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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Prozessleitsystem einer Automatisierungsanlage
mit über einen Datenbus vernetzten Feldgeräten,
welche über zugeordnete Systemsteuereinheiten betreibbar sind,
die über einen Systembus mit mindestens einem zentralen
Engineeringrechner zum Konfigurieren des Systems sowie einer zentralen
Leitstation zum Überwachung und Betreiben des Systems verbunden
sind. Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen im Rahmen dieses
Systems zum Einsatz kommenden Steuerrechner, ein Verfahren zum softwaregesteuerten
Betrieb desselben sowie ein hiermit im Zusammenhang stehendes Computerprogrammprodukt
nebst Datenträger.
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Das
Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf Automatisierungsanlagen. Beispielsweise
in der Nahrungsmittelindustrie, der pharmazeutischen Industrie,
der Automobilindustrie und der dergleichen. Ein Prozessleitsystem
dient zum Führen der Anlage und besteht typischerweise aus
so genannten prozessnahen Komponenten sowie Bedien- und Beobachtungsstationen.
Die prozessnahen Komponenten steuern vornehmlich Aktoren, wie Motoren,
Druckmittelzylinder und dergleichen und nehmen Messwerte auf. Die
Bedien- und Beobachtungsstationen dienen vornehmlich der Benutzerverwaltung,
Anlagenvisualisierung und ganz besonders der globalen Anlagensteuerung.
Bedien- und Beobachtungsstationen sind beispielsweise Engineeringrechner
zum Konfigurieren des Systems sowie zentrale Leitstationen zum Überwachen
und Betreiben des Systems.
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Die
verschiedenen Komponenten des Systems kommunizieren untereinander
nach Maßgabe einer festgelegten Verbindungsarchitektur.
Die gebräuchlichsten Architekturen sind Einbusarchitektur und
Serverarchitektur. Bei der Einbusarchitektur sind sämtliche
Komponenten des Prozessleitsystems auf einen Datenbus aufgereiht.
Dabei kann jede Bedien- und Beobachtungsstation die gewünschten
Daten von jeder prozessnahen Komponente abgreifen und dieser wiederum
Befehle erteilen. Diese Architektur hat den Vorteil einer hohen
Verfügbarkeit nachteilig ist die oft hohe Buslast bei großen
Anlagen. Hierfür wird sich vornehmlich der Serverarchitektur
bedient. Im Rahmen einer Serverarchitektur sind in der Regel zwei
unterschiedliche Bussysteme vorhanden. Während ein Systembus
die prozessnahen Komponenten mit zugeordneten Systemsteuereinheiten
verbindet, verbindet ein Terminalbus alle Bedien- und Beobachtungsstationen
mit den verschiedenen Systemsteuereinheiten. Die die Feldgeräte
befehligenden Systemsteuereinheiten sammeln zyklisch von allen Feldgeräten
die gewünschten Daten und stellen diese über den
Terminalbus den Bedien- und Beobachtungsstationen zur Verfügung.
Diese Architektur hat den Vorteil, dass durch die getrennten Bussysteme die
Buslast gut skaliert werden kann und dass ein einfacher Eingriff
für Fremdapplikationen durch den Server möglich
ist. Oft sind auch Mischversionen der vorstehend vorgestellten Architektur
im Einsatz. Die vorliegende Erfindung lässt sich vornehmlich
im Rahmen der Serverarchitektur für größere
Automatisierungsanlagen einsetzen.
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Aus
der
WO 2006/092382 geht
Aufbau und Funktion eines gattungsgemäßen Prozessleitsystems
hervor. In einem Engineeringsystem werden die für die Projektierung
und Konfiguration einer Automatisierungsanlage erforderlichen Daten
hinterlegt, wobei das Engineeringsystem nach Anforderung des Anwenders
aus einer projektbezogenen Automatisierungsanlage automatisch instandhaltungsrelevante Informationen
ermittelt, welche in einem Diagnosebereich des Engineeringsystems
auf einer Visualisierungseinrichtung darstellbar sind. Es werden
die Komponenten der Automatisierungsanlage, insbesondere die Feldgeräte,
durch geeignete Symbole in hierarchisch gegliederten Bildern dargestellt
und die instandhaltungsrelevanten Daten werden diesen zugeordnet.
Hierdurch ist der Anwender auf der Ebene der Bedien- und Beobachtungsstationen
des Prozessleitsystems in der Lage, über den zentralen Engineeringrechner,
der die vorgenannte Funktionalität bereitstellt, das Gesamtsystem
komfortabel zu konfigurieren.
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Im
Rahmen der Konfiguration von Prozessleitsystemen kommt es häufig
vor, dass Komponenten, beispielsweise Feldgeräte, von Drittherstellern
in das Prozessleitsystem zu integrieren sind. Damit diese Komponenten
von Drittherstellern möglichst nahtlos in die Steuerung
des Prozessleitsystems integriert werden können, ist es
im Stand der Technik erforderlich, spezielle Kommunikations – Gateways
als Schnittstelle vorzusehen. Solche Kommunikations – Gateways
können in Form von Software programmiert werden. Ebenso
ist es möglich, Mapping – Komponenten in die Prozessleitsystemsteuerungssoftware
zu implementieren welche durch den Anwender zu konfigurieren ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prozessleitsystem
zu schaffen, in welches sich mit wenig Aufwand flexibel Komponenten
von Drittanbietern, welche nicht per se systemkompatibel sind, integrieren
lassen.
