DE102005020507A1

DE102005020507A1 - System und Verfahren zum Einrichten und Konditionieren von Automatisierungsgeräten

Info

Publication number: DE102005020507A1
Application number: DE200510020507
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Bort; Georg Dipl.-Phys. Gutermuth; Heinz W. Prof. Dr.-Ing. Schmidt; Ian Peake; Yauheni Dipl.-Ing. Veryha
Original assignee: Monash University; ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: Monash University; ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2006-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum optimierten Einrichten und Konditionieren von programmierbaren logischen Controllern (PLC) und/oder Automatisierungsgerätes mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung, die über eine Netzwerk- und/oder Busverbindung mit dem jeweiligen programmierbaren logischen Controller und/oder Automatisierungsgerät zusammenwirkt. Es ist eine Analyseeinrichtung vorgesehen, welche unter Berücksichtigung vorgebbarer Szenarien, Rand- und Umgebungsbedingungen eine Bestimmung und Analyse der Leistungscharakteristika des jeweiligen programmierbaren Controllers und/oder Automatisierungsgerätes, heruntergebrochen auf seine Subsysteme, sowie deren Code-Elemente durchführt. Zudem ist eine Visualisierungseinrichtung vorgesehen, welche die ermittelten Analyseinformationen und Leistungscharakteristika selektiv ausgibt und/oder abrufbar speichert. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum optimierten Einrichten und Konditionieren eines programmierbaren logischen Controllers (PLC) und/oder Automatisierungsgerätes, insbesondere ausführbar durch das vorstehende beschriebene System.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Einrichten und Konditionieren von Automatisierungsgeräten (programmable logic controller oder PLC), insbesondere auch zum Engineering und Testen des anwendungsspezifischen Betriebsprogramms des jeweiligen Automatisierungsgerätes.

Automatisierungsgeräte, die im Englischen auch als programmable logic controller (PLC) bezeichnet werden, werden bei einer Vielzahl industrieller Anwendungen, wie beispielsweise bei der Überwachung und Steuerung von Fertigungsstrassen oder einzelnen Maschinen, sowie in der Metallverarbeitung oder der chemisch/pharmazeutischen Industrie zur Überwachung und Steuerung von Prozessabläufen zum Einsatz gebracht.

Zum sequenziellen Betrieb der jeweils erforderlichen Betriebsmittel wird dafür ein, im jeweiligen Automatisierungsgerät gespeichertes oder hinterlegtes Betriebsprogramm eingesetzt.

Beim Entwurf und der Entwicklung moderner Automatisierungssysteme müssen hinsichtlich der beim jeweiligen Automatisierungsgerät durch sein Betriebsprogramm umgesetzten Anweisungen sowie des ihnen zugrunde liegenden Programmcodes zahlrei che Entwicklungsentscheidungen getroffen werden, die es, unter Berücksichtigung der impliziten Eigenschaften der verschiedenen Programm- oder Codeelemente sowie der spezifischen Eigenschaften des jeweiligen Automatisierungsgerätes, erlauben die eingesetzten Automatisierungsgeräte derart einzurichten und zu konditionieren, dass sie den gesetzten Anforderungen genügen und einen maximalen Wirkungsgrad erreichen.

Dazu gehört neben Festlegung von Typ und Anzahl der eingesetzten Automatisierungsgeräte auch eine Bestimmung von Art und Umfang der jeweils geforderten Funktionalität. Derartige Entscheidungen sind in aller Regel sehr kostenintensiv, da sie meist finanziell aufwendige und zeitaufwendige Testserien bedingen. Ist eine Entscheidung einmal getroffen, so ist sie oftmals materiell nur mit erheblichem Aufwand und einem hohen Maß an Fachkompetenz korrigierbar. Dabei sind insbesondere Kenntnisse der spezifischen Eigenschaften und Fähigkeiten des jeweilig eingesetzten Automatisierungsgerätes, aber auch der eingesetzten Systeme und Subsysteme von Bedeutung. Dies betrifft auch Kenntnisse über Art und Umfang der in einem Automatisierungsgerät zur Betriebsprogrammumsetzung bzw. -ausführung benötigten Ressourcen. Relevante Größen die bei derartigen Betrachtungen oftmals eine Rolle spielen, sind unter anderem die CPU-Belastung, die maximale Zeitspanne, die die Abarbeitung eines Programms, eines Unterprogramms oder einer Programmroutine oder eines Programmcodeelements in Anspruch nehmen kann (auch als „worst case execution time" bekannt) und die Speichermenge die von einem Programm, einem Unterprogramm oder einer Programmroutine oder einem Codeelement während ihrer Abarbeitung bzw. Ausführung in Anspruch genommen oder benötigt wird (auch als „memory footprint" bekannt).

Die übliche Datenverarbeitungseinheit oder der übliche Prozessor in einem Automatisierungsgerät (PLC) führt einfache Anweisungen, welche die Be- und Verarbeitung von Eingangs- und/oder Ausgangsdaten betreffen meist sehr schnell aus.

Zur vereinfachten Einrichtung und Konditionierung werden spezielle Werkzeuge eingesetzt, welche eine Vielzahl höherer Programmiersprachen unterstützen.

