CN108319533A

CN108319533A - 可关断地模拟控制装置内部的设备的系统和模拟器

Info

Publication number: CN108319533A
Application number: CN201810034923.7A
Authority: CN
Inventors: R.埃尔姆勒; C.克雷布斯; J.内迪希; G.奎罗斯阿拉亚
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2018-07-24
Anticipated expiration: 2038-01-15
Also published as: EP3349082B1; US20180203973A1; EP3349082A1; CN108319533B

Abstract

本发明涉及用于可关断地模拟控制装置内部的设备的系统和模拟器，控制程序和模拟程序在同一运行环境中分开，在正常运行中或者在模拟部分中确保针对输入/输出存储区域的访问方向；在程序循环之间执行模拟程序，在模拟期间中止虚拟时钟。通过测试在SPS中的未改变的应用程序避免在开动或测试阶段中由代码改变引起的错误，通过在真实设备中、尤其是在测试计时器时或者在竞速条件下的时间特性，通过改善的测试结果实现更高的程序质量。可以使用多个处理器核。模拟器在与真实的控制代码同样的控制装置中运行，因此不需要附加的测试硬件，此外通过快速的测试运行/生产运行转换实现时间节省。在模拟器保留在控制装置上时，在干扰情况下快速作出测试场景。

Description

可关断地模拟控制装置内部的设备的系统和模拟器

技术领域

本发明涉及用于对在可存储器编程控制装置（SPS）内部的设备或机器可关断地模拟的系统和模拟器，其具有设备接口用于生产模式，所述接口为了将设备控制数据输出到设备以及为了从设备接收设备数据而存在，并且其具有与设备接口分离的其他接口用于模拟模式。

背景技术

在可存储器编程控制装置（SPS）的周围环境中，写有控制设备或机器的程序代码。这些代码必须被测试。然而，为了切合实际地进行测试，必须模拟所述控制装置（Steuerungen）稍后在其中工作的环境。为此，必须从控制装置发送给设备或机器的信号中产生应答，所述应答的信号在为测试所需的程度上对应于现实。为此，不仅使用模拟环境而且修改在控制装置中的程序，使得所述程序本身产生期望的信号。

通常，在开动（Inbetriebnahme）时逐渐构建并且使用所述设备/机器。为了递增地检验控制装置和已经存在的设备部分的功能，需要模拟工作环境的有缺陷的片段。

在使用模拟环境中的问题通常是：构建模拟环境的耗费出于多种原因是显著的：因为由于所述模拟系统以另外的语言来编程，所以模拟系统需要训练（einarbeiten），以及因为由于两个系统的信号必须单独地并且经常“手动地”来分配，所以将控制装置集成到模拟系统中是耗费的。此外，模拟系统经常仅仅在开发中可供使用，但是在稍后的在设备中的改动或调试时不可供使用。最后，因为模拟系统需要附加的计算机系统并且软件也花费金钱，所以也形成附加成本。

另一方面，出于模拟的目的对控制代码进行改动也带来一些问题：测试逻辑的引入需要对控制代码改动，这是附加的错误源（Fehlerquelle）并且使得控制代码较不清楚，也即不再能够测试源代码，而是测试经适配的代码。在生产运行中完全不需要测试逻辑，或者所述测试逻辑可能不经意地被激活或者在开动之后被忘记去活，这是错误源，并且因为附加的代码也必须被执行，所以在测试运行中附加的测试逻辑将定时歪曲。

