DE102010025954A1 - Verfahren und Anordnung zur vollständigen oder teilweisen Nachbildung und/oder Simulation eines Automatisierungssystems - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur vollständigen oder teilweisen Nachbildung und/oder Simulation eines Automatisierungssystems Download PDF

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Abstract

Der Anmeldungsgegenstand betrifft ein Verfahren zur vollständigen oder teilweisen Simulation und/oder Nachbildung eines realen Automatisierungssystems mit untereinander kommunizierenden realen Automatisierungsgeräten, wobei eine Virtualisierung ausgeführt wird, bei welcher simulierte Geräte erzeugt werden, welche die realen Geräte ersetzen und simulieren und wobei die simulierten Geräte auf einem oder mehren Computern eines Host-Computersystems (1) implementiert werden, ist im Hinblick auf die Aufgabe, das bereits bekannte Verfahren und die bekannte Anordnung zu verbessern und bereits bestehende Hard- und Softwareressourcen bei der Simulation eines Automatisierungssystems effektiv zu nutzen, dadurch gekennzeichnet, dass ein reales Automatisierungsgerät durch ein simuliertes Gerät derart ersetzt wird, dass eine unveränderte oder veränderte Software (4, 6, 8) des realen Geräts implementiert und ausgeführt wird. Darüber hinaus ist eine Anordnung umfasst, welche ein Host-Computersystem (1), welches aus einem oder mehreren Computern besteht, aufweist, wobei ein Computer zur Bereitstellung einer Simulationsumgebung (2) einen Prozesssimulator aufweist und wobei eine Software (4, 6, 8) eines zu simulierenden und durch die Software repräsentierten realen Automatisierungsgeräts eines Automatisierungssystems auf einer Virtualisierungsebene (5) des Host-Computersystems (1) installiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollständigen oder teilweisen Nachbildung und/oder Simulation eines realen Automatisierungssystems, welches untereinander kommunizierende Automatisierungsgeräte umfasst, wie insbesondere Feld- sowie andere Steuer- und Regelgeräte, wie beispielsweise speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), wobei eine Virtualisierung ausgeführt wird, bei welcher diese realen Feld- und/oder Automatisierungsgeräte nachgebildet werden, so dass die Nachbildungen die realen Geräte funktional ersetzen und simulieren. Die nachgebildeten und/oder simulierten Feld- und/oder Automatisierungsgeräte werden auf einem oder mehreren Computern oder Datenverarbeitungseinrichtungen eines Host-Computersystems implementiert.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Verfahren zur Simulation von Komponenten eines Automatisierungssystems sind bereits bekannt. Automatisierungssysteme weisen häufig mindestens einen internen elektronischen Schaltkreis auf, welcher zumindest eine programmierbare oder konfigurierbare Steuer- und/oder Regelfunktion umfasst.
  • Diesbezügliche Automatisierungsgeräte umfassen eine einrichtungstypische spezifische Software und eine oder mehrere Schnittstellen. Dabei sind kabelgestützte oder kabellose digitale Kommunikationsschnittstellen, binäre und/oder analoge I/O-Signale und Mensch-Maschine-Schnittstellen bekannt.
  • Vor diesem Hintergrund werden beispielsweise Prozesssteuergeräte, Sensoren und Aktuatoren hauptsächlich gebraucht, um Signale zu erfassen oder zu verarbeiten. Andere elektronische Einrichtungen wie Remote I/Os, Gateways und Router werden für Kommunikationsnetzwerke benötigt. Diese Komponenten oder Einrichtungen können gegebenenfalls spezifische Steuerfunktionen oder zusätzliche Funktionen, wie beispielsweise Konfigurierung, Überwachung, Diagnose, Alarm- und Bestandsmanagement enthalten.
  • Bei der konstruktiven Auslegung von Anlagen für kontinuierliche Prozesse oder von einzelnen Anlagen zur Fertigung ist es von Vorteil, den spezifischen Prozess und das damit korrespondierende Automatisierungssystem zu simulieren und vorab nachzubilden.
