WO2017077013A1

WO2017077013A1 - Control device having a control program and an equipment configuration for operating a piece of automation equipment

Info

Publication number: WO2017077013A1
Application number: PCT/EP2016/076625
Authority: WO
Inventors: Reinhard Langmann; Michael Stiller; Leandro ROJAS-PENA; Markus Brass; Martin Franke
Original assignee: Hochschule Duesseldorf; Universitaet Augsburg
Current assignee: Hochschule Duesseldorf; Universitaet Augsburg
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2018-05-04

Abstract

The invention relates to a control device for operating a piece of automation equipment having a logical control program portion (control program) and a program portion for configuring the input/output equipment (equipment configuration) and also a runtime machine, connected to a network, in which the control program and the equipment configuration are executed at runtime in the runtime machine, characterized – in that the control program (SP), the runtime machine (RT), an input/output router (EAR) and an input/output configuration file (EAK) are stored as separate modules in a cloud, – in that the runtime machine (RT) is loaded with the control program (SP) into a first computer on the network (computer 1) and the input/output router (EAR) is loaded with the input/output configuration file (EAK) into a second computer on the network (computer 2), and they are executed therein.

Description

Steuerungseinrichtung mit einem Steuerungsprogramm und einer Gerätekonfiguration zum Control device with a control program and a device configuration for

Betreiben eines Automatisierungsgerätes Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung mit einem Steuerungsprogramm und einer Gerätekonfiguration zum Betreiben eines Automatisierungsgerätes nach dem Oberbegriff des Erfindungsanspruchs 1 . Operating an Automation Device The invention relates to a control device having a control program and a device configuration for operating an automation device according to the preamble of claim 1.

Eine Steuerungseinrichtung ist i.d.R. Bestandteil eines Automatisierungssystems, kann aber auch für die Steuerung (Automatisierung) einfacher technischer Prozesse (z.B. Raumlichtsteuerung) bereits selbst das ganze Automatisierungssystem bilden. A controller is i.d.R. Part of an automation system, but also for the control (automation) of simple technical processes (for example, room lighting control) already form the entire automation system itself.

Klassische Automatisierungssysteme sind hierarchisch aufgebaut und nach Ebenen strukturiert, wobei Steuerungssysteme in der prozessnahen Ebene angeordnet sind und direkt auf die Prozessdaten des technischen Prozesses über Sensoren und Aktoren zugreifen. In dieser prozessnahen Ebene befinden sich auch andere Feldgeräte wie Regel- und Stellgeräte, Anzeigebaugruppen, Antriebseinheiten, die den direkten Zugriff auf den technischen Pro- zess benötigen. Die prozessnahe Ebene setzt damit Prozesssignale in Prozessdaten um. Ein besonderes Kennzeichen von Steuerungen in der prozessnahen Ebene ist ihre Fähigkeit zu Echtzeitverhalten und Deterministik. Typische Vertreter solcher Steuerungen sind Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS). Eine SPS besteht dabei grundsätzlich aus einem Steuerungsprogramm (SP), häufig in der industrieüblichen Notierung nach IEC 61 131 -3, sowie einer Ausführungsumgebung, die als Runtime-Maschine (RT) das Steuerungspro- gramm ausführt. Classic automation systems are hierarchically structured and structured according to levels, whereby control systems are arranged in the process-related level and directly access the process data of the technical process via sensors and actuators. In this process-related level, there are also other field devices such as control and positioning devices, display modules, drive units that require direct access to the technical process. The process-related level converts process signals into process data. A special feature of controllers at the process level is their ability to perform real-time behavior and determinism. Typical representatives of such controllers are programmable logic controllers (PLCs). In principle, a PLC consists of a control program (SP), often in the industry-standard notation according to IEC 61 131-3, as well as an execution environment that executes the control program as a runtime machine (RT).

Das Steuerungsprogramm selbst besteht aus einem logischen Steuerungsprogrammteil sowie einem Programmteil für die Gerätekonfiguration. Beide werden zusammen in einer Engineering-Umgebung projektiert und programmiert sowie gemeinsam zur Ausführungszeit in einer Runtime-Maschine ausgeführt. The control program itself consists of a logical control program part as well as a program part for the device configuration. Both are configured and programmed together in an engineering environment and executed together in a runtime machine at execution time.

Der logische Steuerungsprogrammteil und die Gerätekonfiguration und/oder die Runtime- Maschine bilden zur Ausführungszeit eine Einheit und sind hardwaretechnisch in einem Gerät (Hardware-SPS) oder softwaretechnisch (Soft-SPS) realsiert. The logical control program part and the device configuration and / or the runtime machine form a unit at execution time and are hardware-implemented in one device (hardware PLC) or software (soft PLC).

Durch den zunehmenden Einfluss der Informations- und Kommunikationstechnologie und insbesondere der Vernetzung aller Komponenten eines Automatisierungssystems über IP- Netze (IP - Internet Protocol) entwickelt sich in der Fachwelt die Auffassung, dass sich die klassische Automatisierungspyramide zunehmend in eine„flache" Automatisierungs"wolke" auflöst. Es besteht nach VDI/VDE-GMA: Cyber-Physical Systems: Chancen und Nutzen aus Sicht der Automation. - Thesen und Handlungsfelder, April 2013 dazu die Auffassung, dass sich mittelfristig, beginnend in den höheren Ebenen der Automatisierungspyramide (prozessferne Ebene), zunehmend Funktionalität in eine vernetzte Cloud verlagern wird. Dies wird zuerst Automatisierungsfunktionen mit unkritischem Zeitverhalten betreffen. Es wird aber auch nicht ausgeschlossen, dass zukünftig Funktionen aus der prozessnahen Ebene unter Berücksichtigung der Reaktionszeit des zu automatisierenden technischen Prozesses in einer Cloud realisiert werden können. Gestützt wird dieser Trend auch durch die Aussagen in Gershon, S.: Control in the cloud: trends in cloud Computing and their impact on the world of industrial control. - Vortrag auf der Messe Israchem 2013, http://www.contel.co.il/en/1837/, wonach zukünftig auch mit dem Einsatz von Steuerungsdiensten aus der Cloud (Control as a Service) gerechnet wird. Konkrete Informationen zur Umsetzung lassen sich aus diesen Aussagen aber nicht erkennen. Due to the increasing influence of information and communication technology and in particular the networking of all components of an automation system via IP According to the VDI / VDE-GMA: Cyber-Physical Systems: Opportunities and Benefits, networks (IP - Internet Protocol) are developing in the professional world the view that the classic automation pyramid is increasingly becoming a "flat" automation cloud In the medium term, starting with the higher levels of the automation pyramid (process-remote level), functionality will increasingly shift to a networked cloud, which will first involve automation functions with uncritical time behavior However, it is not ruled out that functions from the process level can be realized in the future, taking into account the reaction time of the technical process to be automated in a cloud.This trend is also supported by the statements in Gershon, S .: Control in the cloud: trends in cloud computing and their impact on the world of industrial con trol. - Lecture at the fair Israchem 2013, http://www.contel.co.il/en/1837/, according to which the use of control services from the cloud (Control as a Service) is expected in the future. Concrete information on the implementation can not be seen from these statements.