Der gebräuchliche Industriestandard IEC 61131-3 definiert dabei die fünf gebräuchlichen Programmiersprachen:

1. „Function Block Diagram" (FBD), eine graphisch orientierte Sprache zur Wiedergabe von Signal- und Datenströmen über Funktionsblöcke und wiederverwendbare Programmelemente. Funktionsblöcke und Variablen sind dabei durch graphische Elemente miteinander verbunden, was das Lesen und Verständnis der resultierenden Kontrolldiagramme erleichtert.
2. „Structured Text" (ST) ist eine höhere Programmiersprache, die einen stark strukturierten Aufbau besitzt und eine Vielzahl beispielsweise unterschiedlicher Anweisungen, Aufrufe von Funktionen und/oder Funktionsblöcken, Ausdrücke und Iterationen unterstützt.
3. „Instruction List" (IL) ist eine traditionelle PLC Programmiersprache mit einem vergleichbaren Aufbau wie Assembler oder Maschinensprache.
4. „Ladder Diagram" (LD) ist eine graphische Sprache, welche maßgeblich auf einem Kontakt- bzw. Verbindungsplan beruht.
5. „Sequential Function Chart" (SFC) ist eine graphische Sprache zur Wiedergabe des sequenziellen Verhaltens eines Betriebsprogramms.

Die Performance der Code-Ausführung und damit auch die Performance beziehungsweise die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Automatisierungsgerätes (PLC) hängt dabei von der Reihenfolge ab, in der die verschiedenen Anweisungen oder Funktionsblöcke innerhalb des jeweiligen Steuer- oder Betriebsprogramms des PLC angeordnet sind und demgemäß abgearbeitet werden. Weiter von Bedeutung ist dabei wie eine Anweisung im PLC umgesetzt bzw. realisiert wird, und wie groß jeweils der benötigte Speicherbedarf ist. Beispielsweise kann für die Leistungsfähigkeit eines PLC ausschlaggebend sein ob eine Funktion mittels einer „while"- oder einer „for"-Anweisung umgesetzt wird, da beide Anweisungen zu einer unterschiedlichen Systemauslastung des PLC führen können.

All diese Faktoren beeinflussen nachhaltig die zur Umsetzung einer Anweisung erforderliche Zeit und Kapazität des Systems und damit die Leistungsfähigkeit und Performance des jeweiligen PLC.

Um die optimale Leistungsfähigkeit und Performance eines PLC in gegebener Einsatzumgebung zu gewährleisten, ist demgemäß eine spezifische Optimierung und damit Konditionierung des funktionsgebenden Steuerprogramms des PLC sowie seiner Code-Anweisungen erforderlich.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, eine vereinfachte und effiziente, spezifische Einrichtung und Konditionierung eines Automatisierungsgerätes zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Systems zum optimierten Einrichten und Konditionieren Programmierbarer Logischer Controller sind in weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zum optimierten Einrichten und Konditionieren eines oder mehrerer Automatisierungsgeräte. Verfahrensgemäß wird dabei in einem ersten Schritt, unter Berücksichtigung vorgebbarer Szenarien sowie vorgebbarer Rand- und Umgebungsbedingungen eine spezifische Bestimmung und Analyse der Leistungscharakteristika des jeweiligen Automatisierungsgerätes, heruntergebrochen auf seine Subsysteme sowie deren Code-Elemente durchgeführt und anschließend in einem zweiten Schritt die ermittelten Analyseinformationen sowie Leistungscharakteristika selektiv ausgegeben und abrufbar gespeichert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Analyse und Bestimmung der Leistungscharakteristika des jeweiligen Automatisierungsgerätes (PLC) eine „vorsichtige" Abschätzung der leistungskritischen Größen seiner Subsysteme sowie deren Code-Elemente durchgeführt wird.

Als Subsysteme werden dabei alle seine funktionalen Komponenten, inklusive der verschieden Programme-, Unterprogramme und Prozeduren bezeichnet. Als Code-Elemente gelten deren einzelne Code-Abfragen und -Anweisungen.

Dabei ist vorsehbar, dass die vorsichtige Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Controller-Subsystems modellbasiert mittels eines zuvor generierten Verhaltensmodells des jeweiligen Subsystems erfolgt.

Weiter ist vorteilhaft vorsehbar, dass die „vorsichtige" Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Regler-Subsystems durch Grenzwertbildung der erfassbaren Messwertgrößen und „meta"-Größen (meta properties) durchgeführt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die ermittelten leistungskritischen Größen des jeweiligen Regler-Subsystems parametrisiert, wobei die Parametrisierung vorzugsweise hinsichtlich Reglerarchitektur und CPU-Geschwindigkeit erfolgt.

