CN105940355A - 用于启动工业自动化网络的方法以及现场设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于启动工业自动化网络(2)的方法以及一种用于支持执行该方法的现场设备(5，6，7)。为了能够虚拟启动至少一个现场设备(5，6，7)，提供FDI包(20，32)，其用户界面插件(24，34)具有扩展件(30)，通过扩展件使得软件工具(9)能够访问用于至少一个现场设备(5，6，7)的行为的模拟模型(33)。在虚拟启动时，借助模拟模型(33)模仿现场设备(5，6，7)的行为。此外，借助过程模型(35)或者借助联合模拟耦联(36)与外部的过程模型的耦联，能够模拟被模仿的现场设备行为。因为通过现场设备生产商提供具有FDI包(20，32)的模型(33，35)，所以可以期待实现准确的模拟从而最小化在启动工业设备时的风险。

Description

用于启动工业自动化网络的方法以及现场设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的，用于启动具有多个现场设备的工业自动化网络的方法，这些现场设备为了数据通信而通过网络相互连接，其中，通过软件工具对位于自动化网络中的现场设备进行配置和参数化。此外，本发明还涉及一种根据权利要求5所述的，用于支持执行该启动方法的现场设备。
背景技术
在工业设备的使用周期的范畴中，该设备的自动化技术装备的启动阶段特别重要。在启动时产生的时间压力和成本压力是非常巨大的，因为很快就要开始实际的运行阶段了，在实际的运行阶段中，在设备上进行生产并且相应的设备产生经济利益。在启动阶段，先前在工程阶段中选择的并且在设备规划中安排好位置的自动化技术装备的组件进入运行，这些组件例如是：存储器可编程的控制系统；所谓的控制器；输入/输出设备；所谓的遥控器IOs；测量转换器，例如用于通量测量、温度测量、填充量测量或者压力测量；以及调节机构，例如调节阀和马达，这些在本申请中统称为现场设备。现场设备通过用于数据通信的网络连接，其中经常使用现场总线，其例如按照PROFIBUS，HART(Highway Addressable RemoteTransducer)或者FF(Fieldbus Foundation)这些协议工作。在启动阶段中，现场设备的相应功能、例如通过压力测量转换器提供对于压力的测量值，在相应的SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition)中，例如WinCC(Windows Control Center)，或者PLS(过程引导系统)例如SIMATIC PCS 7中也进入运行。现场设备的相应功能在自动化项目中的这种集成需要巨大的人工耗费。此外，真正的功能迄今在真正开始运行时仅伴随着一定的故障风险地有效。在过程自动化中，例如在制造氨时存在巨大的爆炸风险，或者在生产自动化中，例如可能在成品汽车的自动化技术设备真正启动之前因为生产故障导致停机。为了避免这些危险，越来越多地希望进行虚拟启动，为此必须存在设备过程的模拟模型和自动化技术装备的组件的模拟模型。虽然已经有各种各样的工程工具支持自动化网络启动，例如SIMATIC PDM(Process Device Manager)，在自动化网络中现场设备为了数据通信而相互连接，然而现场设备在真实的过程条件下启动的问题原则上还是没有得到解决。虽然已经有各种各样的方案对过程及设备行为进行模拟，然而这些方案仅仅以建立子模型为基础，而子模型只能表现真实情况的一个片段。工程工具的使用者通常在对于模型的相应应用而言所必需的性能和准确性方面设置模型，并且此外仅仅覆盖对于其相应的模拟所必需的功能。
用于模拟在工业自动化网络中的现场设备的方法已经由DE 102 45176 A1中公知。通过模拟，在那里应确保为特殊的现场设备设置的功能组块也可以加载到该现场设备中并且在其中顺畅的运行。虚拟的现场设备划分级成存储器管理，处理器管理和通信端口。因此尤其是将现场设备的处理器功率和存储器空间引入到模拟中，从而确保在将控制策略加载到真实的现场设备上时，真实设备的相应的存储器空间和相应的处理器功率足以能够执行控制策略。
长久以来，EDDL(Electronic Device Description Language)和FDT/DTM(Field Device Tool/Device Type Manager)是两个用于集成现场设备的基本方法。在FDI(Field Device Integration)理念中将所述两种方法的优点统一到一个解决方案中，该理念在Hans-Georg Kumpfmüller和Roland Lange的文章《FDI Device Integration-Best of both Worlds》中得以描述，以ATP版本公开，6/2010，16到19页。FDI基本理念定义了组件：FDI包，FDI服务器和FDI客户端。FDI包由设备生产商提供，并且包含所有对于设备集成所需要的信息。设备定义包括管理信息以及设备模型。该设备模型的一致性保护以及与设备的通信逻辑经由运营逻辑(BusinessLogic)进行。描述设备参数和设备功能的展示是用户界面说明的任务。FDI包的这些组成部分用EDDL描述。此外，操作表面的部分也可以作为编程的组件被集成、即作为所谓的用户界面插件(UIPs)被集成，其基本理念等同于FDT/DTM理念。FDI服务器引进FDI设备包。FDI包的设备定义和运营逻辑经由EDD解释器实施。编程的用户界面插件由服务器仅进行管理，却不被实施。其根据客户的询问被传送到客户。FDI客户端实现通往用户的端口。这种客户端-服务器-方案在此既允许将客户端分配到不同的计算器上，也允许多个客户端能够协调一致地并且授权地访问一个共同的信息模型。
