DE10048747B4 - Process and processing of process signals - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Verarbeiten von Prozesssignalen (P) insbesondere eines Anlagenprozesses (2), bei dem eine erste Verarbeitungseinheit (4) in einem Verarbeitungszyklus die Prozesssignale (P) erfasst, aus diesen Einzelmeldungen (EX) erzeugt und die Einzelmeldungen (EX) zur Weiterleitung bereitstellt, wobei eine maximale Anzahl (Nmax) der während eines Verarbeitungszyklusses erzeugbaren Einzelmeldungen (EX) vorgegeben und unabhängig von der Menge der eingehenden Prozesssignale (P) ist.Method for processing process signals (P), in particular of a plant process (2), in which a first processing unit (4) detects the process signals (P) in a processing cycle, generates these individual messages (E X ) and sends the individual messages (E X ) for forwarding wherein a maximum number (N max ) of the individual messages (E X ) that can be generated during a processing cycle is predetermined and independent of the quantity of the incoming process signals (P).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von Prozesssignalen, insbesondere zum Verarbeiten von Prozesssignalen eines Anlagenprozesses.The The invention relates to a method for processing process signals; in particular for processing process signals of a plant process.
Bei einer Anlage, beispielsweise bei einer Automatisierungsanlage, sind eine Vielzahl von Einzelkomponenten vorgesehen, die insbesondere über ein Bussystem miteinander kommunizieren. Mittels des beispielsweise als Feldbus ausgebildeten Bussystems werden die Prozesssignale der einzelnen Komponenten an Verarbeitungseinheiten übermittelt. Bei komplexen Anlagen sind in der Regel eine Vielzahl solcher Verarbeitungseinheiten vorgesehen, die meist hierarchisch gegliedert sind. Insbesondere ist neben einer Vielzahl von dezentralen Verarbeitungseinheiten eine zentrale Verarbeitungseinheit vorgesehen, beispielsweise im Rahmen einer zentralen Steuerungs- oder Leitwarte. In den dezentralen Verarbeitungseinheiten erfolgt eine erste Verarbeitung der Prozesssignale, indem sie zu Einzelmeldungen aufbereitet werden. Hierzu wird den einzelnen Prozesssignalen beispielsweise eine Kennung zugeordnet und es werden weitere Verarbeitungsschritte durchgeführt. In der zentralen Bearbeitungseinheit werden dann die unterschiedlichen Einzelmeldungen ausgewertet.at a plant, for example, in an automation system, are a variety of individual components provided, in particular via a Bus system communicate with each other. By means of the example formed as a fieldbus bus system, the process signals of individual components transmitted to processing units. For complex systems As a rule, a large number of such processing units are provided, which are usually hierarchically structured. In particular, in addition to one Variety of distributed processing units a central processing unit provided, for example, within the framework of a centralized or control room. In the decentralized processing units takes place a first processing of the process signals by preparing them into individual messages become. For this purpose, the individual process signals, for example an identifier is assigned and further processing steps are performed. In The central processing unit then become the different ones Single messages evaluated.
Ein wesentlicher Punkt für diese Auswertung ist in einer zeitgenauen Auswertung der einzelnen Prozesssignale zu sehen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Einzelmeldungen unterschiedlicher Verarbeitungseinheiten miteinander verglichen werden und die zeitliche Reihenfolge der Prozesssignale für die Auswertung wesentlich ist. Dies ist beispielsweise bei einem Störfall von hohem Interesse, wenn von mehreren Verarbeitungseinheiten in kürzester Zeit Fehlermeldungen erfasst werden, um zu entscheiden, wo der Fehler zuerst aufgetreten ist. Als Genauigkeit für eine derartige zeitgenaue oder zeitsynchrone Auswertung der Prozesssignale wird typischerweise eine Genauigkeit von unter 10 Millisekunden angestrebt.One essential point for This evaluation is in a time-accurate evaluation of the individual process signals to see. This is particularly important when the individual messages different processing units compared and the chronological order of the process signals for the evaluation is essential. This is for example in case of a fault of high interest when coming from multiple processing units in the shortest time Time error messages are captured to decide where the error is first occurred. As accuracy for such a timely or time-synchronous evaluation of the process signals is typically An accuracy of less than 10 milliseconds is sought.
