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Obsidean_VM/01-Documentation/CAx AutomationML/Estructura XML Detallada pa...

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4. Estructura XML Detallada para Topología de Red en Exportaciones AML de TIA Portal

Basándose en los estándares AML/CAEX y la información disponible sobre las exportaciones de TIA Portal, se puede inferir la estructura XML probable utilizada para representar la topología de red.

4.1. Mapeo de Conceptos de TIA Portal a Elementos CAEX

  • Estructura del Proyecto (Carpetas): Se representan mediante elementos InternalElement anidados dentro de la InstanceHierarchy raíz, reflejando la estructura del árbol del proyecto en TIA Portal. Estos IEs "carpeta" podrían tener un RefBaseRoleClassPath o RefBaseSystemUnitPath que indique su naturaleza organizativa.
  • Redes/Subredes (Ej. Profinet_1): Probablemente representadas como instancias InternalElement de nivel superior dentro de la InstanceHierarchy, o anidadas directamente bajo la raíz. Estos IEs de red harían referencia a una SystemUnitClass o RoleClass que indique el tipo de red (por ejemplo, algo como "ProfinetSystem", "ProfibusMasterSystem", posiblemente de bibliotecas Siemens) a través de RefBaseSystemUnitPath o RefBaseRoleClassPath.
  • Dispositivos/Nodos (PLCs, Dispositivos IO, Switches): Representados como instancias InternalElement anidadas dentro de su respectivo InternalElement de red/subred (o quizás bajo una carpeta de dispositivos). Cada IE de dispositivo tendrá atributos Name (el nombre en TIA Portal) y ID (un identificador único global, GUID).1
    • Referenciarán su tipo de hardware específico a través de RefBaseSystemUnitPath, apuntando a una SystemUnitClass (por ejemplo, PLCSystemUnitClassLib/Siemens S7-1200, o más probablemente, a una clase dentro de bibliotecas específicas de Siemens cargadas en el archivo AML).
    • Podrían referenciar un rol funcional a través de RefBaseRoleClassPath (ej. AutomationMLBaseRoleClassLib/ControllerDevice, AutomationMLBaseRoleClassLib/IODevice, NetworkComponentsRoleClassLib/Switch).
    • Propiedades específicas de Siemens, como el número de pedido ("PLC type designation"), probablemente se almacenen como elementos Attribute dentro del IE del dispositivo.3
  • Interfaces/Puertos de Dispositivo (Puertos Ethernet, Conectores Profibus): Representados como elementos ExternalInterface anidados dentro de su InternalElement padre (el dispositivo). Cada EI tendrá atributos Name (ej. "X1", "PROFINET interface_1", "P1 R" 3) y ID (GUID único).1
    • Referenciarán su tipo de interfaz a través de RefBaseClassPath, apuntando a una InterfaceClass (ej. CommunicationInterfaceClassLib/CommunicationPhysicalSocket).
    • Los parámetros de red (IP, MAC, etc.) se almacenan como elementos Attribute anidados dentro del ExternalInterface.1
  • Conexiones (Cables): Representadas por elementos InternalLink, típicamente definidos como hijos del InternalElement que representa la red o subred, o potencialmente a un nivel superior dentro de la InstanceHierarchy.1
    • Cada InternalLink conecta dos elementos ExternalInterface utilizando los atributos RefPartnerSideA y RefPartnerSideB, que contienen los IDs de las EIs conectadas, definiendo así explícitamente el enlace físico o lógico.

La combinación de InternalElement anidados, ExternalInterface, Attribute y InternalLink proporciona una estructura bien definida y analizable para representar la topología de la red dentro del marco AML/CAEX, apoyando directamente la generación de un árbol de nodos.1

4.2. Ejemplo de Estructura Jerárquica (Conceptual)

A continuación se muestra un fragmento XML conceptual que ilustra la estructura probable:

