DE69833777T2

DE69833777T2 - Webschnittstelle für eine programmierbare steuerung

Info

Publication number: DE69833777T2
Application number: DE69833777T
Authority: DE
Inventors: Dean A. Groton PAPADOPOULOS; Allan Newton Center TANZMAN; A. Richard West Newbury BAKER; Rodolfo G. Malden BELLIARDI; J. Dennis Pelham DUBE
Original assignee: Square D Co
Current assignee: Schneider Electric USA Inc
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2018-09-10
Also published as: EP0937289B1; JP2001506104A; WO1999013418A1; US6061603A; CA2271145A1; DE69833777D1; US6282454B1; CA2271145C; EP0937289A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung der Antragstellerin betrifft im Allgemeinen das Gebiet programmierbarer Steuerungen und insbesondere ein System zum Koppeln eines Netzwerks programmierbarer Steuerungen durch ein Internetz an eine Überwachungs- und Steuervorrichtung.
Verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung betrifft die folgende, allgemein übertragene, veröffentlichte Anmeldung EP0937283 , mit dem Titel "Apparatus for Controlling Internetwork Communications".
Stand der Technik
Fernüberwachungs- und Steuerungssysteme und -prozesse haben viele Formen angenommen. In der Vergangenheit sind zweckbestimmte Leitungen zur üblichsten Kommunikationsform zwischen einem Steuerungssystem und einem entfernten Standort geworden. Dies hat begrenzte Anwendung, da das Steuerungssystem nicht von mehreren Standorten zugänglich war. Modems haben einen Zugriff auf das Steuerungssystem von verschiedenen Standorten ermöglicht, aber diese Arten von Systemen sind allgemein auf das Herunterladen und Hinaufladen von Datendateien begrenzt. Die Bereitstellung einer Art von Steuerfunktion zwischen Standorten ist in dieser Art von Umgebung ziemlich beschränkt. Ferner war für einen Endbenutzer im Allgemeinen eine kundenspezifische Schnittstelle für den Zugang zu dem Steuerungssystem notwendig.
Mit der Ausbreitung des Internets und seines World Wide Webs, das eine Lieferplattform zum Organisieren von Internet-Daten durch Hypertext-Verknüpfungen bereitstellt, kann ein Kunde-Server-System gestaltet werden, das jedem Endbenutzer dieselbe Art einer benutzerfreundlichen Schnittstelle mit demselben universellen Zugang zu den Diensten auf dem Web bietet. Das Web ist ein Netzwerk von Dokumenten, die als Sites oder Seiten bezeichnet werden, die auf Server-Computern in der ganzen Welt gespeichert sind. Jede Seite enthält für gewöhnlich Text, eine gewisse Art von Multimedia-Darbietungen, wie grafische Bilder, Video oder Audio, und mögliche Hypertext-Verknüpfungen zu anderen Dokumenten. Ein Browser ermöglicht einem Benutzer, die Seiten zu lesen und mit den dazugehörigen Auswahlmöglichkeiten zu interagieren. Der Browser ist ein grafisches Software-Programm, das Befehle zu der Internet-Website sendet und die Informationen, die auf dieser Seite zur Verfügung stehen, anzeigt. Verschiedene Browser-Programme sind im Handel von verschiedenen Herstellern erhältlich.
Das Internet-Netzwerk verwendet Methoden, die dazu bestimmt sind, Tausende Universalcomputer zu bearbeiten, die ein einziges Kabel teilen, und hat daher keine Möglichkeit, einen Verkehr im Sinne seiner Zweckbestimmung oder der Bedeutung seiner Daten zu differenzieren. Das Internet ist nicht mehr länger ein Netzwerk von Computern, die ein einziges Kabel teilen, sondern vielmehr ein Web miteinander verbundener Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die sowohl Allgemeinzweckstationen als auch spezialisierte Infrastrukturkomponenten, wie Router und Firewalls beinhalten.
Die Art von Personal-Computer oder Arbeitsstation, die vom Endbenutzer für den Anschluss an das Web verwendet wird, ist bedeutungslos. Die Kommunikation über das Internet und andere Netzwerke erfordert eine von mehreren Arten von Protokollen. Protokolle, wie das Internetprotokoll (IP) sorgen für Dateiübertragungen, elektronische Post und andere Dienste. Eine Programmiersprache von Sun Microsystem, die als Java bekannt ist, gemeinsam mit Hyper Text Markup Language (HTML), die bei der Gestaltung von Layouts und Grafiken für eine Website oder Seite verwendet wird, hat die Inernet-Technologie derart erweitert, dass ein Website für dynamische Applikationen verwendet werden kann, die allgemein als Applets bezeichnet werden, die vom Endbenutzer heruntergeladen und abgespielt werden können. Diese Applets werden in einem Web-Browser interpretiert und abgespielt, und sind im Allgemeinen auf Textverarbeitung und ähnliche Zwecke begrenzt. Das Herunterladen und Abspielen von Applets kann im Vergleich zu anderen Arten kompilierter Sprachen langsam sein. Sicherheitsbestimmungen, die einem Browser auferlegt und durch die darunter liegende JAVA-Sprache durchgesetzt werden, verhindern, dass Applets bestimmte Daten von einer anderen Vorrichtung als dem Web-Server selbst erhalten können.
Programmierbare Verknüpfungssteuerungen ("programmable logic Controllers" – PLCs) werden allgemein in der Industrie und Prozesssteuerung verwendet. Viele Hersteller stellen Fabriksautomatisierungsinformationen unter Verwendung von Microsoft Windows und anderer Arten von Kommunikationsnetzumgebungen bereit. Diese Netzwerke sind für gewöhn lich langsam, sind nicht universell zugänglich und auf die Überwachung und den Datenaustausch beschränkt. Die Steuerung kann implementiert werden, aber da die Kommunikationsnetze nicht deterministisch sind, ist die Steuerung nicht in Echtzeit. Spezialisierte industrielle Netzwerke, die firmeneigene Feldbus-Alternativen verwenden, können sehr teuer sein. Es sind Umwandlungsprodukte notwendig, damit Informationen, die über diese Netzwerke befördert werden, auf einem Allgemeinzwecknetzwerk sichtbar sind. Es entstehen signifikante Installations- und andere Einsatzkosten, die mit dem Vorhandensein solcher Zwischenvorrichtungen zusammenhängen. Firewalls zwischen dem Web-Server und der Applikation sollen Sicherheitsprobleme lösen und sind nicht für eine hohe Leistung ausgerichtet. Eine Fernsteuerung von Vorrichtungen über das Internet ist aus dem Dokument WO97/18636 bekannt. Dieses offenbart die Verwendung eines eigenständigen Servers mit eigenen Schnittstellen zu bestehenden Fernsteuerungsvorrichtungen der Zielgeräte.