Unter dem Stichwort "Webtechnologie für die Automatisierung" werden seit einigen Jahren verstärkt bekannte Standardtechniken aus der Welt der Informationstechnologie für Automatisierungssysteme im Allgemeinen verfügbar gemacht und zunehmend eingesetzt. Verstärkt wird diese ganze Entwicklung durch die Empfehlungen zur Thematik Industrie 4.0 und Cy- ber-Physikal Production Systems (CPPS) als Grundlage der zukünftigen industriellen Produktion sowie auch durch die Diskussionen zum Internet der Dinge (Internet of Things). Zu den technischen Entwicklungsschwerpunkten gehören dabei insbesondere · die Nutzung des Webbrowsers als universelle Bedienschnittstelle für automatisierte Geräte, Maschinen und Anlagen, Under the heading "Web technology for automation", increasingly well-known standard technologies from the world of information technology for automation systems have in general been made available and increasingly used for some years. This whole development is reinforced by the recommendations on the topic of Industry 4.0 and Cyber-Physical Production Systems (CPPS) as a basis for future industrial production as well as through discussions on the Internet of Things. In particular, the technical development priorities include · the use of the web browser as a universal user interface for automated devices, machines and systems,

• der Einsatz von Ethernet und TCP/IP bzw. IP-Netze als vertikale und horizontale Kommunikation zwischen den Elementen eines Automatisierungssystems, The use of Ethernet and TCP / IP or IP networks as vertical and horizontal communication between the elements of an automation system,

• die Nutzung von XML als Beschreibungssprache für Protokolle, Dienste und Komponen- ten und • the use of XML as a description language for protocols, services and components and

• die Einführung des Dienstparadigmas für automatisierungstechnische Funktionalitäten. • the introduction of the service paradigm for automation functionalities.

Einige Entwicklungen beschäftigen sich damit, Automatisierungsfunktionen aus den prozessfernen Ebenen in das IP-Netz zu verlagern bzw. Geräte der prozessnahen Ebene mit Dienstschnittstellen zu versehen, damit diese in einem IP-Netz z.B. über eine Cloud genutzt werden können. Dazu gehören z.B. Lösungen aus Colombo, A. W.; u.a.: Industrial Cloud- Based Cyber-Physical Systems. - Springer International Publishing, Schweiz, 2014 üx sehr große verteilte Systeme in der Prozessautomatisierung, die das Dienstparadigma auf Basis von Webservices nutzen oder auch die„schlanke" Web-orientierte Architektur nach Langmann, R.: Automatisierungssystem im Web. - atp edition, 10/2014, S. 52 - 61, die gleichfalls einen dienstorientierten Ansatz verfolgt. Die bekannten Lösungen konzentrieren sich aber im Wesentlichen auf die prozessferne Automatisierungsebene. Auch die Patentanmeldung WO 002010043629 A1 beschäftigt sich mit der Dienst-Problematik für Automations- und/oder Produktionssysteme und setzt dazu Software-Agenten ein. Steuerungsfunktionalitäten der prozessnahen Ebene werden dabei, wie auch bei den beiden vorgenannten Lösungen, nicht genauer betrachtet. Some developments are concerned with relocating automation functions from the process-remote levels into the IP network or providing devices at the process-level with service interfaces, so that they can be used in an IP network, eg via a cloud. These include, for example, solutions from Colombo, AW; among others: Industrial Cloud-Based Cyber-Physical Systems. - Springer International Publishing, Switzerland, 2014 very good large distributed systems in process automation, which use the service paradigm based on web services or also the "lean" web-oriented architecture according to Langmann, R .: Automation System in the Web - atp edition, 10/2014, S. 52 - 61, den However, the known solutions concentrate essentially on the process-remote automation level.Also patent application WO 002010043629 A1 deals with the service problem for automation and / or production systems and uses software agents for this purpose Level are, as with the two solutions mentioned above, not considered in more detail.

In DE 102 29 923.4 wurde bereits darauf hingewiesen, dass über im Internet verteilte Pro- zessdatendienste eine Verarbeitung von Prozessdaten erfolgen kann und dafür wurde eine geeignete Anordnung angegeben. Diese betrifft aber im Wesentlichen Bedien- und Beobachtungsfunktionen für ein Automatisierungsgerät. Eine konkrete Anordnung für eine im IP-Netz verteilte Steuerungseinrichtung wird nicht angegeben. It has already been pointed out in DE 102 29 923.4 that process data can be processed via process data services distributed on the Internet and an appropriate arrangement has been specified for this purpose. However, this essentially relates to operating and monitoring functions for an automation device. A specific arrangement for a distributed in the IP network controller is not specified.

Eine Reihe von Lösungen des Standes der Technik wie z.B. die Patentanmeldungen US 020130212214 A1 , US 020100131076 A1 und DE 10201 1053757 A1 befassen sich mit dem Einsatz von Cloud-Systemen für die Automatisierungstechnik. Die Ausführung der Steue- rungsprogramme verbleibt aber weiterhin in der klassischen SPS als Gerät und es gibt auch keine Aussagen hinsichtlich von im IP-Netz verteilten Komponenten einer SPS zur Ausführungszeit der Steuerungsprogramme bzw. der Runtime-Maschine. A number of prior art solutions, e.g. the patent applications US 020130212214 A1, US 020100131076 A1 and DE 10201 1053757 A1 are concerned with the use of cloud systems for automation technology. However, the execution of the control programs still remains in the classic PLC as a device and there are also no statements regarding components of a PLC distributed in the IP network at the execution time of the control programs or the runtime machine.

Zum weiteren Stand der Technik im Umfeld der Erfindung gehören auch neue webbasierte Architekturen im Bereich der Gerätetreiber wie z.B. der Standard OPC UA. Hier geht es um die Einbeziehung von Standardtechnologien wie XML für Schnittstellen- und Protokollbeschreibungen sowie die Schaffung vereinheitlichter serviceorientierter Architekturen in der prozessnahen Ebene. Steuerungsdienste spielen dabei bisher keine Rolle. Als Alternative zu OPC UA wurde nach XPGA. - http://www.xpga.org, 19.07. 2013 eine offene Nutzergruppe XPCA (eXtensible Process Control Architecture) gebildet, die einen Zugang zu Automatisierungsgeräten auf Basis modernster Webtechnologien realisieren wollen. XPCA sieht auch explizit die Nutzung des PLCopen XML-Formats vor, um interne Steuerungsprogramme in externen (Web)Systemen abzubilden. Die Arbeiten sind allerdings noch in einem frühen Zustand und lassen keine konkreten Strukturen für entsprechende Steuerungseinrichtungen erkennen. Nach ISW der Universität Stuttgart: Industrielle CloudbASierte SteuerungsplattfOrm für eine Produktion mit cyber-physischen Systemen (piCASSO). - BMBF-Verbundprojekt, Stuttgart, http://www.projekt-picasso.de/index, 2013, soll im Projekt piCASSO eine skalierbare Steuerungsplattform für Cyber-Physische Systeme (CPS) in industriellen Produktionen erforscht und realisiert werden. Eine solche Steuerungsplattform soll skalierbare Rechenleistung bieten, die abhängig von der Komplexität der Algorithmen automatisch zur Verfügung gestellt wird. Die Projektergebnisse werden an Robotern und Fertigungsanlagen demonstriert, die über die Cloud gesteuert werden. Dabei werden klassische SPS-Steuerungssysteme genutzt, die als virtualisierte Soft-SPS in die Cloud ausgelagert werden. Die Kommunikation zu den Sensoren und Aktoren in den Anlagen erfolgt über eine Netzwerkbrücke. Auch die Arbeiten von Schmitt, J.; u.a.: Cloud-enabled Automation Systems using OPC UA. - atp editi- on, 7-8/2014, S. 34 - 40 nutzen virtualisierte Soft-SPS-Steuerungen in der Cloud und binden diese mit Webtechnologien an OPC UA-basierte Automatisierungsgeräte. Die Struktur der Steuerung (SPS) wird aber durch die Virtualisierung nicht prinzipiell verändert und die infor- mationstechnische Kapselung der Steuerungseinrichtung wird nicht aufgehoben. Damit können auch die für eine zukünftige Produktionsautomatisierung (Industrie 4.0) geforderte hohe Flexibilität, Selbstadaption und Dienstfähigkeit nur unzureichend realisiert werden. Other state of the art in the context of the invention include new web-based architectures in the field of device drivers such as the standard OPC UA. This involves the integration of standard technologies such as XML for interface and protocol descriptions as well as the creation of standardized service-oriented architectures in the process-related level. Control services have so far played no role. As an alternative to OPC UA was after XPGA. - http://www.xpga.org, 19.07. In 2013, an open user group XPCA (eXtensible Process Control Architecture) was formed, which wanted to realize access to automation devices based on state-of-the-art web technologies. XPCA also explicitly foresees the use of the PLCopen XML format to map internal control programs in external (web) systems. However, the work is still in an early state and does not reveal any concrete structures for corresponding control devices. According to ISW of the University of Stuttgart: Industrial cloud-based control platform for a production with cyber-physical systems (piCASSO). - BMBF joint project, Stuttgart, http://www.projekt-picasso.de/index, 2013, the project piCASSO aims to research and implement a scalable control platform for cyber-physical systems (CPS) in industrial productions. Such a control platform should offer scalable computing power, which is automatically made available depending on the complexity of the algorithms. The project results will be demonstrated on robots and manufacturing equipment controlled via the cloud. It uses classic PLC control systems that are outsourced to the cloud as virtualized soft PLCs. Communication to the sensors and actuators in the plants takes place via a network bridge. Also the works of Schmitt, J .; including: Cloud-enabled Automation Systems using OPC UA. - atp editi- on, 7-8 / 2014, p. 34 - 40 use virtualized soft PLC controls in the cloud and connect them with web technologies to OPC UA-based automation devices. However, the structure of the controller (PLC) is not fundamentally changed by the virtualization and the information technology encapsulation of the control device is not canceled out. This means that the high level of flexibility, self-adaptation and serviceability required for future production automation (Industry 4.0) can only be achieved inadequately.

