-
Die
Erfindung betrifft allgemein Prozeßsteuerungsnetze und speziell
das Konfigurieren und Verwalten von Prozeßsteuerungsnetzen.
-
Die
EP 0 751 648 A2 zeigt
ein Navigations- und Betrachtungssystem für die Netzwerk-Administration, welches
das dreidimensionale physische Layout von Computern in einem (Büro-) Gebäude darstellen
kann. Zusätzlich
gibt es dem Administrator die Möglichkeit,
die Domainzugehörigkeit
und somit die Topologie des Netzwerkes sowie eine grafische Repräsentation
bestimmter aktiver Verbindungen zwischen den Computern zu betrachten.
-
Die
EP 0 718 727 A2 zeigt
ein Verfahren zur Programmierung eines verteilten Prozeßsteuerungsnetzwerkes,
welches eine grafische Benutzeroberfläche aufweist. Damit lassen
sich die diversen verteilten Komponenten des Prozeßsteuerungsnetzwerkes zentral
konfigurieren bzw. steuern. Dabei ist aber das Prozeßsteuerungsnetzwerk
allein durch seine logische Struktur, also seine Topologie, innerhalb
der Benutzeroberfläche
repräsentiert.
-
Aus
der
US 5 995 916 A ist
die Überwachung und
die Anzeige von diagnostischer Information in einem Prozeßsteuerungssystem
bekannt. Das Prozeßsteuerungssystem
berücksichtigt
diagnostische Informationen, die sich auf alle Einrichtungen beziehen
und präsentiert
diese Informationen einem Systemanwender in einer Art, dass eine
Betriebssteuerungsstrategie und die diagnostische Information so präsentiert
werden, als ob alle Steuerungsaktionen und die diagnostische Information
an einem einzelnen Ort ausgeführt
bzw. generiert werden.
-
Große Prozesse
wie etwa chemische, Erdöl- und
andere Herstellungs- und Raffinationsprozesse weisen zahlreiche
Feldeinrichtungen auf, die an verschiedenen Stellen innerhalb einer
Anlage angeordnet sind, um Prozeßparameter zu messen und zu steuern,
die dadurch die Steuerung des Prozesses bewirken. Diese Einrichtungen
können
beispielsweise Sensoren wie etwa Temperatur-, Druck- und Durchflußmengensensoren
sowie Stellelemente wie etwa Absperrorgane bzw. Ventile und Schalter
sein. Historisch verwendete die Prozeßsteuerungsindustrie manuelle
Vorgänge
wie etwa das manuelle Ablesen von Werten und Manometern, das Drehen
von Ventilrädern
usw., um die Messung durchzuführen und
Feldeinrichtungen innerhalb eines Prozesses zu steuern.
-
Heute
wird die Steuerung des Prozesses häufig unter Anwendung von Mikroprozessorbasierten
Controllern, Computern oder Workstations implementiert, die den
Prozeß überwachen,
indem sie Befehle und Daten an Hardwareeinrichtungen senden bzw.
von diesen empfangen, um entweder einen bestimmten Aspekt des Prozesses
oder den Prozeß insgesamt
zu steuern. Die speziellen Prozeßsteuerungsfunktionen, die
durch Softwareprogramme in diesen Mikroprozessoren, Computern oder
Workstations implementiert werden, können durch Programmieren individuell
entworfen, modifiziert oder geändert
werden, während
gleichzeitig keine Modifikationen der Hardware erforderlich sind.
Beispielsweise kann ein Techniker ein Programm schreiben lassen, damit
der Controller einen Fluidpegel von einem Pegelsensor in einem Tank
abliest, den Tankpegel mit einem vorbestimmten Sollpegel vergleicht
und dann, basierend darauf, ob der gemessene Pegel niedriger oder
höher als
der vorbestimmte Sollpegel war, ein Füllventil öffnet oder schließt. Die
Parameter können leicht
geändert
werden, indem eine ausgewählte
Ansicht des Prozesses angezeigt und dann das Programm unter Nutzung
der ausgewählten
Ansicht modifiziert wird. Typischerweise ändert der Ingenieur Parameter
durch Anzeigen und Modifizieren einer technischen Ansicht des Prozesses.
-
Der
Controller, Computer oder die Workstation speichert und implementiert
ein zentralisiertes und häufig
komplexes Steuerungsschema, um Messungen und die Steuerung von Prozeßparametern nach
einem Gesamtsteuerungsschema zu bewirken. Gewöhnlich ist aber das implementierte
Steuerungsschema Eigentum des Herstellers der Feldeinrichtung, so
daß es
schwierig und teuer ist, das Prozeßsteuerungssystem zu erweitern,
auszubauen, umzuprogrammieren und/oder zu warten, weil der Hersteller
der Feldeinrichtung auf eine integrale Weise involviert sein muß, um jede
dieser Aktivitäten
auszuführen.
Außerdem
können
die Geräte,
die verwendet oder miteinander verbunden werden können, aufgrund
der Eigentumsverhältnisse
der Feldeinrichtung und dadurch, daß der Hersteller bestimmte
Einrichtungen oder Funktionen von Einrichtungen, die von anderen
Herstellern stammen, eventuell nicht unterstützt, eingeschränkt sein.
-
Um
einige der Probleme zu überwinden,
die mit der Verwendung von herstellerspezifischen Feldeinrichtungen
einhergehen, hat die Prozeßsteuerungs-Industrie
eine Reihe von offenen Standard-Kommunikationsprotokollen
entwickelt, die beispielsweise die HART®-,
DE-, PROFIBUS®-, WORLDFIP®-,
LONWORKS®-,
Device-Net®und CAN-Protokolle
umfassen. Diese Standardprotokolle ermöglichen es, von verschiedenen
Herstellern stammende Feldeinrichtungen gemeinsam innerhalb derselben
Prozeßsteuerungsumgebung
zu verwenden. Theoretisch kann jede Feldeinrichtung, die mit einem
dieser Protokolle übereinstimmt,
innerhalb eines Prozesses verwendet werden, um mit einem Prozeßsteuerungssystem
oder einem anderen Controller, der das Protokoll unterstützt, zu
kommunizieren oder davon gesteuert zu werden, und zwar auch dann,
wenn die Feldeinrichtungen von verschiedenen Herstellern stammen.
-
Zur
Implementierung von Steuerfunktionen weist jede Prozeßsteuerungseinrichtung
einen Mikroprozessor auf, der imstande ist, eine oder mehrere Grundsteuerfunktionen
auszuführen,
sowie die Fähigkeit
hat, mit anderen Prozeßsteuerungseinrichtungen
unter Nutzung eines offenen Standard-Protokolls zu kommunizieren.
Auf diese Weise können
von verschiedenen Herstellern stammende Feldeinrichtungen innerhalb
einer Prozeßsteuerungsschleife miteinander
verbunden werden, um miteinander zu kommunizieren und eine oder
mehrere Prozeßsteuerfunktionen
oder Steuerschleifen auszuführen.
Ein weiteres Beispiel eines offenen Kommunikationsprotokolls, das
es erlaubt, daß von
verschiedenen Herstellern stammende Einrichtungen über einen
Standardbus zusammenwirken und miteinander kommunizieren, um innerhalb
eines Prozesses eine dezentralisierte Steuerung durchzuführen, ist
das FOUNDATION Fieldbus-Protokoll (nachstehend "Fieldbus-Protokoll") der Fieldbus Foundation. Das Fieldbus-Protokoll
ist ein vollständig
digitales, Zweidrahtschleifenprotokoll.