Es wäre wünschenswert, ein Automatisierungssteuerungssystem zu entwickeln, durch das ein Benutzer allgemeine kommerzielle Netzwerke, wie das Internet, anstelle spezieller industrieller Netzwerke zur Fernüberwachung von Automatisierungssteuervorrichtungen, wie PLCs, verwenden könnte.
Kurzdarstellung der Erfindung
Daher ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Schnittstelle zwischen einem industriellen Steuersystem und einem Web-Browser, der an ein verbindungsloses Netzwerk, wie das Internet, gekoppelt ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Fernzugriffs durch einen Web-Browser auf Informationen und Daten, die in einem industriellen Steuerungssystem mit einer programmierbaren Verknüpfungssteuerung enthalten sind.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Erfindung einen leichten Zugang über ein kommerzielles Netzwerk, wie das Internet, zu Informationen in einer programmierbaren Verknüpfungsteuerung (PLC). Der Zugang kann lokal oder weltweit unter Verwendung eines kommerziellen Web-Browsers erfolgen. Die Erfindung besteht aus einem Steuerungssystem mit wesentlichen Elementen, die, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Web-Schnittstelle, ein lokales Netzwerk und eine Netzwerk-Schnittstelle zu mindestens einem PLC-Steuerungssystem beinhalten, das ein Applikationsprogramm zur Steuerung von Ausgabeeinheiten als Reaktion auf einen Status von Eingabeeinheiten abspielt. Die Web-Schnittstelle spielt Web-Seiten von einer Ethernet-Platte, die direkt an die PLC-Rückwand gekoppelt ist, ab und enthält einen NTTP-Protokollinterpretierer, einen PLC-Rückwand-Treiber, einen TCP/IP-Stapel und einen Ethernet Board Kernel. Die Web-Schnittstelle bietet einem Benutzer an einem entfernten Standort Zugang zu der PLC-Rückwand durch das Internet. Die Schnittstelle übersetzt die Industristandard Ethernet-, TCP/IP- und HTTP-Protokolle, die auf dem Internet verwendet werden, in Daten, die für die PLC erkennbar sind. Unter Verwendung dieser Schnittstelle kann der Benutzer alle sachdienlichen Daten im Bezug auf den Betrieb der PLC abfragen, einschließlich der PLC-Konfiguration, des I/O- und Registerstatus, der Betriebsstatistiken, der Diagnose, und verteilter I/O-Konfigurationen. Aktualisierungen der Betriebs-Software können auch durch den Internetzugang heruntergeladen werden.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung, die als neuartig und nicht offensichtlich angesehen werden, gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Es wird auf die Ansprüche zur Interpretation des vollen Umfangs der Erfindung Bezug genommen, der nicht unbedingt durch eine solche Ausführungsform repräsentiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Übersichtsblockdiagramm eines typischen Systems, das das Verhältnis zwischen einem Benutzer an einem entfernten Standort und einer Internet-Website zeigt, die zur Überwachung eines Prozessteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist ein Basisblockdiagramm der vorliegenden Erfindung, das eine Internet-Schnittstelle zu einem programmierbaren Verknüpfungssteuerungssystem zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm des Web-Server-Moduls, das in 2 dargestellt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine typische Schauseite, die einem Benutzer an einem entfernten Standort unter Verwendung eines Browsers zur Verwendung steht, der die vorliegende Erfindung zur Überwachung eines programmierbaren Steuerungssystems darstellt.
Ausführliche Beschreibung
Obwohl diese Erfindung Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen haben kann, wird eine bevorzugte Ausführungsform hier im Detail beschrieben und gezeigt. Die vorliegende Offenbarung zeigt anhand eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung und soll nicht als Einschränkung der umfassenderen Aspekte der Erfindung auf die besondere beschriebene Ausführungsform angesehen werden.
1 zeigt ein Übersichtsblockdiagramm eines typischen Systems, das das Verhältnis zwischen einem Benutzer 2 an einem entfernten Standort und einer Internet-Website 4 zeigt, die zur Überwachung eines Prozessteuerungssystems 6 verwendet wird. Der Benutzer 2 hat einen Personal-Computer (PC) 8 mit einem im Handel erhältlichen Browser 10, wie einen Netscape Communication Navigator oder Microsoft Internet Explorer, der zur Betrachtung der Inhalte an der Website 4 mit Hilfe eines Monitors 12 installiert ist. Der PC stellt dem Prozessteuerungssystem 6 eine Mensch-Maschine-Fernschnittstelle ("human-machine interface" – HMI) zur Verfügung. Verschiedene Verbindungsdienste sind sofort verfügbar um die physische und elektrische Verbindung von dem PC zu dem Internet 14 selbst herzustellen. Das Internet 14 ist eine Ansammlung unabhängiger weltweiter Kommunikationsnetze, die miteinander verbunden sind und als einzelne verbindungslose Einheit dienen. Die Kommunikation beruht auf einer Kunde-Server-Basis, wobei eine Anzahl etablierter Protokolle verwendet wird, die eine Kommunikation und Dateiübertragungen zwischen dem Kunden und dem Server ermöglichen. Das am häufigsten verwendete Protokoll ist das Internetprotokoll (IP).