发明内容
本发明基于以下目的，实现一种用于启动工业自动化网络的方法以及一种用于在执行该方法时进行支持的现场设备，利用它们降低用于启动的耗费以及降低在工业设备的随后运行阶段中发生故障的风险。
为了实现该目的，用于启动工业自动化网络的新方法具有在权利要求1中所述的特征，用于支持执行该方法的新现场设备具有在权利要求5中提供的特征。在从属权利要求中描述了本发明的有利的改进方案。
本发明的优点是，由于在用于软件工具的FDI包的用户界面插件的扩展件中提供了用于现场设备的行为的模拟模型，能够以特别简单的方式访问模拟模型，其中软件工具用于由用户启动工业自动化网络。模拟模型由现场设备的生产商建立，并且从而-正如基于其通过生产商的建立而可以期待的-具有特别高的质量和可靠性。通过用户界面插件的这种扩展，现在即使在集成现场设备时也支持其虚拟启动。由于如今的现场设备的复杂性，在真正的，集成到工业设施中的现场设备在紧接在启动阶段后的生产时用于运行阶段中之前，虚拟启动是一种有意义并且有必要的做法。在现场设备在相应的自动化解决方案的意义上正确工作之前，通常必须在现场设备处设定几百个参数。为了使错误参数化及其后果最小化，因此非常有利的是，现场设备分别根据一个正确的、由生产商提供的模拟模型虚拟地运行，其中，模拟模型有利地在现场设备的相应FDI包中作为用户界面插件的扩展件提供。
另一个优点是，作为用户界面插件的扩展件实现的模拟模型具有平台不相关性。为了实现用户界面插件，也就是使用了微软.net技术。这种技术在所有当前的基于PC的windows版本中都存在。它利用一种中间语言，使得一次生成的且翻译成中间语言的.net成分能够在所有的windows版本上运行。经由对模拟模型进行访问的软件工具的.net运行时间环境确保对于运行系统的抽象化。此外，FDI以有利的方式具体规定了用户界面插件的变体的使用。不同的变体在此不仅可以在支持的运行系统方面而且在支持的用户环境方面有区别。因此，模拟模型的一种变体可以是通过在个人电脑(PC)上的软件工具的应用，另一种是在手持设备上运行的软件工具中的应用。用户界面插件的多种变体可以在一个PDI包中提供。软件工具作为FDI客户端仅仅访问模拟模型的最适合其运行环境的变体。在有时候通过软件工具修改模拟模型时，此外还以有利的方式通过在FDI服务器中可使用的运营逻辑确保相应模拟模型的一致性。当仅允许认证后的FDI包并且因此仅允许认证后的模拟模型时，能进一步改进在启动时进行模拟的质量。
在本发明的一种特别有利的改进方案中，用户界面插件的扩展件以如下方式构成，即，使得用于启动自动化网络的软件工具除了用于现场设备的行为的模拟模型以外还能够附加地访问用于过程或者子过程的模拟模型。用于现场设备的被模拟的行为的、借此可获得的激励以有利的方式有助于工业设备的更加接近现实的模拟。
在此，用于该过程的模拟模型可以包含预制的激励模式，其在相应的用户界面插件中本身作为扩展件存在。从中能够以有利的方式选出适合当前应用的模式，例如在现场设备是压力测量转换器时让压力以正弦形式或者陡坡形式变化。
作为激励模式的替代或者附加，也可以通过联合模拟耦联实现对用于过程或者子过程的模拟模型的访问，通过联合模拟耦联将没有存放在用户界面插件中的过程模型连接到用于现场设备行为的模型上。以有利的方式，由此也能够利用更加广泛的过程模型来用于对被模拟的现场设备行为进行激励。例如对于西门子的、用于虚拟启动工业设备的模拟工具SIMIT，已经存在广泛的、用于过程的模拟模型，这些模拟模型能够明显扩展模拟可行性。
在本发明的一种特别有利的构造方案中，以模拟模型进行扩展的FDI包已经属于现场设备的生产商的供应范围。在此优选地，它以电子可读的形式存放在现场设备的存储器中，并且/或者以分开传输的文件提供，例如通过从生厂商的服务器上经授权下载。
附图说明
下面借助示出了本发明的实施例的附图更详尽地阐述本发明以及各种构造方案和优点。
图中示出：，
图1是工业设备的框图，
图2是FDI包的构造，以及
图3是FDI包的UML(统一建模语言)分级图表。
具体实施方式
