Industrieforum Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 1

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1 Industrieforum Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 1

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3 Prof. Dr. Frithjof Klasen Lehr- und Forschungsgebiet: Automatisierungstechnik und Informationstechnik Leiter des Instituts für Automation & Industrial IT Zentrum für Webtechnologien in der Automation Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 3

4 Institut für Automation & Industrial IT Arbeitsfelder Studiengänge Forschung & Entwicklung Robotics Antriebstechnik Regelungstechnik Computational Intelligence Prozessleittechnik Industrielle Automation Industrielle Kommunikationssysteme Industrielle IT - Diplom-/Bachelor Automatisierungstechnik / Informatik - Master Automation & IT (ab Herbst 2008) - Zentrum für Webtechnologien in der Automation - Industrial IT/ Industrial Security Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 4

5 Institut für Automation & Industrial IT Zentrum für Webtechnologien in der Automation Webbasierte Prozessvisualisierung Beratung und Konzeptentwicklung Applikationsentwicklung für webbasierte Visualisierungsaufgaben mit Standard-Webbrowsern Teleservice und Telematik-Lösungen Fernüberwachung mit mobilen Endgeräten (PDA) Fernprogrammierung SMS-gestützte Meldesysteme Ind. Kommunikationssysteme und IT-Security Industrial Ethernet Gateway-Lösungen für das Zugangsmanagement Einwahllösungen über ISDN, Funknetze und Internet Test und Felderprobung von Automatisierungsund Netzwerkkomponenten Security-Tests Embedded Lösungen Software-Entwicklung für Visualisierungsaufgaben Entwicklung von webmanaged Devices Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 5

6 Institut für Automation & Industrial IT Industrial Security IT-Security / Industrial Security - Intrusion- und Vulnerability-Analyse und Test - System Penetrations-Test - Design und Implementierung von Security Lösungen - Test von Technologien und Produkten Industrielle Kommunikation - Automatisierungsprotokolle (PROFINET, etc.) - Webbasierte Kommunikation Technische Entwicklungen - Security Gateways - Embedded Webserver - Mobile Clients (PDA) - Webmanaged Devices Richtlinienentwicklung -PNO, ZVEI - VDI/VDE-GMA Fachausschuss Security Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 6

7 Industrieforum Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 7

8 WEBMATION - die Themen Technologien und Architekturen Leitfaden Einsatz von Web-Technologien in der Automation Technologie-Farm / Musterimplementierungen Integration von Geräten / Technologien der Partner Browser-Test an Geräten / Technologien der Partner Ergänzung um weitere Technologien (B&B, M2M, Datenbeschreibungen ) Knowledge-Map Datenbank Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 8

9 WEBMATION - die Themen Technologien und Architekturen Leitfaden Einsatz von Web-Technologien in der Automation Technologie-Farm / Musterimplementierungen Integration von Geräten / Technologien der Partner Browser-Test an Geräten / Technologien der Partner Ergänzung um weitere Technologien (B&B, M2M, Datenbeschreibungen ) Knowledge-Map Datenbank Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/2008 9

10 Die Schlagworte Ethernet INTERNET HTML HTTP Router OPC SMTP FTP TCP/IP XSL XML Applets Java Java-Servlets SOAP Web-Services Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

11 Die Technologien Dokumenten-Technologien: -HTML -XML - XSL -SVG Clientseitige Technologien: - Java-Applets - ActiveX Controls - JavaScript -Flash Serverseitige Technologien: -PHP - Java-Servelets - Web-Services Kommunikationsprotokolle: - HTTP -SMTP - FTP Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

15 Webtechnologien - Zusammenfassung Clientseitige Technologien http-antwort Kommunikations-Protokolle http snmp Dokumenten-Technologien: Webseiten (HTML) index. index. index. html html html index. html XML index. index. index. html html html Serverseitige Technologien Webclient Applikationsserver Webserver (http).jpg.gif Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

16 WEBMATION - die Themen Technologien und Architekturen Leitfaden Einsatz von Web-Technologien in der Automation Technologie-Farm / Musterimplementierungen Integration von Geräten / Technologien der Partner Browser-Test an Geräten / Technologien der Partner Ergänzung um weitere Technologien (B&B, M2M, Datenbeschreibungen ) Knowledge-Map Datenbank Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