Die Website 4 enthält eine Netzwerk-Schnittstelle 16 mit einer einzigartigen Internetadresse 18, einem Server 20 und einem Applikationsprogramm 22. Der Server 20 dient als NTTP-Interpretierer, der eine TCP in Verbindung mit IP durch einen TCP/IP-Stapel verwendet, um mit der Netzwerk-Schnittstelle 16 und dem Applikationsprogramm 22 zu interagieren. Dies ermöglicht die Datenübertragung zwischen dem Applikationsprogramm 22 und dem Benutzer 2 durch das Internet 14. Das Applikationsprogramm stellt Daten von dem Prozesssteuerungssystem 6 bereit. Diese Daten können zur Überwachung des Steuerungsprozesses durch den Benutzer 2 an dem entfernten Standort verwendet werden. Der TCP/IP-Stapel 24 ermöglicht Datenübertragungen über das Internet 14 zwischen dem Benutzer 2 und der Website 4, die für die verschiedenen Ebenen, die von dem IP-Protokoll spezifiziert sind, erforderlich sind.
Der Benutzer 2 kann einen Anschluss an das Internet 14 unter Verwendung einer Reihe von Internet-Dienstprovidern herstellen, und gibt die Adresse der Website 4 ein, sobald der Anschluss hergestellt ist. Die Website 4 zeigt eine Homepage an, die Text enthalten kann, sowie eine bestimmte Art von Multimedia-Darbietungen, wie grafische Bilder, Video oder Audio, und mögliche Hypertext-Verknüpfungen zu anderen Dokumenten. Der Browser 10 ermöglicht dem Benutzer 2, die Seite zu lesen und mit den dazugehören Wahlmöglichkeiten zu interagieren. Der Browser 10 sendet Befehle zu der Website 4, die das Applikationsprogramm 22 zur Anzeige von verfügbaren Informationen von dem Prozesssteuerungssystem 6 verwendet. Der Browser 10 dient als Mensch-Maschine-Fernschnittstelle oder HMI-Steuerung des Prozesssteuerungssystems, wie später beschrieben wird.
2 zeigt ein Basisblockdiagramm der vorliegenden Erfindung, das die Internetschnittstelle zu einem programmierbaren Verknüpfungssteuerungssystem zeigt. Die Website 4 enthält die Netzwerk-Schnittstelle 16 mit einer einzigartigen Internetadresse 18 und einen Webserver 30. Der Webserver 30 stellt die Homepage für die Website zur Verfügung. Eine Firewall oder Sicherheitseinrichtung für das gesamte System kann in dem Webserver 30 enthalten sein, wird aber im Allgemeinen als Teil der Netzwerk-Schnittstelle 16 geführt. Zusätzlich zur Bereitstellung einer Sicherheitseinrichtung für verschiedene Seiten an der Site kann der Benutzer den Webserver 30 sperren. Ein Passwort und eine Benutzerliste werden in den anfänglichen Konfigurationsdateien bereitgestellt, die im Webserver 30 gespeichert sind, die von einem entfernten Server heruntergeladen werden. Der Schutz der Konfigurationsdatei wird dann durch den fernen Server und den Webserver 30 durch das Passwort und die Benutzerliste bereitgestellt. Der Webserver 30 stellt eine direkte Verbindung für eine programmierbare Verknüpfungssteuerung (PLC) 32 zu dem Internet 14 durch Einstecken des Webservers 30 in deren Rückwand 34 her. Der Webserver 30 stellt sowohl eine Kunden- wie auch eine Serverschnittstelle bereit. Alle Signale zwischen der PLC 32 und dem Webserver 30 gehen durch die Rückwand 34 und nicht über einen Kabelsatz, der normalerweise an Eingangs-/Ausgangsmodule angekoppelt werden muss, die selbst in die Rückwand 34 gesteckt werden. Die Rückwandsignale enthalten Adressierung, Steuerung, Daten und Energie. Der Kundenschnittstelle ermöglicht einem Benutzer, Befehle zu einem entfernen Knoten über das Internet zu senden, und die Serverschnittstelle ermöglicht eine Verarbeitung von Befehlen, die von einem fernen Knoten stammen. Die Steuerung der PLC 32 von einer fernen HMI, im Wesentlichen auf einer Echtzeitbasis, ist durch Steuerung des Datenflusses durch den Webserver 30 möglich.
Der PLC 32 sind Applikationsprogramme 36, ein Dualport-Speicher 30 und I/O-Einrichtungen 40 zugeordnet. Das Applikationsprogramm enthält ein logisches Kettenprogramm zur Steuerung der I/O-Einrichtungen 40. Der Webserver 30 dient als Knoten auf einem TCP/IP-Netz 42, der diesem ermöglicht, Befehle zu der PLC 32 zu senden und die Antwort zu empfangen. Obwohl das TCP/IP-Netz 42 in der bevorzugten Ausführungsform ein Ethernet-Netz ist, könnten andere Protokolle hohen Pegels verwendet werden. Unter Verwendung eines Webbrowsers an einem entfernten Standort durch das Internet 14 kann ein Benutzer Konfigurationsinformationen der PLC 32 steuern und einsehen.