XML

<CAEXFile xmlns="http://www.dke.de/CAEX/3.0" SchemaVersion="3.0">
  <InstanceHierarchy Name="ProjectHierarchy">
    <InternalElement Name="Profinet_1" ID="{GUID-Network-1}" RefBaseRoleClassPath="CommunicationRoleClassLib/ProfinetSystem">
      <InternalElement Name="PLC_1" ID="{GUID-PLC-1}" RefBaseSystemUnitPath="SiemensSUCLib/S7-1500_CPU_XYZ">
        <RoleRequirements RefBaseRoleClassPath="AutomationMLBaseRoleClassLib/ControllerDevice"/>
        <Attribute Name="SiemensOrderNumber" AttributeDataType="xs:string">
          <Value>6ES7...</Value>
        </Attribute>
        <ExternalInterface Name="X1" ID="{GUID-PLC1-IF1}" RefBaseClassPath="CommunicationInterfaceClassLib/CommunicationPhysicalSocket">
           <Attribute Name="ip" AttributeDataType="xs:string">
             <Value>192.168.0.1</Value>
           </Attribute>
           <Attribute Name="mac" AttributeDataType="xs:string">
             <Value>00-1C-06-...</Value>
           </Attribute>
           <Attribute Name="netmask" AttributeDataType="xs:string">
             <Value>255.255.255.0</Value>
           </Attribute>
           <Attribute Name="DeviceName" AttributeDataType="xs:string">
             <Value>plc_1</Value> </Attribute>
           </ExternalInterface>
      </InternalElement>
      <InternalElement Name="IO_Device_1" ID="{GUID-IO-1}" RefBaseSystemUnitPath="SiemensSUCLib/ET200SP_IM_ABC">
        <RoleRequirements RefBaseRoleClassPath="AutomationMLBaseRoleClassLib/IODevice"/>
        <Attribute Name="SiemensOrderNumber" AttributeDataType="xs:string">
          <Value>6ES7...</Value>
        </Attribute>
        <ExternalInterface Name="P1" ID="{GUID-IO1-IF1}" RefBaseClassPath="CommunicationInterfaceClassLib/CommunicationPhysicalSocket">
           <Attribute Name="ip" AttributeDataType="xs:string">
             <Value>192.168.0.10</Value>
           </Attribute>
           <Attribute Name="mac" AttributeDataType="xs:string">
             <Value>08-00-06-...</Value>
           </Attribute>
           <Attribute Name="netmask" AttributeDataType="xs:string">
             <Value>255.255.255.0</Value>
           </Attribute>
           <Attribute Name="DeviceName" AttributeDataType="xs:string">
             <Value>io_device_1</Value> </Attribute>
           </ExternalInterface>
      </InternalElement>
      <InternalLink Name="Link_PLC1_X1_to_IO1_P1" ID="{GUID-Link-1}" RefPartnerSideA="{GUID-PLC1-IF1}" RefPartnerSideB="{GUID-IO1-IF1}"/>
    </InternalElement>
    </InstanceHierarchy>
</CAEXFile>

4.3. Representación de Tipos de Red (Profinet/Profibus)

La distinción entre diferentes tipos de redes (Profinet, Profibus, ASi, etc.) se realiza probablemente a través de la referencia a clases específicas en las bibliotecas:

  • El InternalElement que representa la red o subred utilizará un RefBaseRoleClassPath o RefBaseSystemUnitPath que identifique semánticamente el tipo de red (por ejemplo, conteniendo "Profinet", "ProfibusDP" en la ruta).
  • Los dispositivos (InternalElement) y sus interfaces (ExternalInterface) dentro de esa red contendrán Attributes específicos para ese protocolo. Por ejemplo, un dispositivo en una red Profinet tendrá atributos para su "DeviceName" (nombre Profinet) y dirección IP/MAC, mientras que un dispositivo en una red Profibus tendrá un atributo para su dirección Profibus.3

4.4. Representación de Dispositivos/Nodos

Cada dispositivo físico o lógico (PLC, módulo IO, switch, etc.) se representa como un InternalElement. Los identificadores clave son:

  • Name: El nombre asignado en TIA Portal.
  • ID: Un GUID único para esa instancia de dispositivo en el archivo AML.
  • RefBaseSystemUnitPath: Enlace al tipo de hardware específico definido en una SystemUnitClassLib (probablemente una biblioteca de Siemens).
  • RefBaseRoleClassPath: Enlace opcional a un rol funcional definido en una RoleClassLib.
  • Attributes: Propiedades específicas como el número de pedido de Siemens (SiemensOrderNumber o similar basado en "PLC type designation" 3), StationID 3, etc.

4.5. Representación de Interfaces/Puertos de Dispositivo

Cada punto de conexión de red en un dispositivo se representa como un ExternalInterface anidado dentro del InternalElement del dispositivo. Identificadores clave:

  • Name: Nombre del puerto (ej. "X1", "P1").
  • ID: GUID único para esa instancia de interfaz.
  • RefBaseClassPath: Enlace al tipo de interfaz definido en una InterfaceClassLib (probablemente CommunicationInterfaceClassLib o una específica de Siemens).