Zusammengefasst ergeben sich aus dem Stand der Technik folgende Nachteile: In summary, the following disadvantages arise from the prior art:

• Webtechnologien werden für Steuerungseinrichtungen zwar eingesetzt, eine flexible Verteilung von Struktur und Funktion der Steuerungsfunktionalität auf der prozessnahen Ebene der Automatisierung wird aber nicht genutzt. · Für webbasierte Steuerungsdienste unter Nutzung von Cloud-Technologien als ein wesentliches Merkmal einer zukünftigen vernetzten Industrie fehlen Architekturen, Schnittstellen und Demonstrationslösungen. • Web technologies are used for control devices, but a flexible distribution of structure and function of the control functionality on the process level of automation is not used. · Web-based control services using cloud technologies as an essential feature of a future networked industry lack architectures, interfaces, and demonstration solutions.

• Verfügbare Standardtechnologien aus der Welt der vernetzten Informationstechnologien (z.B. Cloud-Systeme) werden für die Erhöhung von Flexibilität und Effizienz von Steuerungen der prozessnahen Ebene nicht bzw. nur unzureichend genutzt. • Available standard technologies from the world of networked information technologies (e.g., cloud systems) are not or insufficiently used to increase the flexibility and efficiency of near-process level controllers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Steuerungseinrichtung für das Betreiben von Automatisierungsgerä- ten anzugeben, die in der Lage ist • eine Steuerungsfunktionalität als Steuerungsdienst flexibel in einem IP-Netz zu verteilen und auszuführen, The invention has for its object to overcome the known disadvantages of the prior art and to specify a control device for operating automation devices that is capable of • to flexibly distribute and execute a control functionality as a control service in an IP network,

• durch die Integration flexibler Steuerungsdienste den Aufbau von adaptiven und wand- lungsfähigen Steuerungssystemen, wie sie für Industrie 4.0 zukünftig gefordert sind, zu ermöglichen, • to enable the development of adaptive and transformable control systems, as required for Industrie 4.0 in the future, by integrating flexible control services,

• die Konfiguration und Ausführung von Steuerungsalgorithmen auf Basis verfügbarer Industriestandards (IEC 61 131 -3) mit Mitteln standardisierter Technologien aus der IT- und Web-Welt zu ermöglichen. • to enable the configuration and execution of control algorithms based on available industry standards (IEC 61 131-3) using standardized IT and Web world technologies.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt weiterhin darin, dass sich für die Wirtschaftlichkeit von Automatisierungssystemen völlig neue Aspekte ergeben können: · Bisher erforderliche proprietäre und herstellerspezifische Steuerungen (z.B. Hardware- SPS) können bei unkritischen Echtzeitbedingungen als Hardware entfallen und werden als Software in das IP-Netz (in eine Cloud) verlagert. The particular advantage of the arrangement according to the invention further lies in the fact that completely new aspects can arise for the cost-effectiveness of automation systems: · Previously required proprietary and manufacturer-specific controls (eg hardware PLC) can be omitted as hardware in uncritical real-time conditions and be included as software in the IP Network (into a cloud).

Steuerungsfunktionalität kann zeitabhängig im IP-Netz genutzt werden. Steuerungsdienste können nach Laufzeit abgerechnet werden (Pay per Use). Dies ermöglicht neue Geschäftsmodelle für Steuerungen sowie Umverteilung von Investitions- zu Betriebsaufwand. Control functionality can be used time-dependently in the IP network. Control services can be settled at run-time (pay per use). This enables new business models for control and redistribution of investment to operating expenses.

• Systemschnittstellen innerhalb von Steuerungssystemen reduzieren sich erheblich und existieren nur noch als Softwareschnittstellen im IP-Netz. • System interfaces within control systems are significantly reduced and exist only as software interfaces in the IP network.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des Erfindungsanspruchs 1 - 8 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The object of the invention is achieved with the features of claim 1 - 8. Embodiments of the invention are characterized in the subclaims. The invention will be explained in more detail with reference to figures of the drawing. Show it:

Fig. 1 : Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Cloud sowie zwei Rechnern am Netzwerk (NW) 1: Component structure of an inventive arrangement with a cloud and two computers on the network (NW)

Fig. 2: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Webbrowser (WB) im ersten Rechner (Rechner 1 ) zur Ausführung der Runtime-Maschine (RT) mit dem Steuerungsprogramm (SP) Fig. 3: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Webbrowser (WB) im zweiten Rechner (Rechner 2) zur Ausführung des Ein-/Ausgabe-Routers (EAR) mit der Ein-/Ausgabe-Konfigurationsdatei (EAK) 2: Component structure of an arrangement according to the invention with a web browser (WB) in the first computer (computer 1) for executing the runtime machine (RT) with the control program (SP) 3: component structure of an arrangement according to the invention with a web browser (WB) in the second computer (computer 2) for executing the input / output router (EAR) with the input / output configuration file (EWC)

Fig. 4: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung mit nur einem Rechner am Netzwerk zur Ausführung von Runtime-Maschine (RT), Steuerungsprogramm 4: Component structure of an arrangement according to the invention with only one computer on the network for executing the runtime machine (RT), control program

(SP), Ein-/Ausgabe-Router (EAR) und Ein-/Ausgabe-Konfigurationsdatei (EAK) im Webbrowser dieses Rechners (SP), I / O router (EAR) and I / O configuration file (EAK) in the web browser of this machine

Fig. 5: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der der Ein- /Ausgabe-Router (EAR) und die Ein-/Ausgabe-Konfigurationsdatei (EAK) direkt in der Cloud als Instanzen ausgeführt werden. 5 shows a component structure of an arrangement according to the invention, in which the input / output router (EAR) and the input / output configuration file (EAK) are executed directly in the cloud as instances.

Fig. 6: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Runtime- Maschine mit dem Steuerungsprogramm (SP) als Instanzen direkt in der Cloud ausgeführt wird. 6: Component structure of an arrangement according to the invention, in which the runtime machine with the control program (SP) is executed as instances directly in the cloud.