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einem Prozessleitsystem gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst. Hinsichtlich eines speziellen Steuerrechners des
Systems wird die Aufgabe durch Anspruch 5 gelöst. Verfahrenstechnisch
wird die Aufgabe durch Anspruch 8 gelöst und hinsichtlich
eines hiermit im Zusammenhang stehenden Computerprogrammprodukts
sowie eines Datenträgers wird auf die Ansprüche
10 bzw. 11 verwiesen.
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Die
Erfindung schließt die systemtechnische Lehre ein, dass
zur Einbindung von Fremdsteuereinheiten an den Terminalbus ein zwischengeschalteter Steuerrechner
vorgesehen ist, der softwaregesteuert auf der Seite des Terminalbusses
eine systemkonforme E/A-Einheit simuliert, welche mit einem auf
der Seite der Fremdsteuereinheit angesiedelten Software-Schnittstelle,
die nachstehend als OPC-Client bezeichnet wird, in bidirektionaler
Verbindung steht.
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Die
Simulation der E/A-Einheit in dem die Schnittstelle zwischen Fremdsteuereinheit
und Terminalbus darstellenden Steuerrechner bietet die Vorraussetzung
dafür, in datentechnisch einfacher Weise eine Fremdsteuereinheit
nahtlos zu integrieren. Dieser Vorraussetzung bedient sich ein mit
der E/A-Einheit gekoppelter OPC-Client. OPC (OLE für Prozess
Control) ist eine Standardschnittstelle und basiert auf dem Komponentenmodell
der Firma Microsoft®. Der Begriff „OLE"
(Object Linking and Embedding) wurde zeitweise für die
gesamte Komponentenarchitektur verwendet. Die OPC-Schnittstelle steckt
vollständig in der Software, die auf einem PC als Plattform
für Bedien- und Beobachtungssysteme oder anderen Anwendungen
läuft, liegt unterhalb des Anwendungsprogramms und ist
vollständig durch Software implementiert. Somit konkurriert
OPC nicht mit Bussystemen, wie dem PROFIBUS, sondern verbindet Anwendungsprogramme
und Baugruppentreiber auf einem PC (Personalcomputer) miteinander. Es
wird hier stellvertretend für ein Application Programming
Interface zum Zugriff auf die Fremdsteuereinheit angeführt.
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Erfindungsgegenständlich
wird die OPC-Schnittstelle zwischen dem Datenerfassungssystem in
Form der simulierten E/A-Einheit auf Seiten des Terminalbusses und
der Fremdsteuereinheit als gerätespezifischer Datenlieferant
eingesetzt. Der OPC-Client kann über PROFIBUS, CAN-BUS
oder dergleichen mit einem oder mehreren OPC-Servern verbunden werden.
Der OPC-Server wird von einem Hersteller als eine Art Diensterbringer
zum Zugriff auf Daten bereitgestellt, beispielsweise um einen Zugang
zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung herzustellen. Da die
Art des Datenzugriffes für alle OPC-Server gleich ist,
kann mit vergleichsweise geringem Aufwand ein OPC-Server gegen ein
Produkt eines anderen Herstellers ausgetauscht werden, was die Vorraussetzung
dafür bildet, im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene
Fremdsteuereinheiten mit geringem Aufwand an einen Terminalbus eines
Prozessleitsystems anzuschließen.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
zudem darin, dass im Prinzip Fremdsteuereinheiten von Drittanbietern
in gleicher Weise wie originäre Systemsteuereinheiten anschließbar
sind. Auf der erfindungsgemäß simulierten systemkonformen E/A-Einheit
kann bei Bedarf zusätzliche Steuerlogik ausgeführt
werden. Insofern ist die erfindungsgemäße Lösung
an unterschiedliche Erfordernisses des Anwenders anpassbar.
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Mit
anderen Worten ist erfindungsgemäß das Prozessleitsystem
mit einer Softwaresteuerung ausgestattet, einem Softwareprogramm,
dass das Verhalten einer Systemsteuereinheit per PC simuliert. Dabei
laufen alle erforderlichen Mapping – Funktionen innerhalb
der Softwaresteuerung, genauso wie Funktionsblöcke, die innerhalb
der Steuerung im Feld ausgeführt werden. Um den Konfigurationsaufwand
zu senken, unterstützt die erfindungsgegenständliche
Softwaresteuerung vorzugsweise die Typen- und Instanzenbeziehungen
des Prozessleitsystems. Hierdurch entfallen Vordefinitionen von
Objekttypen für Objekte der Fremdsteuereinheit.
