Dateispeicher bzw. Dateicache, der alle aus den Feldgeräten FG1... FGN abgerufenen Dateien mit statischen Daten im Proxyserver 1 puffert. Wird auf eine solche Datei das erste Mal zugegriffen, dann muss diese Datei direkt aus einem der Feldgeräte FG1... FGN geholt werden. Bei einem wiederholten Zugriff auf diese Datei kann diese dann jedoch direkt aus dem Dateicache des Proxyservers 1 geliefert werden. Da das lokale Firmen-Intranet im allge- meinen viel schneller als eine Modemverbindung zu den Feldgeräten FG1...FGN ist, ergeben sich hier signifikante Geschwindigkeitsvorteile beim Zugriff auf das Gerätenetzwerk, da im laufenden Betrieb nur noch die gegenüber den HTML-Seiten und den Java-Archiven deutlich kleineren dynamischen Daten über die langsame Modemverbindung übertragen werden.
Der Proxyserver 1 erhöht darüber hinaus die Sicherheit im Netzwerk. Der Proxyserver 1 schottet die beiden Netzwerke, Gerätenetzwerk und Firmen- Intranet , gegeneinander ab und ü- berträgt nur die im Proxyserver 1 verarbeiteten Protokolle. Dies bedeutet, dass aus dem Firmen- Intranet nur die von einem Browser auf den Nutzereinrichtungen N1...NN an die Feldgeräte FG1... FGN generierten Anforderungen übertragen werden. In die Gegenrichtung werden nur die von den Feldgeräten FG1... FGN generierten Antworten übertragen. Damit werden alle anderen im Firmen- Intranet kursierenden Datenpakete vom Gerätenetzwerk ferngehalten und beeinflussen somit nicht den Durchsatz im Gerätenetzwerk. Des weiteren kann ein im Gerätenetzwerk auftretendes, hohes Datenaufkommen aufgrund von Querkommunikation zwischen den Feldgeräten FG1... FGN die Netzlast im Firmen- Intranet nicht erhöhen.
Die Nutzung des RPC-Protokolls mittels des Proxyservers 1 hat den Vorteil, dass sichergestellt ist, dass die Zugriffsmöglichkeit auf die Feldgeräte FG1...FGN auf das an den Proxyserver 1 angeschlossene Firmen-Intranet beschränkt bleibt. Ein Firmen- Intranet ist heute üblicherweise über ein HTTP-
Gateway mit dem Internet verbunden. Dieses Gateway übernimmt hier eine Firewall -Funktion (vgl. Figur 7), indem es die Ü- bertragung des RPC-Protokolls blockiert. Hierdurch kann außerhalb des Firmen- Intranets nicht mehr auf die Daten der Feldgeräte FG1... FGN zugegriffen werden, da alle dynamischen Daten der Feldgeräte FG1... FGN über das RPC-Protokoll übertragen werden.
Der Proxyserver 1 ermöglicht vielfältige Funktionen, die bei dem bisher üblichen, direkten Zugang zu den Feldgeräten
FG1... FGN nicht zur Verfügung stehen. Die folgende Zusammenstellung listet weitere wesentliche Funktionen auf, die sich in Verbindung mit der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung des Proxyservers 1 ergeben:
Es wird eine eigene Homepage zur Verfügung gestellt, über die alle angeschlossenen Feldgeräte FG1... FGN erreichbar sind.
Die angeschlossenen Feldgeräte FG1... FGN werden automatisch adressiert und erkannt; Darstellung dieser Feldgeräte FG1...FGN in der Homepage als Startseite auf den Nutzereinrichtungen N1...NN für einen direkten Gerätezugriff. - Es wird der Zugriff über Gerätenamen der Feldgeräte
FG1... FGN ermöglicht, dies ist gegenüber dem Zugriff über die IP-Adresse nutzerfreundlicher.
Der Proxyserver 1 kann mittels Browser auf den Nutzereinrichtungen N1...NN konfiguriert werden (e-mail-Adressen, Telefon-Nummern, Gerätenamen, ...)
Der Proxyserver 1 definiert die möglichen Zugriffswege („Firewall-Funktion") .
Der Proxyserver 1 kann Daten aus den Feldgeräte FG1... FGN Zwischenspeichern. Diese Funktion eignet sich z. B. für die Protokollierung der Störfallinformationen oder der Betriebsmesswerte. Diese Daten werden intern in einer XML- Datenbank (XML - „Extended Markup Language") abgelegt. Der Proxyserver kann die aus den Feldgeräten FG1... FGN ü- ber das RPC-Protokoll übertragenen Daten im XML-Format zur Verfügung stellen. Hierdurch können beispielsweise nutzerspezifische Erweiterungen der im Proxyserver 1 verfügbaren Darstellungen vorgenommen werden. Hierzu steht ein im Proxyserver 1 integrierter XSL-Parser (XSL - „Extended Stylesheet Language") zur Verfügung. - Durch die mit Hilfe des XSL-Parsers realisierbaren Filter auf die XML-Datenbank kann der Proxyserver 1 ebenfalls als Client für weitere Applikationen genutzt werden. Signalisierung von Ereignissen im LAN (LAN - „Local Area Network") via e-mail ist möglich. Der Proxyserver 1 stellt eigene e-mail-Postfächer zu Verfügung, die mittels eines POP3-Clients (POP3 - „Post Office Protocol Stepping 3") , wie z.B. Outlook, abgerufen werden können. Weiterhin ist eine Weiterleitung von e-mails an ein anderes Postfach mittels eines im Proxyserver 1 integrierten SMTP-Servers (STMP - „Simple Message Transfer Protocol") möglich.
Im folgenden wird die Ausbildung des Proxyservers 1 näher beschreiben.
Figur 7 zeigt eine Anordnung mit dem Gerätenetzwerk und dem Firmen- Intranet gemäß Figur 1, wobei Elemente des Proxyser- vers 1 schematisch gezeigt sind. Figur 8 zeigt Funktionsblöcke des Proxyservers 1 in einem Blockschaltbild.
Gemäß Figur 7 weist jedes der Feldgeräte FG1... FGN einen jeweiligen HTTP-Server HS1...HSN auf, die dem jeweiligen HTTP- Server 34 (vgl. Figur 4) entsprechen und mit einem Sternkoppler 39 verbunden sind. Der Proxyserver 1 verfügt ebenfalls über einen HTTP-Server 40. Im folgenden wird die Arbeitsweise des Proxyservers 1 unter Bezugnahme auf Figur 8 beschrieben.
Der Zugriff auf den Proxyserver 1 geschieht immer aus dem lokalen Netz des Firmen- Intranets heraus, in dem sich die Nutzereinrichtungen N1...NN mit der jeweiligen Modemverbindung in das die Feldgeräte umfassende Gerätenetzwerk befinden, das ein Umspannwerk oder mehreren Unterwerken umfassen kann. Wird eine der Nutzereinrichtungen N1...NN über die zugehörige lokale IP-Adresse als Server angesprochen, wird dieser Zugriff über einen TCP/IP-Stack 41 (TCP - „Transfer Control Protocol") an den HTTP-Server 40 weitergeleitet.