迄今已知下面的三种原则上的解决方案：

a）使用附加的模拟产品：

存在用于不同应用领域的不同产品的广泛选择，如AMESim（Siemens）、SIMIT（Siemens）、Plant Simulation（Siemens）、MATLAB/Simulink（Mathworks）等等。可存储器编程控制装置这里通常作为硬件在环或者软件在环技术被嵌入。在第一种情形中，使用将模拟产品的信号连结（anbindet）的专门的硬件；在第二种情形中，软件SPS拥有为此而设置的模拟API、也即相应的编程接口。

b）通过结合模拟条件来修改组件、也即修改在可存储器编程控制装置中的编程对象，其中这些组件被改动，使得根据标志（Flag）对可代替的代码区段做出反应（angesprungen werden）。在此，例如确定的输入信号被忽略或者通过改变的组件代码来设置。附加代码在开动过程中针对打算的运行被从程序中去除，由此给出了控制装置的所期望的特性。然而，这非系统性地进行并且不能100%地通过接着的测试来检验。有时发生：没有被去除的附加代码在控制装置开动之后伪装错误的输入信号。

c）对专门的模拟组件编程，所述编程利用SPS代码模仿所述设备或机器的特性：所述组件必须如SPS的调节组件一样被实施并且从调节器的控制信号中生成应答信号。在此，容忍被改变的运行时间的问题。

由欧洲专利申请EP 2 980 661 A1（2013E09254DE）（Siemens AG，Rene Ermler，Andreas Matis， Gustavo Quiros Araya）公知了一种电子控制设备（Steuerungsgerät），所述电子控制设备具有用于运行用于控制该设备的控制程序的控制装置，以及具有用于向设备输出设备控制数据和从设备接收设备数据的设备接口，其中所述控制设备被设立和构造用于在可接通和可关断的模拟模式中运行，用于通过控制程序来控制设备模拟，并且其中在模拟模式中存在与设备接口分离的模拟接口，用于输出设备控制数据并且接收设备模拟的数据。

由WO 2015/124170 A1公知了一种用于通过提供计算装置来模拟可存储器编程控制装置的方法，其中所述计算装置具有关于对可存储器编程控制装置提出的实时要求不足够的运行系统。在此，借助预确定的函数（Funktion）进行真实持续时间到虚拟持续时间的映射，其中针对为了对可存储器编程控制装置的程序的至少一个程序循环（Programmzyklus）进行为模拟所需的虚拟持续时间设置极限值的预确定，并且利用计算装置来模拟至少一个程序循环以及根据极限值来检验是否存在所模拟的程序循环的循环时间超时（Zykluszeitüberschreitung ）。

EP 2 687 928 A1公开了一种用于控制设备的支持程序（Unterstützungsprogramm），所述支持程序使得算法单元执行对总执行时间的检测，其方式是，检测并且输出总执行时间。总执行时间是在执行循环中累积直至发生执行控制程序所经过的时间，因为当控制设备按照执行优先级和执行循环来执行控制程序时，开始所述执行循环。在此，总执行时间是在控制装置中所测量的时间或者在控制支持装置中所估计的时间。

WO 2012/031859 A1涉及用于控制工厂设备的装置的控制设备，所述控制设备包括控制单元和模拟装置，其中能够借助控制单元按照在控制循环中的预确定的控制例程（Steuerroutine）来控制工厂设备的装置，并且借助控制设备的模拟装置来设置与控制循环的时间栅同步地进行的对装置运行的模拟。

发明内容

现在，本发明所基于的任务在于，说明一种用于对在可存储器编程控制装置内部的设备或机器可关断地模拟的系统，在其中尽可能避免上面提到的缺点。

该任务按照本发明通过专利权利要求1的特征来解决。其他的权利要求涉及本发明的优选的扩展方案以及相应的模拟器。

本发明主要涉及一种用于对在可存储器编程控制装置内部的设备或机器可关断地模拟的系统，在所述系统中控制程序和模拟程序在同一运行环境中一贯地分开，其中在正常运行中或者针对其一贯的反转（Umkehrung）在模拟部分中确保针对输入/输出存储区域访问方向；以及在其中在程序循环之间执行模拟程序，其中在模拟期间中止虚拟时钟。为此，通过测试在SPS中的未改变的应用程序来避免在开动或测试阶段中由代码改变引起的错误，以及通过如在真实设备中、尤其是在测试计时器时或者在竞速条件（Race-Conditions）情况下的时间特性，通过改善的测试结果实现较高的程序质量。同样可以使用多个处理器核。因为模拟器在与真实的控制代码同样的控制装置中运行，因此不需要附加的测试硬件并且此外通过快速的测试运行/生产运行转换实现时间节省。在模拟器保留（Verbleib）在控制装置上时，在干扰情况下快速作出测试场景。