Los parámetros de red cruciales se almacenan como elementos Attribute hijos del ExternalInterface. La siguiente tabla resume los atributos más probables basados en la evidencia:

Tabla 1: Atributos Clave para Interfaces de Red en AML (Basado en Estándares y Ejemplos)
Nombre del Atributo (Probable) Descripción Tipo de Dato (Probable) Ubicación Típica Fuentes de Evidencia
ip / IPAddress / Address Dirección IP xs:string Hijo de <ExternalInterface>
mac / MACAddress Dirección MAC xs:string Hijo de <ExternalInterface>
netmask / SubnetMask Máscara de subred xs:string Hijo de <ExternalInterface>
DeviceName / ProfinetDeviceName Nombre del dispositivo Profinet xs:string Hijo de <ExternalInterface> Inferido de
ProfibusAddress Dirección Profibus xs:integer/xs:string Hijo de <ExternalInterface> Inferido de
StationID Identificador de estación (específico del contexto) xs:integer/xs:string Hijo de <InternalElement> 3
MasterSystemID ID del sistema maestro (Controlador IO / Maestro DP) xs:integer Hijo de <InternalElement> 3
SiemensOrderNumber / PLCTypeDesignation Número de pedido de Siemens para el dispositivo/módulo xs:string Hijo de <InternalElement> 3
PlugDesignation Designación del conector físico (ej. "P1 R") xs:string Hijo de <ExternalInterface> 3
BusInterfaceName Nombre de la interfaz de bus (ej. "PROFINET interface_1") xs:string Hijo de <ExternalInterface> 3

Nota: La ubicación exacta (en InternalElement vs. ExternalInterface) y los nombres de algunos atributos pueden variar ligeramente según la implementación específica de Siemens y la versión de TIA Portal.

Los identificadores únicos (ID) asignados a cada InternalElement y ExternalInterface son absolutamente críticos. Permiten establecer las conexiones de forma inequívoca mediante los elementos InternalLink. El análisis del archivo AML dependerá en gran medida de la capacidad de resolver estas referencias de ID para reconstruir la topología.

4.6. Representación de Conexiones

Las conexiones físicas o lógicas entre puertos se definen explícitamente mediante elementos InternalLink.

  • Cada InternalLink tiene un Name y un ID únicos.
  • La conexión se define mediante los atributos RefPartnerSideA y RefPartnerSideB. Cada uno de estos atributos contiene el ID (GUID) de uno de los elementos ExternalInterface que participan en la conexión.
  • Al analizar el archivo, encontrar un InternalLink permite identificar directamente qué dos puertos (y por lo tanto, qué dos dispositivos) están conectados.
  • Estos elementos InternalLink suelen encontrarse como hijos del InternalElement que representa la red o subred a la que pertenecen las interfaces conectadas.

Aunque la estructura central (IE, EI, IL, Attribute) es estándar CAEX, los valores específicos de RefBase...Path que apuntan a las bibliotecas y los nombres exactos de algunos atributos (más allá de los básicos como ip, mac) dependerán de las bibliotecas AML utilizadas por TIA Portal (bibliotecas AML estándar como CommunicationInterfaceClassLib o bibliotecas específicas de Siemens).3 Un análisis exitoso requiere identificar qué bibliotecas y atributos utiliza realmente TIA Portal en su exportación, lo que puede requerir examinar archivos exportados reales.

5. Análisis (Parsing) de AML para Generación de Árbol de Red

5.1. Estrategia General

El análisis de los archivos AML exportados por TIA Portal para extraer la topología de red se puede abordar utilizando bibliotecas estándar de procesamiento XML disponibles en la mayoría de los lenguajes de programación (como Python, C#, Java). La estrategia general implica:

  1. Cargar el archivo .aml exportado por TIA Portal.
  2. Navegar por el Modelo de Objetos del Documento (DOM) XML siguiendo la estructura CAEX descrita anteriormente.
  3. Identificar y extraer la información relevante sobre redes, dispositivos, interfaces, parámetros y conexiones.
  4. Construir una representación interna (por ejemplo, objetos o estructuras de datos) de la topología de red.

La naturaleza estructurada de CAEX, con identificadores únicos y enlaces explícitos, hace que este proceso sea factible y relativamente directo con las herramientas XML estándar.