Ein wesentliches Kriterium für die Zeitgenauigkeit ist die Zeitdauer eines Verarbeitungszyklusses der jeweiligen dezentralen Verarbeitungseinheit. Der Verarbeitungszyklus umfasst das Erfassen der Prozesssignale, das Erzeugen der den Prozesssignalen zugeordneten Einzelmeldungen und ihre Weitergabe an die zentrale Verarbeitungseinheit. Der Verarbeitungszyklus umfasst also eine Erfassungsperiode, eine Bearbeitungsperiode und eine Sendeperiode. Ein Prozesssignal, das beispielsweise während der Bearbeitungsperiode bei der dezentralen Verarbeitungseinheit eingeht, wird erst mit dem nächsten Verarbeitungszyklus verarbeitet. Die Zeitgenauigkeit wird daher entscheidend von der Dauer des Verarbeitungszyklusses mitbestimmt. Eine zeitliche Auflösung der einzelnen Prozesssignale innerhalb eines Verarbeitungszyklusses ist nicht gegeben.One essential criterion for the time accuracy is the time duration of a processing cycle respective decentralized processing unit. The processing cycle includes detecting the process signals, generating the process signals associated with Single messages and their transmission to the central processing unit. The processing cycle thus comprises a detection period, a Processing period and a transmission period. A process signal, the for example during the processing period at the decentralized processing unit is received, only with the next Processing cycle processed. The time accuracy is therefore decisively influenced by the duration of the processing cycle. A temporal resolution the individual process signals within a processing cycle is not given.
Ein Problem besteht nun darin, dass bei schwankenden Zeitdauern für die einzelnen Verarbeitungszyklen die Zeitgenauigkeit variiert, so dass eine Aussage über die tatsächliche Zeitgenauigkeit nicht vorgenommen werden kann. Insbesondere wird dadurch die resultierende Zeitungenauigkeit bei einem Vergleich von Einzelmeldungen aus mehreren dezentralen Verarbeitungseinheiten erhöht. Ein Schwanken der Zeitdauer eines Verarbeitungszyklusses wird dabei insbesondere von einer schwankenden Prozesssignalmenge hervorgerufen. Denn die Zeitdauer einer Bearbeitungsperiode hängt von der Anzahl der Prozesssignale ab.One The problem now is that with fluctuating durations for the individual Processing cycles the time accuracy varies, making a statement about the actual Time accuracy can not be made. In particular, it will the resulting newspaper inaccuracy in a comparison of individual reports increased from several decentralized processing units. A waver the duration of a processing cycle becomes particular caused by a fluctuating process signal quantity. Because the The duration of a processing period depends on the number of process signals from.
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verarbeiten von Prozesssignalen mit hoher Zeitgenauigkeit zu ermöglichen.Of the Invention is based on the object, a processing of process signals to enable with high time accuracy.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Bearbeiten von Prozesssignalen insbesondere eines Anlagenprozesses, bei dem eine erste, insbesondere dezentrale Verarbeitungseinheit in einem Verarbeitungszyklus die Prozesssignale erfasst, aus diesen Einzelmeldungen erzeugt und die Einzelmeldungen zur Weiterleitung bereitstellt, wobei eine maximale Anzahl der während eines Verarbeitungszyklusses erzeugbaren Einzelmeldungen vorgegeben und unabhängig von der Menge der eingehenden Prozesssignale ist.The Task is according to the invention solved by a method for processing process signals in particular a plant process, in which a first, in particular decentralized processing unit in a processing cycle, the process signals detected from these Single messages generated and the individual messages for forwarding providing a maximum number of during a processing cycle specifiable single messages and regardless of the amount of incoming Process signals is.
Die Begrenzung der Anzahl der Prozesssignale, die im Laufe eines Bearbeitungszyklusses zu Einzelmeldungen verarbeitet werden, gewährleistet eine konstante Bearbeitungsperiode und damit einen im Wesentlichen konstanten gleich langen Verarbeitungszyklus, unabhängig von der Menge an eingehenden Prozesssignalen. Mit diesem Verfahren wird also in vorteilhafter Weise eine variable oder schwankende Eingangslast an einem Signaleingang der ersten Verarbeitungseinheit auf eine konstante Verarbeitungslast oder konstante Ausgangslast abgebildet.The limitation of the number of process signals, which are processed into single messages during a processing cycle, ensures a constant processing period and thus a substantially constant, equally long processing cycle, independent of the quantity of incoming process signals. With this method, therefore, advantageously a variable or fluctuating input load at a signal input of the first processing unit to a constant Verarbei load or constant output load.