Der HTTP-Server 40 liefert die angeforderten Dateien in das Firmen-Intranet. Zu diesem Zweck wendet sich der HTTP-Server 40 über einen Dateifilter 42 an eine Cacheverwaltung 43. Der Dateifilter 42 leitet die Anforderung normalerweise an die Cacheverwaltung 43 weiter. Nur bestimmte Anforderungen werden anhand des angeforderten Dateityps erkannt und einem anderen Verarbeitungsweg zugeführt. Diese Ausnahmen werden später beschrieben. Die Cacheverwaltung 43 versucht als erstes, die angeforderte Datei in den lokalen Dateien 44 oder in einem Dateicache 45 zu finden. Ist die angeforderte Datei weder eine lokale Datei des Proxyservers 1 noch im Dateicache
45 vorhanden, wird die Dateianforderung an einen HTTP-Client
46 weitergeleitet. Dieser baut über einen weiteren TCP/IP- Stack 47 eine Verbindung zum HTTP-Server HS1, ... bzw. HSN des angesprochenen Feldgeräts FG1, ... bzw. FGN im Gerätenetzwerk auf, um die angeforderte Datei von dort zu beziehen.
Als Verbindung zum Gerätenetzwerk wird vorzugsweise eine Modemverbindung mit dem PPP-Protokoll genutzt (vgl. Figur 1). Da der Proxyserver 1 über diese Modemverbindung jedoch gleichzeitig mehrere Verbindungen zu verschiedenen Feldgerä- ten FG1... FGN halten kann, ist eine Arbitierung dieser Modemverbindung erforderlich, da das PPP-Protokoll nur eine Punkt- zu Punkt-Verbindung verwalten kann. Hierzu dient ein Block Slot-Protokoll 48. Dieses Protokoll teilt den einzelnen PPP- Verbindungen Zeitscheiben auf der Modem-Kommunikationsstrecke zu und verhindert so Kollisionen zwischen den einzelnen Verbindungen. Der Block Slot-Protokoll 48 ist weiterhin dafür zuständig, alle im Gerätenetzwerk aktiven Feldgeräte FG1... FGN zu erkennen. Dazu wird das Gerätenetzwerk zyklisch nach aktiven Feldgeräten abgesucht. Die erkannten aktiven Feldgeräte werden von einer Geräteverwaltung 49 in eine XML- Datenbank 50 des Proxyservers 1 eingetragen.
Bei der XML-Datenbank 50 handelt es sich um einen nach dem standardisierten „Document Object Model" abgelegten Daten- bäum. Enthält nun eine über den HTTP-Server 40 in den Browser einer mit dem Proxyserver 1 verbunden Nutzungseinrichtung Nl, ... bzw. NN geladene HTML-Seite Java-Code, der eine parallele UDP-Verbindung (UDP - „User Defined Protocol") für das RPC-Protokoll aufbaut, dann wird über diesen Weg ein RPC-Server 51 aus dem Firmen-Intranet heraus angesprochen.
Da das RPC-Protokoll aus Leistungsgründen auf das standardisierte UDP/IP-Protokoll aufsetzt, muss hier im Proxyserver 1 eine Verbindungsverwaltung 52 enthalten sein, da das UDP- Protokoll nicht verbindungsorientiert arbeitet. Die Verbindungsverwaltung 52 stellt sicher, dass für jede Nutzungseinrichtung N1...NN aus dem Firmen-Intranet ein eigener Kommuni- kationsport für einen RPC-Client 53 des Proxyservers 1 in das Gerätenetzwerk reserviert wird. Die RPC-Anforderungen aus dem Firmen-Intranet werden dann über den RPC-Client 53 des Proxyservers 1 direkt in das Gerätenetzwerk weitergeleitet.
Die Antworten der Feldgeräte FG1... FGN auf RPC-Anforderungen werden an den RPC-Server 51 weitergeleitet. Dieser gibt die Antwort des jeweiligen Feldgeräts FG1, ... bzw. FGN an die Nutzereinrichtungen über das Firmen- Intranet weiter. Parallel hierzu werden die aktuell im RPC-Protokoll übertragenen dynamischen Daten aus dem jeweiligen Feldgerät FG1, ... bzw. FGN in der XML-Datenbank 50 im Proxyserver 1 abgelegt.
Die in der XML-Datenbank 50 gespeicherten Daten können mit Hilfe eines im Proxyserver 1 integrierten XSL-Parsers 54 in beliebige andere Datenformate konvertiert werden. Die dazu notwendigen Transformationsanweisungen müssen als XSL- Scriptdatei lokal im Proxyserver 1 abgelegt werden. Um einen solchen Transformationsprozess auszulösen, muss am HTTP- Server 40 eine *.XML-Datei angefordert werden. Eine solche Anforderung wird von dem am HTTP-Server 40 angeschlossenen
Dateifilter 42 aus dem normalen Zugriffsweg auf die Cacheverwaltung 43 herausgefiltert und an den XSL-Parser 54 weitergeleitet. Dieser liest aus den im Proxyserver 1 lokal abgelegten Dateien neben der angeforderten XML-Datei eine gleichna- mige XSL-Datei und startet den Transformationsprozess . Das
Ergebnis dieser Transformation wird vom HTTP-Server 40 an den anfordernden Nutzer gesendet. Auf diese Weise können z. B. HTML-Dateien dynamisch aus einer XSL-Vorlage mit den aktuellen Daten der Feldgeräte FG1... FGN aus der XML-Datenbank 50 erzeugt oder einfach ein Teilbaum der Datenbank als XML-Datei übertragen werden. Der Dateifilter 42, die Cache-Verwaltung 43, die lokalen Dateien 44, der Dateicache 45, der XSL-Parser 54 sowie die XML- Datenbank 50 bilden ein Dateisystem des Proxyservers 1.
Im folgenden werden einzelne Funktionsblöcke des Proxyservers 1 näher beschrieben.
HTTP-Server
Zunächst wird die grundsätzliche Arbeitsweise des im Proxyserver 1 ausgebildeten HTTP-Servers 40 (vgl. Figur 8) erläutert, wobei zum besseren Verständnis einige wesentliche Grundlagen des HTTP's beschrieben werden.
Wie bei anderen Applikationsprotokollen im Internet handelt es sich bei HTTP (HTTP - „Hypertext Transfer Protocol") um ein ASCII-Protokoll, das für den Datenaustausch eine abgesicherte TCP-Verbindung zwischen einem Client (Computer des Internetnutzers) und einem Server (Servereinrichtung, auf wel- eher abrufbare Internetinhalte - Daten - zur Verfügung stehen) benötigt. Als Anknüpfungspunkt ist dabei der Port 80 definiert, d. h. , ein HTTP-Server lauscht an diesem Port auf neue Client-Verbindungen. Alternativ kann die überwiegende Anzahl von HTTP-Server-Software über einen entsprechenden Konfigurationsdialog auch angewiesen werden, einen anderen Port für die Kontaktaufnahme heranzuziehen.