-
Bei
Anwendung dieser Protokolle bezieht sich eine Herausforderung, die
mit dem Entwerfen des Prozeßsteuerungssystems
oder -netzes einhergeht, auf das tatsächliche physische Layout und
die Verbindungen zwischen den verschiedenen Prozeßsteuerungseinrichtungen.
Insbesondere gibt jedes dieser Protokolle Einschränkungen
von Werten für die
physischen Charakteristiken an, innerhalb denen ein Prozeßsteuerungssystem
arbeiten muß,
um mit dem Standard übereinzustimmen.
Diese Einschränkungen
umfassen den Spannungsabfall über
Kommunikationsabschnitten, die Länge
der Stichstrecke, die Gesamtkabellänge, die Gesamtstromentnahme und
die Gesamtzahl von Prozeßsteuerungseinrichtungen
an einem bestimmten Netzknoten. Der physische Ort von Behältern, Rohrleitungen,
Pumpen, Motoren und Ventilen sowie von Controllern und Bedienerstationen
ist ebenfalls mit Einschränkungen
verbunden, die zu berücksichtigen
sind, wenn das Prozeßsteuerungssystem
oder -netz konfiguriert wird. Die Beziehungen zwischen diesen Einschränkungen sind
wichtig und auf der Basis der Werte der Einschränkungen variabel. Wenn das
Prozeßsteuerungssystem
oder -netz konfiguriert und in Gebrauch ist, kann die Verwaltung
des Systems aufgrund der Komplexität der meisten Raffinations-
und Herstellungsanlagen umständlich
sein.
-
Zusätzlich zu
der Ausführung
von Steuerungsprozessen gibt es Softwareprogramme, die ebenfalls
die Prozesse überwachen
und eine Ansicht derselben liefern, Feedback in Form eines Bedienerdisplays
oder einer Bedieneransicht liefern, die den Status bestimmter Prozesse
betrifft. Die überwachenden
Softwareprogramme liefern ferner einen Alarm, wenn ein Problem auftritt.
Manche Programme zeigen einem Bediener Befehle oder Vorschläge an, wenn
ein Problem auftritt. Der Bediener, der für den Steuerungsprozeß verantwortlich
ist, muß den Prozeß von seinem
Standpunkt aus betrachten und das Problem rasch beseitigen können. Ein
Display oder eine Konsole ist typischerweise als die Schnittstelle
zwischen dem Mikroprozessor-basierten Controller oder Computer,
der die Prozeßsteuerungsfunktion
ausführt,
und dem Bediener sowie auch zwischen dem Programmierer oder Techniker
und dem Mikroprozessor-basierten Controller oder Computer, der die
Prozeßsteuerungsfunktion
ausführt,
vorgesehen.
-
Systeme,
die in Prozeßsteuerungsumgebungen
Funktionen ausführen, überwachen,
steuern und rückführen, werden
typischerweise mittels Software implementiert, die in problemorientierten
Computerprogrammiersprachen wie etwa Basic, Fortran oder C geschrieben
sind, und auf einem Computer oder Controller ausgeführt. Diese
problemorientierten Sprachen sind zwar für die Programmierung der Prozeßsteuerung
effektiv, werden aber von Verfahrenstechnikern, Regelungstechnikern,
Bedienern und Überwachungspersonen
gewöhnlich
nicht verstanden. Für
solche Personen sind höherstufige
graphische Displaysprachen entwickelt worden, beispielsweise kontinuierliche
Funktionsblock- und Kettenlogik. Jeder von den Technikern, Wartungsleuten,
Bedienern, Laborpersonal und dergleichen benötigt daher eine graphische
Ansicht der Elemente des Prozeßsteuerungssystems,
die es ihnen ermöglicht,
das System auf eine in bezug auf ihre Verantwortlichkeiten relevante
Weise zu betrachten.
-
Die
graphischen Ansichten der Elemente des Prozeßsteuerungssystems werden ohne
Korrelation mit dem räumlichen
Layout der Anlage bereitgestellt und zeigen nur logische Verknüpfungen
der Einrichtungen und Funktionen. Beispielsweise kann ein Prozeßsteuerungsprogramm
in Fortran geschrieben sein und zwei Eingangswerte benötigen, den
Mittelwert der Eingangswerte berechnen und einen Ausgangswert erzeugen,
der gleich dem Mittelwert der beiden Eingangswerte ist. Dieses Programm
könnte als
die MITTELWERT-Funktion bezeichnet werden und kann aufgerufen und
von den Verfahrenstechnikern über
eine graphische Anzeige angesehen werden. Eine typische graphische
Anzeige kann aus einer Box bestehen, die zwei Eingänge, einen
Ausgang und ein Etikett, das die Box als MITTELWERT bezeichnet,
bestehen. Ein davon verschiedenes Programm kann verwendet werden,
um die graphische Darstellung derselben Funktion für einen
Bediener zu schaffen, so daß dieser
den Mittelwert betrachten kann. Bevor das System an den Kunden ausgeliefert wird,
werden diese Softwareprogramme in eine Bibliothek von vordefinierten,
vom Anwender wählbaren Merkmalen
gestellt. Die Programme sind durch Funktionsblöcke identifiziert. Ein Anwender
kann dann eine Funktion aufrufen und die vordefinierten graphischen
Darstellungen auswählen,
die durch Boxen veranschaulicht sind, um verschiedene Ansichten
für den
Bediener, den Techniker usw. zu erzeugen, indem einer von einer
Vielzahl von Funktionsblöcken aus
der Bibliothek ausgewählt
wird zur Verwendung bei der logischen Definition einer Prozeßsteuerungslösung, anstatt
daß ein
vollständig
neues Programm beispielsweise in Fortran zu entwickeln ist.
-
Eine
Gruppe von standardisierten Funktionen, die jeweils durch einen
zugehörigen
Funktionsblock bezeichnet sind, kann in einer Steuerungsbibliothek
gespeichert sein. Ein Designer, der mit einer solchen Bibliothek
ausgestattet ist, kann Prozeßsteuerungslösungen entwerfen,
indem er auf einem Computermonitor verschiedene Funktionen oder
Elemente logisch miteinander verknüpft, die mit den durch Boxen
repräsentierten
Funktionsblöcken
ausgewählt werden,
um bestimmte Aufgaben auszuführen.
Der Mikroprozessor oder Computer ordnet jede der durch die Funktionsblöcke definierten
Funktionen bzw. jedem solchen Element vordefinierte Schablonen zu, die
in der Bibliothek gespeichert sind, und setzt jede der Programmfunktionen
oder jedes der Programmelemente entsprechend den von dem Designer
gewünschten
Verknüpfungen
in Beziehung zueinander. Ein Designer entwirft ein vollständiges Prozeßsteuerungsprogramm
unter Verwendung von logischen Ansichten vordefinierter Funktionen,
ohne jemals den Entwurf mit den räumlichen Dimensionen der Raffinations-
oder Fertigungsanlage zu korrelieren.