17 ZVEI-Leitfaden / Arbeitskreis Systemaspekte Ziele des Leitfadens: Übersicht und Beschreibung der wichtigsten Web-Technologien Bewertung von Web-Technologien anhand einer allgemeinen Methodik im Kontext der automatisierungstechnischen Randbedingungen Orientierungswissen Der Leitfaden soll den Produkt- und Systemverantwortlichen sowie den potentiellen Anwendern helfen, über den Einsatz und die Implementierung geeigneter Web-Technologien zu entscheiden. Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

18 Vorgehensmodell zur Bewertung der Technologien Szenario Architektur Architektur 1 2 Implementierungsvarianttierungs- Implemen- 1 Implemenvarianttierungsvariante 2 3 Merkmalsdefinition Anwendungsfall Anwendungsfall Funktion A Funktion B Funktion C Zuordnung Funktion Gerät Ort A1 Sequenzdiagramm Sequenzdiagramm A1.1 Sequenzdiagramm A1.2 A1.3 Bewertung A1.1 Bewertung A1.2 Bewertung A1.3 Schlussfolgerung Funktion D Funktion E Funktion F Zuordnung Funktion Gerät Ort A2 Sequenzdiagramm Sequenzdiagramm A2.1 Sequenzdiagramm A2.2 A2.3 *** Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

19 Beispielszenario Visualisierung von Prozessgrößen in der zentralen Warte einer Betankungsanlage Beschreibung des Anwendungsfalls Die Betankungsanlage einer Raffinerie, welche eine räumliche Distanz zum Leitstand hat, soll von einer zentralen Warte aus beobachtet werden. Neben technischen Informationen zur Führung des Betankungsprozesses sind insbesondere logistische Informationen, wie z. B. Mengenangaben oder betankte Einheiten, relevant, um eine Weiterverarbeitung in betriebswirtschaftlichen Systemen zu ermöglichen (ggf. automatisch eine Rechnungserstellung). Es wird archiviert, wann, wie viel und von welcher Sorte abgefüllt wurde. Der Beobachter wird alarmiert bei Erreichen von Grenzwerten. Randbedingungen Distanz zwischen Betankungsanlage und Leitstand ca. 5 km automatische Aktualisierung der zu beobachtenden Prozessdaten in der Warte Aktualisierungsintervall der Anzeige: ca. 500 ms Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

20 Automatisierungsarchitektur Zuordnung von Funktionen, Geräten und Standorten Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

21 Beispiel Betankungsanlage Parametrierung (Funktion E) Start/Stop-Betrieb (Funktion F) Tipp-Betrieb (Funktion G) Schieberegler (Funktion H) Statusanzeige (Funktion A) Grafische Füllstandsanzeige (Funktion B) Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

22 Funktionen Beobachten A: Statusanzeigen für den Befüllprozess: Anzeige des aktuellen Status des Befüllvorgangs (Start, Stop, Befüllen, gestört und ungestört), Aktualisierung durch zyklisches Abfragen B: Grafische Visualisierung der Füllmenge in Fließbildern C: Visualisierung von Meldungen bei Grenzwertverletzungen mit Quittierung D: Einblenden eines Videobildes der Betankungsanlage E: Parametrierung des automatischen Befüllprozesses Bedienen F: Handbetrieb der Abfüllung (Start, Stop) G: Steuerung der Beimischungen durch explizites Öffnen / Schließen von Ventilen H: Beeinflussung der Pumpenleistung durch Vorgabewerte für den Durchfluss Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

23 Sichtweisen Entwicklersicht Anwendersicht Welche Funktionen sind mit einer bestimmten Technologie realisierbar? technologieorientierte Betrachtung Mit welchen Technologien lässt sich eine bestimmte Funktion realisieren? funktionsorientierte Betrachtung Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

24 Implementierungsvarianten Dokumenten-Technologien: -HTML -XML -XSLT - SVG - Implementierungsvariante Clientseitige Technologien: - Web-Browser - Java-Applets - ActiveX-Controls - JavaScript - Flash - Serverseitige Technologien: - statische Web-Seite -PHP - Java-Servlets -CGI - Kommunikationsprotokolle: - HTTP - SHTTP -SOAP - Web-Services - Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

25 Implementierungsvarianten visuelle Interfaces Σ 72 M2M- Interfaces Σ 33 Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

26 Beispiel Sequenzdiagramm SPS/AC ProzessAbbild Create WebClient Filesystem Create Create Webserver Create Webbrowser ScriptingEngine Create httprequest (get, url) (Zugriff auf HTML-Dok.) Hole HTML-Dokument Sende HTML-Dokument httpresponse (OK, container.html) httprequest (get, url) (Zugriff auf JavaApplet) Hole JavaApplet Sende JavaApplet httpresponse (OK, StatusApplet.java) Create JavaApplet Hole HTML-Dokument Sende HTML-Dokument (enthält Script) httprequest (get,url) (Zugriff auf HTML-Dokument) Hole Statusdaten Sende Statusdaten Starte Script Loop Sende aufgebautes HTML httpresponse (OK, status.html) Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