在图1中示出了一种自动化技术设备，其中借助自动化网络2控制过程1。在自动化网络2中，工程站3，FDI服务器4和现场设备5，6和7为了数据通信而通过基于以太网的通信网络8相互连接。因为FDI方案是总线中立的，所以数据通信网络8可以是任意的，例如具有PROFIBUS，PROFINET，HART或者FF协议。现场设备5，6和7是贴近过程的组件，例如存储器可编程的控制系统，其通常被称为控制器，用于获取在待自动化的过程1中的物理变量、例如压力的测量转换器，或用于依据获取的物理变量影响过程1的调节机构、例如调节阀。在启动时，通过软件工具9对位于自动化网络中的现场设备进行配置和参量化。针对现场设备5，6和7，在FDI服务器4上分别存放了FDI包，在工程站3上运行的软件工具9可以作为FDI客户端访问FDI包的信息内容。在FDI包中，正如后面还要进一步详尽阐述的那样，存放有用于现场设备5，6，和7的行为的模型以及用于过程的子方面的模型，这些模型对于软件工具9是可访问的。为了将可能在过程技术设备的运行阶段中出现的风险保持得尽可能少，在运行阶段之前的启动阶段中通过软件工具9根据这些模型执行模拟。因此，虚拟地并且不包含真正运行的过程1地进行启动。
在图1中为了更好地示出，软件工具9作为在工程站3上的方块绘出。不能理解成该软件工具9只能在计算单元上运行。显然，软件工具9在实际中可以划分成多个不同的子任务，这些子任务然后可以在不同的、也称为站的计算单元上运行。
根据图2所示的FDI包20以公知的方式包含设备定义21，用户界面说明22和运营逻辑23(Business Logic)，其相应于FDI方案。在用户界面插件24中存放了一个由相应的现场设备的生产商建立的、用于现场设备的行为的模拟模型。该模型不能通过用户改变并且因此应是正确的。附加地，在用户界面插件24中提供了用于过程模拟的不同模型，通过这些模型能够制造用于现场设备的行为模型的激励。
图3示出了一个UML分级图表，用于说明传统用户界面插件31的扩展件20，扩展件形成了常规FDI包32的一个组成部分。以现场设备行为模型33进行扩展的用户界面插件34在此继承了常规用户界面插件31的所有重要特征和方法。因为在所示实施例中，现场设备的操作表面在虚拟启动时应当具有和常规启动时一样的显示图像。存放在FDI包32的用户界面插件34中的模型33用于在自动化网络启动时模拟现场设备行为。为了在模拟现场设备行为时产生激励，一方面可使用可模拟的过程模型35，它同样设置在用户界面插件34的扩展件30中，另一方面可使用联合模拟耦联36，它使得能够连接外部的过程模型或者外部的模拟器。联合模拟耦联36例如可以经由OPC耦联37或者经由共享内存38来连接一个外部的、用于过程模拟的模拟器。由此能够将更多的并且可能范围非常广泛的过程模型引入到模拟中。在现场设备行为模型33方面，过程模型35和联合模拟耦联36具有同一个端口。
下面再次简短地总结通过本发明实现的优点：
-能够在真实的条件下预先测试安装的自动化技术组件，在此称其为现场设备，
-最小化在真正启动工业设备时的临界状态，
-用于模拟设备行为的模型来自生产商，因此应是正确的，
-过程模块可以耦联到PLS和SCADA功能上，
-不需要改变PLS或SCADA，因此简单地转用到现有的工程系统中，以及
-在启动时持续使用现场设备模型。

Claims (5)

1.一种用于启动具有多个现场设备(5，6，7)的工业自动化网络(2)的方法，所述现场设备为了进行数据通信而通过网络(8)相互连接，其中，通过软件工具(9)对位于所述自动化网络(2)中的所述现场设备(5，6，7)进行配置和参数化，其特征在于，提供FDI包(20，32)，所述FDI包的用户界面插件(24，34)具有扩展件(30)，通过所述扩展件使得所述软件工具(9)能够访问用于至少一个所述现场设备(5，6，7)的行为的模拟模型(33)，以及，通过所述软件工具(9)虚拟启动至少一个所述现场设备(5，6，7)，其中，借助所述模拟模型(33)模仿所述现场设备(5，6，7)的行为。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述用户界面插件(34)的所述扩展件(30)使得所述软件工具(9)能够附加地访问用于过程(1)的模拟模型(35)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述用于过程(1)的模拟模型(35)包含预制的激励模式并且存放在所述用户界面插件(34)中。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过联合模拟耦联(36)实现对所述用于过程(1)的模拟模型的访问，通过所述联合模拟耦联将没有存放在所述用户界面插件(34)中的过程模型连接到用于现场设备行为的模型(33)上。
5.一种用于支持执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的现场设备，其特征在于，所述现场设备(5，6，7)配有FDI包(20，32)，所述FDI包的用户界面插件(34)具有扩展件(30)，通过所述扩展件使得软件工具(9)能够访问用于所述现场设备(5，6，7)的行为的模拟模型(33)。
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