Der Webserver 30 ist ausführlicher in 3 dargestellt. Verschiedene Komponenten stellen die notwendige Konnektivität zur Ausführung seiner Funktionen bereit. Ein Echtzeitbetriebssystem 44 steuert die Interaktion zwischen den Komponenten. Das Betriebssystem 44 ordnet die zentrale Verarbeitungseinheit ("Central Processor" – CPU) 46 verschiedenen Tasks zu, stellt ein Speichermanagement bereit, und stellt einen Satz von Nachrichtendiensten und Signaldiensten bereit. Die Nachrichten- und Signaldienste ermöglichen eine Kommunikation zwischen Tasks und zwischen Treibern und einem Task. Der Anschluss an das TCP/IP-Netz 42 erfolgt durch einen Ethernet-Treiber 48, der Nachrichten über Ethernet durch einen Ethernet-Kommunikationschip, wie AM79C961, sendet und empfängt. Der Webserver hat eine einzigartige globale Adresse 18, die ermöglicht, dass er von anderen Einrich tungen auf dem Netzwerk adressiert wird. Die Kommunikation kann über ein faseroptisches Kabel oder ein verdrilltes Kabelpaar erfolgen. Der Ethernet-Treiber 48 verwaltet Sende- 50 und Empfangs- 51 Pufferspeicher im Speicher 52, und stellt eine Verknüpfung mit dem AM79C961 Ethernet-Chip her. Die Sende-, 50 und Empfangs- 51 Pufferspeicher werden beide vom AM79C961 und dem Ethernet-Treiber benützt. Der Ethernet-Treiber 48 stellt auch eine Übertragungsanforderungschnittstelle und eine Empfangsanzeigeschnittstelle zu einem TCP/IP-Stapel 54 bereit. Der AM79C961 stellt eine Übertragungswarteschlangeschnittstelle, eine Empfangswarteschlangeschnittstelle bereit, und erzeugt Unterbrechungen, wenn das Senden einer Nachricht beendet ist und wenn eine neue Nachricht empfangen wird. Der Ethernet-Treiber 48 stellt Empfangspufferspeicher in die Empfangswarteschlange. In der Unterbrechungsroutine prüft der Ethernet-Teiber 48 die Empfangswarteschlange. Wenn sich Nachrichten in der Empfangswarteschlange befinden, leitet er den Empfangspufferspeicher zu dem TCP/IP-Stapel 54. Der TCP/IP-Stapel 54 kopiert den Pufferspeicher und ruft später den Ethernet-Treiber 48 auf, den Pufferspeicher zurückzustellen und den zurückgestellten Pufferspeicher in die Empfangswarteschlange zu stellen.
Der TCP/IP-Stapel 54 ruft den Ethernet-Treiber 48 auf, eine Nachricht zu übertragen. Der Ethernet-Treiber 48 versucht, einen Pufferspeicher von dem gemeinsamen Speicher 52 zuzuordnen. Wenn dies gelingt, kopiert er die Nachricht in den Pufferspeicher und stellt den Pufferspeicher in die AM79C961 Sendewarteschlagen. Wenn kein Sendepufferspeicher vorhanden ist, lässt der Treiber die Sendenachricht fallen. In der Unterbrechungsroutine prüft der Ethernet-Treiber 48 die Sendewarteschlange und gibt die gesendeten Pufferspeicher frei.
Das TCP/IP-Netz 42 ermöglicht spezielle MSTR- (Master-) Funktionen, die Knoten auf dem Netzwerk ermöglichen, Nachrichttransaktionen einzuleiten. Diese MSTR-Funktionen enthalten Lesen und Schreiben von Daten und werden für Befehle und Antworten verwendet. Sie ermöglichen, dass Programme, die in der PLC 32 laufen, Befehle zu einem entfernten Knoten auf dem TCP/IP-Netz 42 senden, und die Antworten empfangen. Ein Rückwand-Treiber 56 sendet Befehle zu der PLC 32 und empfängt die Antwort über die Rückwand 34.
Der Rückwand-Treiber 56 empfängt eine Anforderung von den Kettenlogik-MSTR-Blöcken, die in seinem Speicher 38 gespeichert sind. Wenn eine Antwort verfügbar ist, leitet sie der Rückwand-Treiber 56 zu dem MSTR-Block zurück. Der Rückwand-Treiber 56 stellt eine Server- 58 und Kunden- 60 Schnittstelle zu Applikationen bereit. Die Serverschnittstelle 58 ermöglicht, dass eine Applikation einen Anforderungsbefehl an das Ausführungsprogramm der PLC 32 ausgibt, und die Antwort empfängt. Die Kundenschnittstelle 60 ermöglicht, dass eine Applikation eine neue MSTR-Anforderung empfängt und leitet die Antwort zu dem logischen Kettenprogramm zurück.
Die Serverschnittstelle 58 verwendet einen Warteschlangemechanismus und Rückruffunktionen. Eine Applikation stellt sowohl die Anforderung wie auch die Rückruffunktion, die mit der Anforderung verbunden ist, in eine Warteschlange. Wenn der Rückwand-Treiber 56 die Anforderung in seiner Unterbrechungsroutine bedient, ruft er die zugehörige Rückruffunktion auf. Die Antwort und die ursprüngliche Anforderung wird zu der Rückruffunktion geleitet. Die Rückruffunktion kann eine Betriebsroutine aufrufen, um entweder eine Nachricht weiterzuleiten oder die Applikation zu signalisieren.
Die Kundenschnittstelle 60 verwendet auch Warteschlangen und Rückruffunktionen. Die Kundenapplikation stellt sowohl eine Anzeigeanforderung in eine Warteschlagen wie auch eine Rückruffunktion, die der Anforderung zugeordnet ist. Wenn der Rückwand-Treiber 56 eine neue MSTR-Blockanforderung in seiner Unterbrechungsroutine erfasst, ruft er die zugehörige Rückruffunktion auf. Die Anforderung wird in die Rückruffunktion geleitet. Die Rückruffunktion kann eine Betriebssystemroutine aufrufen, um entweder eine Nachricht weiterzuleiten oder die Applikation zu signalisieren. Wenn der Rückwand-Treiber 56 erfasst, dass der MSTR-Block abgebrochen wurde oder nicht mehr länger gelöst wird, ruft er eine benutzerunterstützte zugehörige Abbruch-Rückruffunktion auf. Die Applikation ruft eine Routine auf, um die MSTR-Antwort und eine zugehörige Rückrufroutine zu dem Treiber zu leiten. Etwas später leitet der Treiber die Antwort zu dem logischen Kettenprogramm in seiner Unterbrechungsdienstroutine zurück, und ruft dann die benutzerunterstützte Rückruffunktion auf.