Vorteilhaft kann in einer weiteren Ausführungsform die Analyse „context-sensitive" durchgeführt werden, das heißt, dass beispielsweise bei der Analyse der Worst Case Excecution Time (WCET) bei einer Programmkomponente in einem bestimmten anwendungsspezifischen Fall keine vorbestimmten (langen) Codepfade ausgeführt werden, so dass der WCET einer gegebenen Komponente in diesem Zusammenhang enger gefasst ist als der allgemeine WCET. Beispielsweise, kann bei Verwendung einer „if"-Anweisung in einem vorbestimmten Zusammenhang und/oder anwendungsspezifischen Fall angegeben werden, dass der längere Zweig der „if"-Anweisung nicht verwendet werden soll. Dadurch ist im vorbestimmten Zusammenhang der WCET auf den kürzeren Zweig der „if"-Anweisung beschränkt. Entsprechend kann angegeben werden, dass bei Verwendung einer Schleife in einer Komponente, die innerhalb der Komponente unter vorbestimmten Bedingungen nicht mehr als 100 mal ausgeführt wird, die WCET auf das 100-fache der WCET der einfachen Schleifenanweisung beschränkt und abgeschätzt werden.

Für probabilistische Zeitbestimmungen, insbesondere Bestimmungen der WCET, ist eine mehr probabilistische Pfadanalyse, das heißt, eine auf die Analyse von Wahrscheinlichkeiten und/oder empirischen Daten gestützte Pfadanalyse durchführbar.

Basieren Kenngrößen und Charakteristika auf Informationen, die bislang nicht bekannt sind, beispielsweise bei Subsystemen deren Eigenschaften unbekannt sind, so können in einer weiteren Vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens die jeweiligen Kenngrößen in Form von Relationen oder Gleichungen parametrisiert werden.

Des weiteren ist vorteilhaft vorsehbar, dass die ermittelten Charakteristika und/oder Kenngrößen in verschiedenen Darstellungen zur weiteren Bewertung und/oder Verarbeitung angegeben und/oder gespeichert werden.

Fakultativ können die ermittelten Charakteristika, insbesondere die ermittelten leistungskritischen Charakteristika dann geändert oder angepasst werden, indem beispielsweise eine Vermutung über das Verhalten einer jeweiligen Komponente aufgestellt wird, beispielsweise indem einer Komponente eine Herstellerangabe zugewiesen wird und/oder die Maximale Anzahl an Schleifenausführungen angegeben wird und/oder die Wahrscheinlichkeit angegeben wird, mit der ein Bestimmter Zweig einer Anweisung ausgeführt wird.

Vorteilhaft ist ein „plug-in"-Mechanismus vorsehbar, der es ermöglicht eine Einfache Anpassung des Verfahrens an neue Programmiersprachen und/oder durch neue Analyseverfahren bestimmte Entwurfsvorgaben vorzunehmen. Vorgenannter Mechanismus erleichtert die Einbindung bestimmter Erweiterungen des Verfahrens, aber auch des entsprechenden Systems, indem der verfahrensgemäße Daten- und/oder Informationsaustausch bei der Analyse des Automatisierungsgerätes standardisiert wird. Die Standardisierung betrifft dabei auch die Art und Weise wie Subsysteme zueinander definiert sind, beispielsweise bezüglich ihrer Variablendefinitionen und/oder die Art und Weise wie bestimmte Eigenschaften und/oder Kenngrößen einer bestimmten Komponente ermittelt werden.

Das heißt, es werden universelle Mechanismen eingesetzt, die von der jeweilig verwendeten Programmiersprache unabhängig sind, weil beispielsweise regelbasiert, oder über Elemente, die allen relevanten Programmiersprachen eigen sind, beziehungsweise in allen Sprachen vorkommen.

Des Weiteren ist vorteilhaft vorsehbar, dass die Angabe der Leistungscharakteristika unter Verwendung eines „plug in"-fähigen Mechanismus erfolgt, der es ermöglicht: ermittelte leitungsspezifische Größen „in situ" anzugeben und/oder ermittelte Größen in fakultativer Detaildarstellung anzugeben, wobei je nach Interessenslage bedarfsgerecht ein hoher oder niedriger Detaillierungsgrad selektiert werden kann.

Darüber hinaus ist vorteilhaft vorsehbar, dass die Angabe der Leistungscharakteristika des jeweiligen PLC auch Symbolcodiert und/oder Farb- und/oder Mustercodiert erfolgt.

Die Visualisierung der ermittelten Charakteristika und/oder der zugehörigen Kenngrößen ist vorteilhaft unter Verwendung eines „plug-in"-Mechanismus mittels verschiedener standardisierter graphischer Präsentationstechniken durchführbar. Hierzu zählen unter anderen die Darstellung in Form von „mental maps" oder in tabellarische Form.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Visualisierung des Gesamtzustandes des Automatisierungsgerätes eine Thermometerdarstellung verwendet, die auch Aufschluss über die einem Gerät zuzuweisende Leistungsfähigkeit und Einsetzbarkeit (feasibility) liefert. Aber auch eine farbkodierte Kennzeichnung entsprechender Code-Elemente und/oder eine Darstellung der Systemarchitektur mittels „mental-maps" ist vorteilhaft vorsehbar. Ein „mental-map" ist dabei eine graphische Darstellung aller relevanten Komponenten eines Systems im Überblick, sowie deren Eigenschaften. Beispielsweise kann jedes Subsystem über einen horizontalen Balken verdeutlicht werden, dessen Dicke, Länge und Farbe als Attribute bestimmte Eigenschaften dieses Subsystems repräsentieren, wie beispielsweise WCET, Kosten und Komplexität bzw. Risiko.