  • Diese Simulation in Kombination mit einem Prozesssimulator erlaubt die Optimierung eines Steuerungssystems und das Auffinden von Konfigurierungs- und/oder Implementierungsfehlern in einem frühen Stadium der konstruktiven Auslegung des Systems. Dies kann vor einer realen Installation einer Anlage durchgeführt werden, wodurch Kosten, Zeit und Material während der späteren Installations- und/oder Inbetriebnahmephase eingespart werden können.
    Die allgemeine Herangehensweise bei der Simulation von Automatisierungsfunktionen beziehungsweise -funktionalitäten umfasst die Bereitstellung einer speziellen Simulationsumgebung, welche auf einem Host-Computer betrieben wird. Dieser benötigt ein bestimmtes Anwendungsprogramm, welches mit jedem realen Gerät korrespondiert und als Ausführungsanweisung (Implementierung) für eine Funktionsweise des Geräts vorliegt.
  • Die Kommunikation zwischen einzelnen Komponenten wird innerhalb der Simulationsumgebung simuliert, wobei eine Einrichtung benutzt wird, welche vom Betriebssystem des Host-Computers bereitgestellt wird. Eine auf diese Weise durchgeführte Auslegung kann sich jedoch vergleichsweise stark von einem System realer Einrichtungen zur Automation und einer realen Netzwerkkommunikation unterscheiden.
  • Eine aufkommende Technologie im Industriebereich ist die Virtualisierung, wobei unter Virtualisierung im Allgemeinen Methoden verstanden werden, die es ermöglichen die Ressourcen einer Datenverarbeitungseinrichtung in geeigneter Weise zusammenzufassen oder aufzuteilen. Die Möglichkeit, eine Vielzahl von Betriebssystemen auf einem einzelnen Personal-Computer (PC) ohne die Bereitstellung bestimmter, spezifischer Hardware betreiben zu können, bringt mehrere Vorteile, die auch nützlich für die Implementierung eines vollständig simulierten Automatisierungssystems sind, wobei die Anzahl der PCs entsprechend der Größe des Systems und den Leistungsanforderungen frei gewählt werden kann.
  • Ein Ansatz, eine Simulation eines Prozesses unter Verwendung einer Virtualisierung zu integrieren, ist in der EP 1 906 377 A1 , „System und Verfahren zur Integration eines Prozessleitsystems in einen Trainingssimulator”, offenbart. Dort wird ein virtueller PC verwendet, um ein Automatisierungssystem zu simulieren. Auf dem virtuellen PC wird eine Software zur Nachbildung einer technischen Anlage abgelegt. Hierbei wird die Nachbildung über eine vollständige spezifische Neuimplementierung des Prozessverhaltens und/oder der Anlagen- und Gerätefunktionalitäten auf einem PC erreicht.
  • Der hier vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bereits bekannte Verfahren und die bekannte Anordnung zu verbessern und weiterzuentwickeln und bereits bestehende Hard- und Softwareressourcen bei der Simulation sowie Nachbildung eines Automatisierungssystems möglichst effektiv zu nutzen.
  • Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sowie eine Anordnung zur Nachbildung und/oder Simulation eines Automatisierungs- und/oder Kommunikationssystems sind in weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
  • Danach wird ein reales Automatisierungsgerät durch ein nachgebildetes simuliertes Automatisierungsgerät derart ersetzt, dass das gerätespezifische Programm (Firmware) oder wenigstens eine diesbezügliche Programmkomponente weitgehend unverändert auf einer geeigneten virtuellen Umgebung installiert und ausgeführt werden kann.