Die PLC 32 stellt eine Schnittstelle mit der Hardware des Webservers 30 über den Dualport-Speicher 38 her. Sie liest aus dem Dualport- Speicher 38 und schreibt in diesen unter Verwendung eines ASIC-Chips. Das Schreiben an eine spezifizierte Stelle verursacht eine Unterbrechung. Die PLC 32 schreibt zuerst eine Nachricht in den Dualport-Speicher 38 und veranlasst dann eine Unterbrechung. Die Nachricht gibt eine Art von Befehl an. Eine Art gibt an, dass ein MSTR-Block gelöst wird. Andere Arten werden dazu verwendet. Anforderungen zu der PLC 32 zu leiten, und die Antworten zu den Anforderungen zu erhalten. Sobald die PLC 32 die Nachricht weitergeleitet hat, fragt sie den Dualport-Speicher 38 nach Befehlen ab, die von dem Rückwand-Treiber 56 platziert wurden. Diese Befehle sind Lesen des Speichers, Schreiben in den Speicher und vollendete Verarbeitung. Der Rückwand-Treiber 56 verwendet Zustandsmaschinen zur Verarbeitung der MSTR-Unterbrechungen. Die maximale Anzahl aktiver MSTR-Blöcke wird in der vorliegenden Erfindung mit vier eingestellt, so dass vier Zustandsmaschinen notwendig sind. Wenn der Rückwand-Treiber 56 eine MSTR-Unterbrechung empfängt, versucht er, eine zugehörige Zustandsmaschine zu finden, die mit dem MSTR-Block übereinstimmt. Wenn bereits vier anstehende Transaktionen vorhanden sind, sind keine mehr verfügbar, und der Rückwand-Treiber 56 stellt die MSTR-Ausgänge auf falsch. Wenn eine Zustandsmaschine gefunden wird, bestimmt der Rückwand-Treiber 56, ob es sich um eine neue Transaktion, eine anstehende Transaktion handelt, oder ob eine Antwort verfügbar ist. Wenn es sich um eine neue Transaktion handelt, kopiert er die Anforderung und ruft die zugehörige Rückrufroutine der Applikation auf. Wenn es sich um eine anstehende Transaktion handelt, zeigt er dem logischen Kettenprogramm an, dass der MSTR-Block noch besetzt ist. Wenn eine Antwort verfügbar ist, kopiert der Rückwand-Treiber 56 die Antwort, stellt entweder die MSTR-Vollendung oder eine Fehlerausgabe ein, und ruft die Rückrufroutine der Applikation auf.
Zur Verarbeitung einer Anforderung werden zwei Unterbrechungen verwendet. Bei der ersten Unterbrechung, der sogenannten Präport-Unterbrechung, kopiert der Rückwand-Treiber 56 die Anforderung in eine Datenstruktur, die sich im Dualport-Speicher 38 der PLC 32 befindet. Bei der zweiten Unterbrechung, die als Abtastende-Unterbrechung bezeichnet wird, kopiert der Rückwand-Treiber 56 die Antwort von der Datenstruktur der Steuerung in den Pufferspeicher des Benutzers. Sie ruft dann die zugehörige Rückruffunktion des Benutzers auf.
Die Anforderung für einen Zugriff auf die Register der PLC 32 wird von dem Rückwand-Treiber 56 verarbeitet und nicht zu dem Ausführungsprogramm der PLC zur Verarbeitung gesendet. Der Rückwand-Treiber 56 bestimmt die Speicherstelle in dem Speicher 38 der Register der PLC 32. Bei einer Abtastende-Unterbrechung verarbeitet der Rückwand-Treiber 56 die Lese/Schreibregisteranforderungen durch das Senden von Befehlen über den Dualport-Speicher 38 zu der PLC, um die Stellen zu lesen oder zu schreiben, die die Register enthalten. Der Rückwand-Treiber 56 bedient maximal vier Lese/Schreibregisteranforderungen bei der Abtastende-Unterbrechung.
Ein Kundentask 58 ist mit dem TCP/IP-Stapel 54, dem Rückwand-Treiber 56 verknüpft und verwendet die Nachrichtendienste des Betriebssystems 44. Er verarbeitet die MSTR-Anforderung. Wenn der Kundentask 58 eine MSTR-Anforderung von dem Rückwand-Treiber 56 empfängt, leitet er die Anforderung zu dem TCP/IP-Stapel 54. Wenn der TCP/IP-Stapel 54 eine Antwort zu der Kundentask 58 zurückleitet, leitet er die Antwort zu dem Rückwand-Treiber 56.
Der TCP/IP-Stapel 54 stellt eine Berkeley TCP/IP-Schnittstelle und eine Signalextension bereit. Die Signalextension ruft eine benutzerunterstützte Funktion auf, die eine Buchsennummer, eine Task-ID und ein Ereignis zuleitet. Die Signalfunktion ruft das Betriebssystem 44 auf, eine Nachricht zu dem Task zu senden, der durch die Task-ID angezeigt ist. Sie sendet eine Nachricht entweder zu dem Kundentask 58 oder einem Servertask 60. Der Kundentask 58 meldet dem Rückwand-Treiber 56 Anforderungsanzeigen und die zugehörige Rückrufroutine ruft das Betriebssystem 44 auf, eine Nachricht zu dem Kundentask 58 für eine neue MSTR-Transaktion zu senden.
Der Kundentask 58 verwaltet mehrere anstehende MSTR-Transaktionen unter Verwendung der Zustandsmaschinen. Es gibt eine verknüpfte Liste von Verbindungszustandsmaschinen. Die Verbindungszustandsmaschinen werden zur Herstellung einer Verbindung und zum Schließen von Verbindungen verwendet. Zusätzlich enthält jede Verbindungszustandsmaschine eine Liste von Transaktionszustandsmaschinen. Jede Transaktionsmaschine an der Verbindungszustandsmaschine stellt eine Transaktion zu einem Knoten dar, der durch die Verbindungsmaschine dargestellt wird. Die Transaktionsmaschinen werden zum Senden einer Anforderung und zum Verarbeiten der Antwort verwendet. Der Kundentask 58 tritt nach der Ausführung der Initialisierung in eine Schleife ein. Er ruft das Betriebssystem 44 auf, um eine Nachricht zu empfangen. Das Betriebssystem blockiert den Kundentask 58, bis eine Nachricht vorhanden ist oder bis eine Zeitabschaltung eintritt. Er empfängt entweder eine Nachricht vom TCP/IP-Stapel 54, von einer MSTR-Rückrufroutine oder schaltet sich ab. Er verarbeitet die Nachricht der Zeitabschaltung und tritt dann wieder in die Schleife ein. Wenn die Nachricht, die von dem Betriebssystem 44 empfangen wird, eine neue MSTR-Anforderung ist, erhält der Kundentask eine Verbindungszustandsmaschine und stellt eine neue Transaktionsmaschine an das Ende der Liste der Verbindungszustandsmaschinenliste. An diesem Punkt versucht die Transaktionsmaschine, die Nachricht zu übertragen. Es könnte nicht möglich sein, die Nachricht zu übertragen, da keine Verbindung hergestellt wurde, oder da die entfernte Seite eine angewandte Flusssteuerung aufweist.