Vorteilhaft ist eine Wechselmöglichkeit zwischen verschiedenen Darstellungen und/oder Ansichten und/oder Präsentationstechniken vorsehbar.

Die weitere Darlegung der Erfindung sowie vorteilhafter Ausgestaltungen erfolgt anhand von einigen Figuren und Ausführungsbeispielen.
1 System zum optimierten Einrichten und Konditionieren eines PLC
2 Beispielhaftes industrielles Kontrollsystem
3 Verfahren zum optimierten Einrichten und Konditionieren von programmierbaren logischen Controllern
4 beispielhafte Profilübersicht der System- und Subsystemkomponenten eines Automatisierungsgerätes
5 beispielhafte System- und Subsystemkomponenten
6 graphische Darstellung eines beispielhaften Funktionsblocks
7 tabellarischer Darstellung eines Analyseergebnisses eines Funktionsblocks heruntergebrochen auf einzelne Anweisungen und/oder Code-Elemente
8 beispielhafte Code-Elemente
9 Flussdiagrame gemäß 8
10 Erläuterung der in 9 angegebenen Begriffe
11 beispielhafte graphische Benutzerschnittstelle
12 Thermometerpräsentation bzw. -darstellung
13 beispielhaft farbkodierte System- und Subsystemkomponenten vom Typ singlerobot-arm
14 beispielhafter Systemaufbau
In 1 ist ein beispielhaftes System zum optimierten Einrichten und Konditionieren von programmierbaren logischen Controllern (PLC) gezeigt.
Vorgenanntes System umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung 100, die über eine Netzwerk- und/oder Busverbindung 102 mit dem jeweils einzurichtenden programmierbaren logischen Controller beziehungsweise Automatisierungsgerät 104 zusammenwirkt. Des Weiteren ist eine Analyseeinrichtung 110 vorgesehen, welche unter Berücksichtigung vorgebbarer Szenarien, Rand- und Umgebungsbedingungen eine Bestimmung und Analyse der Leistungscharakteristika beziehungsweise leistungsspezifischen Charakteristika des jeweiligen PLC 104 durchführt. Die Analyse erfolgt dabei herunter gebrochen auf Subsysteme, sowie deren Code-Elemente des PLC 104, das heißt es wird eine Analyse auf Ebene einzelner Programmcode-Anweisungen beziehungsweise Programmcode-Zeilen sowie sich aus mehreren Anweisungen oder Zeilen zusammengesetzten Funktionsblöcken oder Prozeduren durchgeführt. Anschließend wird anhand der durchgeführten Analyse der einzelnen Funktionsblöcke und/oder Code-Elemente eine Abschätzung der Leistungscharakteristika der Subsysteme des PLC und letztlich des PLC 104 durchgeführt.
Die Analyse der einzelnen Code-Elemente oder Funktionsblöcke erfolgt dabei insbesondere regel- und/oder musterbasiert und/oder modellbasiert und/oder im Zusammenwirken mit einer empirischen Datenbank, welche beispielsweise PLC-Typ spezifische technische Informationen und anwendungsspezifische Leistungscharakteristika in Bezug auf die Abarbeitung bestimmter Code-Elemente enthält.
Vorteilhaft ist eine Visualisierungseinrichtung 120 vorgesehen, welche die ermittelten Analyseinformationen, leistungskritische Charakteristika und Elemente selektiv an- oder ausgibt und/oder abrufbar in einer entsprechenden Datenbank 130 speichert.
Im Zusammenwirken mit einer empirischen Datenbank 140 werden hinsichtlich der ermittelten leistungskritischen Charakteristika alternative Code-Elemente angegeben die bezüglich der vorgegebenen Randbedingungen und/oder Szenarien eine optimierte Einrichtung und Konditionierung und somit maximale Leistungsfähigkeit des PLC 104 ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems ist vorgesehen dass die Analyseeinrichtung 110 zur Analyse und Bestimmung der Leistungscharakteristika des jeweiligen logischen Controllers oder Automatisierungsgerätes 104 Mittel zur „vorsichtigen" Abschätzung der leistungskritischen Größen seiner Subsysteme sowie deren Code-Elemente aufweist.
Auch ist vorsehbar, dass die Analyseeinrichtung 110 einen Generierer 150 aufweist, um für die vorsichtige Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Subsys tems des programmierbaren logischen Controllers 104 ein individuelles Verhaltensmodell zu generieren.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Analyseeinrichtung 110 Mittel auf, um die näherungsweise Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Controller-Subsystems durch Grenzwertbildung erfassbarer Messwertgrößen und „meta"-Größen (meta properties) durchzuführen.
Meta-Größen eines Systems oder Subsystems hängen dabei von Faktoren ab die mit herkömmlichen Analyseverfahren abgeschätzt werden können, wie beispielsweise Vorhersagbarkeit, Kosten der Vorhersagbarkeit, Fehler der Vorhersage und Komplexität des jeweiligen Programmcodes sowie Aufwand zur Pflege des Programmcodes.
Darüber hinaus sind in der Analyseeinrichtung 110 Mittel vorsehbar, um die ermittelten leistungskritischen Größen des wenigstens einen Regler-Subsystems zu parametrisieren, wobei die Parametrisierung insbesondere hinsichtlich Controllerarchitektur und CPU-Geschwindigkeit erfolgt.