27 Implementierungsvarianten Aus der Vielzahl möglicher Lösungen werden folgende Implementierungsvarianten vorgestellt: statisches HTML mit HTTP-Kommunikation, statisches HTML mit serverseitiger Scripting-Engine, JavaScript mit HTTP-Kommunikation, Java-Applet/Flash-Video mit HTTP-Kommunikation, Java-Applet mit SNMP-Kommunikation Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

28 Anwendungsaspekte für die Bewertung von Web-Technologien Security-Aspekte Ressourcenbedarf Zeitverhalten Plug&Play-Fähigkeit Maintenance Engineering-Aspekte Systemaspekte Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

29 Beispiel einer Bewertung Merkmal Ressourcenaspekte - Speicher Zielhardware Zeitaspekte JavaScript geringer als bei Java-Applet (abhängig von eingesetzten Bibliotheken) schnelle Anzeige durch kürzere Lade- und Initialisierungszeit der JavaScript-Engine Java Applet typisch KB längere Ladezeit für Applet und Initialisierungszeit für Java Runtime Systemaspekte - Laufzeitumgebung kein Plug-In erforderlich aber stark Webbrowser-abhängig Plug-In erforderlich (Java Runtime Environment) Erstellungs- und Nutzungsaspekte - Engineering - gute Trennung von Logik und Präsentation - Browserabhängigkeit erfordert umfangreiche Tests Logik und Präsentation sind gekapselt Compiler erforderlich Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

30 Beispiel Merkmalübersicht Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

32 WEBMATION - Technologiefarm Clientseitige Technologien Webclient Internet Kommunikations-Protokolle http snmp Dokumenten-Technologien: Webseiten (HTML) index. index. index. html html html index. html XML index. index. index. html html html Serverseitige Technologien Webserver (http).jpg.gif Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

33 Musterimplementierungen Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

34 Musterimplementierungen Visualisierung: Java-Applet Java-Skript Flash Implementierungsvarianten: clientseitiges JavaApplet und serverseitige Java-Servlets clientseitiges JavaApplet und serverseitiges CGI-Programm clientseitiges JavaScript (AJAX) und serverseitige Java-Servlets clientseitiges JavaScript (AJAX) und serverseitiges CGI-Programm clientseitiges JavaApplet und serverseitige Java-Servlets clientseitiges Flash und serverseitige Java-Servelets M2M-Kommunikation: OPC XML PHP (geplant) Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

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37 WEBMATION / Technologiefarm Internet Firewall-System Transparentes Gateway für exclusiven Zugriff auf einzelne Geräte Zentraler Switch MP277 Touch FactoryCast TSX WMY100 Altivar ATV 71 inkl. Motor SCALANCE X208 CPU315-2 PN/DP CP343-1 Advanced mcon 3100 ILC350 ETH FL Switch MCF 16 TX Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

38 Technologiefarm Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

41 Browser-Test Produkt A Produkt B Produkt C Produkt D Produkt E Produkt F Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

42 WEBMATION - die Themen Technologien und Architekturen Leitfaden Einsatz von Web-Technologien in der Automation Technologie-Farm / Musterimplementierungen Integration von Geräten / Technologien der Partner Browser-Test an Geräten / Technologien der Partner Ergänzung um weitere Technologien (M2M, Datenbeschreibungen ) Knowledge-Map Datenbank Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

43 M2M-Kommunikation per Webservice Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

44 WEBMATION - die Themen Technologien und Architekturen Leitfaden Einsatz von Web-Technologien in der Automation Technologie-Farm / Musterimplementierungen Integration von Geräten / Technologien der Partner Browser-Test an Geräten / Technologien der Partner Ergänzung um weitere Technologien (B&B, M2M, Datenbeschreibungen ) Knowledge-Map Datenbank / Freischaltung ab Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

46 Knowledge-Map Auswahldialog Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

47 Knowledge-Map / Beispiel Merkmalübersicht Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/

49 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Frithjof Klasen Zentrum für Webtechnologien in der Automation Institut für Automation & Industrial IT (AIT) Fachhochschule Köln Campus Gummersbach Telefon Prof. Dr. Frithjof Klasen 02/