-
Eine
Herausforderung, die mit den bereitgestellten graphischen Darstellungen
verbunden ist, ist die, daß nur
logische Verknüpfungen
gezeigt werden. Derzeit wird das physische Layout der Anlage nicht mit
der Konfiguration des Prozeßsteuerungssystems korreliert,
und bei der Verwaltung des Systems kann nicht darauf zurückgegriffen
werden. Bei der Konfigurierung des Prozeßsteuerungssystems müssen räumliche
Informationen manuell gemessen und in das Werkzeug eingegeben werden.
Bei der Verwaltung des Prozeßsteuerungssystems
muß der
physische Ort von Einrichtungen und Controllern manuell bestimmt
werden, wodurch häufig
mehr Zeit erforderlich ist, um ein Problem zu korrigieren oder das
Prozeßsteuerungssystem
zu verwalten.
-
Was
notwendig ist, ist ein Verfahren zum Konfigurieren eines Prozeßsteuerungssystems,
das sowohl das physische Layout der Anlage berücksichtigt als auch Bedienern
des Systems den raschen Zugriff auf die räumliche Lage von Prozeßsteuerungseinrichtungen
und Controllern erlaubt.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es also, ein System zur Konfiguration
und Überwachung eines
Netzwerkes zu schaffen, das die Funktionsfähigkeit des Netzwerkes für die Prozesssteuerung
in Anbetracht der unterschiedlichen Kompatibilitätsanforderungen seiner Komponenten
sicherstellt. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der
Ansprüche 1,
5 und 9 gelöst.
-
Die
Erfindung richtet sich auf die Nutzung von räumlichen Informationen einer
Anlage, um ein Prozeßsteuerungssystem
zu konfigurieren und zu verwalten, das in der Anlage vorhanden ist.
Das Prozeßsteuerungssystem
stimmt mit einem Standardprotokoll für Prozeßsteuerungsnetzwerke überein, welches
nicht auf der Basis von TCP/IP beruht. Ein solches System erlaubt
auf vorteilhafte Weise das effiziente Entwerfen und die Nutzung
eines Prozeßsteuerungssystems,
während
gleichzeitig sichergestellt wird, daß die physischen Charakteristiken
des Systems dem Standard entsprechen. Außerdem ermöglicht ein solches System auch
auf vorteilhafte Weise eine effizientere Diagnose, Online-Fehlersuche,
Alarmverwaltung und Wartung von Einrichtungen.
-
Das
Werkzeug kann fakultativ eine automatische Erzeugung des Layouts
des Prozeßsteuerungsnetzes
ermöglichen,
das auf das räumliche
Layout der Anlage angewandt wird.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
wird das Werkzeug benutzt, um das Layout des Prozeßsteuerungsnetzes,
das auf das physische Layout der Anlage angewandt wird, zu analysieren
und sicherzustellen, daß das
Layout des Netzes mit den Kriterien eines Standardprotokolls wie
etwa des Fieldbus-Protokolls übereinstimmt.
-
Das
Werkzeug kann fakultativ blinkende Darstellungen von Einrichtungen
bereitstellen, um aktive Alarme in dem Netz zu bezeichnen.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
ist das Prozeßsteuerungsnetz
so konfiguriert, daß es
zuerst logische Verknüpfungen
benutzt, und zu einem späteren
Zeitpunkt wird die Konfiguration dann auf das räumliche Layout der Anlage angewandt
und zur Verwaltung des Prozeßsteuerungsnetzes
unter Nutzung der auf das Netzlayout angewandten räumlichen
Informationen angewandt.
-
Die
Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und
Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen
in:
-
1a ein
schematisches Blockbild eines Prozeßsteuerungssystems, das eine
Workstation mit einem Programmierwerkzeug gemäß einer verallgemeinerten Ausführungsform
der Erfindung aufweist, die eine räumliche Konfigurations- und
Verwaltungsfähigkeit
bietet;
-
1b ein
Blockbild des Controller-/Multiplexer- und Prozeßbereichs des in 1a gezeigten Prozeßsteuerungssystems;
-
2 ein
schematisches Blockbild, das die Prozeßsteuerungsumgebung in einer
Konfigurationsimplementierung und einer Verwaltungs- oder Ausführungszeitimplementierung
zeigt;
-
3 ein
Ablaufdiagramm, das die Operation eines Programmierwerkzeugs gemäß der Erfindung
zeigt;
-
4 eine
Bildschirmdarstellung des Konfigurationsbereichs des Programmierwerkzeugs,
wobei logische Verknüpfungen
zwischen Funktionen und Einrichtungen eines Prozeßsteuerungssystems gezeigt
sind; und
-
5a bis 5c Ansichten
der Bildschirmdarstellung des räumlichen
Bereichs, wobei physische Verbindungen zwischen Funktionen und Einrichtungen
eines Prozeßsteuerungssystems
und ihre relativen Positionen in dem räumlichen Layout der Anlage
gezeigt sind.
-
1a zeigt
eine Prozeßsteuerungsumgebung 100 zur
Veranschaulichung einer Steuerungsumgebung für die Implementierung eines
digitalen Steuerungssystems, eines Prozeßcontrollers oder dergleichen.
Die Prozeßsteuerungsumgebung 100 umfaßt eine
Bedienerworkstation 102, eine Laborworkstation 104 und
eine Programmierworkstation 106, die durch ein lokales
Datennetz bzw. LAN 108 oder eine andere bekannte Nachrichtenverbindung elektrisch
miteinander verbunden sind, um Daten und Steuersignale zwischen
den verschiedenen Workstations und einer Vielzahl von Controllern/Multiplexern 110 zu übertragen
und zu empfangen. Die Workstations 102, 104 und 106 sind
beispielsweise Computer, die mit der IBM-kompatiblen Architektur übereinstimmen.
Die Workstations 102, 104 und 106 sind
durch das LAN 108 mit einer Vielzahl der Controller/Multiplexer 110 verbunden
gezeigt, die als elektrische Schnittstellen zwischen den Workstations
und einer Vielzahl von Prozessen 112 wirken. Bei einer Vielzahl
von verschiedenen Ausführungsformen weist
das LAN 108 eine einzelne Workstation auf, die direkt mit
einem Controller/Multiplexer 110 verbunden ist, oder weist alternativ
eine Vielzahl von Workstations, beispielsweise drei Workstations 102, 104 und 106 sowie
viele Controller/Multiplexer 110 in Abhängigkeit von den Zielen und
Erfordernissen der Prozeßsteuerungsumgebung 100 auf.
Bei einigen Ausführungsformen
steuert ein einziger Prozeßcontroller/Multiplexer 110 mehrere
verschiedene Prozesse 112 oder steuert alternativ einen
Teil eines einzelnen Prozesses.
-
In
der Prozeßsteuerungsumgebung 100 wird eine
Prozeßsteuerungsstrategie
entwickelt durch Festlegen einer Softwaresteuerungslösung beispielsweise
an der Programmierworkstation 106 und Übertragen der Lösung über das
LAN 108 zu der Bedienerworkstation 102, der Laborworkstation 104 und dem
Controller/Multiplexer 110 zur Ausführung. Die Bedienerworkstation 102 liefert
Schnittstellenanzeigen an die Steuerungs-/Überwachungsstrategie, die in
dem Controller/Multiplexer implementiert ist, und kommuniziert mit
einem oder mehreren der Controller/Multiplexer 110, um
die Prozesse 112 zu betrachten und Steuerungsattributwerte
nach Maßgabe
der Erfordernisse der entworfenen Lösung zu ändern. Die Prozesse 112 sind
aus einer oder mehreren Feldeinrichtungen gebildet, die intelligente
oder herkömmliche
(nichtintelligente) Feldeinrichtungen sein können.