Anders als bei anderen Protokollen, z. B. FTP (FTP - „File Transfer Protocol") und P0P3 , ist eine Verbindung zwischen einem HTTP-Client und einem HTTP-Server sehr kurzlebig. Der HTTP-Client baut eine TCP-Verbindung zum gewünschten HTTP- Server über den Port 80 auf und setzt eine Anfrage nach einem gewünschten Dokument an den HTTP-Server ab. Der HTTP-Server erhält die Anfrage, wertet sie aus und sendet - im Erfolgs- fall - das gewünschte Dokument an den HTTP-Client zurück. Der HTTP-Server schließt die TCP-Verbindung automatisch, nachdem er dem HTTP-Client das geforderte Dokument oder eine Fehlermeldung als Antwort auf dessen Anfrage zugesandt hat.
Eine wichtige Funktionalität von HTTP ist es, dass der HTTP- Client dem HTTP-Server mitteilen kann, welche Art von Daten dieser verstehen kann. Es muss also bei jeder Anfrage eine Kommunikation zwischen dem HTTP-Client und dem HTTP-Server darüber stattfinden, wie die Daten übertragen werden sollen. Diese Kommunikation erzeugt einen sogenannten Überschuss bzw. Überhang („overhead"); HTTP wird deshalb auch als statusloses Protokoll („stateless protocol") bezeichnet, weil die Verbindung nicht mehrere Phasen durchläuft, vom Einloggen, über den Datenaustausch bis hin zum Ausloggen durch den HTTP-Client. Dieses erleichtert einerseits die Entwicklung von HTTP- Client-/HTTP-Server-Software, ist aber im Hinblick auf die
Nutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite nicht sehr effizient .
Das HTTP-Protokoll wird verwendet, um Zugriff auf Quellen im URL-Format (URL - „Uniform Resource Locator") zu erlangen. Der HTTP-Client, meistens ein Web-Browser auf dem Computer des Internet-Benutzers. Er verlangt eine HTML-Seite und generiert danach eine Sequenz von Anfragen bezüglich der Dateiverweise in dieser HTML-Seite. Danach wird der Benutzter wahrscheinlich einen Link in der angefragten HTML-Seite anklicken, und der HTTP-Client schickt eine Anfrage, bezüglich der mit diesem Link verknüpften HTML-Seiten, an den gleichen oder einen weiteren HTTP-Server. Diese weiteren Kommunikationsverbindungen haben keine Informationen mehr über eine vor- hergegangene Verbindung. Dieses funktioniert bei einfachen Client/Server-Umgebungen. Bei umfangreicheren Kommunikationen kann diese Arbeitsweise allerdings zum Problem werden, denn für jede noch so kleine Datenmenge, die übertragen werden soll, fällt dieser Überschuss („Overhead") an, was die Effizienz mindert. Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung der Syntax einer Anfrage in Verbindung mit einer HTTP-Client/Server- Interaktion.
Die HTTP-Client/Server-Interaktion besteht aus einer einzigen Anfrage/Antwort-Kommunikation. Sie umfasst eine „request li- ne", ein oder mehrere optionale „request header fields" und einen optionalen „entity body" . Von der HTTP-Client-Seite 60, also in der Regel vom Internet-Browser aus, wird eine TCP-Verbindung zum HTTP-Server 61 geöffnet 62. Anschließend sendet der HTTP-Client 60 einen Kommandostring an den HTTP- Server 61. Der HTTP-Server 61 antwortet über die vom HTTP- Client 60 geöffnete TCP-Verbindung mit einem Kopf, der neben der vom HTTP-Server 61 unterstützten HTTP-Version auch den MIME-Type und die Kodierung der angeforderten Datei enthält. An diesen Kopf im ASCII-Format wird vom HTTP-Server 61 der Inhalt der angeforderten Datei angefügt . Nachdem der HTTP- Server 61 die komplette Datei gesendet hat, schließt dieser die vom HTTP-Client 60 geöffnete TCP-Verbindung wieder 63. Dieser Vorgang kann sich beliebig oft wiederholen.
Die folgende Zusammenstellung zeigt den Ablauf eines typischen HTTP-Zugriffs:
1. „connection" (Verbindungsaufbau)
• WWW-Client baut eine TCP/IP-Verbindung zum WWW-Server auf
2. „request" (Anforderung)
• Angabe einer Zugriffsmethode (GET, HEADER, POST...)
• Spezifikation des gewünschten Dokumentes mittels URL
• Zusatzinformationen in Form von MIME-Header
• Daten (bei POST)
3. „response" (Antwort)
• Header mit Statuscode
• Zusatzinformationen in Form von MIME-Header • Dokument in HTML-Format
• Daten in sonstigen Formaten (Bilder, Sound...)
4.„close" (Verbindungsabbau)
• Im Normalfall vom HTTP-Server aus, nach Datenübertragung
• Im Spezialfall vom HTTP-Client aus (Übertragungszeit , Speicherplatz)
Hierbei besteht die „request line" aus drei Textfeldern, welche durch Leerzeichen getrennt sind. Das erste Feld spezifiziert die Methode (oder das Kommando) . Das zweite Feld spe- zifiziert den Namen der Quelle (ist die URL ohne die Angabe des Protokolls und des Hosts) . Das letzte Feld spezifiziert die verwendete Protokollversion des HTTP-Clients 60, beispielsweise HTTP/l.O. Die „request header fields" übergeben zusätzliche Informationen über die Anfrage und den HTTP- Client 60. Die Felder werden als eine Art RPC-Parameter benutzt. Jedes Feld besteht aus einem Namen, gefolgt von eine Doppelpunkt und dem Feldwert. Die Reihenfolge der „header fields" ist hierbei nicht wichtig. Der „entity body" wird manchmal von HTTP-Clients 60 verwendet, um größere Informati- onspakete an den HTTP-Server 61 zu senden.
Dateicache
Um eine möglichst effiziente Arbeit der Cacheverwaltung 43 zu ermöglichen, arbeitet der Dateicache 45 nicht wie üblich mit der URL, dem Datum und der Lebensdauer der zu verwaltenden Dateien, sondern nutzt weitere Kriterien zur Identifizierung einer Datei . Würden nur die drei genannten Kriterien für den Entscheid verwendet werden, ob eine lokal im Dateicache vor- handene Datei mit der im Feldgerät verfügbaren Datei identisch ist, dann wäre für die Durchführung dieses Tests ein Vergleich der genannten Dateimerkmale erforderlich. Dazu müsste für jede Datei der Kopf aus dem Feldgerät angefordert werden. Da das Dateisystem der Feldgeräte FG1...FGN jedoch nur als Einheit in Form eines KON-Dateien (konvertierte Dateien - Format der in die Nutzereinrichtungen N1...NN ladbaren Dateien) geladen werden kann, ist ein solcher Vergleich nicht für jede Datei erforderlich. Eine Ausnahme bilden hier die dynamisch in den Feldgeräten FG1... FGN erzeugten Dateien, beispielsweise die Datei MLFB.TXT (MLFB - Maschinenlesbare Fabrikantenbezeichnung) , die nicht aus dem Dateisystem der Feldgeräte FG1... FGN ausgelesen, sondern aus der im jeweili- gen Feldgerät FG1, ... bzw. FGN eingestellten MLFB generiert wird.
