DE102009030842A1

DE102009030842A1 - Emulation eines Automatisierungssystems

Info

Publication number: DE102009030842A1
Application number: DE102009030842A
Authority: DE
Inventors: Claudia Ochs; Christian Spiska; Marco Wangerow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2010-12-30
Also published as: WO2010149433A1; EP2446331A1; CN102483619A; US20120173221A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Emulator, ein System und ein Verfahren zur Emulation zumindest einer Steuerung zumindest einer technischen Anlage. Um eine Emulationslösung anzugeben, die hochverfügbar mit realen Komponenten aus dem Automatisierungsumfeld kommunizieren kann, wird vorgeschlagen, einen Emulator um zumindest eine Nachbildung einer Betriebssystemfunktionalität und um eine Nachbildung zumindest eines Systemfunktionsbausteins der Steuerung für eine hochverfügbare Kommunikation zu ergänzen. Über zumindest eine Netzwerkkarte und/oder einen Kommunikationsprozessor und zumindest eine Kommunikationsschicht zur Herstellung der hochverfügbaren Kommunikation wird nach Laden einer Anlagenprojektierung das System mit der technischen Anlage vernetzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Emulator, ein System und ein Verfahren zur Emulation zumindest einer Steuerung zumindest einer technischen Anlage.
Diese kommen auf dem Gebiet der Automatisierungs- oder Anlagentechnik zum Einsatz. Hier wird aus Kostengründen für Schulungs- und Testzwecke üblicherweise eine Nachbildung der Anlagentechnik eingesetzt. Dabei wird der Steuerungsanteil – z. B. eine SPS, „SpeicherProgrammierbare Steuerung” bzw. PLC, „Programmable Logic Controller” – in Form einer Emulationslösung (als sogenannte SoftPLC) umgesetzt. Emulation ist die originalgetreue Nachbildung der Leittechnik auf Standard-PC-Basis. Dabei wird so weit wie möglich das originale Automatisierungsprogramm interpretiert. Nur wenn notwendig, werden die Schnittstellen zur Umgebung angepasst. Das Ziel der Emulationslösung ist die weitestgehend originalgetreue Nachbildung mit möglichst wenig Verfälschung durch Anpassungen der Anlagenauslegung an das Emulationssystem.
Für bestimmte Anwendungsfälle ist es notwendig, eine Kopplung zwischen emulierter und realer Hardware herzustellen. Bisher ist es allerdings nicht möglich, die in der Emulation ablaufenden Automatisierungsgeräte für die hochverfügbare Kopplung mit realer Hardware in die originale Netzprojektierung transparent mit einzubeziehen. Dadurch, dass die Emulation momentan nicht in der Lage ist, hochverfügbar mit realen Komponenten aus dem Automatisierungsumfeld zu kommunizieren, ist eine Kopplung nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Emulationslösung anzugeben, die hochverfügbar mit realen Komponenten aus dem Automatisierungsumfeld kommunizieren kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Emulator zur Emulation zumindest einer Steuerung zumindest einer technischen Anlage bei Ablauf auf einer Rechnereinheit eines erfindungsgemäßen Systems, wobei der Emulator zumindest eine Nachbildung einer Betriebssystemfunktionalität der Steuerung für eine hochverfügbare Kommunikation und eine Nachbildung zumindest eines Systemfunktionsbausteins der Steuerung für die hochverfügbare Kommunikation aufweist, sowie durch ein Computerprogrammprodukt mit einem derartigen Emulator.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein System zur Emulation zumindest einer Steuerung zumindest einer technischen Anlage, aufweisend zumindest eine Rechnereinheit mit zumindest einem Ein- und zumindest einem Ausgabegerät, zumindest einen erfindungsgemäßen Emulator, zumindest eine Netzwerkkarte und/oder einen Kommunikationsprozessor und zumindest eine Kommunikationsschicht zur Herstellung der hochverfügbaren Kommunikation.
Die Aufgabe wird schließlich gelöst durch ein Verfahren zur Emulation zumindest einer Steuerung zumindest einer technischen Anlage, wobei eine Anlagenprojektierung der technischen Anlage vorgenommen wird, wobei die Anlagenprojektierung in die Rechnereinheit eines erfindungsgemäßen Systems geladen wird und wobei das System über zumindest eine Netzwerkkarte und/oder einen Kommunikationsprozessor mit der technischen Anlage vernetzt wird.
Bei den bisherigen Emulationslösungen sind die für die hochverfügbare Kommunikation notwendigen Betriebssystemfunktionalitäten nicht in der Emulation implementiert. Eine Ausführung der Kommunikationsbausteine, welche die hochverfügbare Kommunikation abwickeln, war aus diesem Grunde nicht möglich. Daher können die bisherigen Emulationslösungen, die ein nichthochverfügbares Netzwerkprotokoll verwenden, aufgrund inkompatibler Protokollschichten nicht mit dem Automatisierungssystem, das ein hochverfügbares Protokoll verwendet, vernetzt werden.
Durch die Erweiterung der SoftPLC, d. h. des Emulators, als ursprünglich reinen Code-Interpreter um die Teile der Betriebssystemfunktionalitäten, die für die Abhandlung der hochverfügbaren Kommunikationsdienste verantwortlich sind, sowie durch die Nachbildung zumindest eines Systemfunktionsbausteins als Schnittstelle zwischen dem zu emulierenden Automatisierungsprogramm und den hochverfügbaren Betriebssystemfunktionalitäten der Kommunikationsdienste kann nunmehr eine hochverfügbare Kopplung zwischen emulierter und realer Automatisierungstechnik realisiert werden.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht also darin, einen ursprünglich reinen Code-Interpreter durch die Nachbildung der Betriebssystemfunktionalitäten für hochverfügbare Kommunikation zu erweitern, um den Interpreter für die Abhandlung von originalgetreuen hochverfügbaren Kommunikationsdiensten zu ertüchtigen. Zudem wird zumindest ein „originaler” Systemfunktionsbaustein der realen Steuerung, der für die hochverfügbare Kommunikation zuständig ist, nachgebildet, um den Ablauf des unveränderten Automatisierungsprogramms unter Verwendung der nachgebildeten Betriebssystemfunktionalität innerhalb der Emulation zu gewährleisten.
