MXPA02005583A

MXPA02005583A - Controlador logico programable, ejecutivo con servidor web integrado.

Info

Publication number: MXPA02005583A
Application number: MXPA02005583A
Authority: MX
Inventors: David T Lindner
Original assignee: Schneider Automation
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2002-09-18
Also published as: WO2002031608A2; JP2009271933A; CA2393340A1; EP1354249A2; WO2002031608A3; ATE316260T1; JP2013050978A; CA2393340C; DE60116788D1; US6640140B1; JP2004511845A; JP5219954B2; DE60116788T2; EP1354249B1

Abstract

Un controlador logico programable para uso como parte de un sistema de control industrial o como parte de un sistema automatizado y un metodo correspondiente, el controlador incluyendo una interfaz a Internet, e incluyendo un servidor web que permite a un computador remoto accesar a paginas web mantenidas por el controlador que proveen informacion relevante a la funcion de control del controlador, tal como lecturas de sensor de control y, de manera opcional, informacion acerca del estado del sistema de control. El servidor web es implementado como parte del controlador en una manera tal que la tasa de exploracion de controlador (la tasa a la cual se repite la logica de escalera para todos los dispositivos asociados del sistema de control) no sea afectada por la ejecucion del servidor web.

Description

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE, EJECUTIVO CON SERVIDOR WEB INTEGRADO Campo de la Invención La presente invención se refiere al campo del control o la automatización industrial. De manera mas particular, la presente invención se refiere a comunicación en una red entre un controlador lógico programable (PLC) para llevar a cabo una función de control relevante a un sistema de control o automatizado industrial, y un computador usado para monitorear datos asociados con la función de control y para monitorear la información del sistema de control en general . Antecedentes de la Invención Un sistema de control industrial a menudo incluye un controlador lógico programable (PLC) para proveer control coordinado de equipo de control industrial, que incluye diversos elementos, que son a menudo ya sea sensores para proveer entradas al PLC o relevadores para recibir salidas del PLC, cada uno bajo el control de un elemento controlador, y cada uno conectado al PLC por una red vía un dispositivo de entrada/salida de red. El control industrial usando un PLC requiere lo que se llama exploración rápida, significando ejecución continua, rápida por parte del PLC de los tres pasos principales ejecutados de manera repetida: la adquisición del estado de cada entrada al PLC necesario para ejecutar la llamada lógica de escalera para el proceso que está siendo controlado, la resolución de la lógica de escalera para determinar cada salida, y la actualización del estado de las salidas. El término "lógica de escalera" es usado para indicar, en una forma susceptible de ser reconocida por los técnicos tempranos en el campo del control de máquinas, la expresión de cómo los elementos de control de un sistema de control industrial van a ser controlados con base en los elementos de monitoreo del sistema de control industrial. El término "escalera" es usado debido a que la expresión de la lógica de control está en realidad a menudo en la forma de una escalera, con cada peldaño de la teniendo una salida, es decir un valor para el estado requerido de un elemento de control, y una o mas entradas, es decir valores correspondientes a señales de los elementos de monitoreo . Para control industrial efectivo, un PLC debe llevar a cabo su exploración de los dispositivos de entrada/salida (I/O) conectados a una tasa de exploración constante, nunca implicándo-se tanto en tareas periféricas como para alejarse de su monitoreo programado de manera regular de los dispositivos de entrada/ salida . De manera ordinaria, la operación de proceso es monitoreada, al menos de manera intermitente, por personal de supervisión por medio de una o mas estaciones de gestión central.