5.2. Identificación de Elementos Clave

El proceso de análisis debe centrarse en localizar y procesar los siguientes elementos dentro del archivo AML:

  1. Raíz de Instancias: Localizar el elemento <InstanceHierarchy>. Este es el contenedor principal de la configuración específica del proyecto. El análisis debe centrarse principalmente en este elemento y sus descendientes. Las secciones de bibliotecas (<SystemUnitClassLib>, etc.) definen los tipos, pero la InstanceHierarchy contiene las instancias reales y sus conexiones.
  2. Redes/Subredes: Iterar a través de los InternalElement hijos directos de <InstanceHierarchy> (o anidados según la estructura del proyecto). Identificar aquellos que representan redes basándose en su Name o, de forma más robusta, en su RefBaseRoleClassPath o RefBaseSystemUnitPath (buscando identificadores como "ProfinetSystem", "ProfibusMasterSystem").
  3. Dispositivos: Dentro de cada InternalElement de red (o en la jerarquía de carpetas correspondiente), buscar recursivamente los InternalElement que representan dispositivos. Para cada uno, extraer su Name, ID, RefBaseSystemUnitPath (para tipo de hardware) y los Attributes relevantes (ej. SiemensOrderNumber, StationID).
  4. Interfaces: Dentro de cada InternalElement de dispositivo, encontrar todos los elementos ExternalInterface. Extraer su Name, ID, RefBaseClassPath (para tipo de interfaz) y, crucialmente, iterar sobre sus Attributes hijos para extraer los parámetros de red (IP, MAC, Netmask, Nombre Profinet, etc., consultando la Tabla 1).
  5. Conexiones: Localizar todos los elementos InternalLink (probablemente hijos del IE de red o en un nivel superior). Para cada uno, extraer los valores de los atributos RefPartnerSideA y RefPartnerSideB. Estos son los IDs de las dos ExternalInterface que están conectadas.

5.3. Construcción del Árbol de Nodos

Una vez extraída la información del XML, el siguiente paso es construir la representación de la topología deseada:

  1. Definir Estructuras de Datos: Es fundamental diseñar clases u otras estructuras de datos en el lenguaje de programación elegido para representar los conceptos de Red (Network), Dispositivo (Device), Interfaz (Interface) y Conexión (Connection). La clase Interface debe poder almacenar los atributos de parámetros de red extraídos (IP, MAC, etc.). La clase Connection debe enlazar dos objetos Interface.
  2. Crear Mapas de ID: Durante el análisis de dispositivos e interfaces (pasos 3 y 4 anteriores), poblar diccionarios o mapas hash que permitan una búsqueda rápida de objetos Device e Interface a partir de su ID (GUID). Esto es esencial para resolver las referencias en los InternalLinks.
  3. Procesar Dispositivos e Interfaces: Iterar sobre los elementos XML correspondientes, crear instancias de los objetos Device e Interface definidos en el paso 1, almacenar sus atributos y poblar los mapas de ID.
  4. Procesar Conexiones: Iterar sobre los elementos InternalLink. Para cada uno, usar los IDs de RefPartnerSideA y RefPartnerSideB para buscar los objetos Interface correspondientes en los mapas creados en el paso 2. Crear un objeto Connection que enlace estos dos objetos Interface.
  5. Ensamblar la Estructura: Organizar los objetos Device bajo sus respectivos objetos Network (identificados en el paso 2 del análisis). Las conexiones establecidas en el paso 4 forman las aristas del grafo o árbol de red. El resultado es una representación en memoria de la topología de red que puede ser consultada o visualizada según sea necesario.

5.4. Manejo de Posibles Desafíos

  • Archivos Grandes: Proyectos de TIA Portal muy extensos pueden generar archivos AML de gran tamaño. El análisis basado en DOM puede consumir mucha memoria. En tales casos, considerar el uso de analizadores SAX (Simple API for XML), aunque esto puede complicar la resolución de referencias de ID, ya que requiere mantener el estado manualmente.
  • Espacios de Nombres (Namespaces): El archivo AML utilizará al menos el espacio de nombres CAEX (http://www.dke.de/CAEX/3.0). Asegurarse de que el analizador XML esté configurado para manejar correctamente los espacios de nombres al buscar elementos.
  • Referencias a Bibliotecas: Si bien el análisis de la InstanceHierarchy es suficiente para la topología, comprender las clases referenciadas (RefBase...Path) puede añadir contexto semántico valioso. Si es necesario, se pueden analizar también las secciones de bibliotecas (<SystemUnitClassLib>, etc.) para obtener detalles sobre los tipos de dispositivos e interfaces.
  • Diferencias entre Versiones: La estructura exacta o los atributos utilizados por TIA Portal podrían tener ligeras variaciones entre diferentes versiones (V15, V16, V17, V18, V19, etc.). Es recomendable probar el analizador con exportaciones de las versiones específicas de TIA Portal que se necesiten soportar. Basar el análisis en elementos y atributos estandarizados (como ip, mac de) en lugar de depender excesivamente de detalles observados en un solo ejemplo proporcionará mayor robustez frente a futuras actualizaciones, siempre que Siemens mantenga la conformidad con los estándares AML.

