CN103168277B - 用于调试包括多个子系统的过程或制造厂解决方案的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在厂或子系统级上调试工业厂或它的部分的控制系统（例如工厂小区、工厂线、机电单元、机器、加工厂或它的部分）的方法和系统，该控制系统包括具有相同或不同控制设备类型的至少两个不同的控制子系统，该控制子系统包括如PLC、DCS、机器人、驱动器、仪表和/或其他过程特定组件的装置中的特定可编程控制器单元，然而利用那些信号或参数的子集和有关条件，例如所述信号或参数的逻辑组合，控制系统跨它的子系统、装置和技术的所有需要的参数和信号在单个观测上提取和可视化并且用于限定系统范围的断点。

Description

用于调试包括多个子系统的过程或制造厂解决方案的方法

技术领域

本发明涉及用于在厂或子系统级上调试的方法和系统，特别地调试包括对应过程的控制系统，例如工厂小区（cell）、工厂线、加工厂、机电单元、机器或完整的厂。

背景技术

目前技术发展水平的控制系统主要为了控制工业过程的目的而使用。然而，没有用于跨不同的控制系统、不同域、不同现场总线、不同现场装置和不同分布式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）或监视控制和数据采集（SCADA）系统（甚至与厂模拟器、装置模拟器或控制模拟器组合）调试复杂控制系统的已知系统或方法。

控制系统在目前技术发展水平中主要为了控制工业过程的目的而使用。通过控制系统，技术过程通过致动器而受影响，但是过程参数通过传感器而测量。这样，该控制系统检索关于该技术过程的知识，计算对应的控制动作并且主动影响该技术过程。

在图1中图示根据目前技术发展水平用于受控技术过程的基本控制系统架构的方案。该技术过程以及控制系统需要被工程化以便满足需要的过程行为。因为工业厂相当复杂并且执行不同的工业过程，图1的整个控制系统典型地划分成子系统，其可由来自不同供应商的硬件和软件组件组成，如在图2中示出的。

由于该划分的系统结构，还在由提供商特定工程化工具支持的独立子系统特定工作流程中划分工程化。在图2中，描绘控制系统和工程化工具水平的细分过程的结果的示例，其例如可代表制造域中的机器人、传送装置和小区PLC，或过程域中的多个连续子过程。

通常独立地对系统的每个部分进行控制系统的实现和测试。最早在工厂验收测试（在下文，FAT）期间或甚至在试运行阶段中测试并且调试总的解决方案。调试是逐步执行软件的过程，其中取决于某些条件可能有条件地终止。在对PC应用程序以及对机器人、PLC或DCS控制应用程序的软件开发中，这是常见的技术。

但是因为工程化数据分布到不同的工程化工具，跨不同的控制子系统（其通常包含不同类型的控制设备）不存在用于系统广泛调试的已知方法或系统。一旦在FAT或试运行期间启动过程，子系统特定工程化工具无法校验关于超出它们范围的参数、信号、致动器或传感器的条件。

另外，在虚拟测试环境或实际厂中都不存在任何已知的技术方法或系统，其允许终止多个控制装置（其可以具有不同类型的控制设备）的控制代码执行，同时连同包括提供控制功能性的多个装置的过程。因而，难以一目了然地获得测试和调试结果。

目前没有提供关于所有相关过程值的单个观测并且允许限定跨不同控制子系统（其可以具有相同或不同类型的控制设备）的断点或终止条件的已知方法和系统。对于每个工程化或应用程序域，提供必须使用的独立系统。不存在具有对于所有厂控制子系统的信号、参数或其他全程变量的单个接入点的系统。

除提到的目前技术发展水平外，可以模拟大部分的技术过程以便测试过程和/或控制行为，这是已知的。通常使用与控制系统和模拟过程的组合以便验证控制系统的功能性。尽管模拟使过程模拟能够立即停止，仍没有既不使用真实硬件也不使用虚拟测试床或设备仿真器的已知方法或系统，其允许跨不同子系统的控制系统广泛调试和停止。

