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Ein generisches Web-basiertes Visualisierungssystem für speicherprogrammierbare Steuerungen

Beteiligte an der Hochschule

  • Prof. Dr. Reinhold Kröger
  • Dipl.-Inform. (FH), M.Sc. Marcus Thoss
  • Dipl.-Inform. (FH) Klaus-Peter Hermes

Kooperationspartner

  • Moeller GmbH, Bonn

Laufzeit

Beginn: April 1998
Ende: März 1999

Finanzierung

  • 100% Moeller GmbH

Veröffentlichungen

  • Hermes, Klaus-Peter: "Entwicklung und Implementierung zur generischen Visualisierung von SPS-Anwendungen auf der Basis von Web-Technologie", externe Diplomarbeit, FH Wiesbaden, FB Informatik, März 1999 (BibTeX)
  • K. Hermes; R. Kröger; M. Wack; P. Stammerjohann: "Ein generisches System für das Beobachten und Bedienen von SPS-Anwendungen auf der Basis von Web-Technologie", PEARL'99 - Multimedia und Automatisierung, GI-Workshop über Realzeitsysteme, November 1999 (BibTeX)

Kurzbeschreibung

Anzeige- und Bedienschnittstellen für Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPSen) beruhen bisher häufig auf speziellen graphischen Bibliotheken.Die heute verbreitete Web-Technologie bietet andererseits vielfältige attraktive Visualisierungsmöglichkeiten. Außerdem erleichtert deren zugrundeliegende Internet-Protokollfamilie die vertikale Integration von SPSen, d.h. ihre Kommunikation zu Leitrechnern und in Richtung übergeordneter Geschäftsprozesse. In diesem Projekt wurde untersucht, wie tragfähig ein Systemansatz zum Bedienen und Beobachten von SPS-Anwendungen auf der Basis von Web-Technologie ist. Ziel war es dabei, einen generischen Ansatz zu verfolgen, so daß auf Kundenseite durch einfache Konfigurationsschritte beliebige Prozeßgrößen aus SPS-Anwendungen durch einen Web-Browser in frei konfigurierbarer Weise dargestellt werden können. Für die SPS-Seite ist es notwendig, daß die eigentliche SPS-Anwendung in ihrem zeitlichen Verhalten nicht beeinträchtigt wird. Aufgrund der relativ schwachen CPU-Leistung heutiger SPSen verbietet sich daher eine Ausführung des TCP/IP-Stacks sowie des Web-Servers auf der CPU der SPS.
Komponenten einer Web-basierten SPS-Anwendung
Komponenten einer Web-basierten SPS-Anwendung
Die entwickelte Lösung sieht daher ein modifiziertes gebräuchliches Mikrocontroller-Board vor, das als Zusatzkarte in der SPS die Internet-Anbindung aus TCP/IP Stack und entwickeltem Embedded Web Server realisiert. Um die Verarbeitungslast zur Laufzeit i.w. auf den Bedienrechner zu verlagern, liefert der Embedded Web-Server an den Browser HTML-Seiten aus, die eingebettete Applets zur Präsentation der Prozeßgrößen und zur Interaktion mit dem Bediener enthalten. Die Applets involvieren die SPS-Seite nur, um über spezielle, aufwandsarme Protokolle die aktuellen Prozeßgrößen bzw. die geforderten Benutzeraktionen zu kommunizieren. Diese Informationen werden in einem Daten-Server auf der Zusatzkarte gehalten, der mit einer speziellen Datensammler-Task als SPS-Betriebssystemerweiterung über den Rückwandbus der SPS interagiert, um die aktuellen Werte der Prozeßvariablen aus den geladenen Funktionsbausteininstanzen zu transferieren.
Zum Entwurf der Beobachtungs- und Bedienoberfläche und Erzeugung aller Daten für den Web-Server wurde ein sogenannter Applet-Konfigurator entwickelt. Er leistet zunächst die Extraktion der Variableninformationen aus der SPS-Entwicklungsumgebung. Insbesondere werden Offset und Länge der Variablen im Datenbereich der Funktionsbausteininstanz festgehalten. Die Beobachtungs- und Bedienoberfläche kann ohne Programmierkenntnisse weitestgehend per Drag and Drop erstellt werden. Sie setzt sich aus elementaren Visualisierungskomponenten zusammen. Als grundlegende Typen sind z.B. analoge Zeigerinstrumente, mehrzeilige Digitalanzeigen, Balkenanzeigen, Liniendiagramme, Schieberegler, Texteingabefelder und Buttons vorhanden. Jeder Visualisierungskomponente werden interaktiv je nach Typ eine oder mehrere Programmvariablen zugeordnet. Nachdem eine Visualisierungsoberfläche erstellt wurde, kann sie mit allen nötigen Daten als Applet abgespeichert werden. Zusätzlich kann automatisch eine HTML-Seite generiert werden, in die das Applet mit der zugehörigen Konfiguration eingebettet wird. Schließlich kann ein Abbild erzeugt werden, das als Datenteil des Web-Servers abgelegt wird.
Systemarchitektur
Systemarchitektur
Mit Hilfe des vorgestellten Systems läßt sich die Visualisierung einer SPS-Anwendung in kürzester Zeit realisieren. Messungen in Hinblick auf die erzielbare Update-Rate für die Visualisierung der Prozeßgrößen ergaben überraschenderweise, daß die Web-basierte Oberfläche einer vergleichbaren konventionellen Oberfläche sogar überlegen war. Insgesamt konnte gezeigt werden, daß ein Web-basierter Ansatz für das Beobachten und Bedienen von SPS-Anwendungen tragfähig ist. Die durch die Ergebnisse des Projekts erreichte Anbindung von Automatisierungsgeräten an heutige Netzwerke kann für vielfältige Aufgaben der Konfiguration, Diagnose/Wartung, Maschinendatenerfassung sowie zur vertikalen Integration in kaufmännische Systeme eingesetzt werden.
Applet-Editor mit Beispielkonfiguration
Applet-Editor mit Beispielkonfiguration