CN100530008C - 操纵和/或观察至少一个现场设备的方法以及自动化系统 - Google Patents

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Abstract

为了能够尽可能低开销地运行用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，提出了一种方法，其中，实施自动化软件的第一中央控制设备(1a)产生用于控制该至少一个现场设备(13a)的第一指令并且向该至少一个现场设备(13a)发送该第一指令，至少一个其它的实施自动化软件的中央控制设备(1b)产生用于控制该至少一个现场设备(13a)的同样类型的第二指令并且向该至少一个现场设备(13a)发送该第二指令，并且，该至少一个现场设备(13a)接收所发送的第一和第二指令并实施至少一个所接收的指令。本发明还涉及一种用于实施该方法的自动化系统。

Description

操纵和/或观察至少一个现场设备的方法以及自动化系统
技术领域
本发明涉及用于操纵和/或观察至少一个现场设备的一种方法以及一种自动化系统。
背景技术
目前，通常使用所谓的自动化系统来控制不同的设备和过程。待控制的设备和过程通常可以例如是化学或加工技术过程、工业制造过程，或者是能量、煤气、水的分配过程。同样地，其也可以是在数据网络或通信网络上的信息的分配过程。
这种待自动化控制的设备和过程，常常具有在过程附近安装的所谓现场设备，利用这些现场设备可以从所述过程或设备中接收所记录的信号，并借助于执行元件对所述过程或设备产生影响。这种现场设备可以例如是引导技术或保护技术的现场设备，在此，概念“现场设备”不仅限于在现场的使用，而也可以包括例如应用于建筑物自动化或者电信设备中的设备。
所述及的现场设备通常通过数据连接与中央控制设备相连，该现场设备从该中央控制设备接收待实施的指令，并且向该中央控制设备传递从所记录的测量信号中产生的测量数据以及消息。
为最小化自动化设备的停机风险，通常冗余地(即至少双重地)实施不同的部件，使得在停机时可以由冗余的部件接替第一部件的对应功能。因此，例如大多冗余地实施中央控制设备和现场设备之间的数据连接。这例如意味着，所有数据线都是双重存在的或者构成为一种环状结构。
此外，通常也冗余地实施中央控制设备。为此，大体上普遍的是提供两个中央控制设备，其中的一个在正常情况下作为起作用的中央控制设备承担对自动化系统的完全控制。通过高性能同步数据传输导线将该起作用的中央控制设备与另一个中央控制设备相连，后者与起作用的中央控制设备在时间上同步地精确执行同一动作。在该起作用的中央控制设备停机时，可以简单地切换到另一中央控制设备，并可以不间断地继续运行所述自动化系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可以尽可能低开销地运行的、用于操纵和/或观察至少一个现场设备的方法和自动化系统。
为解决该针对方法的技术问题，提出了一种用于操纵和/或观察至少一个现场设备的方法，其中，实施自动化软件的第一中央控制设备产生用于控制该至少一个现场设备的第一指令，并将该第一指令向该至少一个现场设备发送，至少一个其它的实施该自动化软件的中央控制设备产生用于控制该至少一个现场设备的同样类型的第二指令，并将该第二指令向该至少一个现场设备发送，并且，该至少一个现场设备接收所发送的第一和第二指令并实施所接收指令中的至少一个。
由于两个中央控制设备彼此独立地实施同一自动化软件并分别向该至少一个现场设备发送相同类型的第一和第二指令，因而可以省去对中央控制设备费用昂贵的同步。
本发明的方法基于下述认识：在大多数情况下可以省去对中央控制设备的同步，因为所述中央控制设备以相同的方式实施同一自动化软件并因而它们虽然不是时间同步地工作但是也产生相同类型、即内容相同的指令，并按照相同的方式做出反应。虽然在根据本发明的方法中，向该至少一个现场设备多重地发送若干指令，但是大多数情况下由该现场设备对相同指令的重复实施仅仅产生故障消息。因此例如能量分配网络的功率开关如果此前已经被断开，则不能被再次断开。
然而，为了使得恰恰是在复杂的自动化系统中该至少一个现场设备不多重地实施全部指令，根据本发明的方法的一种优选的扩展，该至少一个现场设备仅仅实施那些首先进入其中的、相同类型的第一和第二指令。在此，该现场设备在输入新的指令时验证是否已经此前输入过相同类型的指令，并在必要时忽略该指令。由此，仅仅实施该现场设备首先接收的指令。这种检验较为容易实现，因而整个自动化设备的开销保持较低。