Cada estación muestrea el estado de PLCs (y sus sensores asociados) seleccionados por el operador y presenta los datos en algún formato con sentido. La estación de gestión puede o no estar ubicada en el mismo sitio que el equipo monitoreado; de manera frecuente, una estación central tiene acceso a sitios múltiples (ya sea o no que éstos lleven a cabo procesos relacionados) . En consecuencia, los enlaces de comunicaciones pueden ser vitales incluso en ambientes industriales tradicionales donde el equipo de proceso está físicamente próximo, pues al menos cierto personal de supervisión puede no estarlo. Para facilitar las comunicaciones necesarias, los PLCs y las estaciones de monitoreo relacionadas están conectados por medio de una red de computadores. De manera típica, una red es organizada tal que cualquier computador pueda comunicarse con cualquier otro computador en la red. El protocolo de comunicaciones provee un mecanismo mediante el cual pueden descomponerse los mensajes y enrutarse a un computador de destino identificado por alguna forma de dirección. El protocolo puede colocar un "encabezado" de información de ruta en cada componente de un mensaje que especifica fuente y direcciones de destino, e identifica el componente para facilitar la reconstrucción posterior de todo el mensaje por el computador de destino. Este enfoque de la transferencia de datos permite a la red manejar de manera rápida y eficiente grandes volúmenes de comunicaciones sin reducir la velocidad de transferencia a fin de acomodar mensajes individuales largos, o requerir que cada computador en la red procese cada mensaje de red. El grado de enrutamiento depende del tamaño d ela red. Cada computador de una red local típicamente examina el encabezado de cada mensaje para detectar aciertos con el identificador de es computador; los sistemas de redes múltiples usan información de enrutamiento para primero dirigir componentes de mensajes a la red apropiada. Se han interconectado PLCs mediante redes de computadores por algún tiempo; ver, v.gr., la patente US 5,307,463. En sistemas típicos, un computador de monitoreo, que puede estar ubicado de manera remota desde cualquiera o todos los PLCs a los que tiene acceso, interroga periódicamente los PLCs para obtener datos descriptivos del proceso o la máquina controlados, o el PLC mismo. Estos datos están entonces disponibles para análisis por el computador de monitoreo. La patente US 5,805,442 divulga lo que se llama una interfaz distribuida que permite a un computador remoto obtener información de un PLC por Internet, la información obtenida del PLC incluyendo tanto datos como instrucciones acerca de cómo desplegar los datos (la terminología "interfaz distribuida" de esta manera siendo usada debido a que al menos algunas de las instrucciones para desplegar datos de los PLCs están ubicadas en los PLCs, no en el computador remoto, y son comunicados al computador remoto con los datos por desplegarse) . El PLC divulgado en la presente incorpora un servidor web, es decir un . ^ ¿ ?£ ^,.? Á módulo que responde a una solicitud de datos recibida por Internet proveyendo los datos así como las instrucciones para desplegar los datos, la combinación de datos e instrucciones de despliegue residiendo en uno u otro dispositivo de almacenamiento PLC como una llamada página web. Lo que no se divulga, sin embargo, es la lógica mediante la cual el PLC puede mantener una tasa de exploración constante de sus dispositivos de 1/0 anexos. Lo que se necesita es una manera de incorporar un servidor web en un PLC de tal manera que la tasa de exploración del PLC no se vea afectada por el hecho de que el servidor web responda a solicitudes de un computador remoto relativas a datos del PLC. Compendio de la Invención En consecuencia, la presente invención provee un controlador como parte de un sistema de control o automatizado industrial y un método correspondiente, el controlador para controlar uno o mas dispositivos de entrada/salida, el controlador capaz de interactuar con un computador ubicado de manera remota vía una red, tal como Internet, el controlador incluyendo: medios para ejecutar una exploración de controlador (incluyendo resolver lógica de escalera asociada con los dispositivos de entrada/salida) , la exploración de controlador teniendo una tasa