目前技术发展水平的已知缺点在下面描述。如已知的，现今在FAT和试运行期间厂解决方案的调试具有多种缺点：

1.由不同的子系统或甚至不同类型的子系统组成的控制系统的测试和调试不可用。

2.组成的控制系统的测试在工程化的FAT和试运行阶段中是昂贵的耗时过程。在这些阶段中发现的错误需要跨子系统的另外工程化工作。

3.难以实现根据所有规定的测试情况的厂的正确功能性，因为工程师只看到单个子系统的调试和测试结果。

4.大的技术过程的调试现今在若干工程化工具（其用于限定负责整个技术过程的不同部分的不同类型的控制子系统的行为）中需要同步的手动调试。该任务非常复杂、耗时、易于出错并且需要负责不同类型的控制设备的若干工程师在场。没有可用的已知方法或系统以在工程化工具内执行此。

5.所有部分的测试结果未自动组装在一个工具或文件中。

6.难以实现一致的参数改变并且必须手动用文件记录所述一致的参数改变。

7.难以检测子系统的改变对依赖型子系统的影响。

发明内容

基于这些事实，根据克服提到的问题和缺陷并且跨多个子系统和不同子系统类型提供域独立型厂调试器的该说明书的初始部分，本发明的主要目的是一种系统和方法，其对在附近的控制系统和对应的工业过程提供厂调试器。

所述厂调试器可以采用同步和/或非同步模式从单个接入点启动和终止多个控制系统和/或它们对应的过程或模拟模型。

因此，本发明特征在于可以是软件工具或装置或运行软件的装置的所述厂调试器系统在单个观测内提供所有对应控制子系统（具有不同或相同的控制设备类型）的所有可用信号。该观测向用户提供信号，其在工程化、试运行和FAT期间公开可用。

此外，所述厂调试器另外集成功能性以从单个接入点控制子控制系统的底层工程化工具。这包括中断控制系统和技术过程、重启过程、使过程冻结或仅冻结公共信号状态、更新和跟踪运行时间/在线和工程化/离线模式中的参数或示出具有不同时间戳的参数值与参数之间的差。

为了该目的，对厂调试器需要关于子系统的底层变化的有关控制和编排（orchestration）信息。该信息通过到这些控制子系统的数据接口而检索并且所有有关控制和编排信息在单个公共视图中组合。

所述厂调试器还可以用于“虚拟厂”－厂或它的部分的模拟模型。这包括虚拟控制系统－控制系统的模拟和/或仿真，其包括它的子系统。用于调试虚拟系统的前提是为数据和信号交换提供需要的接口的其他类型的控制设备的虚拟控制器和/或模拟器或仿真器的可用性。

所述厂调试器为工程师提供功能性以浏览跨不同控制器和子系统的信号并且允许限定“厂范围的复杂断点”（PWCBP）。断点是从目前技术发展水平在软件开发中已知的技术，其允许在某一代码行上连同预定义条件终止软件。“厂范围的复杂断点”是跨多个控制子系统连同可编程逻辑条件的一组输入或输出变量（传感器和致动器信号或内部变量）。一旦PWCBP的所有项满足预定义条件，所有底层控制工程化工具被迫同步终止那些的控制设备和/或虚拟表示。

根据本发明，提到的需要的厂控制系统的参数和信号跨不同的应用程序域被提取和可视化，所述不同的应用程序域由子系统组成并且包括特定可编程装置，如PLC、机器人、驱动器、仪表和/或其他过程特定组件，和对应的过程，例如工厂小区、工厂线、加工厂、机电单元或机器。

根据本发明的优选实施例，所有子系统控制信号从该单个观测可访问。公共视图对于测试和/或一个或多个试运行工程师是可访问的并且为整个厂解决方案集成调试功能性，其包括所有控制子系统，而根据基于给定时间的事件、基于变量的事件、参数事件、参数的改变、信号的改变或这些的组合可以从单个接入点启动或终止整个过程控制系统用于测试、调试和试运行任务。