Zur Emulation der Steuerung der technischen Anlage muss noch eine Anlagenprojektierung der Anlage in die Rechnereinheit des erfindungsgemäßen Systems geladen werden und – neben dem Einrichten und Konfigurieren der Emulationsumgebung – das System über zumindest eine Netzwerkkarte und/oder einen Kommunikationsprozessor (auch NIC, Network Interface Card, bzw. CP, Communication Processor) mit der realen Hardware der technischen Anlage vernetzt werden.
In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung ist die Nachbildung des zumindest einen Systemfunktionsbausteins als Hochsprachenbaustein ausgeführt. Durch diese auch HLL, High Level Language, genannte Ausführung ist die Integration in die Betriebssystemnachbildung der SoftPLC besonders einfach möglich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Kommunikationsschicht eine Programmierschnittstelle zur Herstellung zumindest von hochverfügbaren Verbindungen zu Geräten der technischen Anlage sowie eine Verbindungsschicht zur Parametrierung und Initialisierung der Verbindungen auf. Dabei besteht z. B. die unterste Schicht aus der Programmierschnittstelle des verbreiteten Produktes „Simatic Net”, worauf die Verbindungsschicht aufsetzt, die u. a. die Aufgabe hat, alle Verbindungen – beispielsweise gemäß einer Konfigurationsdatei – zu parametrieren und für die Kommunikation zu initialisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Anlagenprojektierung mittels eines Projektierungssystems in die Rechnereinheit geladen. Ein derartiges Projektierungssystem wird üblicherweise auch zum Einspielen der Projektierung auf den realen Teil des Automatisierungssystems verwendet, so dass durch die Verwendung desselben Projektierungstools auch zum Laden der Projektierung auf den emulierten Teil des Automatisierungssystems kein Mehraufwand entsteht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Die Figur zeigt:
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Emulationslösung.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 18, bestehend aus einem Ein- 7 und einem Ausgabegerät 8 sowie einer Rechnereinheit 4 mit einer Netzwerkkarte bzw. einem Kommunikationsprozessor 9 und einer Kommunikationsschicht 10. Im dargestellten Beispiel sind zwei Emulatoren 1 auf der Rechnereinheit 4 installiert, die beide über die Kommunikationsschicht 10 mit einer Steuerung 2 einer technischen Anlage 3 kommunizieren können. Weitere Automatisierungsgeräte der Anlage 3 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Die als SPS ausgeführte Steuerung 2 weist ein Betriebssystem 14 auf, in dem verschiedene Systemfunktionsbausteine 15, 16 realisiert sind. Dabei ist der Funktionsbaustein 15 für die hochverfügbare Kommunikation zuständig.
Im (jeweiligen) Emulator 1 (der sogenannten SoftPLC) ist eine Nachbildung 5 derjenigen Betriebssystemfunktionalität der Steuerung 2 vorhanden, die für die hochverfügbare Kommunikation zuständig ist, ebenso wie eine Nachbildung 6 des betreffenden Systemfunktionsbausteins 15, die als Hochsprachenbaustein (HLL, High Level Language) ausgeführt ist.
Für die technische Anlage 3 wird eine Anlagenprojektierung vorgenommen, die zunächst in ein Projektierungssystem der Automatisierungsumgebung eingespielt und mit Hilfe des Projektierungssystems sowohl auf den realen 2 als auch auf den emulierten Teil 1 des Automatisierungssystems geladen wird. Nach dem selbstverständlichen Einrichten und Konfigurieren der Emulationsumgebung 18 und dem Aufbau und der Vernetzung der realen Hardware 3 wird das Emulationssystem 18 über eine für hochverfügbare Kommunikation geeignete Verbindung 11 mit der technischen Anlage 3 – im dargestellten Beispiel mit der SPS 2 der Anlage 3 – vernetzt.
Ein Anwenderprogramm 12 (z. B. ein Automatisierungsprogramm) läuft auf der Steuerung 2 und dem Emulator 1 ab, wobei verschiedene Anweisungen 13, 17 der Reihe nach abgearbeitet werden. Ein Aufruf für eine hochverfügbare Kommunikation erfolgt in Anweisung 17, wodurch der entsprechende Systemfunktionsbaustein 15 der Steuerung 2 bzw. im Emulator 1 die entsprechende Nachbildung 6 aufgerufen werden. Bei Ablauf des Anwenderprogramms 12 im erfindungsgemäßen Emulator 1 ist nun also auch über die Verbindung 11 eine hochverfügbare Kommunikation mit Geräten der Anlage 3 möglich, wodurch eine hochverfügbare Kopplung zwischen emulierter und realer Automatisierungstechnik realisiert wird.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Emulator, ein System und ein Verfahren zur Emulation zumindest einer Steuerung zumindest einer technischen Anlage. Um eine Emulationslösung anzugeben, die hochverfügbar mit realen Komponenten aus dem Automatisierungsumfeld kommunizieren kann, wird vor geschlagen, einen Emulator um zumindest eine Nachbildung einer Betriebssystemfunktionalität und um eine Nachbildung zumindest eines Systemfunktionsbausteins der Steuerung für eine hochverfügbare Kommunikation zu ergänzen. Über zumindest eine Netzwerkkarte und/oder einen Kommunikationsprozessor und zumindest eine Kommunikationsschicht zur Herstellung der hochverfügbaren Kommunikation wird nach Laden einer Anlagenprojektierung das System mit der technischen Anlage vernetzt.