如果该现场设备本身还(例如从所连接传感器的测量信号中)产生消息和测量数据，那么可以优选地设置成，该至少一个现场设备产生测量数据和/或消息并将其向第一中央控制设备以及至少一个其它的中央控制设备发送。所有的中央控制设备以这种方式得到由该至少一个现场设备提供的同一输入信息，因而不必在彼此之间对中央控制设备进行数据调整。
根据本发明的方法的一种优选的实施方式，还可以设置成，该至少一个现场设备在实施所接收到的指令期间阻塞对其它指令的接收。按照这种方式可以防止例如几乎同时地实施彼此相反的指令(例如断开和接通功率开关)。此外，由此可以防止由多个单个指令组成的指令(指令序列)被不属于该指令序列的指令中断。
此外，可以根据本发明的方法的另一种优选的实施方式设置成，该至少一个现场设备在接收到一条指令后，在一个预定的持续时间内阻塞对相同类型的指令的接收。按照这种方式，可以非常简单地防止在一个预定的持续时间内对同一指令的实施。不过，在经过该持续时间结束后，可以重新实施该指令。在此，这样设定该持续时间，使得其仅仅阻止由中央控制设备的不同步的工作多重地产生的指令的实施。
在本发明的方法的另一种优选的实施方式中，该至少一个现场设备为了检验是否已经实施了所接收的指令，而将所有已实施的指令存储在指令列表中并检验所接收的指令是否已经存储在该指令列表中，以及阻塞那些已经存储于指令列表中的指令的实施。
在这种关联下，此外还可以设置成，该至少一个现场设备仅仅阻塞存储于指令列表中的最后n条指令的实施，其中，n为可以预先给定的指令数。由此再次确保了，现场设备仅仅阻塞真正是冗余的指令，而不是在一条指令出现后一直都禁止其实施。
作为替代，也可以在这种关联下设置成，所存储的指令在可以预先给定的持续时间之后又被从指令列表中删除。由此，一方面再次实现了仅仅真正冗余分指令不被多重地实施，而另一方面将对指令列表的存储需求减到最小。
根据本发明的方法的另一种优选的实施方式还设置成，中央控制设备从分别为其配设的本地操纵装置接收命令，并根据该命令为该至少一个现场设备产生第一和第二指令；同样，中央控制设备从该至少一个现场设备接收测量数据和/或消息，并将其传输至本地操纵装置。按照这种方式，可以利用现场操纵来运行中央控制设备。
在本发明的方法的另一种优选的实施方式中，中央控制设备从至少一个配设于其上的主控台装置接收命令，并根据该命令产生用于该至少一个现场设备的第一和第二指令；同样，中央控制设备从该至少一个现场设备接收测量数据和/或消息，并将其传输至主控台。按照这种方式，可以简单地利用配设于其上的主控设备操纵中央控制设备。在此，主控设备可以替代现场操纵或附加于其上存在。
在这种关联下，根据本发明的方法的另一种优选的实施方式还设置成，中央控制设备的停机由配设于其上的主控台装置和/或为该停机的中央控制设备配设的操纵装置进行显示。即，由此在各自的操纵装置上就可以特别简单地识别出中央控制设备是否已停机，并因而调用另一个中央控制设备。
此外，本发明的方法的另一种优选的实施方式设置成，该第一中央控制设备和该至少一个其它的中央控制设备借助于数据线相连并通过该数据线传输存活标志信号(Lebenszeichensignal)。中央控制设备可以按照这种方式相互地检验它们的正确功能。
在这种关联下，可以设置成，中央控制设备确定一个单独向该至少一个现场设备发送指令序列的主中央控制设备，其余的中央控制设备在主中央控制设备的存活标志消失时识别出主中央控制设备的停机，并在主中央控制设备停机时确定新的主中央控制设备。如果指令序列(多个彼此连续的指令)或导出指令(从现场设备的消息导出的指令或反应)出现，那么确定主中央控制设备就是尤其合适的。通过相互监视，所述中央控制设备可以自动地从一个停机的中央控制设备切换到一个功能完好的中央控制设备上，而不必由中央控制设备的操纵人员对此做出动作。由于必须通过处于中央控制设备之间的数据线交换的仅仅是存活标志信号交换，因而对数据线没有特别的要求。
上述关于自动化系统的技术问题是通过一种用于操纵和/或观察至少一个现场设备的自动化系统得以解决的，其包括：至少两个中央控制设备，它们实施同一自动化软件；至少一个与中央控制设备通过数据连接相连的现场设备，该现场设备接收由中央控制设备产生的相同类型的第一和第二指令；以及一个为现场设备配设的指令识别装置，该指令识别装置仅释放第一和第二指令中首先被接收到的一个用于实施。这种自动化系统可以由于中央设备彼此之间不需要同步而开销尤其低并因此低成本地制造。