-
Außerdem überträgt die Bedienerworkstation 102 visuelles
und Audiofeedback zu dem Bediener in bezug auf den Status und die
Bedingungen der gesteuerten Prozesse 112. Die Programmierworkstation 106 umfaßt einen
Prozessor 116 sowie ein Display 115 und eine oder
mehrere Ein-/Ausgabe- oder Benutzeroberflächen-Einrichtungen 118 wie
etwa eine Tastatur, einen Lichtgriffel und dergleichen. Die Workstation
weist ferner einen Speicher 117 auf, der sowohl einen flüchtigen
als auch einen nichtflüchtigen
Speicher umfaßt.
Der Speicher 117 enthält
ein Steuerprogramm, das an dem Prozessor 116 ausgeführt wird,
um Operationen und Funktionen der Prozeßsteuerungsumgebung 100 zu
implementieren. Der Speicher 117 weist ferner ein Konfigurierungs- und
Verwaltungs-Programmierwerkzeug 120 auf (das
auch als ein Steuerungsstudio-Programmierwerkzeug
bezeichnet wird). Die Bedienerworkstation 102 und andere
(nicht gezeigte) Workstations in der Prozeßsteuerungsumgebung 100 umfassen
wenigstens eine Zentraleinheit (nicht gezeigt), die mit einem Display
(nicht gezeigt) und einer Benutzeroberflächen-Einrichtung (nicht gezeigt)
elektrisch verbunden ist, um einen Dialog zwischen einem Benutzer und
dem Prozessor zu ermöglichen.
-
Das
Programmierwerkzeug 120 dient dazu, das Prozeßsteuerungsnetz
zu konfigurieren und sicherzustellen, daß das Prozeßsteuerungsnetz mit einem gewünschten
Standardprotokoll, beispielsweise dem Fieldbus-Protokoll, übereinstimmt.
Das Programmierwerkzeug 120 kann auch bei der Verwaltung
des Prozeßsteuerungsnetzes
verwendet werden, um eine effizientere Fehlersuche und Wartung zu
ermöglichen.
Das Programmierwerkzeug 120 ist bevorzugt Software, die
in dem Speicher 117 gespeichert ist, kann aber auf computerlesbaren
Datenträgern
enthalten sein und wird von dem Prozessor 116 der Programmierworkstation 106 ausgeführt. Der computerlesbare
Datenträger
kann eine Diskette, ein CD-ROM oder jede andere Art von Datenträger sein, auf
dem Software gespeichert werden kann. Das Programmierwerkzeug 120 ermöglicht Bildschirmpräsentationen,
die auf dem Display 115 der Programmierworkstation 106 präsentiert
werden, die entweder nur die logische Verknüpfung des Prozesses 112 zeigen
oder physische Verbindungen enthalten können, die die räumlichen
Charakteristiken des Layouts der Raffinierie oder Fertigungsanlage
enthalten.
-
Das
Programmierwerkzeug der Erfindung wird zwar im einzelnen im Zusammenhang
mit einem Prozeßsteuerungssystem
beschrieben, das Fieldbus-Einrichtungen verwendet; es ist aber zu
beachten, daß das
Programmierwerkzeug der Erfindung mit Prozeßsteuerungssystemen verwendbar
ist, die andere Arten von Feldeinrichtungen und Kommunikationsprotokollen
aufweisen, was Protokolle, die mit anderen als Zweidrahtbussen arbeiten,
und Protokolle, die nur analoge oder sowohl analoge als auch digitale
Kommunikation unterstützen,
einschließt.
So kann das Programmierwerkzeug der Erfindung beispielsweise in
jedem Prozeßsteuerungssystem
verwendet werden, das unter Anwendung der Kommunikationsprotokolle
HART, PROFIBUS usw. oder irgendwelcher anderer Kommunikationsprotokolle kommuniziert,
die es heute gibt oder die vielleicht in Zukunft entwickelt werden.
-
Eine
allgemeine Beschreibung des Fieldbus-Protokolls, der nach diesem
Protokoll konfigurierten Feldeinrichtungen, der Art und Weise, wie
die Kommunikation in einer Prozeßsteuerungsumgebung stattfindet,
die das Fieldbus-Protokoll implementiert, und von beispielhaften
Beschränkungen von
Werten, die unter dem Fieldbus-Protokoll erforderlich sind, folgt
anschließend.
Es versteht sich jedoch, daß das
Fieldbus-Protokoll im Stand der Technik bekannt und im einzelnen
in zahlreichen Artikeln, Broschüren
und Spezifikationen beschrieben ist, die unter anderem von der Fieldbus
Foundation, einer gemeinnützigen Organisation
in Austin, Texas, veröffentlicht,
verteilt und verfügbar
gemacht werden. Insbesondere ist das Fieldbus-Protokoll einschließlich der Beschränkungen
von Werten, die unter dem Fieldbus-Protokoll erforderlich sind,
im einzelnen beschrieben in "Wiring
and Installation 31.25 Kbits/sec. Voltage Mode Wire Medium Application
Guide", Foundation
Fieldbus, 1996.
-
Allgemein
ist das Fieldbus-Protokoll ein digitales, serielles, wechselseitiges
Kommunikationsprotokoll, das eine standardisierte physische Schnittstelle
zu einer Zweidrahtschleife oder einem Bus bildet, die/der Prozeßsteuerungsgeräte wie Sensoren,
Betätigungselemente,
Controller, Ventile usw. miteinander verbindet, die in einer Instrumenten-
oder Prozeßsteuerungsumgebung
vorhanden sind. Das Fieldbus-Protokoll bildet tatsächlich ein
lokales Datennetz für
Feldinstrumente (Feldeinrichtungen) innerhalb eines Prozesses, das
es diesen Einrichtungen ermöglicht,
Steuerfunktionen an Orten auszuführen,
die über
einen gesamten Prozeß verteilt
sind, und miteinander vor und nach der Durchführung dieser Steuerfunktionen
zu kommunizieren, um eine Steuerungs-Gesamtstrategie zu implementieren. Da das
Fieldbus-Protokoll es ermöglicht,
Steuerfunktionen über
ein gesamtes Prozeßsteuerungsnetz
zu verteilen, verringert das Protokoll die Komplexität des zentralisierten
Prozeßcontrollers
oder eliminiert sogar vollständig
die Notwendigkeit für
einen solchen. Die verteilte Beschaffenheit des Systems bringt wiederum
Komplexität
bei der Verwaltung des Systems und bei der Feststellung des physischen
Orts von problematischen Einrichtungen zur Fehlersuche und Verwaltung
des Systems mit sich.
-
Das
Fieldbus-Protokoll ermöglicht
das Verwalten der Feldeinrichtung und des gesamten Prozeßsteuerungssystems,
indem es die Kommunikation über
Einrichtungsbeschreibungen und Funktionsblöcke bereitstellt. Feldeinrichtungen
sind Feldinstrumente wie Sender und Ventile mit Prozessoren, die das
Betriebsverhalten und den Zustand der Einrichtungen überwachen.
Eine Einrichtungsbeschreibung ist ähnlich einem Treiber für die Einrichtung.