Wenn die Nachricht, die vom Betriebssystem 44 empfangen wird, ein TCP/IP-Ereignis ist, findet der Kundentask 58 die zugehörige Verbindungsmaschine und bestimmt, ob das TCP/IP-Ereignis eine akzeptierte Verbindung, eine abgebrochene Verbindung oder ein Empfangsdatenereignis ist. Aufgrund des Verbindungszustandes und des Zustandes der Transaktionsmaschine verarbeitet der Kundentask 58 die Nachricht und fährt mit den Transaktionen fort, falls welche vorhanden sind. Der Empfang von Daten für die MSTR-Antworten kann über mehrere TCP/IP-Ereignisse erfolgen, und die Transaktionszustandsmaschine stellt die Daten zu einer Antwort zusammen.
Wenn der Kundentask 58 den TCP/IP-Stapel auffordert, eine Nachricht zu übertragen, wird vielleicht nicht die gesamte Nachricht übertragen. Dies geschieht, wenn der entfernte Knoten flussgesteuert ist, wie in der Folge erklärt wird. Wenn der Aufruf an das Betriebssystem 44 zum Empfang einer Nachricht mit einer Zeitabschaltung zurückkehrt, oder wenn eine Nachricht vorhanden ist, sucht der Kundentask 58 nach der Liste von Verbindungsmaschinen, die flussgesteuert sind. Für jede flussgesteuerte Verbindung versucht er, die Transaktionszustandsmaschinen auf der Verbindungszustandsmaschinenliste, die flussgesteuert sind, vorzuschieben.
Der Servertask 60 verarbeitet eine Anforderung, die von dem Benutzer an dem entfernten Standort stammt. Der Servertask 60 ist mit dem Rückwand-Treiber 56, dem TCP/IP-Stapel 54 und den Nachrichtendiensten des Betriebssystems 44 verknüpft. Der Servertask 60 meldet Anforderungen an den Rückwand-Treiber 56 und eine zugehörige Rückrufroutine verwendet die Nachrichtdienste des Betriebssystems 44, um die Antwort zu dem Servertask 60 zu senden. Eine Signalfunktion des TCP/IP-Stapels 54 verwendet auch den Sendedients des Betriebssystems 44, um ein TUP/IP-Ereignis zu dem Servertask 60 zu senden. Der Servertask 60 kann mehrere Transaktionen und Verbindungen bearbeiten. Wie der Kundentask 58 führt er eine Liste von Verbindungsmaschinen, und jede Verbindungsmaschine enthält eine Liste von Transaktionsmaschinen. Die Verbindungsmaschinen dienen zur Verwaltung der Verbindung und die Transaktionsmaschinen verwalten die eingehenden Anforderungen und Antworten.
Der Servertask 60 tritt nach der Ausführung der Initialisierung in eine Schleife ein. Er ruft die Betriebssysteme 44 auf, um eine Nachricht zu empfangen. Das Betriebssystem 44 blockiert den Servertask 60, bis eine Nachricht vorhanden ist, oder bis eine Zeitabschaltung erfolgt. Er empfängt entweder eine Nachricht von dem Signalmanager der TCP/IP-Task 54, von dem Rückwand-Treiber 56 oder schaltet sich ab. Er verarbeitet die Nachricht oder die Zeit und tritt wieder in die Schleife. Wenn die Nachricht, die von den Betriebssystem 44 empfangen wird, von dem Signalmanager der TCP/IP-Task 54 stammt, bestimmt der Servertask 60, ob das Ereignis eine Verbindungsanforderung, ein Buchsenschließereignis oder ein Datenempfangsereignis ist. Aufgrund des TCP/IP-Ereignisses verwendet der Servertask 60 die Verbindungsmaschine und Transaktionsmaschine, um die Transaktion vorzuschieben. Empfangene Daten für eine Anforderung können über mehrere Datenempfangsereignisse auftreten, und die Transaktionsmaschine stellt die Ereignisse zu einer Anforderungsnachricht zusammen. Wenn die Antwortnachricht von dem Betriebssystem 44 empfangen wird. findet der Servertask 60 die Verbindung und Transaktionsmaschine, um die Antwort zu senden.
Wenn der Servertask 60 den TCP/IP-Stapel 54 auffordert, eine Nachricht zu senden, wird vielleicht nicht die gesamte Nachricht übertragen. Dies geschieht, wenn der entfernte Knoten flussgesteuert ist. Wenn der Aufruf an das Betriebssystem 44 zum Empfang einer Nachricht mit einer Zeitabschaltung zurückkehrt, oder wenn eine Nachricht vorhanden ist, sucht der Servertask 54 nach der Liste von Verbin dungsmaschinen, die flussgesteuert sind. Für jede flussgesteuerte Verbindung versucht er, die Transaktionszustandsmaschinen auf der Verbindungszustandsmaschinenliste, die flussgesteuert sind, vorzuschieben.
Sobald den Servertask 60 den Anfangsblock einer eintreffenden Anforderung analysiert hat, versucht er, eine Struktur zuzuordnen, um die Anforderung zu dem Rückwand-Treiber 56 zu leiten. Wenn der Servertask bereits eine vorbestimmte Anzahl anstehender Anforderungen verarbeitet, schlägt der Versuch fehl, die Verbindung wird in einen blockierten Zustand gebracht, und der Körper der Anforderung wird nicht aus dem TCP/IP-Stapel 54 gelesen. Dadurch kann der TCP/IP-Stapel eine Flussteuerung an dem entfernten Knoten anwenden. Wenn eine der anderen Anforderungen vollständig ist, bewirkt das Freie-Datenstrukturereignis, dass eine blockierte Verbindungsmaschine die Verarbeitung der eintreffenden Modbus-Anforderung fortsetzt.