Als Unterscheidungsmerkmal zwischen diesen beiden Dateiformen, nämlich den statischen Dateien und den Dateien mit dyna- mischen Daten, dient ein Eintrag in einer Datei „noca- che.txt". Alle dynamisch in den Feldgeräten FG1... FGN erzeugten Dateien müssen in dieser Datei aufgeführt sein. Statische Dateien werden vom HTTP-Server HS1...HSN der Feldgeräte FG1... FGN mit einer unendlichen Lebensdauer gekennzeich- net . Im folgenden ist ein Beispiel für den Inhalt der Datei „nocache.txt" gezeigt:
/mlfb.txt: MLFB, BF-Nr., Displaytyp /textpool . zip: gerätespezifische Texte für Applets (mehrsprachig)
/ver.txt: Version, Datum /chartab. jar : Gerätezeichensatz
Die Datei „ver.txt" kann hierbei den folgenden Inhalt aufwei- sen/anzeigen:
V01.01.01
Tue, 24 Oct 2000 07:50:00 GMT
Slot-Protokoll des Proxyservers Das Slot-Protokoll 48 (vgl. Figur 8) dient der Anbindung des Proxyservers 1 an die Feldgeräte FG1... FGN in einer Anordnung mit Sternkoppler nach Figur 7. Das Slot-Protokoll 48 gliedert sich in die beiden Bereiche (i) Geräteerkennung und (ii) Arbitierung der Sternkoppleranordnung. Die Geräteerkennung dient der automatischen Erkennung aller an den Sternkoppler 39 angeschlossenen Feldgeräte FG1...FGN. Die Arbitierung muss Kollisionen von Datagrammen unterschiedlicher Feldgeräte FG1...FGN auf der KommunikationsVerbindung zwischen dem Pro- xyserver 1 und den einzelnen Feldgeräten FG1... FGN verhindern.
Im folgenden wird die Geräteerkennung bei Nutzung der Sternkoppleranordnung 39 beschrieben.
Geräteerkennung
Die Geräteerkennung stellt einen Bestandteil des Slot- Protokolls 48 dar. Dieser Protokollteil belegt die serielle Verbindung exklusiv, d. h. während der Geräteerkennung darf keine andere Kommunikation auf der Modemstrecke aktiv sein. Deshalb wird die Geräteerkennung nur beim Aufbau der Modemverbindung aktiviert. Im laufenden Betrieb des Beobachtungsund Bediensystems ist dieser Protokollteil inaktiv. Die Ge- räteerkennung kann jedoch bei Bedarf aktiviert werden.
Figur 10 zeigt eine Master-Slave-Anordnung mit Sternkoppler zur Erläuterung der Geräteerkennung.
Das Slot-Protokoll 48 arbeitet nach dem Master-Slave-Prinzip. Ein Master 70 befindet sich am oberen Anschluss in Figur 10. Die unteren Anschlüsse eines Sternkopplers 71, welcher dem Sternkoppler 3 in Figur 1 entspricht, werden von jeweils einem Slave S1...SN belegt, welche den Feldgeräten FG1... FGN gemäß Figur 1 entsprechen. Der Master 70 könnte jede mögliche Adresse der angeschlossenen Slaves S1...SN abfragen und bei einer Antwort auf diese Anfrage den gefundenen Slave Sl, ... bzw. SN in die Liste der Geräte aufnehmen, die dem Master 70 bekannt sind. Diese Vorgehensweise ist jedoch bei einem Adressbereich von 32 Bit nicht mehr durchführbar. Hier wären 2^32 Abfragen erforderlich. Diese Zahl ist jedoch nicht mehr durchführbar, da hier die für diese Abfrage erforderliche Zeit die Lebensdauer der Anlage überschreiten würde. Um dennoch die an den Master 70 angeschlossenen Geräte automatisch erkennen zu können, wird das Problem erfindungsgemäß in der folgenden Weise gelöst:
Bei einem Adressierungsschema mit einer Binär kodierten Adresse mit einer fest vorgegebenen Adresslänge wird bei einer Anfrage immer ein Adressbereich abgefragt . Auf diese Anfrage antworten nur die Slaves, die sich in dem abgefragten Adress- bereich befinden. Da sich hier mehrere Feldgeräte (Slaves) im gleichen abgefragten Adressbereich befinden können, kommt es bei einer gleichzeitigen Antwort von mehreren der Slaves S1...SN in diesem Fall zwangsläufig zu einer Kollision. Diese Kollision wird bewusst in Kauf genommen und ist Bestand- teil des vorgeschlagenen Verfahrens. Aus diesem Grund prüft der Master 70 nur, ob innerhalb eines definierten Zeitraums überhaupt eine Antwort auf seine Anfrage eingegangen ist.
Beträgt der Adressraum der adressierbaren Slaves S1...SN n Bits, sendet der Master 70 jeweils eine Anfrage mit einem feststehenden Bit der Adresse und einer Maske für die anderen Adressbits aus. Mit zwei Abfragen kann getestet werden, ob sich in dem durch das feststehende Bit vorgegebenen Adressbereich Slaves befinden. Wurde auf eine Anfrage für einen Ad- ressbereich eine Antwort erhalten, dann wird die Maske um ein Bit verkleinert und für das nächste feststehende Bit mit wiederum zwei Abfragen getestet, ob sich in dem nun kleineren Adressbereich Slaves befinden. Kommt auf die Anfrage für den nun kleineren Adressbereich eine Antwort, dann ist das nächs- te Bit des Adressbereichs gefunden, in dem sich Slaves befinden. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Maske für den Adressbereich sich auf 0 Bits reduziert hat. Dann ist einer der Slaves S1...SN am Bus eindeutig identifiziert. Kommen bei einer Abfrage auf beide Zustände des gerade getesteten Bits Antworten, dann werden beide Zweige in der nächsten Iteration weiter verfolgt. Da bei einer Maskengröße von 0 Bits nur das Gerät bzw. der Slave mit der angefragten, nun vollständig feststehenden Adresse auf die gestellte Anfrage antworten kann, können bei der letzten Anfrage auch keine Kollisionen mehr auftreten, und das Antworttelegramm der zu detektierenden Slaves kann spontane Informationen über den Zustand der angeschlossenen Slaves enthalten. Figur 12 erläutert das beschriebene Verfahren noch einmal anhand eines einfachen Adressierungsschemas mit einer 4 -Bit Adresse, also für einen Adressraum vom 0 bis 15. Es wird vorausgesetzt, dass sich die Geräte mit den Adressen 3, 4 und 7 in der Anordnung befinden. Es wird mit der Abfrage vom höchstwertigen Bit begonnen. Es wird also zum einen der Adressraum 0 bis 7 und in einer zweiten Abfrage der Adressraum 8 bis 15 mit einer Abfrage getestet. Auf diese zweite Abfrage antwortet kein Gerät. Auf die erste Abfrage erhält der Master eine oder mehre- re Antworten. Deshalb wird im Adressraum 0 bis 7 die Maske um ein weiteres Bit verkleinert. Es werden also nun die Adressbereiche 0 bis 3 mit einer dritten Abfrage und 4 bis 7 mit einer vierten Abfrage geprüft. Dieser Vorgang wiederholt sich entsprechend der Darstellung in Fig. 12 so lange, bis die Ad- ressen vollständig aufgelöst und damit alle Geräte gefunden sind.