Bei Feldeinrichtungen umfaßt
die Einrichtungsbeschreibung die Kalibriervorgänge, Parameter und andere Informationen,
die von dem Steuerungssystem benötigt werden,
um mit der Feldeinrichtung zu kommunizieren. Feldeinrichtungen melden
dem Steuerungssystem Standard-Betriebsparameter
und führen
Selbstdiagnosen durch und können
Probleme wie etwa "Instrument
nicht kalibriert" an
das Steuerungssystem melden. Jede Feldeinrichtung hat ein Einrichtungsetikett
und eine entsprechende Netzadresse.
-
Zur
Verwaltung von Feldeinrichtungen sind viele Kommunikationsarten
verfügbar,
und zwar unter anderem: Gewinnung von Port- und Kommunikationsstatistiken,
Erhalten des Status der Feldeinrichtung, Betrachten und Ändern der
Ressourcenkonfiguration und -parameter, Auslösen einer Masterrückstellung
oder eines Selbsttests der Feldeinrichtung, Anzeigen des Status
der Sensoren und Ändern
des oberen, unteren und Nullabgleichs der Sensoren. Durch Bereitstellen
von räumlichen
Informationen mit den oben aufgeführten Verwaltungskommunikationen
können
die Verwaltungsmerkmale des Prozeßsteuerungssystems effizienter
und einfacher genutzt werden.
-
1b zeigt
den Controller/Multiplexer- und Prozeßbereich des Prozeßsteuerungsnetzes 100 von 1a entsprechend
dem Fieldbus-Protokoll. Das Netz umfaßt einen Controller/Multiplexer 110, der
mit einem oder mehreren Prozessen 112, die aus einer Vielzahl
von Feldeinrichtungen bestehen, über einen
Bus 142 gekoppelt ist. Der Bus 142 hat eine Vielzahl
von Abschnitten oder Segmenten mit entsprechender Länge sowie
anderen Charakteristiken. Der Bus 142 kann ferner ein oder
mehr Verzweigungsstücke 144 (JB1,
JB2, JB3) aufweisen, die häufig
als "Bricks" bezeichnet werden.
Jedes Verzweigungsstück 144 kann
mit einer oder mehreren Feldbuseinrichtungen 146 zu dem
Bus 142 gekoppelt sein. Der Controller/Multiplexer 110 ist
außerdem
mit wenigstens einer Energieversorgung 148 verbunden. Das
in 1 gezeigte Netz ist nur beispielhaft;
es gibt viele andere Möglichkeiten,
ein Prozeßsteuerungsnetz
unter Anwendung des Fieldbus-Protokolls zu konfigurieren.
-
Das
Prozeßsteuerungsnetz 100 umfaßt eine Reihe
von räumlichen
Charakteristiken wie etwa die Stichlänge eines bestimmten Kommunikationsabschnitts,
die Gesamtlänge
des Busses, die Gesamtzahl von Prozeßsteuerungseinrichtungen, die
mit einem bestimmten Verzweigungsstück gekoppelt sind, und den
physischen Ort der Controller und Einrichtungen in bezug auf das
Layout der Raffinations- oder Herstellungsanlage. Diese räumlichen
Charakteristiken können
während
der Konfiguration des Systems automatisch gemessen und errechnet
werden unter Nutzung der räumlichen
Informationen hinsichtlich des physischen Layouts der Anlage. Das Prozeßsteuerungsnetz 100 umfaßt ferner
eine Reihe von nichträumlichen
Charakteristiken wie den Spannungsabfall über Kommunikationsabschnitten,
die Gesamtstromentnahme eines Segments und die Arten von Einrichtungen
im System. Diese nichträumlichen
Charakteristiken werden vom Benutzer beim Konfigurieren des Systems
bereitgestellt. Das Programmierwerkzeug 120 analysiert
diese Charakteristiken, um festzustellen, ob das Prozeßsteuerungsnetz
dem gewünschten
Standardprotokoll entspricht.
-
Nach
beendeter Konfigurierung des Prozeßsteuerungssystems kann das
Programmierwerkzeug 120 einschließlich des räumlichen Layouts des Systems
in der Anlage genutzt werden, um das Prozeßsteuerungssystem zu verwalten,
wobei eine der Workstations 102, 104 oder 106 verwendet
wird. Die Funktion der Verwaltung des Prozeßsteuerungssystems umfaßt Funktionen
wie Diagnose, Online-Fehlersuche, Alarmüberwachung und Wartung der
Einrichtungen. Während
der Diagnose und der Alarmüberwachung
kann, wenn ein Ventil oder eine andere Einrichtung ausfällt, die
Darstellung der Einrichtung auf dem Bildschirm der Displayeinrichtung
in der räumlichen
Ansicht des Displays blinken und leicht aufgefunden werden. Der
Etikettenname der Einrichtung sowie der räumliche Ort der Einrichtung
können genutzt
werden, um das Ventil oder die sonstige Einrichtung zu identifizieren.
Bei der Online-Fehlersuche können
die Werte der Verbinder und die Attribute in den Funktionsblöcken in
der räumlichen
Ansicht der Anlage gezeigt werden, so daß der Benutzer die aktuellen
Zustände
des Systems leichter feststellen kann. Während der Wartung von Einrichtungen
können
durch die Wahl einer Einrichtung in der räumlichen Ansicht die aktuellen
Bedingungen und Informationen über
die Einrichtung wie Stromflußrate oder
neueste Wartungsaufzeichnungen erhalten werden.
-
Die
Prozeßsteuerungsumgebung 100 existiert
in einem Konfigurationsmodell oder einer Konfigurationsimplementierung 210 und
einem Verwaltungs- oder Ausführungszeitmodell
oder einer solchen Implementierung 220, wie 2 zeigt.
In der Konfigurationsimplementierung 210 sind die einzelnen
Einrichtungen, Objekte, Verbindungen und Beziehungen innerhalb der
Prozeßsteuerungsumgebung 100 definiert
und zu der räumlichen
Information in bezug auf das physische Layout der Anlage in Beziehung
gesetzt. In der Ausführungszeitimplementierung 220 werden
Operationen der verschiedenen Einzeleinrichtungen, Objekte, Verbindungen
und Beziehungen ausgeführt.
Die Konfigurationsimplementierung 210 und die Ausführungszeitimplementierung 220 sind über eine
ASCII-basierte Herunterladesprache miteinander verbunden. Zusätzlich zu
dem Herunterladen von Definitionen führt die Herunterladesprache
auch das Hinaufladen von Objekten und Objektwerten aus. Die Konfigurationsimplementierung 210 wird
unter Anwendung einer Installationsprozedur aktiviert, um in der
Ausführungszeitimplementierung 220 ausgeführt zu werden.
-
Die
Prozeßsteuerungsumgebung 100 weist eine
Vielzahl von Untersystemen auf, wobei einige der Untersysteme sowohl
eine Konfigurations- als auch eine Ausführungszeitimplementierung haben. Beispielsweise
liefert ein Prozeßgraphikuntersystem 230 benutzerdefinierte
Ansichten und Bedieneroberflächen
zu der Architektur der Prozeßsteuerungsumgebung 100.
Das Prozeßgraphikuntersystem 230 hat einen
Prozeßgraphikeditor 232,
einen Teil der Konfigurationsimplementierung 210, sowie
einen Prozeßgraphikmaschinencodeleser 234,
einen Teil der Ausführungszeitimplementierung 220.