  • Erfindungsgemäß ist zunächst vorausgesetzt worden, dass sich eine virtuelle Hardware nahezu wie eine reale Hardware verhält. Die Software, insbesondere die Firmware, eines Automatisierungsgeräts kann erfindungsgemäß ohne oder mit nur sehr geringfügigen Anpassungen verwendet werden. In einigen Fällen ist es sogar möglich, ein nachgebildetes simuliertes Gerät zu erzeugen, wenn der Quellcode der spezifischen Firmware des Geräts nicht zugänglich ist. Mit Ausnahme des zeitlichen Ansprechverhaltens ist davon ausgegangen worden, dass das simulierte Gerät sich wie ein reales Gerät verhält, weil die Firmware, sowie der anwendungsspezifische Maschinen oder Geräte Code, mit dem Zielsystem weitgehend übereinstimmen. Anwenderprogramme können unverändert und in gleicher Weise auf dem simulierten wie auf dem realen Gerät geladen und/oder ausgeführt werden. Weiter ist erkannt worden, dass das Ersetzen realer Komponenten durch virtuelle Komponenten sowohl bei einem einzelnen Automatisierungsgerät als auch bei einem vollständigen Automatisierungssystem, inklusive der jeweiligen Kommunikationseinrichtung des Automatisierungsgerätes, anwendbar ist. Die Leistungsfähigkeit der Umgebung für die virtuellen bzw. simulierten Geräte kann in einfacher Weise an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden, indem die Anzahl der verwendeten Host-Computer angepasst wird, die für die simulierten Komponenten, insbesondere für die simulierten Geräte, verwendet werden. Insofern ist die Simulationsumgebung problemlos an die Komplexität eines zu simulierenden Automatisierungs- und/oder Kommunikationssystems anpassbar. Die meisten Daten zur Auslegung, welche für das reale Automatisierungssystem erzeugt wurden, können erfindungsgemäß zur Auslegung des simulierten Automatisierungssystems wiederverwertet werden. Insoweit werden bereits bestehende Softwareressourcen bei der Simulation eines Automatisierungssystems effektiv genutzt.
  • Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
  • Vorteilhaft wird in einer weiteren Ausgestaltung eine Virtualisierungsebene verwendet, welche einen virtuellen Prozessor und virtuelle Schnittstellen bereitstellt, wobei die Hardware des Host-Computersystems genutzt wird. Jedes Automatisierungsgerät oder jedes Feldgerät kann als virtuelle Maschine dargestellt werden, welche mittels eines virtuellen Feldbusses oder einer virtuellen Feldbusschnittstelle mit einem oder mehreren anderen Geräten und mit einem oder mehreren Steuergeräten des Prozesses oder dem verteilten Steuerungssystem verbunden ist. Hierdurch können die Einsatzmöglichkeiten eines realen Geräts vollständig in der Simulationsumgebung geprüft und/oder validiert werden.
  • Vorteilhaft wird weiterbildend ein Emulator verwendet, welcher den Prozessortyp eines realen Automatisierungsgeräts emuliert und virtuelle Schnittstellen bereitstellt, wobei die Hardware des Host-Computersystems genutzt wird. Für den Fall, dass ein Mikrocontroller eines realen Geräts einen Mikrocode aufweist, der sich vom Host-Prozessor für die Simulation unterscheidet, kann die Virtualisierungstechnologie mit einem geeigneten Emulator kombiniert werden, welcher den Betriebscode (Operation Code) des realen Geräts ausführt. Ein Beispiel für einen besonders geeigneten Emulator, der eine Vielzahl von verschiedenen Mikrocontrollertypen und eine sehr breite Palette an Funktionsweisen bereitstellt, ist der „Qemu”.
  • Vorteilhaft wird in einer weiteren Ausführungsform der Emulator auf der Virtualisierungsebene eines Computers des Host-Computersystems implementiert. Zusätzlich zu der Virtualisierung können hierdurch Emulationen von Mikrocontrollern verwendet werden. Automatisierungsgeräte, welche Zielsysteme nutzen, die sich vom Host-Computersystem des Simulators unterscheiden, können nicht so einfach virtualisiert werden. Vor diesem Hintergrund kann eine Plattform von Emulationen von Mikrocontrollern genutzt werden, welche nahezu dieselben Einsatzmöglichkeiten und Vorteile bereitstellt wie eine Virtualisierungsumgebung.