de exploración predeterminada; un servidor web para recolectar datos relevantes a una función de control, el servidor web siendo capaz de responder a una solicitud de los datos desde el computador ubicado de manera remota; y páginas web que comprenden datos e instrucciones asociadas susceptibles de ser recuperados y ejecutados por el computador ubicado de manera remota, las instrucciones haciendo que el computador ubicado de manera remota presente los datos para despliegue en un formato predeterminado; donde, en respuesta a una solicitud de datos, el servidor web provee una o mas páginas web en las cuales se despliegan los datos solicitados. En un aspecto adicional de la invención, los medios para recolectar datos ejecutan como una tarea en el fondo o en segundo plano. En otro aspecto adicional de la invención, los medios para recolectar datos ejecutan en paralelo con los medios para ejecutar la exploración de controlador. En todavía otro aspecto adicional de la invención, en respuesta a una solicitud de datos desde el computador remoto, en respuesta a una solicitud de datos del computador remoto, los medios para recolectar datos proveen no mas que un número máximo predeterminado de bytes de datos e instrucciones combinados por exploración por los medios para ejecutar la exploración de controlador. En algunas aplicaciones de acuerdo con este aspecto adicional de la invención, el número máximo de bytes por exploración es predeterminado ser un número de bytes que puede ser comunicado a la red para entrega al computador remoto en menos que el tiempo requerido para una exploración por los medios £ i iü . ¿~ i . - ¡ -At &?foiÉ para ejecutar la exploración de controlador. En todavía otro aspecto adicional de la invención, al menos algunos de datos están residentes en un controlador diferente, los medios recolectores de datos estando configurados para acceso y obtención de los datos del controlador diferente vía una red de computadores . En todavía incluso otro aspecto adicional de la invención, el controlador comprende además un apilamiento de programa de control de transmisiones (TCP) /protocolo de Internet (IP) a la medida, para comunicar cualquier comando o mensaje MODBUS como un solo paquete TCP/IP. En algunas aplicaciones de acuerdo con este aspecto adicional de la invención, el servidor web comprende un servidor de archivos para proveer las páginas web, un servidor de protocolo de transferencia de hiper-texto (HTTP) que provee funcionalidad para obtener archivos, y también en algunas aplicaciones un servidor de protocolo de transferencia de archivos (FTP) para recibir páginas web nuevas o de reemplazo por la red vía el apilamiento TCP/IP y proveerlas al servidor de archivos . Breve Descripción de los Dibujos Los anteriores y otros objetivos, aspectos y ventajas de la invención serán evidentes a partir de una consideración de la descripción detallada subsecuente, presentada con relación a los dibujos acompañantes, en los cuales: la figura 1 es un diagrama de bloques que muestra -I A.3 *» -Á- 4 diversos componentes lógicos de un PLC con un servidor web integrado de acuerdo con la presente invención; la figura 2 es un diagrama de bloques que muestra diversos PLCs que comunican datos a un computador remoto; y la figura 3 es un diagrama de flujo que muestra los pasos principales en la operación de rutina de un PLC con un servidor web integrado, de acuerdo con la presente invención. Mejor Modo para Llevar la Invención a la Práctica Haciendo ahora referencia a la figura 1, un controlador lógico programable (PLC) 10a para uso como parte de un sistema de control industrial o como parte de un sistema automatizado, en lo sucesivo llamado simplemente un controlador, incluye de acuerdo con la presente invención un módulo 11 que tiene módulos de I/O con servicios de funcionalidad de exploración de escalera 22 conectados a dispositivos 23 que son ya sea sensores o accionado- res, resolviendo la llamada lógica de escalera para determinar salidas que ordenan el siguiente estado de cada dispositivo asociado con base en todas las entradas para ese dispositivo. Los dispositivos que son controlados por el PLC pueden ser unidos al controlador ya sea de manera directa (como lo es el dispositivo 23a) , por una red local 60 (como lo es el dispositivo 23b) , o por Internet 