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Gemäß einer
die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen,
dass dem im Steuerrechner integrierten OPC-Client ein ebenfalls
hierin direkt mit integrierter OPC-Server als Kommunikationsschnittstelle
zur Fremdsteuereinheit hin zugeordnet ist. Letzterer kann insoweit
in vorteilhafterweise durch dieselbe Hardware mit betrieben werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung lässt
sich auch als Computerprogrammprodukt verkörpern, welches,
wenn es auf einem Prozessor des erfindungsgegenständlichen
zwischengeschalteten Steuerrechners läuft, den Prozessor
softwaremäßig anleitet, die zugeordneten erfindungsgegenständlichen Verfahrensschritte
durchzuführen.
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In
diesem Zusammenhang gehört auch ein computerlesbares Medium
zum Gegenstand der Erfindung, auf dem ein vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt
abrufbar gespeichert ist.
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Blockschaltdarstellung eines Prozessleitsystems mit
integrierten Fremdsteuereinheiten, und
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2 eine
blockschaltbildartige Darstellung einer Komponente aus dem Prozessleitsystem
von 1.
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Gemäß 1 besteht
das Prozessleitsystem einer Automatisierungsanlage im Wesentlichen aus
mehreren über einen Systembus 1 vernetzten Feldgeräten 2a bis 2c,
welche in diesem Ausführungsbeispiel als Elektromotoren
ausgebildet sind. Über eine ebenfalls am Systembus 1 angeordnete Steuereinheit 3 erfolgt
die Anbindung an einen Terminalbus 4. Zur Konfiguration
des Systems ist am Terminalbus 4 daneben auch ein Engineeringrechner 5 angeschlossen.
Zur Überwachung und zum Betreiben des Systems ist eine
zentrale Leitstation 6 am Terminalbus 4 angeschlossen.
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An
dem Prozessleitsystem ist außerdem eine Fremdsteuereinheit 7 angeschlossen,
welche von einem anderen Hersteller stammt als die Systemsteuereinheit 3.
Insoweit weist die Fremdsteuereinheit 7 andere Anschlussbedingungen
auf. Zur Einbindung der Fremdsteuereinheit 7 an den Terminalbus 4 ist
ein Steuerrechner 8 zwischengeschaltet.
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Nach 2 beinhaltet
der hier blockschaltbildartig dargestellte Steuerrechner 8,
welcher gegenständlich als Personalcomputer (PC) ausgebildet ist,
auf der Seite des Terminalbusses 4 eine zum Prozessleitsystem
konforme E/A-Einheit 9, welche per Software simuliert wird.
Auf der Seite der Fremdsteuereinheit 7 wird ebenfalls per
Software ein OPC-Client 10 dargestellt. Zwischen der E/A-Einheit 9 und dem
OPC-Client 10 erfolgt ein bidirektionaler Datenaustausch,
damit die Fremdsteuereinheit 7 über das Prozessleitsystem
wie eine eigene Systemsteuereinheit betreibbar ist.
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Dem
im Steuerrechner 8 integrierten OPC-Client 10 ist
ein ebenfalls hierin integrierter OPC-Server 11 als Kommunikationsschnittstelle
zur Fremdsteuereinheit 7 zugeordnet. Seitens des Terminalbusses 4 sorgt
eine Steuerlogikeinheit 12 für eine Ausführung
von Funktionsblöcken 13 über die E/A-Einheit 9,
welche ihrerseits den bidirektionalen Datenaustausch mit dem OPC-Client 10 für
die Einbindung der Fremdsteuereinheit 7 schnittstellenmäßig
abwickelt.
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Darüber
hinaus kann vorgesehen sein, Alarme in der Steuerlogikeinheit 12 zu
erzeugen. Soweit das Fremdsystem keinen Mechanismus zum Zugriff auf
in der Fremdsteuereinheit 7 detektierte Alarmbedingungen,
beispielsweise Grenzwertverletzung im Prozess, anbietet, werden
diese somit an den Bedienstationen zur Verfügung gestellt.
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Darüber
hinaus kann vorgesehen sein, notwendige Transformationen zur korrekten
Darstellung der Daten der Fremdsteuereinheit 7 im Leitsystem, durch
vom Anwender oder Systemhersteller bereitgestellte Applikationen
in der Steuerlogikeinheit 12 durchzuzführen. Diese
Applikationen können demnach mit vorhandenen Werkzeugen
des Prozeßleitsystems erstellt werden und erfordern keine
separaten Programmierwerkzeuge oder -kenntnisse. Dazu gehören
insbesondere aber nicht abschließend die Anpassung von
Datentypen oder auch spezifische Kommandfolgen um an die Fremdsteuereinheit 7 angeschlossene
Aggregate zu starten.
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- 1
- Systembus
- 2
- Feldgerät
- 3
- Systemsteuereinheit
- 4
- Terminalbus
- 5
- Engineeringrechner
- 6
- Leitstation
- 7
- Fremdsteuereinheit
- 8
- Steuerrechner
- 9
- E/A-Einheit
- 10
- OPC-Client
- 11
- OPC-Server
- 12
- Steuerlogikeinheit
- 13
- Funktionsblock
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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