DE102005061212A1

DE102005061212A1 - Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems

Info

Publication number: DE102005061212A1
Application number: DE102005061212A
Authority: DE
Inventors: Thomas Borger; Walter Kreb; Ulrich Lehmann; Robert Schwab; Hans Günther Sieberling; Raimund Dr. Trockel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-07-05
Also published as: WO2007071643A1; US8150649B2; US20090030532A1; CN101341689A; EP1964323A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems mit mindestens zwei Messmodulen, die jeweils kommunikativ mit einer übergeordneten Verarbeitungseinheit verbunden sind, angegeben, bei dem die übergeordnete Verarbeitungseinheit über ein Ereignis, das über eines der mindestens zwei Messmodule aufgenommen wurde, informiert wird und bei dem die Verarbeitungseinheit jedes erreichbare Messmodul anschließend über das Ereignis informiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems mit mindestens zwei Messmodulen, die jeweils kommunikativ mit einer übergeordneten Verarbeitungseinheit verbunden sind. Derartige Automatisierungssysteme sind in unterschiedlichsten Konfigurationen allgemein bekannt. Die Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems anzugeben, mit dem eine gleichzeitige oder zumindest im Wesentlichen gleichzeitige Ereignisverarbeitung möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems mit mindestens zwei Messmodulen, die jeweils kommunikativ mit einer übergeordneten Verarbeitungseinheit verbunden sind, vorgesehen, dass die übergeordnete Verarbeitungseinheit über ein Ereignis, das über eines der mindestens zwei Messmodule aufgenommen wurde, informiert wird und dass die Verarbeitungseinheit jedes erreichbare Messmodul über das Ereignis informiert.

Durch die Weiterleitung der Information über den Eintritt eines Ereignisses an die übergeordnete Verarbeitungseinheit ist der Eintritt des Ereignisses auf einer zentralen Ebene, die auch zur Initiierung weiterer Aktionen in Abhängigkeit vom Eintritt des Ereignisses benutzt werden kann, bekannt. Die Verarbeitungseinheit benachrichtigt also jedes erreichbare Messmodul über den Eintritt des Ereignisses. Mit Eingang dieser Information bei dem oder jedem Messmodul kann das jeweilige Messmodul in Ansehung der erhaltenen Informationen geeignet reagieren, indem z. B. eine spezielle Messung gestartet wird.

Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Wenn es sich bei den Messmodulen um verteilte Messmodule handelt, ist die gleichzeitige oder zumindest im Wesentlichen gleichzeitige Reaktion auf den Eintritt eines Ereignisses auch an räumlich verschiedenen Orten möglich, was insbesondere für die Überwachung komplexer Anlagen oder großvolumiger Maschinen, wie z. B. eine Gasturbine, vorteilhaft ist.

Bevorzugt erfolgt die Information über das Ereignis, also den Eintritt eines Ereignisses, einerseits an die Verarbeitungseinheit und andererseits an jedes Messmodul mittels einer Buskommunikation. Dies hat den Vorteil, dass bereits bestehende Kommunikationsverbindungen auch für das erfindungsgemäße Verfahren zur Ereignisverteilung genutzt werden können.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Information über das Ereignis an die Verarbeitungseinheit auch Informationen über Zeitpunkt und/oder Ursprung des zugrunde liegenden Ereignisses. Solche Zusatzinformationen sind insbesondere beim Eintreffen einer Information über dieses Ereignis bei dem oder jedem erreichbaren Messmodul von Vorteil, weil anhand solcher Zusatzinformationen eine spezifische Reaktion auf das jeweilige Ereignis und/oder eine Unterscheidung grundsätzlich gleicher aber zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgetretener Ereignisse möglich ist.

Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Information über das Ereignis an die Verarbeitungseinheit zusätzlich oder alternativ beim zeitgleichen Auftritt mehrerer Ereignisse, also eines ersten Ereignisses und weiterer Ereignisse, auch Informationen über die weiteren Ereignisse umfasst. Damit ist bei Eingang einer Information über entweder das erste Ereignis oder eines der weiteren Ereignisse eine eindeutige Zuordnung und eine spezifische Reaktion auf das Ereignis möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Buskommunikation über eine synchrone Kommunikationsstrecke erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die Synchronizität, die implizit mit der jeweiligen Kommunikationsstrecke verbunden ist, im Wesentlichen also durch das jeweils zugrunde liegende Busprotokoll und die darauf abgestimmte Telegrammverarbeitung gewährleistet ist, auch den zeitgleichen oder zumindest im Wesentlichen zeitgleichen Empfang der von der Verarbeitungseinheit an jedes erreichbare Messmodul ausgesandten Information gewährleistet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Information über das Ereignis mittels eines Ereignistelegramms mit vorgegebener oder vorgebbarer aber konstanter Länge erfolgt. Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, dass eine Zeitspanne zur Reaktion auf den Eintritt eines Ereignisses, die maximal um die Dauer eines im Moment des Eintritts des Ereignisses verarbeiteten Telegramms schwankt, vorhersehbar ist. Bei Telegrammen mit konstanter Länge ist die Dauer, während der ein Bus durch dieses Telegramm belegt ist, einerseits durch die Bandbreite, also die Übertragungsgeschwindigkeit, und andererseits durch die Telegrammlänge festgelegt. Bandbreite oder Übertragungsgeschwindigkeit sind konstant. Mit einer konstanten Länge des Telegramms liegt damit insgesamt die Zeitdauer fest, während der ein zum Zeitpunkt des Eintritts eines Ereignisses bereits in Verarbeitung befindliches Telegramm den Bus belegt. Nur während dieses Zeitraums kann nicht unmittelbar eine Reaktion auf den Eintritt eines Ereignisses erfolgen. Eine sich dadurch ergebende maximale Verzögerung ist also unmittelbar mit der Länge des jeweiligen Telegramms assoziiert. Mit konstanter Länge der jeweiligen Telegramme ist insgesamt die Verarbeitung von Informationen über den Eintritt eines Ereignisses determiniert. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass nicht nur die Ereignistelegramme konstante Länge haben, sondern dass auch zwischen einzelnen Ereignistelegrammen gegebenenfalls versandte Messtelegramme untereinander und insbesondere auch in Bezug auf die Ereignistelegramme gleiche Länge aufweisen.

Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcode-Anweisungen zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich schließlich auch auf ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Speichermedium, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert oder in sonst geeigneter Art und Weise hinterlegt ist.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.

Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die z. B. durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.

Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Darin zeigen:
1 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines mit einem Automatisierungssystem überwachten technischen Systems,
2 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines zur Überwachung des technischen Systems vorgesehenen Automatisierungssystems und
3 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Verarbeitung eines Ereignisses durch das Automatisierungssystem.
1 zeigt in schematisch vereinfachter Form ein überwachtes technisches System 10 am Beispiel einer Gasturbine. Die Überwachung erfolgt mittels eines Automatisierungssystems 12. Dem technischen System 10, also der Gasturbine 10, ist eine Anzahl von Sensoren 14, 16 zugeordnet, die zur Überwachung des technischen Systems 10 vorgesehen sind und Signale aus dem technischen System 10 aufnehmen und an das Automatisierungssystem 12 weiterleiten. Unter den Sensoren 14, 16 ist ein erster Sensor 14 im Falle einer Gasturbine 10 als überwachtem technischen System z. B. einer Welle 18 der Turbine 10 zugeordnet und zur Erfassung eines bestimmten Drehwinkels der Welle 18 vorgesehen. Sobald durch den ersten Sensor 14 dieser bestimmte Drehwinkel erfasst ist, gibt der erste Sensor 14 ein diesbezügliches Signal an das Automatisierungssystem 12 ab. Das Automatisierungssystem 12 initiiert daraufhin Maßnahmen zum Starten von Messungen durch ein oder mehrere weitere Sensoren 16. Dies wird im Folgenden anhand von 2 näher erläutert. Das Vorliegen des überwachten Drehwinkels ist also ein Ereignis, das vom Automatisierungssystem 12 verarbeitet wird. Mit dem Vorliegen des Ereignisses wird vom ersten Sensor 14 ein diesbezügliches Telegramm ausgelöst, das nach der im Folgenden beschriebenen Verarbeitung den Start weiterer Messungen auslöst.
In 2 ist das Automatisierungssystem 12 mit weiteren Details dargestellt. Darin ist ersichtlich, dass jeder Sensor 14, 16 mit einem Messmodul 20 verbunden ist. Die Verbindung zwischen Sensor 14, 16 und Messmodul 20 kann eineindeutig sein, derart, dass genau ein Sensor 14, 16 mit genau einem Messmodul verbunden ist. Genauso kann vorgesehen sein, dass mehrere Sensoren 16, z. B. zwei Sensoren 16, mit ein und demselben Messmodul 20 verbunden sind. Sämtliche Messmodule 20 sind ihrerseits kommunikativ mit einer übergeordneten Verarbeitungseinheit 22 verbunden. Beim Eintritt eines durch einen der Sensoren 14, 16 erkannten Ereignisses, also z. B. beim Erkennen des überwachten Rotationswinkels der Welle 18 (1), sendet der jeweilige Sensor, also z. B. der erste Sensor 14, eine diesbezügliche Information über das jeweilige Messmodul 20 an die zentrale Verarbeitungseinheit 22. Die zentrale Verarbeitungseinheit 22 informiert bei Eingang einer solchen Information jedes erreichbare Messmodul, also einerseits das Messmodul, über das die Information zum Vorliegen oder zum Eintritt des Ereignisses empfangen wurde, und andererseits alle weiteren Messmodule 20, über das Ereignis. Dazu ist in 2 ein erstes Ereignistelegramm 24 dargestellt, das zur Information über den Eintritt oder das Vorliegen eines Ereignisses vom ersten Sensor 14 zum jeweiligen Messmodul 20 übertragen wird. Ein weiteres Ereignistelegramm 26 ist zur Darstellung der diesbezüglichen Informationsübertragung vom Messmodul 20 zur übergeordneten Verarbeitungseinheit 22 dargestellt. Wenn die Verarbeitungseinheit 22 jedes Messmodul 20 über das Ereignis informiert, setzt sie entsprechende Ereig nistelegramme ab, die in 2 mit der Bezugsziffer 28 bezeichnet sind.
Mit dem Empfang dieser Ereignistelegramme 28 auf Seiten der Messmodule 20 können diese in Ansehung des jeweiligen Ereignistelegramms 28 spezifische Messungen starten, um z. B. Schwingungen der Turbine 10 ab dem überwachten Rotationswinkel der Welle 18, also unter definierten Rahmenbedingungen, aufnehmen zu können.
Zur Übermittlung von Daten in diesem Zusammenhang sind Messtelegramme 30 vorgesehen, die in 2 zwischen dem jeweiligen Sensor 14, 16 und dem jeweils zugeordneten Messmodul 20 dargestellt sind. Solche Messtelegramme 30 können alternativ oder zusätzlich auch in der Kommunikation zwischen einem Messmodul 20 und der übergeordneten Verarbeitungseinheit 22 vorkommen.
3 zeigt zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine schematisch vereinfachte Darstellung der zeitlichen Verhältnisse bei der Ereignisverarbeitung. Danach wird in einem fiktiven Szenario davon ausgegangen, dass während der Verarbeitung oder der Übermittlung von Messtelegrammen 30 ein erstes Ereignis eintritt. Wenn dieses Ereignis unmittelbar zu Beginn eines bereits gestarteten Transfers eines Messtelegramms 30 eintritt, wird der Transfer dieses Messtelegramms zur Wahrung der Konsistenz der übermittelten Daten, gegebenenfalls auch aufgrund diesbezüglicher Randbedingungen durch das Busprotokoll, nicht unterbrochen und die Reaktion auf das Ereignis kann erst am Ende der Übertragung des Messprotokolls erfolgen. Wie weiter aus der schematisch vereinfachten Darstellung in 3 ersichtlich ist, ist die zur Übertragung eines Messprotokolls 30 benötigte Zeit jedoch konstant. Die Übertragungsdauer ergibt sich dabei insbesondere aus der in dem jeweiligen Telegramm, also dem Messtelegramm, sowie, wie sich im Folgenden ergeben wird, auch in den Ereignistelegrammen 24 enthaltenen Datenmenge einerseits und der Bandbreite des Übertragungsmediums. Im