70 (como lo es el dispositivo 23c) . En el caso del dispositivo 22c conectado al controlador 10a vía Internet 70, el controlador usa una interfaz de Internet 30a para procesar entradas y salidas asociadas con el dispositivo 22d. La interfaz -ñiiilliÜiÉliif-ittfÉfni i de red incluye un manejador MODBUS 31 en la parte superior de un apilamiento de programa de control de transmisiones (TCP) / protocolo de Internet (IP) 33 teniendo alguna funcionalidad MODBUS y proveyendo comunicación por Internet de conformidad con TCP/IP. El término "MODBUS" se refiere en la presente a una familia de protocolos de comunicaciones simples, neutrales a los proveedores, destinados a supervisión y control de equipo de automatización. En la forma de realización preferida, el apilamiento TCP/IP cumple con MODBUS/TCP. MODBUS/TCP es un miembro de la familia de protocolos MODBUS; cubre el uso de mensajería MODBUS en un ambiente de "Intranet" o de "Internet", usando protocolos TCP/IP. Los usos mas comunes de los protocolos TCP/IP en este momento son para unión Ethernet de controladores, módulos de I/O, y "vías de compuerta" a otras barras conectoras de campo simples o redes de I/O. Cualquier firmware de la interfaz de Internet 30a está de preferencia basado en MODBUS TCP/IP, como se define por la especificación abierta MODBUS/TCP, versión 1.0, y se incorpora en la presente por referencia. La especificación define cómo se entregan los comandos MODBUS y las respuestas por Internet a y del servidor MODBUS usando el bien conocido puerto 502. En la forma de realización preferida, el apilamiento TCP/IP 33 es un apilamiento a la medida; se programa para proveer cualquier comando MODBUS o mensaje como un solo paquete, optimizando todas las comunicaciones MODBUS. El servidor web 12 incluye tanto un servidor de archivos 20, que de preferencia usa un sistema de archivos de lista enlazada, como un llamado servidor HTTP 32, es decir un módulo para comunicar hiper-texto (usado para describir una página web a un navegador de modo que el navegador pueda desplegar la página web) de acuerdo con el protocolo de transferencia de hiper-texto HTTP de Internet. En una forma de realización, el servidor HTTP 32 tiene mínima funcionalidad, tal como funcionalidad para solamente "obtener archivos" . En la forma de realización preferida, el servidor web 12 también incluye un servidor de protocolo de transferencia de archivos (FTP) 34 que acepta descargas de páginas web nuevas o de reemplazo y las provee al servidor de archivos 20. El apilamiento TCP/IP 33 determina si un mensaje que llega (paquete TCP/IP) es para el manejador MODBUS 31, el servidor HTTP 32, o el servidor FTP 34, con base en el número de puerto especificado en el mensaje que llega. Haciendo ahora referencia a la figura 2, cuando un usuario de un computador remoto 50 usa un navegador 52 que tiene una interfaz de usuario gráfica desplegada en la pantalla 51 para comunicarse por Internet 70 vía una interfaz de red 53 con el controlador 10a vía su interfaz de Internet 30a, el controlador actúa como un servidor de sitio web para el navegador 52, y a través de su servidor HTTP 32 y servidor de archivos 20, el controlador 10a comunicará al navegador 52 páginas web 21 que almacena en un dispositivo de almacenamiento. Las páginas web incluyen tanto datos provistos por el módulo 11 que tiene funcionalidad de exploración de escalera de controlador así como instrucciones sobre cómo va el navegador 52 a desplegar los datos. En general, las páginas web 21 pueden incluir datos no solamente de dispositivos unidos directa o indirectamente al controlador anfitrión 10a, sino también datos provistos por otros controladores. De esta manera, un primer controlador 10a puede incluir en sus páginas web datos provistos por un segundo controlador 10b, los datos provistos por el segundo controlador siendo por ejemplo datos asociados con dispositivos que están unidos directa o indirectamente al segundo controlador. Las páginas web pueden incluir los datos de otros controladores ya sea como datos adosados, o como referencia a una ubicación de datos en otro controlador, una referencia que es comprensible al navegador 52 de modo que cuando el navegador carga una página web con tal referencia, el navegador proseguirá a obtener los datos referidos del otro controlador. Haciendo