Middleware-Konzepte für verteilte Automatisierungssysteme basierend auf IEC 61499

Abstract

Durch die Verwendung von Middleware wird die Entwicklung von verteilten Systemen und Anwendungen wesentlich vereinfacht. Hardware- und Software-spezifische Eigenschaften sowie die physikalische Verteilung werden vor der Applikation verborgen, und sämtliche Kommunikationsabläufe durch die Middleware koordiniert. Zusätzlich werden diverse Services wie z.B. Echtzeitüberwachung angeboten und mit einer definierten Quality-of-Service (QoS) ausgeführt. Vor allem im IT-Bereich haben sich Middleware-Konzepte beispielsweise zur Abwicklung von Geschäfts- oder Business-to-Business-Prozessen (B2B) bewährt, und auch die verteilte Automation könnte von besagter Middleware-Funktionalität profitieren. Um eine Umsetzung in der Automatisierungstechnik, speziell für IEC 61499-Systeme, zu ermöglichen, wurde zuerst der Stand der Technik ermittelt, und die Voraussetzungen und Anforderungen betrachtet. Neben der industriellen Kommunikation wurden die relevanten QoS-Parameter sowie eventuelle Ressourceneinschränkungen analysiert. Gängige Middleware-Produkte (CORBA bzw. RT-CORBA, DCOM, .NET, Java EE, DDS und OSA+) wurden auf diese Punkte im Hinblick auf einen direkten Einsatz untersucht. Da keines der Produkte allen Anforderungen genügt, wurde auch die Entwicklung bzw. der Einsatz von Protokollen abgewogen. Auch hier zeigen sich einige Einschränkungen, weshalb letztendlich die Nachbildung von Middleware-Funktionalität mit IEC 61499-Mitteln favorisiert wurde. Ausgewählte Mechanismen wurden mithilfe diverser Diagramme rein funktional beschrieben und für eine Implementierung aufbereitet. Diese Ergebnisse konnten letztendlich mit dem IEC 61499-konformen FBDK (Function Block Development Kit) der Firma HOLOBLOC Inc. umgesetzt werden. Als Endresultat präsentiert sich eine Bibliothek an Kommunikationsfunktionsblöcken mit unterschiedlichen QoS-Möglichkeiten, die für einen konkreten Einsatz bereitsteht. Eine Einschätzung der Ergebnisse sowie ein Ausblick runden die Diplomarbeit ab.<br />

The usage of middleware makes the development of distributed systems and applications much easier. Hardware- and software-specific features, as well as the physical distribution are hidden from the application and all communication activities are coordinated by the middleware. Additionally, diverse services, for example real-time monitoring, are offered and executed with a defined quality of service (QoS). Middleware-concepts have proven themselves mainly in the IT-domain, e.g. for handling business, respectively business-to-business (B2B) processes, and also distributed automation could benefit from aforesaid middleware-functionality. In order to enable a realisation in automation, especially for IEC 61499-systems, the state of the art was identified and the assumptions and requirements were considered. Beside the industrial communication all relevant QoS-parameters as well as potential resource constraints were analysed. Concentrating on these points prevalent middleware-products (CORBA respectively RT-CORBA, DCOM, .NET, Java EE, DDS and OSA+) were observed in terms of a direct insertion. As no product could fulfil all requirements, the development, respectively the deployment of protocols was weighed. But also in this case some constraints showed up wherefore the emulation of middleware-functionality with means of IEC 61499 was favoured, finally. Selected mechanisms were described with the help of different diagrams in a functional way and pre-processed for implementation. These results could be finally implemented by dint of the IEC 61499-compliant FBDK (Function Block Development Kit) from HOLOBLOC Inc. The bottom line is a library of communication function blocks with different QoS-possibilities which are available for a concrete application. An evaluation of the achievements as well as future prospects top off this diploma thesis.