附图说明
结合下面的实施例详细解释本发明。在附图中：
图1以框图的形式示出了自动化系统的第一实施例的示意视图；
图2以框图的形式示出了自动化系统的第二实施例的示意视图；
图3示出了用于图2所示的自动化系统中的现场设备的示意视图。
具体实施方式
在图1中示例性地示出的自动化系统由第一中央控制设备1a和第二中央控制设备1b组成。中央控制设备1a和1b通过冗余实施的数据总线2与现场设备3a至3e相连。现场设备3a至3e又按照一种在图1中未示出的方式与要使其自动化的设备或要使其自动化的过程相连。下面为此例如假定，它是一种电能量供应网络，并且现场设备3a至3e表示电保护设备和引导设备()。
为了控制在图1中未示出的电能量供应网络，由中央控制设备1a产生第一指令，而由中央控制设备1b产生第二指令。在此，符号“第一”和“第二”指令并不是指特定的时间序列，它仅仅是由第一和第二中央控制设备产生的指令。为此，两个中央控制设备1a和1b实施同一自动化软件，其中，它们在这种实施中并不是同步工作的。所述指令通过数据总线2向现场设备3a至3e传输，所述数据总线可以或者是双重实施的数据总线，或者是成环形结构。由于中央控制设备1a和1b本身之间并不一致，并且并不同步工作，因此，可以既由第一中央控制设备1a又由第二中央控制设备1b为特定现场设备(例如现场设备3a)产生相同类型的指令并将其向现场设备3a传输。现场设备3a实施所接收的指令。也就是说，在特定的指令下，例如在开关接通时，可能将该指令在很短时间内简单地进行第二次实施，这会导致产生形式如“开关已经接通”的错误消息。
现场设备3a至3e通常还具有与电能量供应网络相连的测量值接收器，例如电压和/或电流变换器。现场设备3a至3e从它们那里接收测量信号，将该测量信号转换成测量数据并将其向中央控制设备1a和1b传输。同样，向该中央控制设备1a和1b传输消息，例如对已实施的动作的确认或者在(例如所测得的电流)超出预定门限值时的报警消息。在此，所有由现场设备3a至3e向中央控制设备1a和1b传输的测量数据既传输向第一中央控制设备1a又传输到第二中央控制设备1b，因此在两个中央控制设备1a和1b中分别呈现同一数据库，不过它们并不必彼此同步。因为中央控制设备1a和1b用同一自动化软件进行工作，所以它们对相同的输入消息也以相同的方式做出反应，并因而在必要时向现场设备3a至3b传回相对应的相同类型的指令。
图2示出了自动化系统的另一实施例。图2所示自动化系统与图1所示的自动化系统的区别主要在于所采用的(在此与图1不同地以附图标记13a至13e表示的)现场设备的另一功能。
由于在复杂自动化系统中现场设备13a应该将各条指令仅仅实施一次，因而根据图2利用通常作为现场设备13a和13b的设备软件的组成部分的指令识别装置4来检验，是否所分别接收到的指令此前已经接收过，并在此情形下忽略所接收到的该指令。也就是说，现场设备13a仅仅实施初次接收到的指令。按照这种方式可以确保现场设备13a对每条指令仅实施一次，而不会多次连续实施。
为了在实施所接收到的第一和第二指令不产生矛盾，现场设备13a至13e可以例如在实施一条指令期间阻塞对另一条指令的实施。例如，如果在各现场设备实施由多个子指令组成的指令、也即指令序列，并且该指令序列不应被不属于该指令序列的另一条指令中断的情况下，则这点可以是非常重要的。此外，由此防止了同时实施两个相互矛盾的指令。
此外可以设置成，在实施一条指令后，在再次实施同一指令之前，现场设备在首次实施后的一定持续时间内阻塞对同一指令的实施。由此防止了对被双重发送的指令的实施。
在自动化系统中，尤其也可以处理所谓导出的指令，也就是来自现场设备13a至13e的测量数据和消息的指令，因此使得中央控制设备1a和1b通过简单的数据线5相互连接。通过这些数据线，一方面中央控制设备1a和1b通过这些数据线5确定它们的状态。为此，将一个中央控制设备、例如中央控制设备1a确定为所谓的主中央控制设备。该主中央控制设备随后作为起作用的中央控制设备并且负责上述导出指令或指令序列。也可以设置成，使得起作用的中央控制设备接收向现场设备发送的全部指令，而未实施的中央控制设备(在此情形下是中央控制设备1b)不向现场设备发送本身的指令，不过此外也如起作用的中央控制设备1a一样地执行同一动作。