In dem beschriebenen Beispiel werden die Slaves Sl...Sn bzw. die Feldgeräte FG1... FGN mittels eines IP-basierten Proto- kolls an den Master 70 angeschlossen. Beim IP-Protokoll haben alle Busteilnehmer eine 32 Bit-Adresse. Die Adresse wird in Oktette aufgeteilt und jedes Oktett dezimal dargestellt. Die hexadezimale 32 Bit-Zahl 0x8D8D8000 entspricht also der IP-Adresse 141.141.128.0. Für den eigentlichen Vorgang zur Geräteerkennung/-abfrage wird eine rekursive Variante des im vorhergehenden Absatz beschriebenen Verfahrens verwendet. Figur 11 zeigt das Ablaufdiagramm des Verfahrens als Nassi- Sneidermann-Diagramm.
Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens wird der Test, ob ein Feldgerät (Slave) im verfügbaren Adressbereich ansprechbar ist, vorzugsweise mit Hilfe eines als solchen bekannten Request-Datagramms vom Master 70 ausgelöst. Im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren wird jedoch bewusst in Kauf genommen, dass auf ein vom Master 70 ausgesandtes Request-Datagramm mehrere der Slaves S1...SN gleichzeitig antworten. Dadurch, dass im Sternkoppler 71 alle von den Slaves S1...SN empfangenen Signale über ein logisches ODER-Gatter verknüpft werden und dieses Summensignal an den Master 70 weitergeleitet wird, kann sichergestellt werden, dass im Master 70 eine Antwort eines der Slaves S1...SN in jedem Fall erkannt wird. Wenn sich die Antwort-Datagramme mehrerer der Slaves S1...SN zeitlich überlappen, wird im Master 70 ein fehlerhaftes Datagramm empfangen. Auch dieser Fall wird als Antwort erkannt.
Mit Hilfe der Vorgabe einer maximalen Antwortzeit für die
Slaves S1...SN auf ein Request-Datagramm des Masters 70 und der Datagramm-Übertragungszeit kann eine Überwachungszeit für den Master 70 definiert werden. Erhält der Master 70 innerhalb dieser Überwachungszeit eine Antwort, dann befinden sich im angefragten Adressbereich Slaves bzw. Feldgeräte. Im Um- kehrschluss befinden sich im angefragten Adressbereich keine Feldgeräte, wenn vom Master 70 innerhalb der Überwachungszeit keine Antwort auf den Request empfangen wurde.
Da bei einer vollständigen Auflösung der Adresse im Request des Maters 70 (d.h. die Maske wird leer) nur noch einer der Slaves S1...SN antworten darf, kann in diesem Fall auch keine Kollision mehr auftreten. Damit kann in diesem Fall die Fehlersicherung des empfangenen Datagramms benutzt werden, um eine Leitungsstörung und damit eine mögliche Fehlerkennung eines angeschlossenen Slaves auszuschließen. Tritt während der Überwachungszeit nach einem Request des Masters eine Lei- tungsstörung auf, die einen nicht vorhandenen Slave vortäuscht, führt das nur zu einer Verlängerung des Vorgangs zum Abfragen, aber nicht zu einer falschen Erkennung von angeschlossenen Slaves, da diese Leitungsstörung spätestens bei der vollständigen Auflösung der Maske erkannt wird. Der folgende Absatz zeigt anhand eines Beispiels die Funktion des Verfahrens :
Test 141 141 .128.0 Mask: 255.255.128.0
Test 141 141 .0.0 Mask: 255.255.128.0
Test 141 141 .64 0 Mask: 255.255.192.0
Test 141 141 96 0 Mask: 255.255.224.0
Test 141 141 64 0 Mask: 255.255.224.0
Test 141 141 80 0 Mask: 255.255.240.0
Test 141 141 88 0 Mask: 255.255.248.0
Test 141 141 80 0 Mask: 255.255.248.0
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.252.0
Test 141 141 86 0 Mask: 255.255.254.0
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.254.0
Test 141 141 85 0 Mask: 255.255.255.0
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.255.0
Test 141 141 84 128 Mask: 255.255.255.128
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.255.128
Test 141 141 84 64 Mask: 255.255.255.192
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.255.192
Test 141 141 84 32 Mask: 255.255.255.224
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.255.224
Test 141 141 84 16 Mask: 255.255.255.240
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.255.240
Test 141 141 84 8 Mask: 255.255.255.248
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.255.248
Test 141 141 84 4 Mask: 255.255.255.252
Test 141 141 84 0 Mask: 255.255.255.252
Test 141 141 84 2 Mask: 255.255.255.254
Test 141 141 84 3 Mask: 255.255.255.255
Test 141 141 84 2 Mask: 255.255.255.255
Found 141 141 84 2
Test : 141 141 84 0 Mask: 255.255.255.254 Test 141 141 80.0 Mask 255.255 252.0
Test 141 141 82 .0 Mask 255 .255 254 .0
Test 141 141 80 .0 Mask 255 .255 254 .0
Test 141 141 81 .0 Mask 255 .255 255 .0
Test 141 141 80 0 Mask 255 .255 255 0
Test 141 141 80 128 Mask 255 255 255 128
Test 141 141 80 192 Mask 255 255 255 192
Test 141 141 80 128 Mask 255 255 255 192
Test 141 141 80 .160 Mask 255 .255 255 .224
Test 141 141 80 .176 Mask 255 .255 255 .240
Test 141 141 80 .160 Mask 255 .255 255 .240
Test 141 141 80 .168 Mask 255 .255 255 .248
Test 141 141 80 .160 Mask 255 .255 255 248
Test 141 141 80 .164 Mask 255 .255 255 252
Test 141 141 80 .166 Mask 255 .255 255 254
Test 141 141 80 164 Mask 255 .255 255 254
Test 141 141 80 165 Mask 255 .255 255 255
Test 141 141 80 164 Mask 255 .255 255 255
Founc 1: 141 141 80 164
Test 141 141 80 160 Mask 255 255 255 252
Test 141 141 80 162 Mask 255 255 255 254
Test 141 141 80 163 Mask 255 255 255 255
Founc 1: 141 141 80 163
Test 141 141 80 162 Mask 255 255 255 255
Test 141 141 80 160 Mask 255 255 255 254
Test 141 141 80 161 Mask 255 255 255 255
Founc I: 141 141 80 161
Test 141 141 80 160 Mask 255 255 255 255
Founc 1: 141 141 80 160
Test 141 141 80 128 Mask: 255 255 255 224
Test 141 141 80 0 Mask: 255 255 255 128
Test 141 141 64 0 Mask: 255 255 240 0
Test 141 141 0.0 Mask: 255 255 192 0
58 Abfragen Die Abfragen schlössen den Adressraum 141.141.0.0 bis 141.141.255.255 ein. Es wurden die Geräte mit den folgenden Adressen gefunden: 141.141.84.2 141.141.80.164 141.141.80.163 141.141.80.161 141.141.80.160
Figur 12 illustriert den dargestellten Vorgang in Form einer Baumdarstellung, wobei die fett umrahmten Felder die Abfragen kennzeichnen, die von einem oder mehreren Slaves S1...SN bzw. Feldgeräten beantwortet wurden.
