Forschungsprojekt Virtual Automation Networks (VAN) FDT: Verschmelzung von IT- und Automatisierungstechnik

Besonderes Augenmerk legt das VAN-Projekt auf das Betreiben virtueller Netzwerke auch über öffentliche Netze, damit weltweit verteilte Anwendungen miteinander kommunizieren können. Der Datenaustausch innerhalb des verteilten VAN-Systems basiert auf den in der IT weit verbreiteten Webservices. Aufgrund der beschränkten Ressourcen der Automatisierungsgeräte können diese Dienste in der Fabrikautomation jedoch nur eingeschränkt genutzt werden. Trotzdem ist ein allgemeiner Trend zum Einsatz von Webservices in der Automatisierungstechnik erkennbar. Dies wird u.a. durch die Spezifikation der Device Profiles for Web Services (DPWS) gefördert. In weiteren Forschungsprojekten wie (Socrades – Service-Oriented Cross-layer infRAstructure for Distributed smart Embedded devices) steht die Anwendung entsprechender Dienste für industrielle Applikationen ebenfalls im Vordergrund. Neben der Definition der Systemarchitektur beinhaltet das Projekt die Entwicklung eines Engineering-Systems zur Konfiguration und Parametrierung der vom VAN-System benötigten Daten. Das vom VAN-Team erarbeitete Konzept setzt dabei auf vorhandenen Technologien auf. So erfolgt die Konfiguration der VAN-Devices über Webservices, die mittels FDT und TCI (Tool Calling Interface) in das Engineering eingebunden werden. Anwendungen und Konfigurationsdaten weiterverwendbar Es wurde eine Systemarchitektur definiert, die die Konfiguration der VAN-Geräte auch über öffentliche Netzwerke erlaubt. Die konkreten Konfigurationsparameter sind dabei über Application Service Elementes (ASE) für die verschiedenen Anwendungsbereiche festgelegt worden. Zum Austausch der Konfigurationsdaten werden die ASE per Webservices entweder zwischen den VAN-Geräten oder zwischen Engineering-System und VAN-Gerät übermittelt. Dank der Web-Dienste lässt sich das Engineering unabhängig von der aktuellen Topologie des VAN-Systems umsetzen. Bild 2 zeigt ein VAN-System, in dem das in der VAN Domain 1 angebundene Engineering-System alle für das Netzwerk relevanten ASE-Parameter konfigurieren soll. Dabei müssen sowohl die über das lokale Netzwerk angekoppelten VAN-Geräte in VAN Domain 1 als auch die VAN-Komponenten in VAN Domain 2, die via öffentliches Netz integriert sind, erreichbar sein (Bild 2). Grundlegende Bedingung beim Entwurf des gesamten VAN-Systems war, dass existierende Anlagen auch in Zukunft verwendet und schrittweise durch neue VAN-Geräte erweitert werden können. Dies wird u.a. erreicht, indem nur die zusätzlich benötigten Konfigurationsdaten für das VAN-System definiert und in die Systemarchitektur aufgenommen werden. Vorhandene Konfigurationsdaten und Automatisierungsanwendungen wie SPS-Programme sollen weiterhin mit den etablierten Protokollen und Engineering-Systemen eingesetzt werden können. Dies impliziert, dass sich ein für VAN-Systeme nutzbares Engineering-System ebenfalls auf die zusätzlichen, durch die ASE festgelegten Konfigurationsdaten beschränkt. Integration der VAN-Erweiterungen via FDT Zwischen den Konfigurations- und Applikationsdaten der Anlagen und den VAN-spezifischen ASE-Parametern gibt es logische Abhängigkeiten. Deshalb sollte das Konzept für die Engineering-Systeme zumindest einen Ansatz zur Verfügung stellen, mit dem sich die für VAN erforderlichen Erweiterungen in bestehende Engineering-Tools einbinden lassen. Als einfachste Möglichkeit könnten die Erweiterungen im Rahmen des VAN-Projekts implementiert werden. Der erstellte Quellcode würde den Anbietern existierender Engineering-Systeme dann direkt oder als binäre Bibliothek angeboten. Da entsprechende Schnittstellen allerdings erst im Rahmen des VAN-Projekts definiert werden können, wären weitere Anpassungen im Quellcode des Engineering-Systems zur Tool-spezifischen Integration der neuen Funktionen notwendig (Bild 3). Um diesen Aufwand für jedes einzelne Engineering-System zu vermeiden, ist der Einsatz offener Standards zur Einbindung zusätzlicher Funktionen evaluiert worden. Dabei hat sich gezeigt, dass die FDT-Spezifikation (FDT) über alle Schnittstellen zur einfachen Integration der für VAN erforderlichen Erweiterungen verfügt. Obwohl die