In einer weiteren Ausgestaltung des Systems ist die Visualisierungseinrichtung 150 modular erweiterbar und/oder „plugin"-fähig ausgeführt.
Auch sind in der Visualisierungseinrichtung 150 Mittel vorsehbar, um ermittelte Leistungscharakteristika und/oder Messwertgrößen „in situ" selektiv und in unterschiedlicher Detaildarstellung anzugeben, wobei je nach Interessenslage ein hoher oder niedriger Grad an Detailwiedergabe selektierbar ist.
In 2 ist ein beispielhaftes industrielles Kontrollsystem 200 mit mehreren Automatisierungsgeräten 210 (PLC's) gezeigt. Jedes Automatisierungsgerät 210 ist dabei mit wenigstens einer Ein-/Ausgabeeinheit 220 verbunden und wirkt über ein Bussystem und/oder ein Netzwerk 230 mit einer Entwicklungseinheit 240 zusammen. Vorgenante Entwicklungseinheit 240 umfasst Programmwerkzeuge 250 zur Entwicklung von Auto matisierungsgeräten 210. Des Weiteren umfasst die Entwicklungseinheit 240 noch wenigstens eine integrierte Einsteckeinheit 260 zur Überprüfung der Ausführbarkeit und/oder Funktionstüchtigkeit und/oder Leistungsfähigkeit und/oder Eignung eines jeweiligen PLC Entwurfs. Die Ein-/Ausgabeeinheiten 220 sind zur Übertragung und/oder Weiterleitung von Signalen von und zum PLC 210 elektrisch mit Steuer-/Regeleinheiten 270 verbunden. Als Steuer-/Regeleinheiten 270 werden dabei beispielsweise Sensoren, Aktoren, Steller und Antriebe eingesetzt.
Die Entwicklungseinheit 240 kann dabei vorteilhaft mittels einer gebräuchlichen Datenverarbeitungseinrichtung 280, beispielsweise einem Personal Computer (PC), mit geeignetem Betriebssystem, welches wenigstens einen industriellen Netzwerkstandard, insbesondere Ethernet, und/oder wenigstens einen industriellen Busstandard unterstützt, gebildet und realisiert werden.
Das jeweilige Automatisierungsgerät 210 wirkt dabei vorteilhaft vermittels eines lokalen Netzwerkes 230, beispielsweise unter Verwendung des Ethernet Protokolls, mit der Entwicklungseinheit 240 zusammen. Die Programmwerkzeuge 250 der Entwicklungseinheit 240 zur Entwicklung von Automatisierungsgeräten 210 sind dafür eingerichtet vorgabenabhängig das Betriebsprogramm des jeweiligen Automatisierungsgerätes 210 zu generieren und diesem aufzuprägen.
Bei der Entwicklung hochwertiger und leistungsstarker Automatisierungsgeräte 210 ist dabei unter anderem, die Auswahl eines für die jeweilige Anwendung geeigneten Automatisierungsgerätes, Kenntnis der Leistungsdaten beziehungsweise Leistungscharakteristika eines gegebenen Automatisierungsgerätes 210 bei gegebenem Betriebsprogramm und der Entwurf eines anwendungsspezifisch optimierten Betriebsprogramms maßgeblich.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße System auch in ein redundantes PLC Kontrollnetzwerk implementierbar und/oder unter Verwendung von industriellen Feldbus Protokollen, wie beispielsweise PROFIBUS, HART, FF einsetzbar.
Die Entwicklungseinheit 240 umfasst dabei vorteilhaft beispielsweise die in 14 gezeigten Werkzeuge. Die Entwicklungseinheit 240 weist ein geeignetes Betriebssystem auf, welches wenigstens einen industriellen Netzwerkstandard und/oder das jeweils zugehörige Protokoll beziehungsweise die entsprechenden Netzwerktreiber unterstützt. Diese Netzwerktreiber ermöglichen die Kommunikation zwischen dem jeweiligen Automatisierungsgerät 240 und der Entwicklungseinheit 240. Die Werkzeuge der Entwicklungseinheit 240 umfassen vorteilhaft eine graphische Benutzerschnittstelle 300 (GUI, Graphical User Interface) zur Eingabe und/oder Erfassung von Code-Elementen, zum Aufrufen oder Abspeichern von Vorgängen und/oder Anweisungen, zum Erstellen des Betriebsprogramms des Automatisierungsgeräts 210 und zum Laden vorgenannten Programms in das Automatisierungsgerät 210. Darüber hinaus ist wenigstens eine elektronische Bibliothek 310 mit Steuer-/Regelanweisungen und den ihnen zugrunde liegenden Programmcodeelementen und/oder Programmfunktionen und/oder Operatoren für das jeweilige Automatisierungsgerät 210 vorgesehen.
Darüber hinaus ist wenigstens eine Plug-In Schnittstelle 320 und/oder Ennreiterungsschnittstelle 330 vorgesehen, um die vorhandene Werkzeugvielfalt erweiterbar zu machen und beispielsweise ein Werkzeug zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit und Ausführbarkeit des Entwurfs des jeweiligen Automatisierungsgerätes 210 zu ergänzen.