Der HTTP-Task 62 ist mit dem TCP/IP-Stapel 54 und dem Rückwand-Treiber 56 verknüpft. Der NTTP-Servertask 62 empfängt eine HTTP-Anforderung von dem TCP/IP-Stapel 54. Zur Verarbeitung der Anforderung kann er auf die PLC 32 durch den Rückwand-Treiber 56 und die Rückwand 34 zugreifen. Der HTTP-Servertask 62 sendet die Anforderung über den TCP/IP-Stapel 54 zurück. Das Framework wird von dem Betriebssystem 44 geliefert. Das Framework erzeugt den HTTP-Task. akzeptiert die Verbindung und analysiert die HTTP-Anforderung. Nach der Analyse der Anforderung ruft es das Betriebssystem 44 auf, um die Anforderung zu verarbeiten. Die Verarbeitung der Anforderung beinhaltet die Bestimmung der Anforderungsart und die Verarbeitung der aktuellen Anforderung. Die verschiedenen Anforderungsarten ermöglichen dem Benutzer, einen Schnappschuss der PLC- 32 Operationen zu erhalten, indem eine Ansicht verschiedener Register in der PLC 32 und dem Dualspeicher 38 geboten wird. Diese Anforderungsarten enthalten auch eine Anzeige der PLC- 32 Konfiguration, entfernter und verteilter I/O- und Modulgesundheitsstatistiken, Anzeigeregister, Rückwandkonfiguration, Ethernet-Statistiken und anderen, wie in Tabelle 1 dargestellt ist:
TABELLE 1
Die Homepage enthält Hyperlinks zu sieben Seiten von Daten. Die Konfigurationsseite zeigt die Konfiguration der PLC 32 an. Die Seiten für den Gesundheitsstatus des Fern-I/O und des verteilten I/O-Moduls ist eine Reihe verknüpfter Seiten. Die erste Seite zeigt die Kommunikationsgesundheitsstatistik bei dem Fern-I/O- und verteilten I/O-Kopf und enthält eine Verknüpfung zu einer konfigurierten Drop-Seite. Die konfigurierte Drop-Seite zeigt eine Tabelle, die Drop-Nummern enthält, die mit einer Srop-Statusseite verknüpft sind, sowie Racknummern, die mit den Seiten für die Drop- und Rackkonfiguration verknüpft sind. Zwei Tabellen sind in der Drop-Statusseite enthalten, eine zur Darstellung des Kommunikationsstatus des Drops und die andere zur Darstellung, welche Racks mit den I/O-Modulen belegt sind. Die Seite für die Drop- und Rackkonfiguration zeigt die I/O-Module, ihre Gesundheit, und die Einsetzschlitzposition für das bestimmte Rack an. Von einem ausgewählten Modul kann ein Benutzer dessen Eingangs- und Ausgangswerte ersehen. Registerdaten werden in einer Schablone mit einer Form und einer Tabelle angezeigt, wobei der Benutzer eine Adresse und eine Länge eingibt. Die Tabelle zeigt die Registerwerte an. Eine Tabelle, die Optionsmodule und deren Einsetz schlitzposition anzeigt, wird auf der Seite für die Rückwandkonfiguration angezeigt. Die Daten, die auf den Seiten erscheinen, sind statisch, können aber automatisch zu im Voraus gewählten Zeiten aktualisiert werden.
Das Betriebssystem 44 verarbeitet diese Anforderungen und antwortet, indem es NTTP-Nachrichten durch den TCP/IP-Stapel 54 sendet. Die Verarbeitung einiger dieser Anforderungen beinhaltet das Lesen des "Traffic Cop" der PLC, der Register, Spulen oder verschiedener Seite-Null-Positionen, wo Statistiken gehalten werden. Zur Ausführung dieser Lesevorgänge sendet das Betriebssystem 44 eine Anforderung an den Rückwand-Treiber 56 und verwendet einen Ereignissignalmechanismus und Ereignis-Flags zur Bestimmung, wann die Anforderung vollendet ist. Nach dem Senden der Anforderung zu dem Rückwand-Treiber 56 wartet das Betriebssystem 44 auf das Senden eines Ereignis-Flags. Wenn der Rückwand-Treiber die Anforderung beendet, ruft der Rückwand-Treiber 56 eine Rückrufroutine auf, die das Ereignis einstellt. Das Betriebssystem 44 nimmt dann die Verarbeitung der Anforderung wieder auf.
Eine Schauseite, die einiges der Hardware darstellt, die physisch an ein programmierbares Verknüpfungssteuerungssystem angeschlossen ist, kann unter Verwendung verschiedener grafischer Programme konstruiert werden, die leicht verfügbar sind, und die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einem Benutzer an einem entfernten Standort, unter Verwendung eines Browsers die Schauseite zu betrachten und tatsächlich verschiedene Komponenten zu steuern, die in der Schauseite dargestellt sind. 4 zeigt eine einfache Motor-Start-Stopp-Steuerung in Form eines logischen Kettendiagramms, das als Schaubild für einen Benutzer verfügbar sein könnte. Durch Drücken eines Motorstart-Tastschalters 150 wird ein Motorstartrelais 152 durch einen normalerweise geschlossenen Stopp-Tastschalter 154 und einen normalerweise geschlossenen Überlastkontakt 156 erregt. Ein Hilfsmotorstartkontakt 158 verriegelt das Relais 152 nach Freigabe des Starttastschalters 150 und ein Kontrolllicht 150 leuchtet auf. Ein Hilfsmotorstartkontakt 162 versorgt einen Pumpenmotor 164 mit Energie, der läuft, bis der Stopp-Tastschalter 154 gedrückt wird oder ein Überlastrelais 166 einen Überlastzustand erfasst. In diesem Beispiel sind der Start-Tastschalter 150, der Stopp-Tastschalter 154, der Überlastkontakt 156, die Hilfsmotorstartkontakte 158 und 162, und das Überlastrelais 166 Eingänge in das programmierbare Verknüpfungssteuerungssystem. Das Relais 152, das Kontrolllicht 160 und der Pumpenmotor 164 sind Ausgänge. Die PLC hat die Register, die die Animationsdaten für die Eingänge und Ausgänge enthalten. Ein Applikationsprogramm in der PLC antwortet auf die Eingänge zur Steuerung der Ausgänge.