附图说明

下面借助在附图中所示的实施例进一步阐述本发明。

其中：

图1示出用于关于工程系统和可存储器编程控制装置阐述本发明的一览图，

图2示出用于在生产代码和模拟代码的分离以及与数据存储器的信息交换方面阐述本发明的原理图，以及

图3示出用于在生产部分、在模拟部分和在虚拟时钟中的时间流程方面来阐述本发明的流程图。

具体实施方式

图1示出了用于关于工程系统ES和可存储器编程控制装置SPS阐述本发明的一览图，其中存在于工程系统中的应用程序AP在可存储器编程控制装置SPS中导致生产代码PC，并且与其分开地在工程系统ES中由模拟程序S生成代码，并且所述代码作为模拟代码SC单独地同样被加载到可存储器编程控制装置SPS中。

模拟代码SC以SPS语言来编程，并且通过有利地集成在可存储器编程控制装置SPS中的IO模拟器执行。

IO模拟器是控制装置的一部分，在同样的上下文中运行并且能够在控制系统之内访问内部数据存储器。

为了分开责任（Zuständigkeiten），两个部分“生产代码”和“模拟代码”彼此不同。SPS引导模拟代码仅仅通过IO模拟器。通过SPS在技术上防止直接地或者无意地执行模拟代码。只有IO模拟器还获得下述特权、诸如修改输入信号。

图2示出了用于阐述本发明的原理图。为了更好地阐明区别，在图2的上部中示出带有迄今为止的生产代码PC_alt（PC_旧）的可存储器编程控制装置SPS_alt（SPS_旧），所述生产代码PC_alt也包含迄今为止的模拟代码SC_alt（SC_旧）。与此不同，在图2的下部中示出带有生产代码PC和单独的模拟代码SC的本发明可存储器编程控制装置SPS，其中生产代码PC从存储器SP中读取PL输入信息并且将输出信息写入PS到存储器SP中，并且其中模拟代码SC相反地从存储器SP中读取SL输出信息的至少一部分并且将新的输入信息写入SS到存储器SP中。

图3示出用于阐述在本发明系统中的生产部分PT、模拟部分ST和虚拟时钟VC中的时间流程的流程图。

在生产模式中或者在生产部分PT中，从存储器SP中读取PL输入信息，在相应的程序流程（Programmablaufs）期间处理PV所述输入信息的至少一部分，并且然后将其作为输出信息写入PS存储器SP中。

未经改动的应用程序基于所述输入来计算新的输出。在所述计算期间，虚拟时钟VC正常继续运行TON，也即程序流程的定时（Timing）是不变的。在生产模式中不计算模拟。控制代码实时地执行。

在模拟/开动模式中或者在模拟部分ST中，从存储器SP中读取SL输出信息，处理SV所述输出信息的至少一部分，并且然后将其作为输入信息写入SS到存储器SP中。

在模拟部分ST中，与生产部分PT相反地，IO模拟器的模拟组件访问IO存储区域。所述模拟在程序循环之间被计算，并且因此不会将正常的运行特性歪曲。SPS代码基于虚拟时钟VC来执行，所述虚拟时钟作为计时计（Stoppuhr）起作用并且在模拟期间不前进TOFF。因此，也不会由于执行模拟代码而改变实际程序的定时。模拟组件的实施可以根据场景（开发/测试/生产）被去活。