根据本发明，所述厂调试器允许限定至少一个断点（PWCBP），其包括跨子系统和条件的信号。

作为优选实施例，一旦满足PWCBP条件，所述厂调试器终止连接的控制系统。该控制系统可以是控制真实工业过程的真实控制系统，或控制模拟工业过程的虚拟控制系统。因此，可以从在厂断点处有效的提供状态开始有系统地测试控制系统。

根据本发明的另外的实施例，厂调试器在与系统控制相同的时间终止对应的真实技术过程。这对于许多制造过程在技术上是可能的，尤其在离散制造领域中。

在本发明的另一个有利实施例中，它提供厂调试器终止对应的厂模拟器，其代表真实技术过程的行为。这允许同时调试控制系统和过程模拟。这对于每种技术过程是可能的，甚至对于复杂的物理或化学过程是可能的。

除此之外，本发明包括有利的实施例，而采用同步和/或非同步模式从单个接入点启动和终止若干不同的控制系统。

在本发明的另一个实施例中，关于控制系统的状态被保存，这允许从某一点恢复和重启它的真实系统或模拟，例如用于测试某一状态或错误中的不同策略。从而，本发明允许运行受控的技术过程或完整的厂多次进入预定义状态以便校验正确的功能行为或模拟该状态中的行为。

本发明的优选实施例直接改变来自厂调试器的任何信号值和/或默认信号值，其有利地自动用文件记录那些改变。

根据本发明的本发明的另一个实施例优选地是凸显改变的信号、参数、过程部分、厂部分、域部分或其他有关部分和/或它们的影响，而例如在显示器中向用户公布和凸显受影响的信号、参数、过程部分、厂部分、域部分、状态或其他受影响部分，并且通过跟踪在线值和/或工程化改变而有利地自动用文件记录改变和影响。

同样，根据本发明的优选实施例特征在于信号或参数之间的依赖性和/或联系被自动聚集并且通过色彩方案或筛选功能性而对用户可视化。

此外，根据本发明的一个实施例特征在于独立的厂部分以及它们的依赖性和联系以及它们的应用程序域对用户可视化，而根据应用程序域条件启用断点，其中断在一起的多个应用程序域。

本发明的另外的有利实施例特征在于自动锁定厂部分用于调试和在调试后自动解锁。

本发明的另外的有利实施例特征在于仅那些部分受断点影响－启动和终止－其由用户保留用于调试。另外，仅自动锁定被保留用于工程化的厂部分用于调试并且仅那些保留部分受断点影响。

另外的优选实施例提供技术过程的以及控制系统的状态例如通过圆形或环形缓冲器（其被连续读取并且同步离线）被连续读出。读取的值和状态允许在真实或模拟测试环境中重建当前情形，例如其包括过程和控制系统的模拟。另外，当到达某一条件或再次到达先前缓冲的状态时，缓冲器被自动清空，其中有利地，用于恢复的状态不受影响。