Fig. 7: Komponentenstruktur eines Runtime-Steuerungsdienstes nach der erfindungsgemä- ßen Anordnung als Web-orientierter Automatisierungsdienst (WOAD) 7: Component structure of a runtime control service according to the inventive arrangement as a web-oriented automation service (WOAD)

Fig. 8: Komponentenstruktur eines Routings-Steuerungsdienstes nach der erfindungsgemäßen Anordnung als Web-orientierter Automatisierungsdienst (WOAD) 8: Component structure of a routing control service according to the inventive arrangement as a web-oriented automation service (WOAD)

Fig. 9: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung mit in die Cloud ausgelagerter erster Runtime-Teil-Maschine RT1 und erstem Steuerungsteilprogramm SP1 . Fig. 10: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die erste Runtime-Teil-Maschine RT1 im Webbrowser WB des Rechners im Netzwerk (Rechner) ausgeführt wird. 9 shows a component structure of an arrangement according to the invention with the first runtime sub-machine RT1 and the first control subprogram SP1 paged out into the cloud. 10 shows a component structure of an arrangement according to the invention, in which the first runtime sub-machine RT1 is executed in the web browser WB of the computer in the network (computer).

Fig. 11 : Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die erste Runtime-Teil-Maschine RT1 direkt in der Cloud ausgeführt wird. 11 shows a component structure of an arrangement according to the invention, in which the first runtime submachine RT1 is executed directly in the cloud.

Fig. 12: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung mit nur einer Runtime-Teil-Maschine RT1 im Web und einem Sicherheitsmodul SM im Automatisierungsgerät AG. FIG. 12: Component structure of an arrangement according to the invention with only one Runtime submachine RT1 in the Web and a security module SM in the programmable controller AG.

Fig. 13: Komponentenstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der das erste Steuerungsteilprogramm SP1 in einem beliebigen Webserver WS im Netz gespeichert ist. Fig. 14: Komponentenstruktur eines Steuerungsdienstes nach der erfindungsgemäßen Anordnung als Web-orientierter Automatisierungsdienst WOAD. FIG. 13: Component structure of an arrangement according to the invention, in which the first control subprogram SP1 is stored in the web in any web server WS. Fig. 14: Component structure of a control service according to the inventive arrangement as a web-oriented automation service WOAD.

Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figur dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschreiben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt. Hereinafter, the invention will be illustrated in more detail with reference to the figure. It should be noted that various aspects are described, which can be used individually or in combination. Ie any aspect can are used with different embodiments of the invention unless explicitly shown as a pure alternative.

Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein",„eine" und„eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird. Furthermore, in the following, for the sake of simplicity, usually only one entity will be referred to. Unless explicitly stated, however, the invention may also have several of the entities concerned. As such, the use of the words "a," "an" and "an" is to be understood merely as an indication that at least one entity is used in a simple embodiment.

In Fig. 1 sind an einem IP-Kommunikationsnetz NW ein Automatisierungsgerät AG, ein erster Rechner Rechner 1 , ein zweiter Rechner Rechner 2 und ein Cloud-System Cloud angeschlossen. Unter dem Steuerungsprogramm SP wird im Folgenden nur der logische Steuerungsprogrammteil einer Steuerung (Steuerungsalgorithmus) ohne Gerätekonfiguration verstanden. Die Runtime-Maschine RT und das Steuerungsprogramm SP sind in der Cloud gespeichert und werden von dort im Steuerungsfall in den ersten Rechner Rechner 1 geladen und ausgeführt. Die Gerätekonfiguration, bestehend aus einem Ein-/Ausgabe-Router EAR und einer Ein-/Ausgabe-Konfigurationsdatei EAK, ist gleichfalls in der Cloud gespeichert und wird von dort im Steuerungsfall in den zweiten Rechner Rechner 2 geladen und ausgeführt. Das Automatisierungsgerät AG besitzt für die Kommunikation der Prozessdaten über das IP-Netz NW einen Webconnector WC sowie eine Ein-Ausgabeeinheit für den An- schluss von Sensoren und Aktoren EA. Der Ein-/Ausgabe-Router EAR routet (verbindet) die physikalischen Prozesssignale des Automatisierungsgerätes AG auf die logischen Adressen der Prozessdaten im Steuerungsprogramm. Die entsprechenden Routing-Regeln werden bei Start des Ein-/Ausgabe-Router EAR über die Ein-/Ausgabe-Konfigurationsdatei EAK in diesen eingelesen. In Fig. 1, an automation device AG, a first computer computer 1, a second computer computer 2 and a cloud system cloud are connected to an IP communication network NW. Below the control program SP is understood in the following only the logical control program part of a controller (control algorithm) without device configuration. The runtime machine RT and the control program SP are stored in the cloud and are loaded from there in the control case in the first computer computer 1 and executed. The device configuration, consisting of an input / output router EAR and an input / output configuration file EAK, is also stored in the cloud and is loaded from there in the control case in the second computer computer 2 and executed. For the communication of the process data via the IP network NW, the automation device AG has a Webconnector WC and an input / output unit for the connection of sensors and actuators EA. The input / output router EAR routes (links) the physical process signals of the programmable controller AG to the logical addresses of the process data in the control program. The corresponding routing rules are read in at the start of the input / output router EAR via the input / output configuration file EAK.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 1 bestehen insbesondere darin, dass der Steuerungsalgorithmus und die Gerätekonfiguration aus der informationstechnischen Kapselung einer klassischen SPS herausgelöst werden und als Softwareinstanzen über eine Cloud und Web-basierte Technologien ausgeführt werden können. Damit ist die komplette Steuerungsstruktur flexibel in Echtzeit modifizierbar und Steuerungsfunktionalität kann als Steuerungsdienst im Web angeboten werden. Es ergeben sich Steuerungen, die - unter Berücksichtigung der über ein IP-Netz realisierbaren Zeit- und Sicherheitsanforderungen - die meisten Industrie 4.0-Anforderungen an Steuerungseinrichtungen abdecken kön- nen. Sowohl Steuerungsprogramme wie auch Gerätekonfigurationen können während des Betriebs on-the-fly ausgetauscht bzw. im Sinne eines„Plug&Work" ohne Zeitverzug ange- passt werden. In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung besteht die Runtime- Maschine RT und der Ein-/Ausgabe-Router EAR aus einem JavaScript-Objekt, welche als Steuerungsdienste in einer Public Cloud gespeichert sind. Als Public Cloud wird die CPS Integrationsplattform nach http://woas.ccad.eu genutzt. Von dort wird die Runtime-Maschine RT gemeinsam mit dem Steuerungsprogramm SP in einen am Netz NW angeschlossenen Server-Rechner Rechner 1 geladen und dort mittels des Frameworks node.js ausgeführt. Der Ein-/Ausgabe-Router EAR wird gemeinsam mit der Ein-/Ausgabe-Konfigurationsdatei EAK in den Webbrowser eines zweiten Rechners Rechner 2 geladen und dort ausgeführt. Als Ein-Ausgabeeinheit im Automatisierungsgerät AG wird ein embedded System WeblO 12 x In/Out von Wiesemann&Theis genutzt. Als Webconnector WC kommt ein Gateway nach Langmann, R.: Web-Connector für OPC. - A&D Kompendium 2014, S. 54 - 56, publish in- dustry vertag, zur Anwendung, welches die Prozessdaten eines OPC-Servers auf einem Websocket- Kanal für das IP-Netzwerk bereitstellt. Die Prozessdatenkommunikation erfolgt zwischen dem Automatisierungsgerät AG und dem Ein-/Ausgabe-Router EAR im Rechner 2. Das Ein-/Ausgabe-Abbild der Sensoren und Aktoren wird blockbasiert über ein Websocket- Anwendungsprotokoll zwischen dem Ein-/Ausgabe-Router EAR und der Runtime-Maschine RT über das IP-Netz NW übertragen. Als technische Anlage, die gesteuert wird, ist an der Ein-Ausgabeeinheit EA im Automatisierungsgerät AG eine Prüf- und Bearbeitungsstation angeschlossen. The advantages of the arrangement according to the invention according to FIG. 1 are, in particular, that the control algorithm and the device configuration can be detached from the information technology encapsulation of a classical SPS and executed as software instances via a cloud and web-based technologies. This means that the entire control structure can be flexibly modified in real time and control functionality can be offered as a control service on the Web. This results in controllers that can meet most of the Industrie 4.0 requirements for control equipment, taking into account the time and security requirements that can be implemented via an IP network. Both control programs and device configurations can be exchanged on-the-fly during operation or adjusted without delay in the sense of a "Plug &Work". In one embodiment of the arrangement according to the invention, the runtime machine RT and the input / output router EAR consist of a JavaScript object, which are stored as control services in a public cloud. As public cloud the CPS integration platform after http://woas.ccad.eu is used. From there, the runtime machine RT is loaded together with the control program SP into a server computer 1 connected to the network NW and executed there by means of the framework node.js. The input / output router EAR is loaded together with the input / output configuration file EAK in the web browser of a second computer computer 2 and executed there. As an input / output unit in the programmable controller AG an embedded system WeblO 12 x In / Out from Wiesemann & Theis is used. As Webconnector WC comes a gateway to Langmann, R .: Web-Connector for OPC. - A & D Compendium 2014, p. 54 - 56, publish industry vertag, on the application that provides the process data of an OPC server on a Websocket channel for the IP network. Process data communication takes place between the automation device AG and the input / output router EAR in the computer 2. The input / output image of the sensors and actuators is block-based via a websocket application protocol between the input / output router EAR and the runtime Machine RT via the IP network NW. As a technical system that is controlled, a testing and processing station is connected to the input-output unit EA in the automation device AG.