Der Prozeßgraphikeditor 232 ist
mit dem Prozeßgraphikmaschinencodeleser 234 über eine
Intersubsystemschnittstelle 236 in der Herunterladesprache
verbunden. Die Prozeßsteuerungsumgebung 100 umfaßt ferner
ein Steuerungssubsystem 240, das Steuerungsmodule und Gerätemodule
in einem Definitions- und Moduleditor 242 konfiguriert
und installiert und die Steuerungsmodule und die Gerätemodule
in einem Ausführungszeitcontroller 244 ausführt. Der
Definitions- und
Moduleditor 242 arbeitet innerhalb der Konfigurationsimplementierung 210,
und der Ausführungszeitcontroller 244 arbeitet
innerhalb der Ausführungszeitimplementierung 220,
um kontinuierliche und Ablaufsteuerungsfunktionen zu liefern. Der
Definitions- und Moduleditor 242 ist mit dem Ausführungszeitcontroller 244 über eine
Intersubsystemschnittstelle 246 in der Herunterladesprache
verbunden. Die Vielzahl von Subsystemen ist über eine Subsystemschnittstelle 250 miteinander
verbunden.
-
Die
Konfigurationsimplementierung 210 und die Ausführungszeitimplementierung 220 sind
an eine Masterdatenbank 260 angeschlossen, die den Zugriff
auf gemeinsame Datenstrukturen unterstützt. Verschiedene lokale (Nichtmaster) Datenbanken 262 sind
an die Masterdatenbank 260 angeschlossen, um beispielsweise
Konfigurationsdaten von der Masterdatenbank 260 zu den
lokalen Datenbanken 262 gemäß den Anweisungen eines Benutzers
zu übertragen.
Ein Teil der Masterdatenbank 260 ist eine Dauerdatenbank 270.
Die Dauerdatenbank 270 ist ein Objekt, das die Zeit transzendiert,
so daß die
Datenbank weiter besteht, nachdem der Schöpfer der Datenbank nicht mehr
existiert, und den Raum transzendiert, so daß die Datenbank zu einem Adreßbereich
entfernt werden kann, der von dem Adreßbereich, an dem die Datenbank
geschaffen wurde, verschieden ist. Die gesamte Konfigurationsimplementierung 210 ist
in der Dauerdatenbank 270 gespeichert.
-
Die
Ausführungszeitimplementierung 220 ist mit
der Dauerdatenbank 270 und lokalen Datenbanken 262 verbunden,
um auf Datenstrukturen zuzugreifen, die durch die Konfigurationsimplementierung 210 gebildet
sind. Insbesondere ruft die Ausführungszeitimplementierung 220 Gerätemodule,
Displays und dergleichen von den lokalen Datenbanken 262 und
der Dauerdatenbank 270 ab. Die Ausführungszeitimplementierung 220 ist
mit anderen Subsystemen verbunden, um Definitionen zu installieren, wodurch
Gegenstände
installiert werden, die dazu dienen, Objekte zu schaffen, wenn die
Definitionen noch nicht existieren, Ausführungszeitobjekte zu bilden
und Informationen von verschiedenen Quellen zu Zielgegenständen zu übertragen.
-
3 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Operation des Programmierwerkzeugs 120 verdeutlicht. Die
verschiedenen Schritte des Programmierwerkzeugs 120 operieren
entsprechend einer "Wizard"-Funktionalität, die in
verschiedenen Programmen vorhanden ist, die unter einem WINDOWSTM-Betriebssystem laufen. Nach Abschluß jedes
Schritts geht der Benutzer zum nächsten
Schritt weiter durch Betätigen
einer "NEXT"-Taste oder dergleichen.
Wenn der Benutzer nicht weitergehen möchte, dann kann er aus dem
Programmierwerkzeug durch Betätigen
einer "EXIT"-Taste oder dergleichen
aussteigen.
-
In
Schritt 310 liefert der Benutzer dem Programmierwerkzeug
Informationen in bezug auf die nichträumlichen Charakteristiken des
Prozeßsteuerungsnetzes.
Diese Informationen umfassen Dinge wie Information über den
Kunden, die verwendeten Einrichtungen, Kalibrierdaten, Etikettennamen,
Kabeltypen, Energieversorgungscharakteristiken und Karten-, Segment-
und Übergangs-Konfigurationsinformationen.
Die Kundeninformationen können
umfassen: den Kundennamen, den Firmennamen, den Ort der Anlage,
an der das Netz vorliegt, den Namen des Repräsentanten, der das Programmierwerkzeugs
bereitstellt, und den Namen einer Kontaktperson für diesen
Repräsentanten.
Die Kartenkonfigurationsinformation kann den Benutzer mit Informationen über die
Art der verwendeten Karten und der Operationen versorgen, die zur
Analyse des Prozeßsteuerungsnetzes 100 verwendet
werden. Die Segmentkonfigurationsinformation kann die Spannung der
Energieversorgung, den Kabeltyp (einschließlich Informationen über den
Drahtdurchmesser, der in dem Kabel verwendet wird, sowie anderer
Charakteristiken des Kabels) umfassen. Die Übergangsinformationen können Informationen
in bezug auf die mit dem Übergang
gekoppelten Einrichtungen und über die
Konfiguration der Kopplung mit dem Übergang einschließlich des
Stichkabeltyps sowie über
den Typ von Instrument, das mit dem Verzweigungsstück gekoppelt
ist, umfassen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Instrument
eine Einrichtung, die mit dem Fieldbus-Protokoll übereinstimmt.
Der Benutzer kann dem Instrument fakultativ eine Etikettenkennung
zuordnen.
-
Zum
Konfigurieren einer Karte wählt
ein Benutzer eine Controllerkarte aus einer Liste von verfügbaren Controllerkarten
aus. Nach der Wahl der Karte kann die relevante Information für die gewählte Controllerkarte
an das Programmierwerkzeug geliefert werden. Durch die Wahl einer
Controllerkarte konfiguriert der Benutzer im wesentlichen ein Segment
des Netzes. Bei der bevorzugten Ausführungsform kann jede Controllerkarte
zwei Segmente steuern; aber in Abhängigkeit von der Controllerkarte können von
einer Controllerkarte mehr oder weniger Segmente gesteuert werden.
Während
die Segmente konfiguriert werden, kann der Benutzer auf eine Zusammenfassung
der Informationen zugreifen, die an das Programmierwerkzeug 120 geliefert
wurden.
-
In
Schritt 320 liefert der Benutzer räumliche Informationen hinsichtlich
der Anlage an das Programmierwerkzeug. Insbesondere werden das physische
Layout der Anlage einschließlich
der Etagenplangröße, des
Instrumententyps, der -größe und des
-orts sowie Drahtmodelldarstellungen eingegeben. Diese Informationen
können
von dem Benutzer in das Programmierwerkzeug eingegeben oder von einem
anderen Programmierwerkzeug importiert werden, beispielsweise von
3D Toolkit, Open Inventor von TGS.
-
In
Schritt 330 werden Funktionsblöcke geschaffen und aktiviert.
In dem Fieldbus-Protokoll liefern Funktionsblöcke die Steuerung des Systemverhaltens
und können
Funktionen wie Kalibriervorgänge,
Parametervorgänge
und Kommunikationsvorgänge
umfassen. Jede Fieldbus-Einrichtung kann mehrere Funktionsblöcke haben.