另一方面，可以通过数据线5在中央控制设备1a和1b之间传输所谓的存活标志信号。这意味着，各中央控制设备以规则的间隔发送信号，以通知其它的中央控制设备它是能够实现功能的。作为存活标志信号的替代，也可以设置成，中央控制设备1a向另一中央控制设备1b发出查询并等待对所发出对查询的应答。如果没有这种应答或存活标志信号，那么就认为相应的中央控制设备已经停机。如果停机的中央控制设备是主中央控制设备，那么另一中央控制设备就被指定为主中央控制设备。按照这种方式，自动化系统可以在没有时间延迟的情况下继续工作。
此外，可以将中央控制设备1a和1b与允许实现对相应中央控制设备的现场操纵的本地操纵装置6a和6b相连。在中央控制设备停机时，该中央控制设备在所属的操纵装置上显示该停机。按照这种方式，操纵人员得到关于停机的通知并可以随后向另一中央控制设备输入全部命令。
中央控制设备1a和1b也可以与主控台装置7相连，中央控制设备从该主控台装置获得命令，然后将该命令转换为用于电现场设备13a至13e的指令。同样，中央控制设备1a和1b向主控台装置7传递现场设备13a至13e的消息和测量数据。中央控制设备的停机也显示在主控台装置7中，使得操纵人员可以另选第二中央控制设备。
各中央控制设备必要时通过存在的数据线5自动地识别出一个中央控制设备的停机，从而也自动地实现向分别还完好的中央控制设备的操纵切换，而不必由操作人员进行。
图3示出了一个关于现场设备如何可以检验是否此前已经接收到过所接收的指令的实施例。在此，图3示例性地示出通过冗余的连接线11a和11b与图1所示数据总线2相连的现场设备13a。现场设备13a可以通过另一连接线12与电能量供应网络中的传感器和执行元件相连。
如果电现场设备13a通过连接线11a和11b中的一条从中央控制设备1a和1b接收指令，就由验证单元18将该指令与指令列表14中的指令进行比较。指令列表14包含所有由现场设备13a此前已接收并实施过的指令。如果验证单元18确定所接收到的指令已经包含在指令列表14中，就阻止这些指令的实施。不过，如果验证单元18确定在指令列表14中并不存在所接收到的指令，就将该指令传输到现场设备13a的实施单元15并实施该指令。此外，将所实施过的指令记录到指令列表14中。通常，在现场设备13a的设备软件中实现现场设备13a的验证装置18、指令列表14以及实施单元15。
为了不一直阻塞对实施了一次的指令的下一次实施，可以例如在一个预先给定的持续时间之后将存储于指令列表14中的指令再从该指令列表14中删除。另一方面，也可以设置成，由验证单元18仅仅阻塞对指令队列14中分别最后n条指令的实施，其中n可以是一个预先给定的指令数。由此可以例如实现对分别最后五条指令的重复实施的阻塞。因此可以使得从两个中央控制设备1a和1b向现场设备13a发送的指令仅被实施一次。在此，这样选择该预先给定的持续时间或预先给定的指令数n，使得冗余的、即双重出现的指令被可靠地阻塞，而所希望的对同一指令的实施在一个特定的时间(例如功率开关的重复的再接通尝试)之后不再被阻塞。
尽管在对实施例的说明中示例性地给出了两个中央控制设备，不过也可以在本发明的范围内采用多于两个的中央控制设备。所说明的功能类似地适用于多个中央控制设备。

Claims (13)

1.一种用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其中，
-实施自动化软件的第一中央控制设备(1a)产生用于控制该至少一个现场设备(13a)的第一指令并向该至少一个现场设备(13a)发送所述第一指令，
-至少一个其它的实施该自动化软件的第二中央控制设备(1b)产生相同类型的、用于控制该至少一个现场设备(13a)的第二指令并向该至少一个现场设备(13a)发送所述第二指令，
-该至少一个现场设备(13a)接收所发送的第一和第二指令并实施所接收到的指令中的至少一个，以及
-该至少一个现场设备(13a)产生测量数据和/或消息，并将它们既向该第一中央控制设备(1a)发送也向该第二中央控制设备(1b)发送。
2.根据权利要求1所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-该至少一个现场设备(13a)仅仅实施相同类型的第一和第二指令中首先到达该现场设备的那一个。