In 3 eine beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum optimierten Einrichten und Konditionieren eines oder mehrerer Automatisierungsgeräte. Verfahrensgemäß wird dabei in einem ersten Schritt 400, unter Berücksichtigung vorgebbarer Szenarien sowie vorgebbarer Rand- und Umgebungsbedingungen 410 eine spezifische Bestimmung und Analyse der Leistungscharakteristika des jeweiligen Automatisierungsgerätes 210, heruntergebrochen auf seine Subsysteme sowie deren Code-Elemente durchgeführt und anschließend in einem zweiten Schritt 420 die ermittelten Analyseinformationen sowie Leistungscharakteristika selektiv ausgegeben und abrufbar auf beispielsweise einem dafür eingerichteten Datenträger gespeichert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Zwischenschritt 400a des ersten Schrittes 400 zur Analyse und Bestimmung der Leistungscharakteristika des jeweiligen Automatisierungsgerätes (PLC) eine „vorsichtige" Abschätzung der leistungskritischen Größen seiner Subsysteme sowie deren Code-Elemente durchgeführt.
Als Subsysteme werden dabei alle seine funktionalen Komponenten, inklusive der verschieden Programme-, Unterprogramme und Prozeduren bezeichnet. Als Code-Elemente gelten deren einzelne Code-Abfragen und -Anweisungen.
Dabei ist vorsehbar, dass die vorsichtige Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Controller-Subsystems modellbasiert mittels eines zuvor generierten Verhaltensmodells 402 des jeweiligen Subsystems erfolgt.
Weiter ist vorteilhaft vorsehbar, dass die „vorsichtige" Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Regler-Subsystems durch Grenzwertbildung der erfassbaren Messwertgrößen und „meta"-Größen (meta properties) durchgeführt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die ermittelten leistungskritischen Größen des jeweiligen Regler-Subsystems in einem Zwischenschritt 400b des ersten Schritts 400 parametrisiert, wobei die Parametrisierung vorzugsweise hinsichtlich Reglerarchitektur und CPU-Geschwindigkeit erfolgt.
Vorteilhaft kann in einer weiteren Ausführungsform die Analyse „context-sensitive" durchgeführt werden.
Basieren Kenngrößen und Charakteristika auf Informationen, die bislang nicht bekannt sind, beispielsweise bei Subsystemen deren Eigenschaften unbekannt sind, so können in einer weiteren Vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens in einem weiteren Zwischenschritt 400c des ersten Schrittes 400 die jeweiligen Kenngrößen in Form von Relationen oder Gleichungen parametrisiert werden.
Des weiteren ist vorteilhaft vorsehbar, dass die ermittelten Charakteristika und/oder Kenngrößen im zweiten Schritt 420 in verschiedenen Darstellungen zur weiteren Bewertung und/oder Verarbeitung angegeben und/oder gespeichert werden.
Fakultativ können die ermittelten Charakteristika, insbesondere die ermittelten leistungskritischen Charakteristika dann in einem dritten Schritt 430 geändert oder angepasst werden, indem beispielsweise eine Vermutung über das Verhalten einer jeweiligen Komponente aufgestellt wird, beispielsweise indem einer Komponente eine Herstellerangabe zugewiesen wird und/oder die Maximale Anzahl an Schleifenausführungen angegeben wird und/oder die Wahrscheinlichkeit angegeben wird, mit der ein Bestimmter Zweig einer Anweisung ausgeführt wird.
Vorteilhaft ist ein „plug-in"-Mechanismus vorsehbar, der es ermöglicht eine Einfache Anpassung des Verfahrens an neue Programmiersprachen und/oder durch neue Analyseverfahren bestimmte Entwurfsvorgaben vorzunehmen.
Vorteilhaft werden demgemäß universelle Mechanismen eingesetzt, die von der jeweilig verwendeten Programmiersprache unabhängig sind, weil beispielsweise regelbasiert, oder über Elemente, die allen relevanten Programmiersprachen eigen sind, beziehungsweise in allen Sprachen vorkommen.
Des Weiteren ist vorteilhaft vorsehbar, dass die Angabe der Leistungscharakteristika im zweiten Schritt 420 unter Verwendung eines „plug in"-fähigen Mechanismus erfolgt, der es ermöglicht, ermittelte leitungsspezifische Größen „in situ" anzugeben und/oder ermittelte Größen in fakultativer Detaildarstellung anzugeben, wobei je nach Interessenslage bedarfsgerecht ein hoher oder niedriger Detaillierungsgrad selektiert werden kann.
Darüber hinaus ist vorteilhaft vorsehbar, dass die Angabe der Leistungscharakteristika des jeweiligen PLC auch Symbolcodiert und/oder Farb- und/oder Mustercodiert erfolgt.
Die Visualisierung der ermittelten Charakteristika und/oder der zugehörigen Kenngrößen ist vorteilhaft unter Verwendung eines „plug-in"-Mechanismus mittels verschiedener standardisierter graphischer Präsentationstechniken durchführbar. Hierzu zählen unter anderen die Darstellung in Form von „mental maps" oder in tabellarische Form oder mittels vorbestimmter Symboliken, wie beispielsweise dem Thermometer.