ahora referencia a la figura 3, de acuerdo con la presente invención, la tarea de exploración de escalera llevada a cabo por el módulo 11 que tiene funcionalidad de exploración de escalera y la tarea de servidor web llevada a cabo por el servidor web 12 son ejecutadas como cuerdas paralelas del controlador 10a en una sola unidad central de procesamiento (CPU) . La expresión "cuerdas paralelas" está destinada en la presente a indicar que una sola unidad central de procesamiento (CPU) ejecuta la tarea de exploración de escalera ya sea en paralelo con la tarea de servidor web si la CPU tiene capacidad de procesamiento en paralelo o, en el caso de una CPU de procesamiento secuencial estándar, la CPU ejecuta el servidor web una pequeña fracción de cualquier rebanada de tiempo dada en comparación con la fracción de la misma rebanada de tiempo dedicada a ejecutar la tarea de exploración de escalera, es decir el servidor web es ejecutado como una tarea en el fondo o segundo plano. Como se indica en la figura 3, la tarea de exploración de escalera incluye los pasos de ejecutar la lógica de escalera, llevar a cabo servicio de entrada y salida para cada dispositivo anexo, y dar servicio a cualesquiera comandos de controlador a controlador. Estas tres tareas son repetidas de nuevo y de nuevo a la que se llama en la presente tasa de exploración, y de acuerdo con la presente invención esta tasa de exploración no se ve afectada por la ejecución de las tareas del servidor web. Como se indica en la figura 3, las tareas del servidor web incluyen verificar una solicitud para el puerto 80 (una solicitud para el servidor HTTP) , y si está presente una solicitud, entonces dar servicio a la solicitud por mas de una longitud de mensaje predeterminada. La longitud de mensaje predeterminada es tal que la tarea en el fondo o en segundo plano puede dar servicio a un mensaje de la longitud predeterminada en menos que el tiempo requerido para que la CPU complete una sola exploración de escalera. Si un mensaje es mas largo que la longitud predeterminada, entonces el servidor web dará servicio a algo del mensaje en una exploración y algo del mensaje en la exploración subsecuente. De esta manera, se mantiene el determinismo de la tarea de exploración de escalera, es decir la tasa de exploración para la exploración de escalera no es afectada por la ejecución del servidor web integrado. Se entenderá que los arreglos antes descrito son solamente ilustrativos de la aplicación de los principios de la presente invención. Pueden idearse numerosos arreglos alternativos y modificaciones por parte de los técnicos en la materia, sin apartarse del espíritu y el ámbito de la presente invención, y las reivindicaciones anexas están destinadas a cubrir tales arreglos y modificaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un controlador para uso como parte de un sistema de control industrial o como parte de un sistema automatizado, el controlador para controlar al menos un dispositivo de entrada/ salida, el controlador capaz de interactuar con un computador ubicado de manera remota vía una red, tal como Internet, el controlador comprendiendo: a) medios para ejecutar una exploración de controlador, incluyendo resolución de la lógica de escalera asociada con el al menos un dispositivo de entrada/salida controlador, la exploración de controlador teniendo una tasa de exploración predeterminada ; b) un servidor web para recolectar datos relevantes a una función de control, el servidor web respondiendo a una solicitud de datos del computador ubicado de manera remota; y c) páginas web que comprenden datos e instrucciones asociadas susceptibles de ser recuperados y ejecutados por el computador ubicado de manera remota, las instrucciones haciendo que el computador ubicado de manera remota presente los datos para despliegue en un formato predeterminado; donde, en respuesta a una solicitud de datos, el servidor web provee una o mas páginas web en las cuales se despliegan los datos solicitados.
2. El controlador de la reivindicación 1, donde los medios para recolectar datos se ejecutan como una tarea en el fondo o en segundo plano.
3. El controlador de la reivindicación 1, donde los medios para recolectar datos se ejecutan en paralelo con los medios para ejecutar la exploración de controlador.