Broadcast-Dienst
Für die Anbindung des Proxyservers 1 an die Feldgeräte FG1... FGN kann anstelle der einfachen Architektur mit Sternkoppler 39 ein IP-basiertes Netzwerk genutzt werden. In die- sem Fall ist eine Arbitierung dieses Netzwerks durch ein Protokoll, beispielsweise das Slot-Protokoll 48, nicht erforderlich. Diese Funktion übernimmt das Netzwerk selbst. Für die Geräteerkennung können bei dieser Ausführungsform ebenfalls Funktionen des Netzwerks genutzt werden. Bei einer Netzwerk- Verbindung zwischen dem Proxyserver 1 und den Feldgeräten
FG1... FGN wird zur Selbstkonfigurierung des Beobachtungs- und Bediensystems ein Broadcast-Dienst benutzt.
In beiden Fällen des Erkennens der angeschlossenen Feldgeräte FG1...FGN, d.h. bei der Ausführungsform mit Sternkoppleranordnung und bei Nutzung eines Netzwerks, insbesondere eines LANs, wird das Erkennen bei Inbetriebsetzung des Beobachtungs- und Bediensystems automatisch ausgeführt und erfolgt ohne vorherige Parametrierung der am System beteiligten Kom- ponenten. Der Broadcast-Dienst dient zum Erkennen der an das IP- basierte Netzwerk (z. B. LAN) angeschlossenen Feldgeräte, die einen Server für ihre eigene Bedienung enthalten. Weiterhin dient der Broadcast-Dienst zum Einsammeln von in den ange- schlossenen Feldgeräten aufgetretenen spontanen Ereignissen. Der Broadcast-Dienst ist eine IP-Applikation und basiert somit auf den Funktionen des IP-Stacks und setzt auf dem UDP- Protokoll auf. Für diesen Dienst wird Serverseitig z. B. ein fest vorgegebener Port OxDOOO reserviert. Clientseitig wird dynamisch ein freier Port ausgewählt. Durch den Einsatz des Standard-UDP/IP-Protokolls kann hier auf den IP-Programmierschnittstellen von üblichen Betriebssystemen, wie z. B. MS- Windows oder Linux, aufgesetzt werden. Damit kann der Proxyserver 1 problemlos auf klassische Büroserver portiert wer- den.
Der Broadcast-Dienst ist sowohl im Proxyserver 1 als auch in den einzelnen Feldgeräten aktiv. Für den Broadcast-Dienst wird der Proxyserver 1 als Master festgelegt. Eine Konfigu- rationsabfrage ist ein vom Master abgesendetes UDP-Telegramm. Dieses Telegramm richtet sich je nach Konfiguration an eine Broadcast- oder eine Multicast-IP-Adresse . Eine Beschreibung von Broadcast- oder Multicast-IP-Adressen findet sich beispielsweise in Karanjit S. Siyan: Inside TCP/IP Third Editi- on, New Riders Publishing, Indianapolis, 1997, ISBN 1-56205- 714-6, Seite 187ff.
Alle Feldgeräte werden anschließend auf die Konfigurationsabfrage des Masters mit einem UDP-Telegramm antworten, welches die wichtigsten Konfigurationsdaten des Feldgeräts enthält. Da jetzt alle an dem IP-basierten Netzwerk angeschlossenen Feldgeräte theoretisch gleichzeitig Antworten möchten, wird es zunächst zu einigen Kollisionen auf dem genutzten Bus kommen, die durch das CSMA/CD-Verfahren (CSAM - „carrier sense, multiple access/collision detect") aufgelöst werden. Eine Beschreibung dieses Verfahrens ist ebenfalls in Karanjit S. Siyan: Inside TCP/IP Third Edition, New Riders Publishing, Indianapolis, 1997, ISBN 1-56205-714-6, Seite 97ff, zu finden. Die UDP-Antworttelegramme aller aktiven Feldgeräte werden also beim abfragenden Master innerhalb einer gewissen Zeit ankommen. Somit ist der Abfragende in der Lage festzu- stellen, wie viele und welche Feldgeräte sich im Netzwerk befinden, und kann anschließend von den Feldgeräten weitere Informationen über das HTTP-Protokoll oder andere IP-basierte Protokolle anfordern.
Der Broadcast-Dienst hat außerdem noch die Aufgabe, ein spontan in einem der Feldgeräte auflaufendes Ereignis im IP- basierten Netzwerk an die Teilnehmer des Broadcast-Dienstes zu verteilen. Da die Feldgeräte einerseits keine Information darüber besitzen, welcher Master für dieses Signal zuständig ist und es andererseits möglich sein kann, das im IP- basierten Netzwerk mehrere Master mit verteilten Aufgaben e- xistieren, wird das Ereignistelegramm als Broadcast an alle Netzwerkteilnehmer gesendet. Die Master können dieses Signal je nach Ereignistyp und Sender ignorieren oder eine Aktion auslösen, welche über ein weiteres Protokoll, z. B. HTTP, zusätzliche Informationen von dem Feldgerät abruft. Dieses Abrufen zusätzlicher Informationen am das Ereignis aussendenden Feldgerät durch den zuständigen Master dient gleichzeitig als Empfangsbestätigung des Masters. Wird ein Ereignistelegramm nicht bestätigt, dann wird es solange in regelmäßigen Abständen (beispielsweise etwa 10 s oder mit einer logarithmisch wachsenden Zeit) wiederholt bis eine Bestätigung von einem Master stattfindet.
Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens im Rahmen der Konfigurationsabfrage.
Der Proxyserver 1 sendet als Master eine Konfigurationsanfrage 72 als Broadcast an alle Teilnehmer im Netzwerk. Alle Feldgeräte FG1... FGN antworten mit einem UDP-Datagramm an die IP-Adresse des Masters, der die Konfigurationsanfrage ausgesandt hat. Dieses UDP-Datagramm enthält wie bereits darge- stellt die wichtigsten Informationen über die angeschlossenen Geräte.
Geräteverwaltung
Die Verwaltung der mit Hilfe der Geräteerkennung bei Nutzung des Sternkopplers 39 oder des Broadcast-Dienstes erkannten Feldgeräte bzw. Slaves erfolgt im Proxyserver 1 mit Hilfe der Geräteverwaltung 49 (vgl. Figur 8). Figur 14 zeigt ein sche- matisches Blockdiagramm der Anbindung der Geräteverwaltung 49 im Proxyserver 1.
