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Internet/CORBA-fähige Automatisierungsgeräte

Beteiligte an der Hochschule

  • Prof. Dr. Reinhold Kröger
  • Dipl.-Inform. (FH) Holger Machens
  • Dipl.-Inform. (FH), M.Sc. Marcus Thoss

Kooperationspartner

  • Moeller GmbH, Bonn
  • HighTec EDV-Systeme GmbH, Saarbrücken
  • CST Logic Softwareentwicklungs GmbH, Mainz-Kastel
  • Cork Institute of Technology, Cork (Irland)

Laufzeit

Beginn: September 1999
Ende: April 2001

Finanzierung

  • 90% Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie BMBF (Förderkennzeichen 1701299)
  • 10% Land Hessen

Veröffentlichungen

  • Machens, Holger: "Redesign eines CORBA-basierten Event Management-Dienstes zur Kooperation intelligenter Automatisierungsgeräte", interne Diplomarbeit, FH Wiesbaden, FB Informatik, September 2000 (BibTeX)
  • Marschall, Arne: "Ein Experimentalsystem zur Analyse der Echtzeitfähigkeit von RT-CORBA am Beispiel des TAO-ORB für die Kooperation von Automatisierungsgeräten", interne Diplomarbeit, FH Wiesbaden, FB Informatik, September 2000 (BibTeX)
  • Speyer, John: "Applicability of a CORBA-based Workflow Management System in an Industrial Automation Environment", M.Sc. Thesis, University of Karlstad, Schweden, April 2001 (BibTeX)
  • Zebisch, Oliver: "Entwurf und Implementierung von Middleware-Komponenten für eingebettete Systeme auf der Basis von Real-Time CORBA", interne Diplomarbeit, FH Wiesbaden, FB Informatik, April 2001 (BibTeX)
  • Thoss, Marcus: "Middleware Concepts for Object-Oriented Realtime Applications in Embedded Distributed Systems", M.Sc. Thesis, Cork Institute of Technology, Irland, April 2002 (BibTeX)
  • Reinhold Kröger, Holger Machens, Marcus Thoss: Internet/CORBA-fähige Automatisierungsgeräte, Technischer Bericht, Fachhochschule Wiesbaden, Fachbereich Informatik, 2001.

Kurzbeschreibung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Methoden und entsprechenden Software-Komponenten, die eine einfache Integration von Geräten und Teilsystemen der Automatisierungstechnik in Internet-basierte Netzwerke und übergeordnete Geschäftsprozesse ermöglichen. Besonderer Schwerpunkt liegt in der Berücksichtigung des CORBA-Standards der Object Management Group, der ein Referenzmodell für die objektorientierte verteilte Verarbeitung in heterogenen Netzen definiert und in vielen Unternehmen den Kern Middleware-basierter Geschäftsanwendungen darstellt. Die so erreichbare Integration von Geräten und Teilsystemen in heute verbreitete Unternehmensnetze kann für vielfältige Aufgaben der Konfiguration, Inspektion/Wartung, Qualitätssicherung, Maschinendatenerfassung, Produktionsplanung und -vorbereitung, usw. eingesetzt werden. Sie beinhaltet zudem einen Systemansatz für verteilte Automatisierungslösungen, die zunehmend von Bedeutung sind.
Die Zielsetzung wurde auf drei Ebenen verfolgt, die durch einen wachsenden Grad an notwendiger Forschung charakterisiert sind:
I. Die Integration existierender Automatisierungsgeräte in eine verteilte, CORBA-basierte Gesamtsystemstruktur.
Dabei wurde ein pragmatischer Ansatz verfolgt, wie er sich in vielen Firmen derzeit darstellt, nämlich die Automatisierungsgeräte in ihren Schnittstellen nicht zu verändern, sondern extern durch eine Software-Schicht zu kapseln. Der innerhalb des Vorhabens verfolgte Ansatz zeichnet sich methodisch durch eine vollständige Objektorientierung und eine Nutzung von CORBA als offenen Standard aus. Dies steht im Gegensatz zu einer weitgehenden Fixierung auf proprietäre Microsoft-Produkte, wie sie in vielen Unternehmen der Automatisierungsbranche anzutreffen ist.
  • Realisierung eines CORBA-basierten Event Management Dienstes (EMS) zur asynchronen, ereignisgesteuerten Kommunikation von Automatisierungsgeräten (Abb. 1)
  • Eine performante, skalierbare Lösung für die verteilte Laborautomation auf Basis des EMS (mit dem Kooperationspartner CST Logic) (Abb. 2)
  • Verteilte Ablaufsteuerung einer Produktionsanlage mittels CORBA und DCOM demonstriert an einem fischertechnik-Modell
  • Nutzung eines CORBA-basierten Workflow Management Systems zur Realisierung von Automatisierungsprozessen
II. Die Entwicklung neuer Internet/CORBA-basierter Schnittstellen von Automatisierungsgeräten
Auf dieser Ebene wird angenommen, daß die Schnittstellen von Automatisierungsgeräten neu entwickelt werden und entgegen der heutigen Praxis eine höherwertige netzwerkorientierte Schnittstelle erhalten. Die entsprechende Software muß dann auf typischerweise in den Geräten eingesetzten µControllern lauffähig sein. Zunächst werden hier häufig die klassischen Internet-Protokolle (HTTP/Web, SMTP/Email, SNMP/Management) gefordert. In Hinblick auf eine Integration in CORBA-Anwendungen war das Entwicklungsziel ein minimaler Object Request Broker, µORB genannt, durch den Geräte abstrakte, objektorientierte Schnittstellen erhalten, über die sie mittels des CORBA IIOP-Protokolls unmittelbar mit übergeordneten, objektorientierten Anwendungskomponenten interagieren können.
Ergebnisse:
  • Internet-Schnittstellen in Automatisierungsgeräten demonstriert an mehreren Beispielen (Embedded Web Server, Internet-fähige Laborgeräte, Internet-fähige SPS, ...)
  • CORBA-Schnittstellen in Automatisierungsgeräten auf Basis eines µORB demonstriert an mehreren Beispielen (Laborwaage, SPS)
  • Konzeption und teilweise Realisierung eines µRTORB genannten ORBs mit Real-Time-Verhalten, lauffähig auf µControllern.
III. Die Konzeption interagierender, verteilter Real-time Objekte.
Auf der dritten Ebene wurde die Fragestellung untersucht, inwieweit sich objektorientierte Methoden auch für die interne, durch vielfältige Echtzeitanforderungen charakterisierte Steuerung dezentral aufgebauter Geräte eignen und wie die in der Praxis erfolgreichen Objektmodelle mit für Echtzeitverhalten relevanten Aspekten angereichert werden können. Diese weitgehend wissenschaftlich orientierte Fragestellung mit hohem Innovationsgrad ist für die zukünftige Entwicklung komplexer, eingebetteter Systeme auf µController-Basis von hoher Bedeutung. Arbeiten zu diesem durch sogenannte "Real-time Objects" charakterisierten Ansatz befinden sich weltweit im Forschungsstadium.
  • Entwicklung eines umsetzbaren Modells für Real-time Objects auf der Basis von nebenläufigen und miteinander über asynchronen, nicht-blockierenden Nachrichtenaustausch kommunizierenden Actors, die durch sogenannte Synchronizer koordiniert werden.
  • Entwicklung eines Demonstrators auf CORBA-Basis.