另外的优选实施例自动驱动物理过程进入具有最小或没有用户交互的预定义状态。

优点

在下面，将说明本发明的一些优点。

一个优点特征在于可以从单个接入点调试完整的厂解决方案并且包括质量保证测试的总工程化成本减少，因为测试和试运行工程师最终能够全面地调试厂或它的部分。

另一个优点源于以下事实：测试的文件记录可以跨应用程序域以减少的限制或甚至没有限制地进行而可以容易发现系统改变的影响。

另外的优点由以下可能性组成：从单个接入点终止整个过程以及可以跟踪并且自动用文件记录在线值而可能容易且自动比较不同控制场景。

此外，调试会话的自动启动和终止通过使用事件驱动断点是可能的，而可以对真实系统和虚拟系统使用相同的软件工具而进行调试。

同样，在PWCBP处的虚拟控制系统的调试会话的重启将减少评估不同系统行为所需要的时间。

最后，在启动现场试运行之前在虚拟控制系统上使不同系统行为的测试自动化的可能性允许更加全面的测试而没有附加成本。

附图说明

这些特征和另外的有利实施例包含在权利要求中并且将通过包含在附于该说明书的图中的图表中的示例而图示。

附图在

图1中示出根据目前技术发展水平的基本控制系统架构；

图2中示出根据目前技术发展水平的分布式控制系统架构的示例；

图3中示出根据本发明的跨不同控制子系统的厂范围的信号树。

具体实施方式

在图1中，图示用于控制根据目前技术发展水平的技术过程的基本控制系统架构10的方案。该技术过程以及控制系统需要被工程化以便满足需要的过程行为/规范。因为工业厂相当复杂并且执行不同的工业过程，图1的整个控制系统被划分为子系统10a、10b、10c，其可由来自不同供应商的硬件和软件组件组成，如在图2中示出的。

由于该划分的系统结构，还在由提供商特定工程化工具支持的独立子系统特定工作流程中划分工程化工作流程。

在图2中，描绘由于控制系统和工程化工具水平上的细分过程的结果的分布式控制系统架构的示例，其例如可代表制造域中的机器人、传送装置和小区PLC，或过程域中的多个连续子过程。

通常独立地对系统的每个部分进行控制系统的实现和测试。最早在FAT和/或试运行阶段期间测试并且调试总的解决方案。调试是逐步执行软件的过程，其中取决于某些条件可能有条件地终止。在对PC应用程序以及对机器人、PLC或DCS控制应用程序的软件开发中，这是常见的技术。

图3描绘发明性厂范围调试系统，其在关于厂解决方案的等级视图中呈现跨不同控制子系统的信号树。每个相关信号对于工程师是可见的并且可用于调试。对于每个信号，示出具有在线值的参数列表。如呈现的，示出不同域（PLC、机器人等）的过程信号。

作为示例，考虑工厂小区包括由安全栏和安全门包围的机器人。该工厂小区的控制系统由三个子控制系统组成：小区PLC（可编程逻辑控制器）、机器人控制器和用于安全功能的安全PLC。在试运行和测试阶段期间，一旦安全门手动打开，如果所有组件安全地到达安全状态，将测试工厂小区。

对应于本发明，描绘的信号树允许确定信号，其是PWCBP的一部分：安全门的信号（在安全PLC处door_open）和总厂状态（在小区PLC处plant_running）以及机器人状态（在机器人控制处robot_inwork）。对于这些信号中的每个，限定断点条件（door_open=真与plant_running=真与robot_inwork=真）。一旦这三个信号到达限定的条件，控制系统终止。

根据上文提到的本发明的优选实施例，连接的控制系统（控制真实工厂小区的真实控制系统或控制小区模拟的虚拟控制系统）在这点终止。现在，可以从在厂断点处有效的提供状态开始有系统地测试控制系统。

Claims (26)

1.一种用于在厂或子系统级上调试工业厂的控制系统或所述控制系统的部分的方法，所述控制系统包括具有相同或不同控制设备类型的至少两个不同的控制子系统，所述控制子系统在包括PLC、DCS、机器人、驱动器、仪表和/或其他过程特定组件的装置中包含特定可编程控制器单元，

其特征在于

利用信号或参数的子集和所述信号或参数的逻辑组合，所述控制系统跨它的子系统、装置和技术的所有需要的所述参数和所述信号在单个观测上提取和可视化并且用于限定系统范围的断点。

2.如权利要求1所述的方法，其中根据所述断点，或根据基于给定时间的事件、基于变量的事件、参数事件、参数改变、信号改变或那些的组合，从单个接入点启动或终止所述控制系统或它的模拟用于测试、调试和试运行任务。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中根据所述断点，或根据基于给定时间的事件、基于变量的事件、参数事件、参数改变、信号改变或那些的组合，从单个接入点启动或终止所述工业过程或它的模拟用于测试、调试和试运行任务。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中采用同步和/或非同步模式在单个接入点处启动、终止、冻结或重启若干不同的控制系统。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中保存有关控制系统的状态用于稍后恢复相同的状态。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中信号值或默认信号值能够通过厂调试器而直接改变并且由此自动用文件记录那些改变。