Vorzugsweise werden Primärsignale, die aus den Prozesssignalen oder aus von diesen abgeleiteten Signalen gebildet sind, und die zu den Einzelmeldungen aufbereitet werden, in einem ersten Speicher zwischengespeichert. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei einer schwankenden Prozesssignalmenge alle Prozesssignale erfasst und keine Informationen verloren gehen. Die Verwendung des ersten Speichers ermöglicht, die Bearbeitung der während eines Verarbeitungszyklusses ankommenden Prozesssignale auf mehrere Verarbeitungszyklen aufzuteilen. Dieser Ausgestaltung liegt die Idee zugrunde, bei einer hohen Last, also einer hohen Anzahl von Prozesssignalen, diese zwischenzuspeichern und anschließend sukzessive im Verlauf von Schwachlastperioden zu Einzelmeldungen zu verarbeiten und dadurch abzubauen. Unter Schwachlastperioden werden hierbei Verarbeitungszyklen mit einer geringen anfallenden Prozesssignalmenge verstanden.Preferably become primary signals, those from the process signals or from these derived signals formed and processed into individual reports, cached in a first memory. This will ensure that even with a fluctuating process signal quantity all process signals recorded and no information is lost. The use of the first memory allows the editing of during a processing cycle incoming process signals to several Split processing cycles. This embodiment is the Idea at a high load, so a high number of Process signals, these intermediate and then successively to process into single messages during low load periods and thereby reduce. Under light load periods are here Processing cycles with a small amount of process signal Understood.
Zur Erzielung einer möglichst hohen Zeitgenauigkeit wird die Bearbeitungsperiode möglichst kurz gehalten und insbesondere an dem an der jeweiligen ersten Verarbeitungseinheit zu erwartenden Prozesssignalaufkommen angepasst. Hierzu liegt die maximale Anzahl der während eines Verarbeitungszyklusses erzeugbaren Einzelmeldungen im Bereich des zeitlichen Mittelwerts der Anzahl der pro Verarbeitungszyklus eingehenden Prozesssignale. Damit ist gewährleistet, dass im zeitlichen Mittel sämtliche Prozesssignale abgearbeitet werden und keine Informationen verloren gehen.to Achieve as much as possible high time accuracy, the processing period is as short as possible held and in particular to that at the respective first processing unit adapted to expected process signal volume. This is the maximum Number of during a single processing cycle generated in the field of time average of the number of incoming processing cycles Process signals. This ensures that that in averaged over all process signals be processed and no information is lost.
Um die Menge der zu verarbeitenden und weiterzuleitenden Daten pro Verarbeitungszyklus möglichst gering zu halten, werden vorzugsweise lediglich Änderungen in den Prozesszuständen des Anlagenprozesses erfasst und ausgewertet. Hierzu ist zweckdienlicherweise vorgesehen, die Prozesssignale auf Änderungen zu überwachen und bei einer Änderung eines bestimmten Prozesssignals ein diesem Prozesssignal zugeordnetes Änderungssignal als Primärsignal zu erzeugen und erst dieses zu einer Einzelmeldung zu verarbeiten.Around the amount of data to be processed and forwarded per Processing cycle possible To keep low, preferably only changes in the process states of the plant process recorded and evaluated. For this purpose, it is expediently provided the process signals to changes to monitor and in case of a change a specific process signal associated with this process signal change signal as primary signal to generate and only this process to a single message.
Zweckdienlicherweise wird den Primärsignalen eine Zeitinformation in Form eines Zeitstempels aufgeprägt. Dadurch wird auch unabhängig von der Speicherdauer eines Prozesssignals im ersten Speicher eine genaue zeitliche Zuordnung des Primärsignals zum Auftreten des Prozesssignals ermöglicht.Conveniently, becomes the primary signals imprinted a time information in the form of a time stamp. Thereby will also be independent from the storage duration of a process signal in the first memory a exact time assignment of the primary signal to the occurrence of the Process signal allows.
Vorteilhafterweise werden die dem gleichen Zeitstempel zugeordneten Primärsignale, die zugleich dem gleichen Verarbeitungszyklus zuzuordnen sind, gemeinsam in einem Speicherblock abgelegt, dem der Zeitstempel zugewiesen wird. Es ist also nicht notwendig, jedem Primärsignal einen eigenen Zeitstempel zuzuweisen, sondern der Zeitstempel wird bevorzugt nur einmal, und zwar dem Speicherblock, zugewiesen. In diesem Speicherblock werden dann nur die Primärsignale abgelegt, die diesem Zeitstempel zuzuordnen sind. Hierdurch wird Verarbeitungskapazität eingespart und somit die Bearbeitungsperiode möglichst kurz gehalten.advantageously, become the primary signals assigned to the same time stamp, which at the same time belong to the same processing cycle, together stored in a memory block to which the timestamp is assigned becomes. It is therefore not necessary to give each primary signal its own time stamp but the timestamp is preferred only once, and although the memory block, assigned. In this memory block are then only the primary signals filed, which are assigned to this timestamp. This will processing capacity saved and thus kept the processing period as short as possible.