Die Geräteverwaltung 49 stellt der Cacheverwaltung 43 und der XML-Datenbank 50 Informationen über die im Gerätenetzwerk er- kannten Feldgeräte FG1... FGN zur Verfügung. Dazu bezieht die GeräteVerwaltung 49 ihre Informationen über die angeschlossenen Feldgeräte FG1... FGN aus dem im Rahmen des Slot- Protokolls 48 ablaufenden Verfahrens. Auf diese Weise werden die IP-Adressen der angeschlossenen Feldgeräte FG1...FGN be- reitgestellt. Die Geräteverwaltung 49 wird vom Slot- Protokoll 48 mit den Informationen über die erkannten Feldgeräte FG1...FGN versorgt. Das Slot-Protokoll 48 liefert der Geräteverwaltung 49 nur die IP-Adressen der erkannten Feldgeräte FG1...FGN. Alle weiteren Informationen über die Feldge- rate FG1...FGN, die durch die Geräteverwaltung 49 im Proxyserver 1 bereitzustellen sind, werden mit des Herunterladens von HTTP-Daten in festgelegten Dateien aus den Feldgeräte FG1...FGN beschafft. Die Geräteverwaltung 49 stellt mit Hilfe der bekannten IP-Adressen aller erkannten Feldgeräte FG1...FGN der Cacheverwaltung 43 die folgenden Informationen über die Feldgeräte FG1...FGN zur Verfügung: Feldgeräte-Typ, Feldgeräte-Version und Version des Dateiblocks für das Beobachtungs- und Bediensystem.
Im Dateicache 45 (vgl. Figur 8) sind diese Informationen für die dort bereits gespeicherten Dateien ebenfalls vorhanden. Damit kann bei einer Anforderung einer Datei von einem be- stimmten der Feldgeräte FG1... FGN anhand dieser Informationen entschieden werden, ob die im Dateicache 45 vorliegende Datei mit der in dem Feldgerät verfügbaren Datei identisch ist, ohne den Dateikopf der angeforderten Datei aus dem bestimmten Feldgerät zu lesen. Es müssen nur die im Dateicache 45 vorliegenden Versionsinformationen für die Datei mit den Informationen aus der Geräteverwaltung 49 für die IP-Adresse des bestimmten Feldgeräts verglichen werden.
Die Anbindung der Geräteverwaltung 49 an die XML-Datenbank 50 dient der Bereitstellung von Informationen aus den Feldgeräten FG1...FGN. Diese Informationen werden in Form einer XML- Datei aus den Feldgeräten FG1... FGN geladen. Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht über die Inhalte dieser Datei:
Figure imgf000043_0001
Alle diese Informationen werden in einer Datei „DevData.xml" gespeichert. Die Geräteverwaltung 49 veranlasst ein HTTP- Herunterladen dieser Datei, wenn eines der Feldgeräte FG1... FGN vom Slot-Protokoll 48 gefunden wurde. Alle weite- ren Dateien werden von der Geräteverwaltung 49 nur dann aus dem Feldgerät geladen, wenn deren Dateipfad in dieser XML- Datei enthalten ist, d.h. es werden alle mit einem <DEV_PATH>-Tag gekapselten Dateien geladen.
Die Datei „DevData .xml" wird im Proxyserver 1 nach dem Herunterladen mit Hilfe des XSL-Parsers 54 in das interne Format des Proxyservers 1 transformiert und anschließend in der XML- Datenbank 50 des Proxyservers 1 eingetragen.
XSL-Parser
Der XSL-Parser 54 (vgl. Figur 8) dient der Erzeugung von dynamisch generierten HTML-Dateien aus der zentralen XML- Datenbank 50 des Proxyservers 1. Dazu werden lokal im Proxy- server 1 abgelegte XSL-Scripte benutzt. Die XSL-Scripte können mit Hilfe einer Admin-Seite in den Proxyserver 1 eingespielt werden.
Figur 15 zeigt die Einbindung des XSL-Parsers 54 in dem Pro- xyserver 1.
Wird über den HTTP-Server 40 eine XMl-Datei von den Nutzereinrichtungen N1...NN aus dem Intranet angefordert, dann wird diese Anforderung vom Datei-Filter 42 ausgefiltert und an das XML-Front-end HTTP 55 weitergeleitet. Dieses Front-end sucht eine zur angeforderten XML-Datei gehöriges XSL- Transformationsscript und startet den XSL-Parser 54 mit diesen beiden Dateien.
Da dynamisch generierte HTML-Seiten die verwendeten Daten immer aus der lokal im Proxyserver 1 liegenden XML-Datenbank 50 verwenden, muss der Inhalt dieser Datenbank mit den in den Geräten vorhandenen Daten abgeglichen werden. Dieser Ab- gleichprozess ist deshalb erforderlich, da viele in der XML- Datenbank 50 abgelegen Daten wie z. B. Messwerte zeitveränderlich sind. Diesen Abgleich übernimmt der Block XML-Front- end RPC-Cache 57. Bei einem Zugriff vom XSL-Parser 54 auf die XML-Datenbank 50 wird vom zwischengeschalteten XML-Front-end 57 die Gültigkeitsdauer der angeforderten Information überprüft. Ist die angeforderte Information bereits ungültig geworden, dann wird sie von der Verbindungsverwaltung 52 neu aus dem RPC-Client 53 aus dem Gerät angefordert, in der XML- Datenbank 50 aktualisiert und an den XSL-Parser 54 weitergeleitet .
Die Geräteverwaltung 49 überwacht fortlaufend den Status der am Gerätenetzwerk angeschlossenen Geräte und aktualisiert diese Informationen mittels des XML-Front-end Gerätedaten 56 in der XML-Datenbank 50.
Der XSL-Parser 54 ist das Hauptbindeglied bei der Darstellung der aktuellen, von den Feldgeräten FG1...FGN empfangenen Da- ten aus der XML-Datenbank 50. Jedes XSL-Script gibt Transformationsregeln vor, die festlegen, in welcher Weise bestimmte Daten aus der XML-Datenbank 50 in Form von HTML- Seiten in den Nutzereinrichtungen N1...NN anzuzeigen sind. Eines der Grundprinzipien von XML ist die Trennung von Inhalt und Präsentation. Ein XML-Dokument enthält nur "Inhalt", seine Präsentation muss, in Form eines Stylesheets , gesondert definiert werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten die Darstellungsinformation zu einem XML-Dokument hinzuzufügen. Diese beruhen auf zwei Grundverfahren: Entweder wird das Doku- ment gemäß eines Stylesheets in eine darstellbare Form gebracht oder das Stylesheet leitet den Darstellungsmechanismus dabei an, wie die einzelnen Elemente des Dokuments darzustellen sind. Diese beiden Grundverfahren können in verschiedener Weise variiert werden: - CSS-Stylesheet + XML-Dokument → XML-fähiger Browser Der Browser verarbeitet das Dokument und die Darstellungs- informationen in Form eines CSS-Stylesheets und erzeugt eine Präsentation.
- XSL-Stylesheet + XML-Dokument → XSL-fähiges Darstellungs- programm
Ein Darstellungsprogramm, das XSL-Stylesheets verarbeiten kann, erhält neben dem Dokument die Präsentationsinformation in Form eines XSL-Stylesheets.
- XSL-Stylesheet + XML-Dokument → XSL-Transformator -> HTML- Dokument
Das XML-Dokument wird entsprechend der Transformationsregeln eines XSL-Stylesheets von einem XSL-Transformator in ein (X) HTML-Dokument transformiert, das dann von einem Browser dargestellt werden kann.