7.如权利要求1或2所述的方法，其中改变的信号、参数、过程部分、厂部分或域部分和/或它们的影响在显示器中公布和凸显和/或通过跟踪在线值和/或工程化改变而被自动用文件记录。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中信号和/或参数之间的依赖性和/或联系被自动聚集并且通过色彩方案或筛选功能性而对用户可视化。

9.如权利要求1或2所述的方法，其中独立的厂部分和它们的依赖性和联系以及它们的应用程序域对用户可视化，而根据应用程序域条件启用断点，其还中断其他应用程序域。

10.如权利要求1或2所述的系统，其中自动锁定厂部分用于调试并且在调试后自动解锁。

11.如权利要求10所述的方法，其中自动锁定被保留用于工程化的所述厂部分用于调试并且仅那些保留部分受断点影响。

12.如权利要求1、2或10所述的方法，其中所述技术过程的以及所述控制系统的值和状态被连续读出，例如在圆形或环形缓冲器中，其被同步离线用于稍后重建受控系统或它的模拟的某一状态的目的。

13.如权利要求12所述的方法，然而当到达某一条件或再次到达先前缓冲的状态时，所述缓冲器被自动清空，其中用于恢复的状态不受影响。

14.如权利要求12所述的方法，然而所述物理过程被驱动进入没有用户交互的预定义状态。

15.如权利要求1所述的方法，所述工业厂的所述控制系统能够是工厂小区、工厂线、机电单元、机器、加工厂或所述加工厂的部分。

16.一种用于在厂或子系统级上调试包括对应过程的控制系统的系统，所述控制系统对不同的应用程序域在单个观测上提取厂控制系统的所有需要的参数和信号并且使其可视化，所述不同的应用程序域由子系统组成并且在包括PLC、机器人、驱动器、仪表和其他过程特定组件的装置中包含特定可编程控制器单元，

利用所述信号或参数的子集和所述信号或参数的逻辑组合，将所述信号以及所述参数用于限定系统范围的断点。

17.如权利要求16所述的系统，其提供根据基于给定时间的事件、基于变量的事件、参数事件、参数的改变、信号的改变或这些的组合从单个接入点启动或终止整个过程控制系统用于测试、调试和试运行任务的可能性。

18.如权利要求16或17所述的系统，其是凸显改变的信号、参数、过程部分、厂部分或域部分，并且通过跟踪在线值和/或工程化改变而自动用文件记录那些的改变影响。

19.如权利要求16或17所述的系统，其自动聚集信号、参数之间的依赖性和/或联系，并且通过色彩方案或筛选功能性而使它们对用户可视化。

20.如权利要求16或17所述的系统，其使独立的厂部分、它们的依赖性和联系、它们的应用程序域对用户可视化并且根据应用程序域条件启用断点，其还中断其他应用程序域。

21.如权利要求16或17所述的系统，其采用同步和/或非同步模式从单个接入点启动和终止若干不同的控制系统。

22.如权利要求16或17所述的系统，其从厂调试器直接改变任何信号值，而不使用来自所述应用程序域的系统控制并且所述厂调试器自动用文件记录那些改变。

23.如权利要求16或17所述的系统，其从所述厂调试器直接改变信号值，而不使用来自所述应用程序域的工程化工具并且所述厂调试器自动用文件记录那些改变。

24.如权利要求16或17所述的系统，其自动锁定厂部分用于调试并且其在调试后自动对厂部分解锁。

25.如权利要求24所述的系统，然而所述系统驱动所述物理过程进入没有用户交互的预定义状态。

26.如权利要求16所述的系统，所述控制系统能够是工厂小区、工厂线、加工厂、机电单元、机器或完整的厂。