4. El controlador de la reivindicación 1, donde en respuesta a una solicitud de datos del computador remoto, los medios para recolectar datos proveen no mas de un número máximo predeterminado de bytes de datos e instrucciones combinados por exploración por los medios para ejecutar la exploración de controlador.
5. El controlador de la reivindicación 4, donde el número máximo de bytes por exploración es predeterminado como un número de bytes que puede ser comunicado a la red para entrega al computador remoto en menos que el tiempo requerido para una exploración por los medios para ejecutar la exploración de controlador.
6. El controlador de la reivindicación 1, donde al menos algunos de los datos están residentes en un controlador diferente, los medios de recolección de datos estando configura-dos para acceso y obtención de los datos del controlador diferente vía una red de computadores.
7. El controlador de la reivindicación 1, donde el controlador comprende además un apilamiento de programa de control de transmisión (TCP) /protocolo de Internet (IP) a la medida para comunicar cualquier comando MODBUS o mensaje como un ^-^•"rrf -losólo paquete TCP/IP.
8. El controlador de la reivindicación 7, donde el servidor web comprende un servidor de archivos para proveer las páginas web.
9. El controlador de la reivindicación 8, donde el servidor web comprende además un servidor de protocolo de transferencia de hiper-texto (HTTP) que provee funcionalidad para obtener archivos .
10. El controlador de la reivindicación 9, donde el servidor web comprende además un servidor de protocolo de transferencia de archivos (FTP) para recibir páginas web nuevas o de reemplazo por la red vía el apilamiento TCP/IP y las provee al servidor de archivos .
11. El controlador de la reivindicación 7, donde los medios para ejecutar la exploración de controlador están acoplados a un manejador MODBUS, que a su vez está en interfaz con el apilamiento TCP/IP, con ello acoplando los medios para ejecutar una exploración de controlador a la red.
12. El controlador de la reivindicación 7, donde los medios para ejecutar la exploración de controlador están acoplados a una interfaz de entrada/salida de red local, con ello acoplando los medios para ejecutar la exploración de controlador a una red local .
13. Un método para controlar al menos un dispositivo de entrada/salida de un sistema de control industrial o sistema automatizado y para interactuar con un computador ubicado de manera remota vía una red, tal como Internet, el método comprendiendo los pasos de : a) ejecutar una exploración de controlador incluyendo resolución de la lógica de escalera asociada con el al menos un dispositivo de entrada/salida controlado, la exploración de controlador teniendo una tasa de exploración predeterminada; b) recolectar datos relevantes a una función de control ; c) almacenar páginas web que comprenden datos e instrucciones asociadas susceptibles de recuperarse y ejecutarse por el computador ubicado de manera remota, las instrucciones haciendo que el computador ubicado de manera remota presente los datos para despliegue en un formato predeterminado; y d) responder a una solicitud de datos del computador ubicado de manera remota proveyendo una o mas páginas web usadas para desplegar los datos solicitados.
14. El método de la reivindicación 13, donde el paso de recolectar datos y el paso de responder a una solicitud de datos son ejecutados como tareas en el fondo o en segundo plano.
15. El método de la reivindicación 13, donde el paso de recolectar datos y el paso de responder a una solicitud de datos se ejecutan en paralelo con el paso de ejecutar la exploración de controlador.
16. El método de la reivindicación 13, donde al responder a una solicitud de datos del computador remoto, se provee no mas de un número máximo predeterminado de bytes de datos e instrucciones combinados por exploración.
17. El método de la reivindicación 16, donde el número máximo de bytes por exploración es predeterminado como un número de bytes que puede ser comunicado a la red para entrega al computador remoto en menos que el tiempo requerido para una exploración.
18. El método de la reivindicación 13, comprendiendo además el paso de comunicar por la red comandos MODBUS o mensajes, donde cualquier comando MODBUS o mensaje es comunicado por la red como un solo paquete TCP/IP.