在应用程序到期之后，停止虚拟时钟VC并且开始模拟流程。所述模拟基于输出来计算新的输入。在此之后，重新以应用程序的到期和正常时间流程的继续来开始循环。

通过虚拟时钟计算事实上在循环“之间的”模拟，由此改善了模拟精度，因为不会由此将定时（循环时间、时基误差（Jitter）等等）歪曲。

模拟的运行时间对于程序运行时间的考虑来说是不重要的。

通过本发明不需要去掉程序部分，因为IO模拟器通过运行模式的变换简单地被关断，由此例如消除了否则需要的程序补充的复杂性（Unübersichtlichkeit）。IO模拟器的“关断”将模拟代码的所有部分去活，并且因此将对过程数据的每个无意的操纵去活。时钟永久地运行。

附加地，还能够将模拟和开动组件的使用单独地切换为激活，使得能够模拟设备的子区域，而其他部分已经是完成的并且被直接使用。在设备开动之后，这些模拟组件也可以供使用用于稍后的改建。这里，时间特性由于子区域的模拟的附加耗费而改变。这里，时钟的停止不再是可能的，因为那么模拟和真实的设备部分的时基（Zeitbasen）是彼此有偏差的。

可选地，也可以在SPS的单独的处理器核上执行应用程序和实施模拟器。

相应的模拟器可以作为单独的产品来购买，所述产品例如带有对于工程和运行时间的单独的证书（Lizenzen）。

IO模拟器可以通过简单的机构在一个部位（an einer Stelle）上被去活。该系统被设计为，使得所述系统在去活的IO模拟器的情况下当然不再执行模拟代码。

该模拟代码的执行与生产代码的执行被分开，使得排除了混淆。

Claims

1.一种用于对在可存储器编程控制装置（SPS）内部的设备或机器可关断地模拟的系统，所述系统包括：

-模拟部分（ST）和生产部分（PT），其中分别在所述生产部分（PT）中的两个程序流程（例如P1..P3）之间各设置一个在所述模拟部分（ST）中的模拟流程（S1..S3）,

其特征在于，

-可存储器编程控制装置（SPS），所述可存储器编程控制装置具有存储器（SP），所述存储器用于将应用程序（AP）的生产代码（PC）和通过模拟程序（S）产生的模拟代码（SC）分开地存储，和

-虚拟时钟（VC），所述虚拟时钟被构造用于在生产部分（PT）中正常运行（TON），和用于在模拟部分（ST）中中止（TOFF）。

2.如权利要求1所述的系统，其中，

-所述生产部分（PT）具有可从所述存储器（SP）中读取（PL）的输入信息，在所述输入信息中至少一部分可在相应的程序流程期间被处理（PV），并且然后可以作为输出信息被写入（PS）到所述存储器（SP）中，并且

-所述模拟部分（ST）具有可从所述存储器（SP）读取（SL）的输出信息，在所述输出信息中至少一部分可在模拟流程期间被处理（PV），并且然后可作为输入信息被写入（SS）到所述存储器（SP）中。

3.如权利要求1或2所述的系统，

在所述系统中，所述设备被划分成子区域，并且针对所述子区域存在相应的模拟/开动组件，并且在所述系统中可通过如下方式来模拟所述设备的还未完成的子区域，也即设置相应的模拟/开动组件用于单独地切换为激活，并且设置其他的已经完成的子区域用于直接使用。

4.如前述权利要求之一所述的系统，在所述系统中所述可存储器编程控制装置（SPS）具有处理器核，在所述处理器核上可分别单独地执行所述应用程序（AP）和实施所述模拟器（S）。

5.一种模拟器，所述模拟器用于如上述权利要求之一所述的、用于对在可存储器编程控制装置内部的设备或机器可关断地模拟的系统，所述模拟器被集成到所述可存储器编程控制装置（SPS）中，使得所述模拟器被设置用于，以所述可存储器编程控制装置（SPS）的SPS语言编程，并且被设置用于生成控制代码，所述控制代码可被加载到所述可存储器编程控制装置（SPS）中并且可在所述可存储器编程控制装置（SPS）中被执行。

6.如权利要求5所述的模拟器，所述模拟器包括一个机构，所述机构用于借助仅仅在一个部位上要进行的去活来防止执行整个模拟代码（SC）。