Zweckdienlicherweise sind unterschiedliche Prozesssignale verschiedenen Kanälen zugeordnet, und der Speicherblock weist eine Anzahl von einzelnen Speicherplätzen auf, denen jeweils ein bestimmter Kanal fest zugewiesen wird. Dies hat den Vorteil, dass die Zuordnung zwischen dem Kanal und dem Speicherplatz feststeht und nicht bei jedem Verarbeitungszyklus erst definiert werden muss. Dadurch ist die Verarbeitungslast im Hinblick auf das Ablegen der Prozesssignale oder der diesen zugeordneten Primärsignale weitgehend unabhängig vom tatsächlichen Signalaufkommen.Conveniently, different process signals are assigned to different channels, and the memory block has a number of individual memory locations, each of which is assigned a specific channel. this has the advantage of having the association between the channel and the storage space is fixed and not first defined during each processing cycle must become. This is the processing burden in terms of Storing the process signals or their associated primary signals largely independent from the actual Signal traffic.
Darüber hinaus wird diese feste Zuordnung zwischen Speicherplatz und Kanal vorteilhafterweise herangezogen, um beim Erzeugen der Einzelmeldung aus der Position des Speicherplatzes eine Signalkennung abzuleiten, die der Einzelmeldung zugewiesen wird. Darüber hinaus wird der Einzelmeldung zusätzlich der Zeitstempel sowie eine im Primärsignal enthaltene Prozessinformation zugewiesen. Die Einzelmeldung enthält also die vollständige und auswertbare Information, was, wann, wo passiert ist.Furthermore this fixed allocation between storage space and channel is advantageously used, to generate the single message from the position of the memory location derive a signal identifier assigned to the single message becomes. About that In addition, the single message is additionally the time stamp as well one in the primary signal assigned process information assigned. The single message contains so the complete and evaluable information on what, when, where happened.
Zweckdienlicherweise werden die Einzelmeldungen vor ihrer Weiterleitung in einem zweiten Speicher zwischengespeichert. Da die Weiterleitung in der Regel über einen Bus erfolgt, der eine schwankende Übertragungskapazität aufweisen kann, ist damit eine Unabhängigkeit von dem möglichen Datendurchsatz auf der Busleitung erzielt. Während also der erste Speicher eine schwankende Eingangslast abpuffert, ist der zweite Speicher für eine Pufferung oder einen Ausgleich von unterschiedlichen Übertragungskapazitäten auf der Busleitung vorgesehen. Insgesamt wird durch dieses Verfahren mit den zwei Speicher- oder Puffersystemen ein konstanter Verarbeitungszyklus und damit eine konstante und hohe Zeitgenauigkeit erzielt.Conveniently, the individual messages are forwarded to a second one before being forwarded Memory cached. Because the forwarding usually has a Bus takes place, which have a fluctuating transmission capacity can, is thus an independence of the possible Data throughput achieved on the bus line. So while the first memory buffering a fluctuating input load is the second memory for one Buffering or balancing different transmission capacities the bus line provided. Overall, this procedure will help with the two storage or Buffer systems a constant processing cycle and thus a achieves constant and high time accuracy.
Zweckdienlicherweise werden die Einzelmeldungen im zweiten Speicher zu Meldungsblöcken zusammengefasst, da diese im Hin blick auf die Weiterleitung und Übertragung im Bus vorteilhaft sind.Conveniently, the single messages in the second memory are combined to form message blocks, As these look forward to the forwarding and transmission in the bus advantageous are.
Um bei einem Störfall die Erstwerterfassung sicherzustellen, also die Erfassung der zuerst eingehenden Prozesssignale, bleiben bei erschöpfter Speicherkapazität die an der ersten Verarbeitungseinheit ankommenden Prozesssignale unberücksichtigt.Around in case of a fault to ensure the first value acquisition, that is the detection of the first incoming process signals, remain at the exhausted storage capacity on The process unit ignoring the first processing unit is disregarded.