Vorteilhaft wird zur Visualisierung des Gesamtzustandes des Automatisierungsgerätes eine Thermometerdarstellung verwendet, die auch Aufschluss über die einem Gerät zuzuweisende Leistungsfähigkeit und Einsetzbarkeit (feasibility) liefert. Aber auch eine farbkodierte Kennzeichnung entsprechender Code-Elemente und/oder eine Darstellung der Systemarchitektur mittels „mental-maps" ist vorteilhaft vorsehbar.
Vorteilhaft ist eine Wechselmöglichkeit zwischen verschiedenen Darstellungen und/oder Ansichten und/oder Präsentationstechniken vorgesehen.
In 4 sind in einer beispielhaften Profilübersicht in hierarchischem Aufbau die System- und Subsystemkomponenten eines Automatisierungsgerätes 30 „production-Cell_1" mit ihren Funktionsblöcken 34a „press" und 34b „single robot arm" gezeigt.
In 5 sind beispielhafte System- und Subsystemkomponenten vom Typ single-robot-arm 4.1, 4.2 mit entsprechenden Code-Elementen und Verknüpfungen gezeigt.
In 6 ist eine graphische Darstellung eines beispielhaften Funktionsblocks „production_cell2" mit untergeordneten Prozeduren, Anweisungen und deren Verknüpfungen untereinander gezeigt.
In 7 ist in tabellarischer Darstellung ein Analyseergebnis eine Funktionsblocks heruntergebrochen auf einzelne Anweisungen und/oder Code-Elemente mit der jeweiligen Schleifenanzahl, das heißt, der Anzahl an Aufrufen des jeweiligen Codeelements, der WCET für einen Aufruf und der resultierenden WCET für eine entsprechende Anzahl an Aufrufen gezeigt.
In 8 bis 10 sind beispielhaft zwei WCET Analysen individueller Anordnungen gezeigt, wobei die erste Analyse mit .1 und die zweite Analyse mit .2 gekennzeichnet ist.
In 8 sind die beiden, der jeweiligen WCET Analyse zugrunde liegende, Code-Elemente 7.1 und 7.2 gezeigt. In einem jeweils ersten Bereich 7.1a, 7.2a erfolgt die Initialisierung und Definition der jeweiligen Variablen. In einem jeweils zweiten Bereich 7.1b, 7.2b das Codeelement der jeweiligen Anweisung. Das linke Code-Element 7.1b ist eine If-Else Anweisung bzw. Schleife, das rechte Codeelement eine For-Then Anweisung.
In 9 sind die den beiden Anweisungen entsprechenden Flussdiagrame bzw. „control flow graphs" mit den einzelnen Ausführungs- bzw. Abarbeitungsschritte gezeigt.
In 10 sind die in 9 angegebenen Begriffe erläutert und die WCET der einzelnen Abarbeitungsschritte angegeben.
Daraus ergibt sich in Summa für das Codeelement 7.1b ein WCET von 0.75 N Mickrosekunden und für das Codeelement 7.2b ein WCET von 0.37 × N Mikrosekunden, wobei N die Schleifengrenze angibt.
In 11 ist eine beispielhafte graphische Benutzerschnittstelle (GUI) 300 gezeigt. Es sind mehrere Fenster auch mit Codeelementen angegeben, in denen beispielhaft anhand der WCET Analyse ermittelte leistungskritische Funktionsblöcke 10a und 10b angegeben und schwarz hinterlegt sind.
In 12 ist eine Thermometerpräsentation bzw. -darstellung der dem jeweiligen System zugeordneten Leistungsfähigkeit und/oder Einsetzbarkeit bzw. Eignung gezeigt. Das Thermometer wird dabei als eigenständige Grafik in drei verschiedenen Grundzuständen angegeben:
Zustand „geeignet" 11.1
Zustand „möglicherweise ungeeignet" 11.2
Zustand „ungeeignet" 11.3
Jede Grafik besitzt dabei einen farbkodierten Balken 11.7, 11.8, 11.9 mit wechselbarer Farbe, beispielsweise in grün, gelb, orange oder rot, mit je einem Pfeil 11.4, 11.5, 11.6. Die Balken und Pfeile geben dabei an inwieweit sich die Einsetzbarkeit oder Eignung in Anbetracht vorgenommener System- und/oder Subsystemänderungen tendenziell verändert, das heißt verbessert oder verschlechtert.
Ist das Risiko einer fehlenden Eignung hoch, so können verfahrens- und systemgemäß auch andere detailliertere Ansichten und/oder Darstellungen selektiert werden, um mögliche Probleme aufzuspüren.
In 13 sind beispielhaft farbkodierte System- und Subsystemkomponenten om Typ single-robot-arm 12.1, 12.2 gezeigt, wobei deren Programmcode je nach Auslegung, beispielsweise hinsichtlich Risiko, WCET, belegte Resourcen oder Kosten farblich unterschiedlich hinterlegt ist. Im hier gezeigten Beispiel sind farblich diejenigen Elemente gekennzeichnet deren kosten in der Zusammenschau 60 % der Systemkosten betragen.
In 14 ist ein beispielhafter Systemaufbau zum optimierten Einrichten und Konditionieren von programmierbaren logischen Controllern (PLC) oder Automatisierungsgeräten 210 gezeigt, welche eine Analyseeinrichtung 110 aufweist, welche unter Berücksichtigung vorgebbarer Szenarien, Rand- und Umgebungsbedingungen eine Bestimmung und Analyse der Leistungscharakteristika des jeweiligen programmierbaren Controllers, heruntergebrochen auf seine Subsysteme, sowie deren Code-Elemente durchführt, und eine Visualisierungseinrichtung 120 umfasst, welche die ermittelten Analyseinformationen und Leistungscharakteristika selektiv ausgibt und/oder abrufbar speichert. Die Visualisierungseinrichtung 120 ist dabei modular erweiterbar und/oder „plugin"-fähig ausgestaltet.