Figur 16 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines XSLT- Prozessors (XSL - „Extended Stylesheet Language Transformation") .
Das in Figur 16 dargestellte Blockschaltbild verdeutlicht noch einmal den Datenfluss, wenn eine XML-Datei angefordert wird. Die vom Client angeforderte Datei Xview.XML wird vom HTTP-Server an den XSLT-Prozessor 54 weitergeleitet. Dieser sucht die zur angeforderten Datei Xview.XSL gehörige Datei Xview.XSL und startet den XSLT-Prozessor 54 mit diesen beiden Dateien. Soll in dem über die angeforderte Datei Xview.XML gestarteten Transformationsprozess Prozessdaten aus der XML- Datenbank 50 des Proxyservers verwendet werden, dann muss das Transformationsscript Xview.XSL einen Verweis auf diese Da- tenbank enthalten. In dem in Figur 16 dargestellten Beispiel hat diese XML-Datenbank 50 den Namen Siprogate .XML.
Da alle mit Hilfe der Nutzereinrichtungen N1...NN angezeigten Informationen bei ihrer Anforderung einen XSLT-Prozessor durchlaufen, ist es zweckmäßig, die hierbei angeforderten Informationen wie bereits beschrieben mit Hilfe des XML-Front- ends RPC-Cache 57 auf ihre Gültigkeit zu prüfen und das Re- sultat für einen Aktualisierungsmechanismus zu verwenden. Hierzu muss der XSLT-Parser so manipuliert werden, dass festgestellt werden kann, welche Daten aus den einzelnen Datenbanken bei der Gestaltung der zu erzeugenden HTML-Seite be- teiligt sind. Anhand dieser Information wird dann in einem zweiten Schritt festgestellt, ob diese Daten aktuell sind. Daraufhin werden die dazu erforderlichen Aktualisierungsmechanismen angestoßen, sofern dies notwendig ist, und im An- schluss der Parservorgang noch einmal gestartet, wobei immer nur jene Daten aktualisiert werden, die gegenwärtig in jeglicher Form einem Benutzer mit Hilfe einer oder mehrerer der Nutzereinrichtungen N1...NN angezeigt werden. Das wird dadurch erreicht, dass nur die angeforderten Daten in der XML- Datenbank aktualisiert werden. Aufgrund der möglicherweise erheblichen Gesamtgröße der XML-Datenbank 50 ergibt sich mit Hilfe dieses Mechanismus eine Reduzierung der zwischen den Feldgeräten FG1...FGN und dem Proxyserver 1 übertragenen Daten, da einerseits nur auf Anforderung und andererseits immer nur die für die jeweilige Darstellung erforderlichen Daten geholt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erfassen von mehreren Feldgeräten (FG1,
... , FGN) , die in einer Gerätekonfiguration, insbesonde- re einer Sternkoppler-Konfiguration, an ein Zentral- Gerat angeschlossen sind, wobei die mehreren Feldgeräte (FG1, ..., FGN) in der Gerätekonfiguration mit Hilfe einer jeweilige elektronischen Adresse aus einem Gesamtadressbereich von dem Zentral-Gerät elektronisch ansprech- bar sind, das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweisend: a) elektronisches Abfragen einer Hälfte eines Adressabfragebereichs mit Hilfe einer einzelnen elektronischen Anfrage von dem Zentral-Gerät an die Feldgeräte (FG1, ... , FGN) ; b) elektronisches Abfragen einer verbleibenden Hälfte des Adressabfragebereichs mit Hilfe einer weiteren einzelnen elektronischen Anfrage von dem Zentral- Gerät an die Feldgeräte (FG1, ..., FGN) ; c) Erfassen einer elektronischen Antwort von wenigstens einem der Feldgeräte (FG1, ..., FGN) aus der Hälfte des Adressabfragebereichs auf die einzelne elektronische Anfrage und/oder einer anderen elektronischen Antwort von wenigstens einem anderen der Feldgeräte (FG1, ..., FGN) aus der verbleibenden Hälfte des Adressabfragebereichs auf die weitere einzelne elektronische Anfrage mit Hilfe des Zentral -Geräts ; d) n-maliges (n > 1) Wiederholen der Verfahrensschritte a) , b) und c) für die Hälfte des Adressabfragebe- reichs, wenn im Verfahrensschritt c) eine Antwort aus der Hälfte des Adressabfragebereichs erfasst wird, und/oder für die verbleibende Hälfte des Adressabfragebereichs, wenn im Verfahrensschritt c) eine Antwort aus der verbleibenden Hälfte des Adressabfragebe- reichs erfasst wird; und e) Abbrechen des n-maligen Wiederholens nach Verfahrens schritt d) , wenn der Adressabfragebereich genau eine elektronische Adresse aus dem Gesamtadressbereich umfasst ; wobei der Adressabfragebereich beim elektronischen Abfragen gemäß den Verfahrensschritten a) bzw. b) von dem Gesamtadressbereich und bei einer Wiederholung der Verfahrensschritte a) und b) gemäß dem Verfahrensschritt d) von der Hälfte des Adressabfragebereichs und/oder der verbleibenden Hälfte des Abreißabfragebereichs einer vorhergehenden Wiederholung gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die jeweilige elektronische Adresse der Feldgeräte (FG1, ..., FGN) eine Binär-Adresse ist, so dass die Hälfte des Adressabfragebereichs und die verbleibende Hälfte des Adressabfragebereichs mit Hilfe des Festlegens eines Messbits auf einen Wert 0 bzw. 1 gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim elektronischen Abfragen gemäß den Verfahrensschritten a) und b) jeweils das Messbit und eine Bit-Maske an die Feldgeräte (FG1, ..., FGN) übermittelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bit-Maske beim n-maligen Wiederholen gemäß Verfahrensschritt d) in aufeinanderfolgenden Wiederholungen stets um ein Bit verkürzt wird und das n-malige Wieder- holen abgebrochen wird, wenn die Bit-Maske keine Bits mehr umfasst .
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die im Rahmen des Verfahrensschritts c) erfassten elektronischen Antworten bzw. die anderen elektronischen Ant- Worten in dem Zentral-Gerät mittels eines ODER-Gatters elektronisch verarbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass elektronische und/oder andere elektronische Antworten erfasst werden, die zeitlich kollidieren, derart, dass sie im wesentlichen gleichzeitig bei dem Zentral-Gerät eingehen.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Erfassen der elektronischen Antwort von dem wenigstens einen der Feldgeräte (FG1, ..., FGN) aus der Hälfte des Adressabfragebereichs und das Erfassen der anderen elektronischen Antwort von dem wenigstens einen anderen der Feldgeräte (FG1, ..., FGN) aus der verbleibenden Hälfte des Adressabfragebereichs mittels des Zentral- Geräts auf einen vorbestimmten Zeitraum nach einem Ab- senden der einzelnen elektronischen bzw. nach einem Absenden der weiteren einzelnen elektronischen Anfrage begrenzt werden.
8. Verwendung eines Verfahrens nach den Ansprüche 1 bis 7 in Steuerungs-/Fernwirksystemen von energietechnischen
Anlagen verwendet werden.
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