Die weiteren Anordnungen beinhalten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung. The further arrangements include embodiments of the arrangement according to the invention.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der der erste Rechner im Netzwerk Rechner 1 einen belie- bigen Webbrowser WB beinhaltet, in den die Runtime-Maschine RT geladen und gemeinsam mit dem Steuerungsprogramm SP ausgeführt wird. Damit ist es möglich, dass unabhängig von der konkreten Hard- und Software-Auslegung des Rechners 1 im Netzwerk, jeder am IP-Netz NW angeschlossene Rechner als Steuerungsrechner für das Automatisierungsgerät AG fungieren kann. Die Kommunikation der Prozessdaten erfolgt zwischen dem Automatisierungsgerät AG und dem Ein-/Ausgabe-Router EAR im Rechner 2. Da der Rechner 2 für den Ein-/Ausgabe-Router EAR server-basiert arbeitet (ohne Webbrowser), können als Vorteil beliebige industrielle Netzwerkprotokolle für den Austausch der Prozessdaten zum Automatisierungsgerät AG genutzt werden (z.B. Modbus TCP). Eine Verschlüsselung dieser Protokolle ist aber üblicherweise nicht vorgesehen. 2 shows an arrangement in which the first computer in the network computer 1 contains an arbitrary web browser WB into which the runtime machine RT is loaded and executed together with the control program SP. Thus, it is possible that regardless of the specific hardware and software design of the computer 1 in the network, each computer connected to the IP network NW can act as a control computer for the automation device AG. The communication of the process data takes place between the automation device AG and the input / output router EAR in the computer 2. Since the computer 2 for the input / output router EAR server-based works (without a web browser), as an advantage any industrial network protocols be used for the exchange of process data to the automation device AG (eg Modbus TCP). However, encryption of these protocols is usually not provided.

Nach der Anordnung in Fig. 3 wird der Ein-/Ausgabe-Router EAR mit der Ein-/Ausgabe- Konfigurationsdatei EAK im zweiten Rechner am Netzwerk Rechner 2 in einen beliebigen Webbrowser WB dieses Rechners geladen und ausgeführt. Damit ist es möglich, dass unabhängig von der konkreten Hard- und Software-Auslegung des Rechners 2 im Netzwerk, jeder am IP-Netz NW angeschlossene Rechner als Gerätekonfigurationsrechner für die Steuerungseinrichtung fungieren kann. Da der Rechner 2 für den Ein-/Ausgabe-Router EAR in diesem Fall client-basiert arbeitet (mit Webbrowser), müssen Web-basierte Anwendungsprotokolle zur Prozessdatenübertragung zum Automatisierungsgerät AG genutzt werden (z.B. Protokolle auf Basis von Websocket). Vorteilhaft ist dabei aber, dass diese über Verschlüsselungstechniken wie z.B. secure websocket (wss) einfach gesichert werden können. After the arrangement in FIG. 3, the input / output router EAR with the input / output configuration file EAK in the second computer on the network computer 2 in any Webbrowser WB of this computer loaded and executed. Thus, it is possible that regardless of the specific hardware and software design of the computer 2 in the network, each computer connected to the IP network NW can act as a device configuration computer for the control device. Since the computer 2 for the input / output router EAR works client-based in this case (with web browser), web-based application protocols for process data transmission to the automation device AG must be used (eg protocols based on Websocket). It is advantageous, however, that they can be easily secured via encryption techniques such as secure websocket (wss).

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung ist in Fig. 4 dargestellt. Alle in der Cloud gespeicherten Komponenten der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung werden in einen beliebigen Webbrowser des ersten Rechners am Netzwerk Rechner 1 geladen und dort ausgeführt. Rechner 2 kann komplett entfallen. Vorteilhaft dabei ist, dass die Verbindungskommunikation über das Netzwerk reduziert ist: Es gibt nur noch eine Prozessdatenkommunikation zwischen Ein-/Ausgabe-Router EAR und Automatisierungsgerät AG. Die Übertragung des Ein-/Ausgabeabbildes zwischen Ein-/Ausgabe-Router EAR und Runtime-Maschine RT erfolgt intern im Rechner 1 und nicht über das IP-Netz wie in den Fig. 1 - 3. Außerdem erhöht sich die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems durch Reduzierung der Anzahl der beteiligten Komponenten, die für eine Steuerung des Automatisierungsgerät AG erforderlich sind. A further embodiment of the control device according to the invention is shown in FIG. 4. All stored in the cloud components of the control device according to the invention are loaded into any web browser of the first computer on the network computer 1 and executed there. Calculator 2 can be completely eliminated. The advantage here is that the connection communication is reduced via the network: There is only one process data communication between input / output router EAR and PLC AG. The transmission of the input / output image between input / output router EAR and runtime machine RT is done internally in the computer 1 and not via the IP network as in Figs. 1-3. In addition, the reliability of the overall system increases by reducing the number of components involved, which are required for a control of the programmable controller AG.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung, bei der nach Fig. 5 entweder der Ein-/Ausgabe-Router EAR mit der Ein-/Ausgabe- Konfigurationsdatei EAK oder nach Fig. 6 die Runtime-Maschine RT mit dem Steuerungsprogramm SP direkt in der Cloud als Instanzen ausgeführt werden. Die Vorteile einer solchen Ausgestaltung liegen darin, dass ein zweiter Rechner, der als Server-Rechner am Netz arbeitet, entfallen kann, da dessen Funktion das Cloudsystem übernimmt. Dabei muss aber berücksichtigt werden, dass damit bei der Steuerung von vielen Automatisierungsgeräten durch die dazu erforderlichen vielen Instanzen der Steuerungskomponenten in der Cloud diese erheblich belastet wird. Fig. 5 and Fig. 6 show embodiments of the control device according to the invention, in which according to Fig. 5, either the input / output router EAR with the input / output configuration file EAK or according to Fig. 6, the runtime machine RT with the control program SP running directly in the cloud as instances. The advantages of such an embodiment are that a second computer, which works as a server computer on the network, can be omitted, since its function takes over the cloud system. However, it must be taken into account that this is considerably burdened in the control of many automation devices by the required many instances of the control components in the cloud.