Claims

Emulator (1) zur Emulation zumindest einer Steuerung (2) zumindest einer technischen Anlage (3) bei Ablauf auf einer Rechnereinheit (4) eines Systems (18) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Emulator (1) zumindest eine Nachbildung (5) einer Betriebssystemfunktionalität (14) der Steuerung (2) für eine hochverfügbare Kommunikation (11) und eine Nachbildung (6) zumindest eines Systemfunktionsbausteins (15, 16) der Steuerung (2) für die hochverfügbare Kommunikation (11) aufweist.
Emulator nach Anspruch 1, wobei die Nachbildung (6) des zumindest einen Systemfunktionsbausteins (15, 16) als Hochsprachenbaustein ausgeführt ist.
System (18) zur Emulation zumindest einer Steuerung (2) zumindest einer technischen Anlage (3), aufweisend zumindest eine Rechnereinheit (4) mit zumindest einem Ein- (7) und zumindest einem Ausgabegerät (8), zumindest einen Emulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zumindest eine Netzwerkkarte und/oder einen Kommunikationsprozessor (9) und zumindest eine Kommunikationsschicht (10) zur Herstellung der hochverfügbaren Kommunikation (11).
System nach Anspruch 3, wobei die Kommunikationsschicht (10) eine Programmierschnittstelle zur Herstellung zumindest von hochverfügbaren Verbindungen (11) zu Geräten der technischen Anlage (3) sowie eine Verbindungsschicht zur Parametrierung und Initialisierung der Verbindungen (11) aufweist.
Computerprogrammprodukt mit einem Emulator (1) nach Anspruch 1 oder 2.
Verfahren zur Emulation zumindest einer Steuerung (2) zumindest einer technischen Anlage (3), wobei eine Anlagenprojektierung der technischen Anlage (3) vorgenommen wird, wobei die Anlagenprojektierung in die Rechnereinheit (4) eines Systems (18) nach Anspruch 3 oder 4 geladen wird und wobei das System (18) über zumindest eine Netzwerkkarte und/oder einen Kommunikationsprozessor (9) mit der technischen Anlage (3) vernetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Anlagenprojektierung mittels eines Projektierungssystems in die Rechnereinheit (4) geladen wird.