Die Anordnung und die Verbindungen der Blöcke bestimmen die Funktion
der Fieldbus-Einrichtungen.
-
In
Schritt 340 wird das physische Layout des Prozeßsteuerungssystems
auf die räumliche
Information hinsichtlich des Layouts der Anlage angewandt. Funktionsblöcke und
Einrichtungen werden miteinander verdrahtet, wobei typischerweise
Drahtmodellen und der Verdrahtung anderer Einrichtungen in der Anlage
gefolgt wird. Das Layout kann manuell von dem Benutzer durchgeführt werden,
oder das Programmierwerkzeug 120 kann das physische Layout
des Prozeßsteuerungssystems
automatisch erzeugen. Informationen wie die Länge eines Kabelsegments von
einem Controller zu einem Übergang oder
von einem Übergang
zu einem anderen und die Länge
eines Stichkabels können
aus dem räumlichen
Layout der Raffinations- oder Fertigungsanlage automatisch erzeugt
und errechnet werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Verbindung
zwischen den Funktionsblöcken
und Einrichtungen zuerst logisch hergestellt und zu einem späteren Zeitpunkt
auf die räumliche
Information hinsichtlich der Anlage angewandt werden.
-
In
Schritt 350 wird die Konfiguration des Prozeßsteuerungssystems
auf Übereinstimmung
mit den Erfordernissen des gewählten
Protokolls geprüft. Sämtliche
Stichkabellängen
eines Segments werden geprüft,
um sicherzustellen, daß die
Stichkabellängen
eine vorbestimmte Stichlänge
gemäß der Definition
durch das Standardprotokoll nicht überschreiten. Die Stichlängen sind
durch die Zahl der Instrumente an dem Segment (pro Segment) begrenzt.
Das heißt, je
geringer die Zahl der Instrumente, um so länger ist die zulässige Stichlänge pro
Segment. Die Zahl von Einrichtungen pro Segment wird ebenfalls überprüft, um sicherzustellen,
daß die
Zahl von Einrichtungen eine vorbestimmte Zahl von Einrichtungen
nicht überschreitet.
Die zulässige
Zahl von Einrichtungen kann in Abhängigkeit von dem Controller,
der von dem Prozeßsteuerungsnetz
verwendet wird, verschieden sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform erlaubt
der Controller das Ankoppeln von 16 Einrichtungen per Segment an
den Bus. Der derzeitige Fieldbus-Standard erlaubt jedoch das Ankoppeln
von bis zu 32 Einrichtungen per Segment an den Bus. Die Gesamtstromentnahme
pro Segment wird überprüft, um sicherzustellen,
daß die
Stromentnahme die von dem Standardprotokoll zugelassene maximale
Stromentnahme nicht überschreitet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die zulässige
maximale Stromentnahme 376 mA/Segment. Die Gesamtsegmentkabellänge (einschließlich der
Stichkabellänge)
wird überprüft, um sicherzustellen,
daß die
Länge die
von dem Standardprotokoll zugelassene maximale Segmentlänge nicht überschreitet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die zulässige
maximale Segmentlänge
1900 m oder 6232 feet. Die Minimumspannung pro Segment wird überprüft, um sicherzustellen,
daß die
Spannung an jeder mit dem Prozeßsteuerungsnetz
gekoppelten Einrichtung höher
oder gleich wie die Spannung ist, die von dem Standardprotokoll
angegeben ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist diese Spannung
12,5V. Wenn einer oder mehrere der Werte nicht innerhalb der von
dem Protokoll. definierten Grenzen liegen, kann der Benutzer zu
Schritt 340 zurückspringen,
um die Konfiguration des Prozeßsteuerungsnetzes
nachzuprüfen.
-
Wenn
das Prozeßsteuerungsnetz
konfiguriert ist, kann der Benutzer damit beginnen, das Prozeßsteuerungssystem
zu verwalten (Schritt 360), indem er die gelieferten nichträumlichen
und räumlichen
Informationen nutzt. Zur Verwaltung der Feldeinrichtung sind viele
Kommunikationsarten verfügbar,
die folgende einschließen:
Erhalt von Port- und Kommunikationsstatistiken, Erhalt des Status
der Feldeinrichtung, Betrachten und Ändern von Ressourcenkonfiguration
und -parametern, Auslösen
einer Masterrückstellung
oder einer Selbstprüfung
der Feldeinrichtung, Anzeigen des Status der Sensoren und Ändern des
oberen, unteren und Nullabgleichs der Sensoren. Durch die Bereitstellung
von räumlichen
Informationen zusammen mit den oben angegebenen Verwaltungskommunikationen
können
die Verwaltungsmerkmale des Prozeßsteuerungssystems effizienter
und einfacher genutzt werden.
-
Die
räumlichen
Informationen in bezug auf die Anlage können vollkommen dreidimensional
sein, was dreidimensionale Wände, Einrichtungen,
Workstations usw. umfaßt.
Die räumlichen
Informationen hinsichtlich der Anlage können auch ein zweidimensionaler
Plan der Anlage sein, auf den die Konfiguration des Prozeßsteuerungssystems übertragen
ist, oder jede Kombination von zwei und drei Dimensionen, die für die Benutzeranwendung
geeignet ist.
-
Bei
anderen Ausführungsformen
kann das Programmierwerkzeug dem Benutzer eine Möglichkeit bieten, eine Stückliste
für die
Konstruktion des Prozeßsteuerungsnetzes
zu erhalten. Das Programmierwerkzeug kann außerdem das Layout des Prozeßsteuerungssystems
innerhalb des physischen Layouts der Anlage automatisch bereitstellen
und sicherstellen, daß den
Forderungen des Protokolls entsprochen wird.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
kann der Benutzer das System konfigurieren, ohne die räumliche
Information der Anlage bereitzustellen, und kann zu einem späteren Zeitpunkt
die räumliche
Information hinzufügen,
die bei der Verwaltung des Prozeßsteuerungssystems genutzt
wird.
-
Es
ist ersichtlich, daß zwar
Funktionen in einer bestimmten Reihenfolge von Ereignissen beschrieben
werden, jede andere Reihenfolge, in der die Information angegeben
oder die Schritte vervollständigt
werden, jedoch im Rahmen der Erfindung liegt.
-
4 zeigt
eine Bildschirmdarstellung des Konfigurationsteils des Programmierwerkzeugs
unter Verwendung der logischen Verbindungen des Prozeßsteuerungssystems
in dem Hauptsteuerfenster des Programmierwerkzeugs 120.
Die Bildschirmdarstellung des Programmierwerkzeugs 120 umfaßt Text-Balkenmenüs 402,
ein Piktogramm-Menü 404, eine
Schablonenbereichsdarstellung 406 und eine Diagrammbereich-Bildschirmdarstellung 408.
Schablonen 420 sind in der Schablonenbereichsdarstellung 406 gezeigt.