Zur Nutzung von Automatisierungsfunktionen und damit auch Steuerungsfunktionen als Automatisierungsdienste im Sinne des Cloud-Paradigma SaaS (Software as a Service) müssen Automatisierungsfunktionen entsprechend strukturiert und mit Dienstschnittstellen, z.B. wie sie in Langmann, R.: Automatisierungssystem im Web. - atp edition, 10/2014, S. 52 - 61 beschrieben sind, versehen werden. Als weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt Fig. 7 deshalb die Komponentenstruktur eines Steuerungsdienstes als Web- orientierter Automatisierungsdienst WOAD. Dabei bildet die Runtime-Maschine RT ein Dienstobjekt, welches u.a. mit der IP-Adresse des Steuerungsprogramms SP parametriert werden kann. Der Ein-/Ausgabe-Router EAR bildet nach Fig. 8 als Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung gleichfalls ein Dienstobjekt, welches u.a. mit der Ein-/Ausgabe- Konfigurationsdatei EAK parametriert werden kann. Beide Dienstobjekte besitzen einen Blockkanal, über den sie das Ein-/Ausgangsabbild austauschen können. Der Ein-/Ausgabe- Router EAR kommuniziert darüber hinaus mit den Prozessdaten des Automatisierungsgerätes AG über Ein-/Ausgabekanäle. Durch die Nutzung von Steuerungsfunktionen als Dienste können mit der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung als Vorteil neue Geschäftsmo- delle aufgebaut werden, bei denen Steuerungsalgorithmen aus einem IP-Netz NW gemietet und nach zeitlicher Nutzung abgerechnet werden können. For the use of automation functions and thus also control functions as automation services in the sense of the cloud paradigm SaaS (Software as a Service), automation functions must be structured accordingly and with service interfaces, eg as described in Langmann, R .: Automation System in the Web. - atp edition, 10/2014, p. 52 - 61. As a further embodiment of the arrangement according to the invention, FIG. 7 therefore shows the component structure of a control service as a web service. oriented automation service WOAD. The runtime machine RT forms a service object which can be parameterized with the IP address of the control program SP, among other things. The input / output router EAR forms according to Fig. 8 as an embodiment of the arrangement according to the invention also a service object, which can be parameterized, inter alia, with the input / output configuration file EAK. Both service objects have a block channel through which they can exchange the input / output image. The input / output router EAR also communicates with the process data of the programmable controller AG via input / output channels. By using control functions as services, it is possible with the control device according to the invention to set up as an advantage new business models in which control algorithms can be rented from an IP network NW and billed according to time usage.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Steuerungsprogramm SP nach der Industrienorm IEC 651131 -3 programmiert und wird als PLCopen XML- Programm in der Runtime-Maschine RT ausgeführt. Für das im Netz verteilte Steuerungsprogramm (SP) wird dazu ein IEC61131 -3-Programm entsprechend den Vorschriften der Organisation PLCopen in ein PLCopen XML-Programm transformiert. Dieses Steuerungsprogramm in XML wird dann in der Runtime-Maschine RT interpretiert und ausgeführt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt dabei darin, dass für das Steuerungsprogramm SP übliche industrielle SPS-Programmierwerkzeuge wie z.B. PC WORX (Phoenix Contact) oder CoDe- Sys 3S für die Erstellung des Steuerungsprogramms genutzt werden können. In a further embodiment of the arrangement according to the invention, the control program SP is programmed according to the industrial standard IEC 651131-3 and is executed as a PLCopen XML program in the runtime machine RT. For the control program (SP) distributed in the network, an IEC61131-3 program is transformed into a PLCopen XML program in accordance with the regulations of the organization PLCopen. This control program in XML is then interpreted and executed in the runtime machine RT. The advantage of this embodiment lies in the fact that for the control program SP usual industrial PLC programming tools such. PC WORX (Phoenix Contact) or CoDe- Sys 3S can be used to create the control program.

Die Ein-/Ausgabe-Konfigurationsdatei EAK wird in einer weiteren Ausgestaltung aus dem Gerätekonfigurationsteil eines nach der Industrienorm IEC 651131 -3 programmierten Steuerungsprogramms in PLCopen XML-Notierung durch Transformation gewonnen. Dies ist nur dann möglich, wenn die industriellen SPS-Programmierwerkzeuge auch den Export des Gerätekonfigurationsteils als PLCopen XML-Programm ermöglichen, wie z.B. PC WORX. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass ausgehend von der in der Industrie üblichen IEC61131 -Methode der Steuerungskonfigurierung auch die Steuerungskonfiguration eines im IP-Netz verteilten und cloud-basierten Steuerungssystems weitgehend automatisiert und nutzerfreundlich durchgeführt werden kann. In another embodiment, the input / output configuration file EAK is obtained from the device configuration part of a control program programmed in accordance with the industry standard IEC 651131-3 in PLCopen XML notation by transformation. This is possible only if the industrial PLC programming tools also allow the device configuration part to be exported as a PLCopen XML program, such as a PLC. PC WORX. An advantage of this embodiment is that based on the industry standard IEC61131 method of control configuration and the control configuration of distributed in the IP network and cloud-based control system can be carried out largely automated and user-friendly.

In Fig. 9 sind an einem IP-Kommunikationsnetz NW ein Automatisierungsgerät AG, ein Rechner Rechner und ein Cloud-System Cloud angeschlossen. Eine erste Runtime-Teil- Maschine RT1 ist in der Cloud gespeichert und wird von dort im Steuerungsfall in einen Nutzerrechner Rechner geladen und dort als Ausführungsumgebung für das erste Steuerungsteilprogramm SP1 genutzt. Auf dem Automatisierungsgerät AG befindet sich eine zwei- te Runtime-Teil-Maschine RT2 als Ausführungsumgebung für ein zweites Steuerungsteilprogramm. Das Steuerungsprogramm für das Automatisierungsgerät AG ist in ein erstes Steuerungsteilprogramm SP1 und ein zweites Steuerungsteilprogramm SP2 aufgeteilt, die sich hinsichtlich der Anforderungen an die Zeitdeterministik und Sicherheit unterscheiden. Das erste Steuerungsteilprogramm SP1 ist in der Cloud gespeichert und wird in den Nutzerrechner geladen und dort in der ersten Runtime-Teil-Maschine RT1 ausgeführt. Das zweite Steuerungsteilprogramm SP2 ist auf dem Automatisierungsgeräte AG gespeichert und wird in der zweiten Runtime-Teil-Maschine RT2 auf dem Gerät ausgeführt. Das Automatisierungsgerät AG besitzt des Weiteren für die Kommunikation der Prozessdaten über das IP- Netz NW einen Webconnector WC sowie eine Ein-Ausgabeeinheit für den Anschluss von Sensoren und Aktoren EA. In FIG. 9, an automation device AG, a computer computer and a cloud system Cloud are connected to an IP communication network NW. A first runtime sub-machine RT1 is stored in the cloud and is loaded from there in the control case in a user computer computer and used there as an execution environment for the first control sub-program SP1. On the programmable controller AG there is a two- te runtime sub-machine RT2 as execution environment for a second control subprogram. The control program for the automation device AG is divided into a first control subprogram SP1 and a second control subprogram SP2, which differ with respect to the timing determinism and safety requirements. The first control subprogram SP1 is stored in the cloud and is loaded into the user computer and executed there in the first runtime submachine RT1. The second control subprogram SP2 is stored on the automation device AG and is executed in the second runtime submachine RT2 on the device. Furthermore, the automation device AG has a Webconnector WC as well as an input / output unit for the connection of sensors and actuators EA for the communication of the process data via the IP network NW.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 9 bestehen insbesondere darin, dass große Teile des Steuerungsprogramms aus der informationstechnischen Kapselung einer klassischen SPS herausgelöst werden und als Softwareinstanzen über eine Cloud und Web-basierte Technologien ausgeführt werden können. Damit sind große Teile der Steuerungsalgorithmen flexibel in Echtzeit modifizierbar und Steuerungsfunktionalität kann als Steuerungsdienst im Web angeboten werden. Sicherheits- und zeitkritische Steuerungsteile verbleiben, wie bei der klassischen SPS, auch weiterhin im Automatisierungsgerät AG. Es ergeben sich Steuerungen, die - unter Berücksichtigung der üblichen Zeit- und Sicherheitsanforderungen - bereits die meisten Industrie 4.0-Anforderungen an Steuerungseinrichtungen abdecken können. The advantages of the arrangement according to the invention according to FIG. 9 are, in particular, that large parts of the control program can be detached from the information technology encapsulation of a classical SPS and executed as software instances via a cloud and web-based technologies. Thus, large parts of the control algorithms can be flexibly modified in real time and control functionality can be offered as a control service on the Web. Safety and time-critical control parts remain, as with the classic PLC, in the automation device AG. This results in controls that - taking into account the usual time and security requirements - already cover most Industrie 4.0 requirements for control equipment.