FDT-Spezifikation ursprünglich für industrielle Kommunikationsprotokolle entworfen wurde, lässt sich die Technologie ohne Erweiterungen oder proprietäre Änderungen auch zur Unterstützung der auf Webservices basierenden ASE nutzen. Die in der FDT-Spezifikation vorgesehene Aufteilung in einen gerätespezifischen Konfigurationsanteil durch ein Device DTM und den protokollspezifischen Anteil durch ein Communication DTM (Comm DTM) kommt zudem der verteilten Entwicklung der DTM von verschiedenen Projektpartnern entgegen. Per VAN Device DTM können alle ASE mit den zugehörigen Parametern konfiguriert werden. Die Kommunikation mit den VAN-Geräten über Webservices wird durch ein VAN Comm DTM realisiert (Bild 4). Auf diese Weise kann jedes vorhandene Engineering-System, das die Schnittstellen eines FDT-Rahmens beinhaltet, die für VAN notwendigen Erweiterungen einfach durch Instantiierung des VAN Device DTM und des VAN Comm DTM integrieren. Die Anpassung bestehender Implementierungen des Engineering-Systems entfällt, denn für die Einbindung werden nur die standardisierten Schnittstellen zwischen FDT-Rahmen und den DTM verwendet. TCI erlaubt den Aufruf aus Engineering-Tools ohne FDT-Rahmen Damit die Funktionalität des VAN Device DTM und des VAN Comm DTM auch in existierenden Engineering-Systemen genutzt werden kann, die keinen FDT-Rahmen zur Verfügung stellen, bietet sich ein weiterer offener Standard an. Über das Tool Calling Interface [TCI] lässt sich eine als separates Programm umgesetzte FDT-Rahmenapplikation aus einem vorhandenen Engineering-System aufrufen. TCI spezifiziert dabei, wie die Informationen über das zu konfigurierende Gerät vom Engineering-Tool an die FDT-Rahmenapplikation übergeben werden. Somit kann jedes Engineering-System, das lediglich den TCI-Aufruf unterstützt, die Konfiguration der ASE-Parameter für VAN integrieren, ohne weitere Schnittstellen implementieren zu müssen. Die Instantiierung des VAN Device DTM zur Konfiguration der Parameterwerte sowie des VAN Comm DTM für die Kommunikation über Webservices erfolgt über eine eigenständige FDT-Rahmenapplikation (Bild 5). Zur Realisierung dieses Lösungsansatzes muss die FDT-Rahmenapplikation jedoch in der Lage sein, einen Aufruf gemäß TCI-Standard entgegenzunehmen. Erfolgreiche Validierung der erarbeiteten Konzepte Die vorgestellten Konzepte wurden im Rahmen des VAN-Projekts durch prototypische Implementierungen des VAN Device DTM und des VAN Comm DTM sowie durch Einbindung in das Engineering-System Step 7 [Step7] und die FDT-Rahmenapplikation AutomationXplorer+ [AX] erfolgreich validiert. Die Software-Architektur sowie weiterführende Informationen über die im beschriebenen Ansatz eingesetzten Technologien sind im frei zugänglichen Deliverable D08.4-1 nachzulesen. Interessenten können das Dokument sowie weitere Spezifikationen hinsichtlich der VAN-Systemarchitektur und der für das Engineering-System verwendeten Interfaces von der Homepage des VAN-Projekts [VAN] herunterladen. Fazit Im Forschungsprojekt VAN wurde das Engineering eines heterogenen Netzwerks mittels der vorhandenen Integrationstechnologien FDT und TCI umgesetzt. Der kommunikative Zugriff auf ein VAN-Gerät erfolgt per Webservices, die aufgrund spezieller FDT-Komponenten im Engineering nutzbar sind. Die FDT-Komponenten können über TCI auch in existierende Engineering-Systeme ohne eigenen FDT-Rahmen integriert werden. Für ihre Entwicklung und Einbindung war keine Änderung der FDT-Spezifikation erforderlich. Ein weiteres wichtiges Ergebnis des FDT-Einsatzes ist, dass sich die Komplexität im Engineering nicht erhöht. Außerdem wurde nachgewiesen, dass FDT problemlos auf einen modernen IT-Kommunikationsstandard angewendet werden kann. Die Technologie verfügt somit über das Potenzial, um die weitere Verschmelzung der IT-Technologie mit der Automatisierungstechnik und Prozesssteuerung zu fördern. Kasten: Referenzen [VAN]: www.van-eu.eu [FDT]: www.fdtgroup.org [SOCRADES]: www.socrades.eu [DPWS]: Device Profile for Web Services, Mai 2005, specs.xmlsoap.org [TCI]: Profibus Profinet Specification: Tool Calling Interface, Version 1.0, Oktober 2006, Bestell-Nr: 2.602 [Step7] Step7 Engineering Application Software, www.automation.siemens.com, Siemens, Sept. 2009