[发明专利]在自动化网络的两个设备之间交换数据的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在网络的两个设备之间交换数据的方法，该方法利用具有基于OPC-UA标准的接口的通信协议来交换数据。本发明还涉及一种用于在两个设备之间交换数据的装置以及一种具有至少两个设备和这种装置的网络。

背景技术

图1示出自动化网络的示意性视图。在自动化技术设备的所谓现场级上有多个设备8，这些设备接收传感器10的数据并且将合适的控制数据发送至执行器9。在此，设备8能够作为独立的计算机与传感器10和执行器9处于有效联系，或者设备8可以指的是嵌入的系统。设备8能够特别地支配其各个自身的控制技术固件。除此之外，示例性显示了存在于控制级（SPS）中的计算机7。计算机7和设备8被用于控制或者调节设备的配属的机器。在自动化技术网络内部，它们处于所谓的现场网络4的或者说现场控制网络（Plant Floor Network）3的子网络上。

在现场控制网络3和自动化网络2之间，通过具有数据采集与监视控制系统（SCADA）的计算机6形成连接。因此，计算机6是过程控制级的一部分，通过过程控制级，监视并且控制现场控制网络3或者说现场网络4中的技术进程。

在自动化技术网络的上一级中，可以设置计算机5作为企业网络1的一部分。该计算机可以包括制造执行系统（MES），并且因此是工厂控制级的一部分。可替换地可以设计为，计算机5作为企业级的一部分而配备有企业资源计划（ERP）系统。这种用在办公室级（Büroebene）中的ERP系统提供综合的软件，用于支持企业的资源计划（例如SAP系统）。

对于办公室级上的网络通信常见的是，使用非实时性的星形系统（Sternsystem）。作为网络通信中的新标准，在计算机6的SCADA系统和计算机5的ERP系统之间建立了根据OPC原理的规格的所谓的OPC统一架构（OPC-UA）系统。在根据OPC-UA的数据通信中，会以质量评判数据（数值），应被用于数值更新的比率也属于质量。只传输发生变化并且触发其属性的那些数据，即必须传输相应的数值。因此，OPC-UA提供基于事件的通信。在此，例如在标准以太网、TCP/IP（传输控制协议/因特网互联协议）或者基于http的网络中所熟知的，OPC-UA基于远程过程调用（RPC）机制。根据RPC机制，客户端的询问到达服务器，以调用在该服务器上处理该询问的过程。只有当询问的处理结束，并且从服务器发送答复到客户端上时，该客户端才能继续被询问中断的进程。这涉及到分散的系统中进程间通信（IPC）的传统通信架构。并行的进程在因果关系上彼此相关联。

与此相反，OPC-UA识别所谓的订阅机制。其中，接收器从发送器处订阅信息或者说数据的特定选择。如果出现信息量或者子数据选择的变化，则发送器自主地将该变化发送至接收器。该机制能够被参数化，这是因为例如能够预先规定最早应以何种时间间隔发送这些变化。

利用OPC-UA为工业提供了标准协议，借助于该标准协议，一方面可以在信息模型中为极其不同的信息（警报、过程值等）建模，并且另一方面也可以传输这些信息。对此，存在所谓的服务集和服务，使对应的功能性可用。利用OPC-UA第一次也可能将这种轻松的信息传输用于嵌入式区段。这使OPC-UA在信息建模领域成为极有用的工具。

现今，OPC-UA主要用于自动化网络2中，例如用于SCADA系统中，而对于现场控制网络3或者说现场网络4中的通信协议则存在完全不同的要求。在自动化技术中，需要越过通信线路同步多个设备8。对于该同步的要求非常多样化。它们达到硬性的实时要求，例如对于同步造纸厂的驱动轴而言。特别是在车间中（在此，现场级出现在办公室级上），通常已经使用基于以太网TCP/IP的基础设施，例如用于总控系统（Kopfsteuerung）和/或SCADA/MES系统之间的通信。

在这些情况下，通常使用所谓的时钟脉冲协议。这表示：时间被拆分为时间片段，并且精确地预先计划，哪一设备在一个时间周期内应如何发送以及发送多少。在通信参与者之间交换周期过程图（具有输入/输出值的表格）。在此，下列规则是适用的：周期越短（脉冲越高），则同步性越好并且必须持续传输更多数据。时钟频率的加倍引起整体通信数量的翻倍。在每个周期中始终发送所有数据，这与所有值是否符合同一个时间要求或值是否发生了改变无关。自动化技术中的这一通信原则在现场级上是常见的，以能够满足在此起作用的硬性的实时要求。