Ein Benutzer an einem entfernten Standort durchsucht das Internet nach der Homepage für die Installation des programmierbaren Verknüpfungssteuerungssystems. Die PLC hat auch andere Steuerfunktionen, und wenn der Benutzer die notwendigen Berechtigungen hat, stehen ihm verschiedene Optionen zur Verfügung. Die Homepage ermöglicht dem Benutzer, einen Schnappschuss der PLC-Operationen zu erhalten, indem er verschiedene Seiten betrachtet, die einen Zugang zu Registern in der PLC ermöglichen. Andere Seiten enthalten auch Anzeigen der PLC-Konfiguration, der Gesundheitsstatistiken der entfernten und verteilten I/O-Module, von Anzeigeregister, der Rückwandkonfiguration, Ethernet-Statistiken und anderen, wie zuvor in Tabelle 1 dargestellt ist.
Die Schaudiagrammseite wird auf einem Browser-Schirm aufgerufen, die dem Benutzer ermöglicht, den Status des Systems zu betrachten. Das Licht 160 des Schaudiagramms, das Relais 152, die Kontakte 158, 152 und der Pumpenmotor 164 werden aktualisiert, um dem Zustand der tatsächlichen Einrichtungen zu entsprechen. Die Zustände der Eingänge und Ausgänge werden dann auf dem Kettendiagramm angezeigt, das automatisch aktualisiert wird, wenn sich diese ändern. Durch die Verwendung von Applets, die den Start- 150 und Stopp- 154 Schalter darstellen, könnte der Benutzer das Starten und Stoppen des Motors unter Verwendung einer Maus oder Tastatur manuell steuern, indem ein Läufer positioniert und entweder auf den Start- 168 oder Stopp- 170 Kasten geklickt wird.
Obwohl die spezifischen Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, sind zahlreiche Modifizierungen möglich, ohne vom Umfang der Erfindung Abstand zu nehmen.

Claims

Schnittstellenmodul zum Erlauben des Zugangs zu einem programmierbaren Verknüpfungssteuerungssystem von einem Kommunikationsnetz an einem entfernten Standort, wobei das Schnittstellenmodul für die Installation in einem Steckschlitz geeignet ist, der durch eine Rückwand (34) mit einer programmierbaren Verknüpfungssteuerung verbunden ist, wobei das Modul Folgendes umfasst: A. einen Mikroprozessor (46); B. ein Echtzeitbetriebssystem (44); C. Mittel zum Koppeln des Schnittstellenmoduls an das Kommunikationsnetz; D. Mittel zum Koppeln des Schnittstellenmoduls an die Rückwand und zum Übertragen von Daten zwischen dem Schnittstellenmodul und der programmierbaren Verknüpfungssteuerung (32); E. Mittel zum Verarbeiten von Datenanforderungen, die vom entfernten Standort über das Kommunikationsnetz empfangen werden; F. Mittel zum Freigeben von Datenübertragungen zwischen dem entfernten Standort und dem programmierbaren Verknüpfungssteuerungssystem: und G. Mittel zum Verknüpfen eines Protokolltasks mit der Rückwand, mit dem Verknüpfungsmittel zum Empfangen einer Datenanforderung vom Freigabemittel, für den Zugang zum programmierbaren Verknüpfungssteuerungssystem für die angeforderten Daten, und zum Senden einer Antwort zum entfernten Standort durch das Freigabemittel, wobei die Antwort in einem Framework ist, das durch das Betriebssystem bereit gestellt ist.
Schnittstellenmodul nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationsnetz ein weltweites Netz ist, das als Internet bekannt ist, das ein Internetprotokoll (IP) verwendet.
Schnittstellenmodul nach Anspruch 2, wobei das Schnittstellenmodul wie eine Website (30) im Internet funktioniert, wobei das Schnittstellenmodul eine globale IP-Adresse umfasst.
Schnittstellenmodul nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Netzkoppelmittel einen Netzwerktreiber (48) umfasst, um Datenanforderungen von einem Browser im Internet zu empfangen und eine Antwort zurück zum Browser zu senden.
Schnittstellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rückwand-Koppelmittel einen Rückwand-Treiber (56) zum Koppeln des Schnittstellenmoduls an den Rückwand-Treiber umfasst und ein Mittel für den Zugang zu einem Dualport-Speicher (38) in der programmierbaren Verknüpfungssteuerung zum Übertragen von Daten zwischen dem Schnittstellenmodul und der programmierbaren Verknüpfungssteuerung (32).
Schnittstellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenanforderungs-Verarbeitungsmittel einen Kundentask (58) zum Initiieren von Anforderungen, die vom Kommunikationsnetz empfangen werden, umfasst und einen Servertask (60) zum Verarbeiten von Datenanforderungen, die vom Kommunikationsnetz empfangen werden.
Schnittstellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Datentransferfreigabemittel einen Protokollstapel umfasst, der ein Übertragungskontrollprotokoll (TCP)-Stapel (54) verwendet.
Schnittstellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Protokolltask-Verknüpfungsmittel einen Servertask (62) umfasst, die ein Hypertext-Übertragungsprotokoll (HTTP) verwendet, um dem Netzkoppelmittel Hypertextdokumente zu übermitteln.
Schnittstellenmodul nach Anspruch 8 wobei das Framework einen HTTP-Task erstellt, eine Verbindung akzeptiert, die HTTP-Anforderung analysiert und das Echtzeitbetriebssystem aufruft, um die Anforderung zu verarbeiten.
Schnittstellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenanforderungen es einem Benutzer an einem entfernten Standort erlauben, Daten in der programmierbaren Verknüpfungssteuerung vom Browser im Internet anzuzeigen.
Schnittstellenmodul nach Anspruch 10, wobei die Datenanforderungen ferner Anforderungen für Anzeigen der Konfiguration der programmierbaren Verknüpfungssteuerung und dem Status von Eingabe- und Ausgabeeinheiten umfassen, die mit der programmierbaren Verknüpfungssteuerung verbunden sind.