Claims

Verfahren zum optimierten Einrichten und Konditionieren eines Programmierbaren Logischen Controllers (PLC) und/oder Automatisierungsgerätes, dadurch gekennzeichnet, dass schrittweise • Unter Berücksichtigung vorgebbarer Szenarien sowie vorgebbarer Rand- und Umgebungsbedingungen eine spezifische Bestimmung und Analyse der Leistungscharakteristika des jeweiligen Programmierbaren Logischen Controllers und/oder Automatisierungsgerätes, heruntergebrochen auf seine Subsysteme sowie deren Code-Elemente durchgeführt wird, und • die ermittelten Analyseinformationen sowie Leistungscharakteristika selektiv ausgegeben und abrufbar gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse und Bestimmung der Leistungscharakteristika des jeweiligen logischen Controllers und/oder Automatisierungsgerätes eine „vorsichtige" Abschätzung der leistungskritischen Größen seiner Subsysteme sowie deren Code-Elemente durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorsichtige Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Controller-Subsystems und/oder Automatisierungsgerätes mittels eines generierten Verhaltensmodells des jeweiligen Subsystems durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die näherungsweise Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Regler-Subsystems durch Grenzwertbildung der erfassbaren Messwertgrößen und „meta"-Größen (meta properties) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten leistungskritischen Größen des jeweiligen Regler-Subsystems parametrisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametrisierung hinsichtlich Reglerarchitektur und CPU-Geschwindigkeit durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Angabe der Leistungscharakteristika unter Verwendung eines „plug in"-Mechanismus erfolgt, der es ermöglicht: • Ermittelte bzw. Bestimmte Größen „in situ" anzugeben, • Ermittelte Größen in fakultativer Detaildarstellung anzugeben, wobei je nach Interessenslage eine hoher oder niedriger Deitaillierungsgrad selektiert werden kann.
System zum optimierten Einrichten und Konditionieren von programmierbaren logischen Controllern (PLC) und/oder Automatisierungsgerätes mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung, die über eine Netzwerk- und/oder Busverbindung mit dem jeweiligen programmierbaren logischen Controller und/oder Automatisierungsgerät zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass • eine Analyseeinrichtung vorgesehen ist, welche unter Berücksichtigung vorgebbarer Szenarien, Rand- und Umgebungsbedingungen eine Bestimmung und Analyse der Leistungscharakteristika des jeweiligen programmierbaren Controllers und/oder Automatisierungsgerätes, heruntergebrochen auf seine Subsysteme, sowie deren Code-Elemente durchführt, und • eine Visualisierungseinrichtung vorgesehen ist, welche die ermittelten Analyseinformationen und Leistungscharakteristika selektiv ausgibt und/oder abrufbar speichert.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung zur Analyse und Bestimmung der Leistungscharakteristika des jeweiligen logi schen Controllers und/oder des jeweiligen Automatisierungsgeräts Mittel zur „vorsichtigen" Abschätzung der leistungskritischen Größen seiner Subsysteme sowie deren Code-Elemente aufweist.
System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung einen Generierer aufweist, um für die vorsichtige Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Subsystems des programmierbaren logischen Controllers und/oder Automatisierungsgeräts ein individuelles Verhaltensmodells zu generieren.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung Mittel aufweist, um die näherungsweise Abschätzung der leistungskritischen Größen des jeweiligen Controller-Subsystems durch Grenzwertbildung erfassbarer Messwertgrößen und „meta"-Größen (meta properties) durchzuführen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung Mittel aufweist, um die ermittelten leistungskritischen Größen des wenigstens einen Regler-Subsystems zu parametrisieren, wobei die Parametrisierung insbesondere hinsichtlich Controller- und/oder Gerätearchitektur und CPU-Geschwindigkeit erfolgt.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Visualisierungseinrichtung modular erweiterbar und/oder „plugin"-fähig ausgestaltet ist.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Visualisierungseinrichtung Mittel aufweist, um • ermittelte Leistungscharakteristika und/oder Messwertgrößen „in situ" selektiv und • in unterschiedlicher Detaildarstellung anzugeben, wobei je nach Interessenslage ein hoher oder niedriger Grad an Detailwiedergabe sefektierbar ist.