6. Conclusión y Recursos Adicionales

6.1. Resumen de Hallazgos

El análisis confirma que Siemens TIA Portal utiliza el formato estándar AutomationML (AML), basado en CAEX (IEC 62424), para su funcionalidad de exportación CAx. Esta exportación incluye la información necesaria para reconstruir la topología de red de un proyecto, abarcando la configuración de hardware, la estructura de red (Profinet, Profibus), las asociaciones de dispositivos a subredes, las direcciones de los dispositivos (IP, MAC, Profibus, etc.) y las interconexiones.

La estructura XML se basa en elementos CAEX clave: InstanceHierarchy para la configuración del proyecto, InternalElement para representar redes, carpetas y dispositivos, ExternalInterface para los puertos de los dispositivos (conteniendo atributos para parámetros como la dirección IP), y InternalLink para definir explícitamente las conexiones entre interfaces mediante referencias a sus IDs únicos.

Esta estructura bien definida, respaldada por los estándares IEC 62714 (especialmente la Parte 5 para comunicación) e IEC 62424, es adecuada para el análisis programático mediante herramientas XML estándar, permitiendo la extracción de datos y la generación del árbol de nodos conectados por red deseado. Si bien la estructura central es estándar, los detalles semánticos específicos (nombres de clases en bibliotecas, nombres de atributos específicos de Siemens) pueden requerir la consulta de documentación de Siemens o el análisis de archivos de exportación reales. En general, existe una alta confianza en que la exportación AML de TIA Portal contiene la información necesaria en un formato analizable.

6.2. Recomendaciones

Para desarrollar una herramienta o script que analice los archivos AML de TIA Portal y genere un árbol de topología de red, se recomienda:

  1. Utilizar Bibliotecas XML Estándar: Aprovechar las capacidades de análisis DOM o SAX disponibles en el lenguaje de programación elegido.
  2. Enfocarse en InstanceHierarchy: Centrar el análisis en esta sección del archivo AML, ya que contiene la configuración específica del proyecto.
  3. Gestionar IDs Únicos: Implementar un mecanismo (como mapas hash) para almacenar y buscar eficientemente InternalElements y ExternalInterfaces por su atributo ID, ya que esto es crucial para resolver las conexiones definidas en los InternalLinks.
  4. Extraer Atributos Relevantes: Identificar y extraer los Attributes que contienen los parámetros de red necesarios (IP, MAC, Netmask, Nombre Profinet, Dirección Profibus, etc.), prestando atención a los nombres de atributo probablemente utilizados (ver Tabla 1).
  5. Validar con Exportaciones Reales: Probar y validar el analizador con archivos .aml generados por las versiones específicas de TIA Portal de interés para asegurar la compatibilidad y manejar posibles variaciones.
  6. Diseñar Estructuras de Datos: Crear un modelo de datos interno claro (clases/structs) para representar Redes, Dispositivos, Interfaces y Conexiones, facilitando la reconstrucción y el uso posterior de la topología extraída.

6.3. Recursos Adicionales

Para una comprensión más profunda y detalles definitivos, se recomienda consultar las siguientes fuentes:

  • AutomationML e.V.: El sitio web oficial (www.automationml.org) ofrece acceso a las especificaciones de AML (incluyendo whitepapers y recomendaciones de aplicación como las de Comunicación y Configuración de Proyectos), bibliotecas de clases estándar, herramientas (como el Editor AML) y otra documentación.
  • Normas IEC: Adquirir las normas oficiales IEC 62714 (especialmente Parte 1: Arquitectura y Requisitos Generales, y Parte 5: Comunicación) e IEC 62424 (CAEX) proporciona la especificación formal y definitiva.
  • Siemens Industry Online Support (SIOS): El portal de soporte de Siemens (support.industry.siemens.com) contiene documentación específica de TIA Portal sobre la funcionalidad de exportación/importación CAx, TIA Portal Openness, ejemplos de aplicación y notas técnicas.
  • GitHub: Pueden existir repositorios relevantes, como los del propio consorcio AutomationML (para motores de análisis como AMLEngine o ejemplos) u otros desarrolladores que trabajen con TIA Portal Openness y AML.4

Consultar estas fuentes permitirá obtener tanto la base teórica de los estándares como los detalles prácticos de la implementación específica de Siemens en TIA Portal.