3.根据权利要求1所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-该至少一个现场设备(13a)在实施所接收到的指令期间阻塞对其它指令的接收。
4.根据权利要求1所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-该至少一个现场设备(13a)在接收到一条指令之后在一个预定的持续时间内阻塞对相同类型的指令的接收。
5.根据权利要求1所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-为了检验是否已经实施了所接收的指令，该至少一个现场设备(13a)将所有已实施过的指令存储在指令列表(14)中并检验所接收到的指令是否已经存储在该指令列表(14)中，以及
-阻塞对已经存储在该指令列表(14)中的指令的实施。
6.根据权利要求5所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-该至少一个现场设备(13a)仅仅阻塞存储在指令列表(14)中的最后n条指令的实施，其中，n为可以预先给定的指令数。
7.根据权利要求5所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-将所存储的指令在预先给定的持续时间之后再次从该指令列表(14)中删除。
8.根据权利要求1所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-所述第一中央控制设备(1a)和第二中央控制设备(1b)从为其分别配设的本地操纵装置(6a，6b)中接收命令，并且从中产生用于该至少一个现场设备(13a)的第一和第二指令，以及
-该第一中央控制设备(1a)和第二中央控制设备(1b)向该本地操纵装置(6a，6b)传输从该至少一个现场设备(13a)接收到的测量数据和/或消息。
9.根据权利要求1所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-所述第一中央控制设备(1a)和第二中央控制设备(1b)从至少一个配设于其上的主控台装置(7)中接收命令，并从中产生用于该至少一个现场设备(13a)的第一和第二指令，以及
-该第一中央控制设备(1a)和第二中央控制设备(1b)向主控台装置(7)传输从该至少一个现场设备(13a)接收到的测量数据和/或消息。
10.根据权利要求8或9所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-由配设于停机的第一中央控制设备(1a)和第二中央控制设备(1b)之上的主控台装置(7)和/或为该停机的第一中央控制设备(1a)和第二中央控制设备(1b)配设的本地操纵装置(6a，6b)显示该第一中央控制设备(1a)和第二中央控制设备(1b)的停机。
11.根据权利要求1所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-所述第一中央控制设备(1a)和至少一个其它的第二中央控制设备(1b)借助于数据线(5)相连，并且通过该数据线(5)传输存活标志信号。
12.根据权利要求11所述的用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的方法，其特征在于，
-所述第一中央控制设备(1a)和第二中央控制设备(1b)确定一个向该至少一个现场设备(13a)单独发送指令序列的主中央控制设备，
-其余的中央控制设备在主中央控制设备的存活标志消失时识别出该主中央控制设备的停机，以及
-在该主中央控制设备停机时确定一个新的主中央控制设备。
13.一种用于操纵和/或观察至少一个现场设备(13a)的自动化系统，其具有：
-至少两个中央控制设备(1a，1b)，它们实施同一自动化软件；
-至少一个与所述的两个中央控制设备(1a，1b)通过数据连接相连的现场设备(13a)，该现场设备接收由所述的两个中央控制设备(1a，1b)产生的相同类型的第一和第二指令，并且产生测量数据和/或消息，并将它们向所述的两个中央控制设备(1a，1b)发送，以及
-为该现场设备(13a)配设的指令识别装置(4)，该指令识别装置仅释放第一和第二指令中首先被接收到的一个用于实施。
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