In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung besteht die erste Runti- me-Teil-Maschine RT1 aus einem JavaScript-Objekt, welches als Steuerungsdienst in einer Public Cloud gespeichert ist. Als Public Cloud kann die CPS Integrationsplattform nach http://woas.ccad.eu genutzt werden. Von dort wird die erste Runtime-Teil-Maschine RT1 gemeinsam mit dem ersten Steuerungsteilprogramm SP1 in den Webbrowser eines am Netz NW angeschlossenen Rechners Rechner geladen und ausgeführt. Das erste Steue- rungsteilprogramm SP1 beinhaltet alle Steuerungsalgorithmen für eine am Automatisierungsgerät AG angeschlossene Prüf- und Bearbeitungsstation sowie die zugehörigen Bedienfunktionen. Das zweite Steuerungsteilprogramm SP2 ist im Ausführungsbeispiel für sicherheitskritische Funktionen des Automatisierungsgerätes AG zuständig. Als Automatisierungsgerät AG wird ein embedded System auf Basis beispielsweise eines Einplatinencom- puters Rasperry Pi mit einem CoDeSys-System als zweite Runtime-Teil-Maschine RT2 eingesetzt. Als Webconnector WC kann ein Funktionsbaustein nach Rojas-Pe a, L.; Langmann, R.: Web of Things in an Industrial Enviroment. - Proc. of the 1 1 th International Con- ference on Web Information Systems and Technologies (WEBIST 2015), 20 - 22 May 2015, Lisbon/Portugal zur Anwendung kommen, der einen Websocket-Server mit Zugriff auf die Prozessdaten der angeschlossenen Sensoren und Aktoren beinhaltet. Zwischen der ersten und zweiten Runtime-Teil-Maschine erfolgt in Echtzeit über das IP-Netzwerk NW eine Pro- zessdatenkommunikation über ein Websocket-Anwendungsprotokoll. In der CoDeSys- Runtime-Maschine wird das zweite Steuerungsteilprogramm SP2 ausgeführt. Dieses Steuerungsprogramm beinhaltet insbesondere Sicherheitsfunktionen, um die Aktoren des Automatisierungsgerätes bei unzureichender oder unterbrochener Netzverbindung in einen sicheren Zustand zu schalten. In one embodiment of the arrangement according to the invention, the first runtime sub-machine RT1 consists of a JavaScript object which is stored as a control service in a public cloud. As public cloud the CPS integration platform can be used after http://woas.ccad.eu. From there, the first runtime sub-machine RT1 is loaded and executed together with the first control subprogram SP1 in the web browser of a computer connected to the network NW computer. The first control subprogram SP1 contains all control algorithms for a test and processing station connected to the automation device AG and the associated operating functions. The second control subprogram SP2 is responsible in the exemplary embodiment for safety-critical functions of the automation device AG. As automation device AG, an embedded system based on, for example, a single-board computer Rasperry Pi with a CoDeSys system is used as the second runtime sub-machine RT2. As Webconnector WC, a function module according to Rojas-Pe a, L .; Langmann, R .: Web of Things at Industrial Enviroment. - Proc. of the 1 1 th International Con- 20-22 May 2015, Lisbon / Portugal, which includes a Websocket server with access to the process data of the connected sensors and actuators. Between the first and second runtime submachines, a process data communication takes place in real time via the IP network NW via a websocket application protocol. The second control subprogram SP2 is executed in the CoDeSys runtime machine. In particular, this control program contains safety functions in order to switch the actuators of the programmable controller to a safe state in the event of an insufficient or interrupted network connection.

Fig. 10 zeigt eine Anordnung, bei der der Rechner im Netzwerk Rechner einen beliebigen Webbrowser WB beinhaltet, in den die erste Runtime-Teil-Maschine RT1 geladen und gemeinsam mit dem ersten Steuerungsteilprogramm SP1 ausgeführt wird. Damit ist es möglich, dass unabhängig von der konkreten Hard- und Software-Auslegung des Rechners im Netzwerk Rechner, jeder am IP-Netz NW angeschlossene Rechner als Steuerungsrechner für das Automatisierungsgerät AG fungieren kann. 10 shows an arrangement in which the computer in the network computer includes an arbitrary web browser WB into which the first runtime sub-machine RT1 is loaded and executed together with the first control subprogram SP1. This makes it possible that, regardless of the specific hardware and software design of the computer in the network computer, each computer connected to the IP network NW can act as a control computer for the automation device AG.

Nach der Anordnung in Fig. 1 1 wird die erste Runtime-Teil-Maschine RT1 mit dem ersten Steuerungsteilprogramm SP1 direkt in der Cloud ausgeführt. Über den Rechner im Netzwerk Rechner erfolgt nur die Bedienung BB, z.B. Start/Stopp der ersten Runtime-Teil-Maschine RT1 bzw. Beobachtung/Visualisierung der ersten Runtime-Teil-Maschine RTL Eine solche Lösung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein hoher Know-How-Schutz gefordert ist (der Nutzer hat keinen Zugriff auf RT1 und SP1 in der Cloud) oder wenn das erste Steuerungsteilprogramm SP1 eine hohe Rechenleistung aus der Cloud benötigt. After the arrangement in FIG. 11, the first runtime sub-machine RT1 is executed with the first control subprogram SP1 directly in the cloud. About the computer in the network computer is only the operation BB, e.g. Start / stop of the first Runtime sub-machine RT1 or observation / visualization of the first Runtime sub-machine RTL Such a solution is particularly useful if a high level of know-how protection is required (the user does not have access to RT1 and SP1 in the cloud) or when the first control subprogram SP1 requires high computing power from the cloud.