  • Bei dem hier beschriebenen Verfahren werden vorteilhaft eine volle Virtualisierung, eine Paravirtualisierung, eine Virtualisierung auf der Ebene des Hostbetriebssystems oder eine „bare-metal”-Virtualisierung durchgeführt. Nicht nur die Steuergeräte (Controller) und die Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) der ausgelegten Anlage zur Durchführung des jeweiligen Prozesses, insbesondere des jeweiligen Automatisierungsprozesses, werden in einer bestimmten Virtualisierungsumgebung dargestellt und nachgebildet, sondern insbesondere auch die Feldgeräte, welche gewöhnlich über einen Feldbus mit dem verteilten Steuerungssystem oder einem oder mehreren Steuergeräten verbunden sind.
  • Vorteilhaft werden in weiterer Ausgestaltung die spezifischen Kommunikationsdienste der Automatisierungsgeräte, welche in den Softwareebenen des Kommunikationsprotokolls vorhanden sind, mit der virtualisierten physikalischen Protokollebene, welche durch die Virtualisierung bereitgestellt wird, kombiniert. Hierdurch können bereits bestehende Abläufe genutzt werden.
  • Vorteilhaft ist weiterhin vorsehbar, dass durch die Virtualisierungsebene eines Computers die Kommunikationsinfrastruktur für die simulierten Automatisierungsgeräte bereitgestellt wird, die auf diesem Computer implementiert sind. Hierdurch ist eine Simulation der Kommunikation der realen Geräte ermöglicht. Vor diesem Hintergrund sind vorteilhaft mehrere Computer mittels einer konventionellen Kommunikationstechnologie verbindbar. In effektiver Weise werden bereits bestehende Hardware und Software beziehungsweise diesbezügliche Ressourcen genutzt.
  • Das beschriebene und beanspruchte Verfahren kann auch vorteilhaft für die Simulation von Teilsystemen verwendet werden, die auf dem „Foundation Fieldbus”- und dem „Profinet”-Standard basieren. Des Weiteren ist auch vorsehbar dieses Verfahren auf reale und/oder simulierte Steuergeräte und/oder verteilte Steuerungssysteme anzuwenden.
  • Eine Anordnung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art, umfasst in vorteilhafter Ausgestaltung ein Host-Computersystem, welches aus einem oder mehreren Computern oder Datenverarbeitungseinrichtungen besteht, wobei ein Computer oder eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Bereitstellung einer Simulationsumgebung wenigstens eine Software eines zu simulierenden und/oder nachzubildenden und durch die Software repräsentierten realen Automatisierungsgeräts eines Automatisierungs- und/oder Kommunikationssystems auf einer Virtualisierungsebene des Host-Computersystems und/oder der Host-Datenverarbeitungseinrichtung installiert ist.
  • Vorteilhaft ist weiterbildend wenigstens eine Virtualisierungseinrichtung mit einer Virtualisierungsebene eingesetzt, welche einen virtuellen Prozessor und virtuelle Schnittstellen bereitstellt, wobei die Hardware des Host-Computersystems nutzbar ist. Jedes Automatisierungsgerät ist als virtuelle Maschine darstellbar, welche mittels eines virtuellen Feldbusses oder einer virtuellen Feldbusschnittstelle mit einem oder mehreren anderen Geräten und mit dem Steuergerät des Prozesses oder dem verteilten Steuerungssystem verbindbar ist. Hierdurch sind die Einsatzmöglichkeiten eines realen Geräts vollständig in der Simulationsumgebung wiederverwertbar.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Emulator vorgesehen und eingesetzt, welcher den Prozessortyp eines realen Automatisierungsgeräts emuliert und virtuelle Schnittstellen bereitstellt, wobei die Hardware des Host-Computersystems beziehungsweise des Host-Datenverarbeitungssystems nutzbar ist. Für den Fall, dass ein Mikrocontroller eines realen Geräts einen Mikrocode aufweist, der sich von dem Code des Host-Prozessor für die Simulation unterscheidet, kann die Virtualisierungstechnologie mit einem geeigneten Emulator kombiniert werden, welcher den Betriebscode (Operation Code) des realen Geräts ausführt. Ein Beispiel für einen besonders geeigneten Emulator, der eine Vielzahl von verschiedenen Mikrocontrollertypen und eine sehr breite Palette an Funktionsweisen bereitstellt, ist der „Qemu”.