Das Benutzerdiagramm der Konstruktion der Prozeßsteuerungsumgebung ist in
der Diagrammbereich-Bildschirmdarstellung 408 gezeigt. Dieses
Diagramm der Konstruktion der Prozeßsteuerungsumgebung wird als
die Prozeßsteuerungsumgebungsansicht
bezeichnet. Jede der Darstellungen in dem Hauptfenster kann vom
Benutzer in bezug auf Größe und Ort
entsprechend den bekannten Fenstertechniken verändert werden. Das Programmierwerkzeug 120 verfolgt
Ort und Größe der Ausschnitte des
Hauptfensters durch Aufrechterhalten von dauerhaften Gegenstandsdaten
einschließlich
Koordinaten innerhalb der zweidimensionalen Anzeige sowie von Stil-
und anderen Informationen.
-
Bei
der Konstruktion einer Prozeßsteuerungsumgebung
unter Anwendung logischer Verknüpfungen
aktiviert ein Benutzer einfach eine Schablone aus der Schablonenbereichsdarstellung 408, zieht
die aktivierte Schablone zu einer gewünschten Stelle innerhalb der
Diagrammbereichs-Bildschirmdarstellung 408 und läßt die aktivierte
Schablone an einer gewünschten
Stelle los. Ein Steuerungsstudio-Gegenstandssystem 130 erzeugt
dann ein Diagrammelement, das es dem Diagramm erlaubt, einen Gegenstand
mit sämtlichen
Informationen, die zur Konfigurierung einer Prozeßsteuerungsumgebung erforderlich
sind, zu erzeugen. Da die Schablonenelemente Gegenstände sind,
die die gesamte erforderliche Information aufweisen, damit das Diagramm eine
Prozeßsteuerungsumgebung
konfigurieren kann, kann dann, wenn die Konstruktion der Prozeßsteuerungsumgebung
innerhalb des Diagrammbereichs vollständig ist, diese Konstruktion
direkt zu den entsprechenden Bereichen der Prozeßsteuerungsumgebung heruntergeladen
werden.
-
Die 4 und 5a-5c zeigen
Bildschirmpräsentationen
des räumlichen
Layoutbereichs des Programmierwerkzeugs unter Nutzung von räumlichen
Informationen der Anlage in dem Layout des Prozeßsteuerungssystems. Das Programmierwerkzeug
ermöglicht
eine Betrachtung des räumlichen
Layouts des Prozeßsteuerungssystems unter
verschiedenen Winkeln und mit unterschiedlicher Vergrößerung.
Die Präsentation
kann eine Graustufen- oder eine Farbpräsentation sein. Die Bildschirmpräsentationen
können
innerhalb eines Fensters des Programmierwerkzeugs 120 analog dem
Diagrammbereich-Bildschirmpräsentationsfenster 408 enthalten
sein. Andere Möglichkeiten
der Darstellung der räumlichen
Information liegen im Rahmen der Erfindung.
-
Beim
Entwerfen einer Prozeßsteuerungsumgebung
unter Nutzung der räumlichen
Informationen der Anlage beginnt ein Benutzer damit, daß er entweder
das physische Layout der Anlage importiert oder das Layout in dem
Diagrammbereich des Hauptsteuerfensters des Programmierwerkzeugs 120 erzeugt. Zum
Hinzufügen
von Feldeinrichtungen oder Funktionen aktiviert ein Benutzer einfach
ein Schablonenelement aus der Schablonenbereichsdarstellung 408, zieht
das aktivierte Schablonenelement zu einer gewünschten Stelle in der räumlichen
Darstellung der Anlage innerhalb der Diagrammbereich-Bildschirmdarstellung 408 und
läßt das aktivierte
Schablonenelement an einer gewünschten
Stelle los. Schablonenelemente umfassen Viereckdarstellungen von
Funktionen ebenso wie dreidimensionale Darstellungen von Elementen,
die in einer Raffinations- oder Herstellungsanlage vorkommen, etwa
Ventile, Pumpen, Tanks, Rohrleitungen usw. Ein räumlicher Bereich des Steuerungsstudio-Gegenstandssystems 130 erzeugt
dann ein Diagrammelement mit den Informationen, die zur Konfigurierung
einer Prozeßsteuerungsumgebung
innerhalb des räumlichen
Layouts einer Anlage erforderlich sind. Da die Schablonenelemente
Gegenstände
sind, die die gesamte erforderliche Information enthalten, so daß das Diagramm eine
Prozeßsteuerungsumgebung
innerhalb des räumlichen
Layouts einer Anlage konfigurieren kann, kann dann, wenn der Entwurf
der Prozeßsteuerungsumgebung
innerhalb des Diagrammbereichs fertiggestellt ist, dieser Entwurf
direkt zu den entsprechenden Bereichen der Prozeßsteuerungsumgebung einschließlich des
räumlichen
Bereichs des Steuerungsstudio-Gegenstandssystems heruntergeladen
werden.
-
Die 5a bis 5c zeigen
Beispiele einer räumlichen
Bildschirmpräsentation 500 einschließlich eines
Beispiels des physischen Layouts der Anlage in einer räumlichen
Ansicht. Insbesondere zeigt 5a eine
Präsentation
eines physischen Layouts einer Anlage über einer schematischen Ansicht
der Anlage: Die räumliche
Präsentation
umfaßt
ferner eine physische und logische Darstellung der verschiedenen
Komponenten der Prozeßsteuerungsumgebung.
Somit kann ein Benutzer vorteilhaft die physischen Orte der verschiedenen
Komponenten der Prozeßsteuerungsumgebung,
die einer schematischen Ansicht der Anlage überlagert sind, betrachten.
Die 5b und 5c zeigen.
eine vergrößerte und
gedrehte Ansicht von Bereichen der Diagrammpräsentation der 5a.
Die 5b bis 5c zeigen
also Beispiele, wie ein Benutzer auf Bereiche der Diagrammpräsentation,
wie sie etwa in 5a gezeigt ist, zugreifen kann,
um eine bessere Ansicht von bestimmten Bereichen der Prozeßsteuerungsumgebung
zu erhalten. Es versteht sich, daß die räumliche Präsentation der schematischen
Ansicht nicht notwendigerweise überlagert
sein muß.
-
Andere
Ausführungsformen
liegen im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche.
-
Beispielsweise
analysiert das Protokoll, in dem die bevorzugte Ausführungsform
beschrieben ist, zwar ein Prozeßsteuerungsnetz
für ein
Fieldbus-Protokoll, es versteht sich aber, daß durch Justieren der jeweils
geeigneten Einschränkungen
jedes Protokoll analysiert werden kann.
-
Beispielsweise
arbeitet zwar die bevorzugte Ausführungsform unter einem WINDOWS-Betriebssystem
und verwendet eine Präsentation
vom Wizard-Typ, aber es versteht sich, daß diese Einzelheiten das Gesamtkonzept
der Erfindung nicht einschränken
sollen.
-
Ferner
wurden zwar spezielle Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt und beschrieben, für den Fachmann ist jedoch ersichtlich,
daß Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung
abzuweichen; daher sollen die beigefügten Ansprüche alle derartigen Änderungen
und Modifikationen mit umfassen, die unter den eigentlichen Umfang
der Erfindung fallen, was auch Implementierungen in anderen Programmiersprachen
umfaßt,
jedoch nicht darauf beschränkt
ist. Außerdem
ist die bevorzugte Ausführungsform
zwar als eine Softwareimplementierung beschrieben, es versteht sich
jedoch, daß Hardwareimplementierungen
wie etwa anwenderspezifische Implementierungen mit integrierten
Schaltungen ebenfalls im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche liegen.