Will man Steuerungsfunktionen aus einer Cloud nutzen bzw. mittels einer Cloud realisieren, so muss die zugrundeliegende Infrastruktur dabei berücksichtigt werden. Gegenwärtig liegen die durchschnittlichen Antwortzeiten im Internet für Europa bei 150 ms (Nordamerika bei 50 ms). Für das erforderliche Zeitverhalten von Prozesssteuerungen sind die Reaktionszeiten des zu steuernden technischen Prozesses maßgeblich. Abhängig vom technischen Prozess liegen die Reaktionszeiten im Intervall von wenigen με (Antriebsregelung) bis zu mehreren Minuten (Klimasteuerungen), d.h. unter Berücksichtigung des weiteren Ausbaus der weltweiten IP-Netze kann erwartet werden, dass Abtastzeiten von <100 ms auch über das Internet (und damit einer öffentlichen Cloud) realisiert werden können. Damit könnte aus Echtzeit- sieht bereits eine Vielzahl von Steuerungsaufgaben abgedeckt werden. Für Anwendungen mit solchen über das Internet realisierbaren Reaktionszeiten ist in Fig. 12 die Komponentenstruktur einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, bei der sich die gesamte Steuerungsfunktionalität für das Automatisierungsgerät AG im ersten Steuerungsteilprogramm SP1 befindet und damit auch die zweite, lokale Runtime- Teil-Maschine RT2 im Automatisierungsgerät AG entfällt. Die komplette Steuerung ist in dieser Ausgestaltung in das IP-Netz NW ausgelagert und wird auch dort ausgeführt. Zur Einhaltung der Maschinensicherheit kann in diesem Fall bei unzuverlässigem IP-Netz das Automatisierungsgerät ein Sicherheitsmodul SM beinhalten, welches bei Ausfall oder Störungen im IP-Kommunikationsnetz NW alle Ausgänge des Automatisierungsgerätes AG in einen sicheren Zustand bringt. If you want to use control functions from a cloud or implement them using a cloud, the underlying infrastructure must be taken into account. The average response time on the Internet for Europe is currently 150 ms (North America 50 ms). The reaction times of the technical process to be controlled are decisive for the required time behavior of process controls. Depending on the technical process, the reaction times range from a few με (drive control) to several minutes (climate control), ie, taking into account the further expansion of the global IP networks, it is to be expected that sampling times of <100 ms will also be transmitted over the Internet (and so that a public cloud) can be realized. In this way, a multitude of control tasks could already be covered from real-time. For applications with such achievable via the Internet reaction times is shown in Fig. 12, the component structure of an embodiment of the inventive arrangement in which the entire control functionality for the automation device AG is in the first control sub-program SP1 and thus also the second, local runtime sub-machine RT2 in the programmable controller AG is omitted. The complete control is outsourced in this embodiment in the IP network NW and is also executed there. In order to comply with the machine safety in this case, the automation device may include a security module SM in unreliable IP network, which brings all outputs of the automation device AG in a safe state in case of failure or failure in the IP communication network NW.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung ist in Fig. 13 dargestellt. Dabei ist das erste Steuerungsteilprogramm SP1 nicht in der Cloud, sondern in einem beliebigen Webserver WS im IP-Netz NW gespeichert und wird von dort in den Rechner am Netz Rechner geladen und durch die erste Runtime-Maschine RT1 dort ausgeführt. Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass für Test- und Debuggingzwecke ein mit einem Webserver WS ausgerüsteter Engineering-PC gleichzeitig das erste Steuerungsteilprogramm SP1 bereitstellen kann. A further embodiment of the control device according to the invention is shown in FIG. 13. In this case, the first control part program SP1 is not stored in the cloud but in any web server WS in the IP network NW and is loaded from there into the computer on the network computer and executed there by the first runtime machine RT1. This embodiment has the advantage that for test and debugging purposes, an engineering PC equipped with a web server WS can simultaneously provide the first control subprogram SP1.

Zur Nutzung von Automatisierungsfunktionen als Automatisierungsdienste im Sinne des Cloud-Paradigma SaaS (Software as a Service) müssen Automatisierungsfunktionen entsprechend strukturiert und mit Dienstschnittstellen, z.B. wie sie in Langmann, R.: Automatisierungssystem im Web. - atp edition, 10/2014, S. 52 - 61 beschrieben sind, versehen werden. Als weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt Fig. 14 deshalb die Komponentenstruktur eines Steuerungsdienstes als Web-orientierter Automatisierungsdienst WOAD. Dabei bildet die erste Runtime-Teil-Maschine RT1 ein Dienstobjekt, welches u.a. mit der IP-Adresse des ersten Steuerungsteilprogramms SP1 parametriert werden kann. Durch die Nutzung von Steuerungsfunktionen als Dienste können mit der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung neue Geschäftsmodelle aufgebaut werden, bei denen Steuerungsalgorithmen aus einem IP-Netz NW gemietet und nach zeitlicher Nutzung abgerechnet werden können. In order to use automation functions as automation services in the sense of the SaaS cloud paradigm (software as a service), automation functions must be structured accordingly and provided with service interfaces, e.g. as in Langmann, R .: automation system on the Web. - atp edition, 10/2014, p. 52 - 61. As a further embodiment of the arrangement according to the invention, FIG. 14 therefore shows the component structure of a control service as a web-oriented automation service WOAD. In this case, the first runtime sub-machine RT1 forms a service object which i.a. can be parameterized with the IP address of the first control subprogram SP1. By using control functions as services, new business models can be set up with the control device according to the invention, in which control algorithms can be rented from an IP network NW and billed according to time usage.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung 1 sind die Steuerungsteilprogramme SP1 und SP2 nach der Industrienorm IEC 651131 -3 programmiert. Für das erste und im Netz verteilte Steuerungsteilprogramm SP1 wird dazu ein IEC61131 -3- Programm entsprechend den Vorschriften der Organisation PLCopen in ein PLCopen XML- Programm transformiert. Dieses Steuerungsprogramm in XML wird dann in der ersten Run- time-Teil-Maschine RT1 interpretiert und ausgeführt. Das zweite Steuerungsteilprogramm wird, wie in einer SPS üblich, lokal in der zweiten Runtime-Teil-Maschine RT2 nach einer Kompilierung im Maschinencode ausgeführt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt dabei darin, dass auch für das erste Steuerungsteilprogramm SP1 übliche industrielle SPS- Programmierwerkzeuge, wie z.B. PC WORX (Phoenix Contact) oder CoDeSys (3S) für die Erstellung des Steuerungsprogramms genutzt werden können. In a further embodiment of the arrangement 1 according to the invention, the control subprograms SP1 and SP2 are programmed according to the industry standard IEC 651131-3. For the first control subprogram SP1 distributed in the network, an IEC61131-3 program is transformed into a PLCopen XML program in accordance with the regulations of the organization PLCopen. This control program in XML is then used in the first run- time part machine RT1 is interpreted and executed. As is customary in a PLC, the second control subprogram is executed locally in the second runtime submachine RT2 after compilation in the machine code. The advantage of this embodiment lies in the fact that common industrial PLC programming tools such as PC WORX (Phoenix Contact) or CoDeSys (3S) can also be used for the creation of the control program for the first control subprogram SP1.

Claims

claims

Control device for operating an automation device comprising a logical control program part (control program) and a part of the program for configuring the input / output devices (device configuration) and connected to a network runtime machine in which control program and device configuration are run at runtime in the runtime machine , characterized,

The control program (SP), the runtime machine (RT), an input / output router (EAR) and an I / O configuration file (EAK) are stored as separate modules in a cloud,

• that the runtime machine (RT) with the control program (SP) in a first computer on the network (computer 1) and the input / output router (EAR) with the input / output configuration file (EWC) in a second Computer on the network (computer 2) are loaded and executed there.

Control device according to claim 1, characterized in that the runtime machine (RT) and the control program (SP) in any Web browser (WB) in the first computer (computer 1) is loaded and executed there.

Control device according to claim 1, characterized in that the input / output router (EAR) and the input / output configuration file (EWC) in any Web browser (WB) in the second computer (computer 2) is loaded and executed there.

Control device according to Claim 1, characterized in that the control program (SP), runtime machine (RT), input / output router (EAR) and input / output configuration file (EWC) are loaded into any desired web browser of any computer on the network and run there together.

5. Control device according to claim 1 and 2, characterized in that the input / output router (EAR) are executed with the input / output configuration file (EAK) directly in the cloud as instances.

6. Control device according to claim 1 and 3, characterized in that the runtime machine (RT) with the control program (SP) are executed directly in the cloud as instances.

7. Control device according to claims 1-6, characterized in that the control program (SP) according to the industrial standard IEC 651131 -3 is programmed and executed as a PLCopen XML program in the runtime machine (RT).

8. Control device according to claims 1-6, characterized in that the input / output configuration file (EAK) is obtained from the device configuration part of a programmed according to the industry standard IEC 651131 -3 control program in PLCopen XML notation by transformation.