Zur Übermittlung der Einzelmeldungen und vorzugsweise der Meldungsblöcke an eine zweite, bevorzugt zentrale Verarbeitungseinheit wird an diese von der ersten Verarbeitungseinheit ein Meldesignal übermittelt, sobald die Einzelmeldungen zum weiterleiten bereitgestellt sind. Damit wird ermöglicht, dass die zweite Verarbeitungseinheit die jeweiligen Meldungsblöcke zu einem Zeitpunkt abruft, zu dem sie Verarbeitungskapazitäten frei hat.For transmission the single messages and preferably the message blocks to a second, preferably central processing unit is to this of the first processing unit transmits a message signal as soon as the individual messages are provided for forwarding. This will allow that the second processing unit merges the respective message blocks into one Time at which they have processing capacity free Has.
Alternativ hierzu ist vorgesehen, dass eine im Wesentlichen konstante Anzahl der Einzelmeldungen zyklisch an die zweite Verarbeitungseinheit weitergeleitet wird.alternative For this purpose, it is provided that a substantially constant number the individual messages cyclically to the second processing unit is forwarded.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:One embodiment The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it each in a schematic representation:
Gemäß
Der
Anlagenprozess
Das
durch die Kurve
Dieses
grundlegende Prinzip ist in
Der Verlauf der Prozesssignalhäufigkeit PH ist dabei charakterisiert durch zyklisch auftretende Lastspitzen, zwischen denen lediglich eine geringe Grundlast anfällt. Dieser Ver lauf ist typisch beispielsweise für einen Herstellungsprozess, bei dem ein Werkstück von einer Maschine (Anlagenkomponente) bearbeitet und anschließend zur nächsten Anlagenkomponente weitergeleitet wird. Während der Bearbeitung des Werkstücks werden vergleichsweise wenig Prozesssignale P abgegeben. Bei Beendigung der Bearbeitung wird das Werkstück ausgeworfen, die Maschine muss eventuell zurücksetzen und ein Transportband gegebenenfalls weitergefahren werden, so dass zu diesem Zeitpunkt eine Vielzahl von Aktionen notwendig wird, was sich in einer großen Menge an Prozesssignalen niederschlägt.The course of the process signal frequency P H is characterized by cyclically occurring load peaks, between which only a small base load occurs. This process is typical, for example, for a manufacturing process in which a workpiece is processed by a machine (system component) and then forwarded to the next system component. During processing of the workpiece, comparatively little process signals P are emitted. When machining is finished, the workpiece may be ejected, the machine may need to be reset, and a conveyor belt may need to be moved further, requiring a variety of actions at this time, resulting in a large amount of process signals.
Diese
periodische Last wird – wie
der
Aufgrund
dieser konstanten Dauerlast ist die Verarbeitungslast für die erste
Verarbeitungseinheit
Wie
bereits erläutert
ist die prinzipielle Idee zur Erzielung der Zeitgenauigkeit, eine
schwankende Eingangslast auf eine im Wesentlichen konstante Verarbeitungslast
abzubilden. Um keine Informationen zu verlieren, ist dabei in der
ersten Verarbeitungseinheit
Die Änderungssignale
A werden im ersten Speicher
Der Index „m" steht auch hier für eine Vielzahl von einzelnen Speicherblöcken Bm, die jeweils zu einem dem Zeitstempel Tm zugeordneten Verarbeitungszyklus mit Änderungssignalen A belegt werden.The index "m" is also here for a plurality of individual memory blocks B m , which are each assigned to a time stamp T m associated processing cycle with change signals A.
Während eines
Verarbeitungszyklusses wird also jeweils nur ein Speicherblock Bm beschrieben. Gemäß
Die
derart beschriebenen Speicherblöcke
Bm werden im ersten Speicher
Diese
Einzelmeldungen EX werden in Meldungsblöcken
Zur Erzeugung der Einzelmeldungen EX wird aus der Position des Speicherplatzes Sn des jeweiligen Änderungssignals A eine Signalkennung J sowie der dem jeweiligen Speicherblock Bm zugeordnete Zeitstempel Tm zugewiesen. Daneben umfasst die Einzelmeldung EX noch die im Änderungssignal A enthaltene Prozessinformation übe die erfolgte Änderung des Prozesszustands.To generate the individual messages E X , a signal identifier J and the time stamp T m assigned to the respective memory block B m are assigned from the position of the memory location S n of the respective change signal A. In addition, the single message E X still includes the process information contained in the change signal A übe the change made to the process state.
Bei
dem hier beschriebenen Verfahren wird mittels des Puffersystems
Im
Falle einer schwerwiegenden Störung
im Prozessablauf wird es in der Regel zu einer großen Menge
an Prozesssignalen P kommen, was unter Umständen dazu führt, dass die Speicherkapazität des ersten
oder zweiten Speichers
Für die Übertragung
der einzelnen Meldungsblöcke
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