dargestellten Beispiel wird von einer Zeitdauer von 0,61 Mikrosekunden zur Übertragung eines Messtelegramms und/oder eines Ereignistelegramms 30, 24 ausgegangen. Damit beträgt eine maximale Verzögerung, also eine Zeitdauer, während der nicht auf ein Ereignis reagiert werden kann, ebenfalls 0,61 Mikrosekunden. Wenn ein Ereignis jedoch genau am Ende der Übertragung eines Mess- oder Ereignistelegramms 24, 30 eintritt, kann die Reaktion auf das Ereignis unmittelbar erfolgen, so dass sich eine Verzögerung von 0 Mikrosekunden ergibt. Für beide Konstellationen ist im Anschluss an eine exemplarisch angenommene Übertragung zweier aufeinander folgender Messtelegramme 30 die Übertragung eines Ereignistelegramms 24 in Reaktion auf das Ereignis entweder unmittelbar zu Beginn des zweiten Messtelegramms 30 oder unmittelbar zum Ende des zweiten Messtelegramms 30 gezeigt. Würde ein Ereignis zu einem sonstigen Zeitpunkt während der Übertragung des zweiten Messtelegramms 30 auftreten, ergeben sich gleiche Verhältnisse. Wie in 3 dargestellt und weiter oben bereits erwähnt, entspricht auch die Dauer der Übertragung eines Ereignistelegramms 24 der Dauer der Übertragung eines Messtelegramms 30. Insgesamt ergeben sich damit determinierte Verhältnisse für Zeiträume, während derer keine Reaktion auf ein eingetretenes Ereignis stattfinden kann.
Insgesamt lässt sich damit die vorliegende Erfindung wie folgt beschreiben: Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems, insbesondere in Form eines Mess- und/oder Überwachungssystems, angegeben, bei dem zur Verteilung von Ereignissen an angeschlossene Messmodule 20 vorgesehen ist, dass eine übergeordnete Verarbeitungseinheit 22 über ein Ereignis, das über eines der Messmodule 20 aufgenommen wurde, informiert wird und dass die Verarbeitungseinheit 22 jedes erreichbare Messmodul 20 über das Ereignis informiert. Es erfolgt also eine Vorverarbeitung jedes auf ein Ereignis zurückgehenden Ereignissignals in je einem einzigen Messmodul 20. Das Ereignis wird dann in einem Ereignistelegramm kodiert, welches über eine ohnehin in üblichen Automatisierungssystemen vorhandene Kommunikationsstrecke allen Messmodulen 20, einschließlich demjenigen, das die Vorverarbeitung leistet, zeitgleich und mit gegenüber dem ursprünglichen Ereignis bekannter Verzögerung zugestellt wird. Treten mehrere Ereignisse zeitgleich auf, wird dies durch eine Kodierung im Ereignistelegramm angezeigt. In jedem erreichbaren Messmodul 20 wird per Hardware-Logik aus dem Ereignistelegramm ein Signal generiert, dessen Auswertung zusammen mit einer zugrunde liegenden Ereigniskodierung einen Rückschluss auf Quelle und Zeitpunkt des ursprünglichen Ereignisses vermittelt. Damit ergibt sich der wesentliche Vorteil der Erfindung daraus, dass ohne jede Hardware-Konfiguration jedes Messmodul 20 mit jedem Ereignis im Gesamtsystem in Beziehung gesetzt werden kann.
Ein nach dem Verfahren arbeitendes Automatisierungssystem stellt sich damit insgesamt als Vorrichtung zur zeitgenauen Vermittlung von Ereignissen an viele Messmodule 20 in insbesondere verteilten Systemen dar, indem sich Messungen auf ereignisbezogene Verfahren stützen. Die Vorrichtung ist für beliebig viele Ereignisquellen nutzbar, ohne dass Hardware-Erweiterungen oder Hardware-Konfigurationsmaßnahmen erforderlich sind. Das Verfahren ist insbesondere auch zur Uhrensynchronisation in verteilten Messsystemen nutzbar.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems mit mindestens zwei Messmodulen (20), die jeweils kommunikativ mit einer übergeordneten Verarbeitungseinheit (22) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Verarbeitungseinheit (22) über ein Ereignis, das über eines der mindestens zwei Messmodule (20) aufgenommen wurde, informiert wird und dass die Verarbeitungseinheit (22) jedes erreichbare Messmodul (20) über das Ereignis informiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Messmodulen (20) um verteilte Messmodule (20) handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Information über das Ereignis einerseits an die Verarbeitungseinheit (22) und andererseits an jedes Messmodul (20) mittels einer Buskommunikation erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Information über das Ereignis an die Verarbeitungseinheit (22) auch Informationen über Zeitpunkt und/oder Ursprung des zugrunde liegenden Ereignisses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Information über das Ereignis an die Verarbeitungseinheit (22) beim zeitgleichen Auftritt mehrerer Ereignisse auch Informationen über die anderen Ereignisse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei die Buskommunikation über eine synchrone Kommunikationsstrecke erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, wobei die Information über das Ereignis mittels eines Ereignistelegramms (24, 26) mit konstanter, vorgegebener oder vorgebbarer Länge erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Übermittlung eines Ereignistelegramms (24, 26) in eine Übermittlung von Messtelegrammen (30) zwischen den Messmodulen (20) und/oder jeweils einem Messmodul (20) und der Verarbeitungseinheit (22) integriert ist und wobei Ereignistelegramme (28) und Messtelegramme (30) gleiche Länge aufweisen.
Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt, insbesondere Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 9.