  • In einer weiteren Ausprägung ist der Emulator auf der Virtualisierungsebene eines Computers des Host-Computersystems oder Host-Datenverarbeitungssystems implementiert. Zusätzlich zu der Virtualisierung sind hierdurch Emulationen von Mikrocontrollern verwendbar. Automatisierungsgeräte, welche Zielsysteme nutzen, die sich vom Host-Computersystem des Simulators unterscheiden, sind nicht so einfach virtualisierbar. Vor diesem Hintergrund ist eine Plattform von Emulationen von Mikrocontrollern nutzbar, welche nahezu dieselben Einsatzmöglichkeiten und Vorteile bereitstellt wie eine Virtualisierungsumgebung.
  • Vorteilhaft ist vorsehbar, dass mittels wenigstens einer Virtualisierungseinrichtung eine volle Virtualisierung, eine Paravirtualisierung eine Virtualisierung auf der Ebene des jeweiligen Host-Betriebssystems oder eine „bare-metal”-Virtualisierung bewirkbar ist. Nicht nur die Steuergeräte (Controller) und die Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) der ausgelegten Anlage zur Durchführung des Prozesses sind in einer bestimmten Virtualisierungsumgebung dargestellt und nachgebildet, sondern auch die Feldgeräte, welche gewöhnlich über einen Feldbus mit dem verteilten Steuerungssystem oder einem Steuergerät verbunden sind.
  • Weiterhin ist vorsehbar, dass jedes beliebige PC Betriebssystem, wie insbesondere MS Windows (eingetragene Marke von Microsoft Corp.), Linux (eingetragene Marke von Linus Torvalds), Unix. (eingetragene Marke von X/Open Company Limited), MAC OS (eingetragene Marke von Apple Inc.) und dergleichen als Host-Betriebssystem verwendet werden kann.
  • Vorteilhaft sind in einer weiteren Ausgestaltung die spezifischen Kommunikationsdienste der Automatisierungsgeräte, welche in den Softwareebenen des Kommunikationsprotokolls vorhanden sind, mit der virtualisierten physikalischen Protokollebene, welche durch die Virtualisierung bereitgestellt wird, kombiniert. Hierdurch sind bereits bestehende Abläufe nutzbar.
  • Vorteilhaft ist vorsehbar, dass durch die Virtualisierungsebene wenigstens einer Virtualisierungseinrichtung eines jeweiligen Computers die Kommunikationsinfrastruktur für die simulierten Automatisierungsgeräte bereitgestellt ist, die auf diesem Computer implementiert sind. Hierdurch ist eine Simulation der Kommunikation der realen Geräte ermöglicht und/oder bewirkbar.
  • Vor diesem Hintergrund sind vorteilhaft mehrere Computer oder Datenverarbeitungseinrichtungen mittels einer konventionellen Kommunikationstechnologie verbindbar. In effektiver Weise sind bereits bestehende Hardware und Software beziehungsweise diesbezügliche Ressourcen nutzbar.
  • Vorteilhaft ist vorsehbar, dass das Verfahren für reale Teilsysteme, welche auch Automatisierungsgeräte aufweisen, die für die Kommunikation den „Foundation-Fieldbus”- oder den „Profinet”-Standard nutzen, anwendbar ist.
  • Um Wiederholungen in Bezug auf die erfinderische Tätigkeit zu vermeiden, sei im Weiteren auf die Ausführungen zum Verfahren als solchem verwiesen.
  • Die Anordnung, welche ebenfalls die eingangs genannte Aufgabe löst, führt in vorteilhafter Ausgestaltung alle Verfahrensschritte des hier beschriebenen Verfahrens einzeln oder in Kombination aus.
  • Der Ansatz der Virtualisierung verspricht insbesondere Leistungsvorteile, wenn ein Multicore-Processor-Host-System verwendet wird.
  • Indem Virtualisierungstechnologien wie „Xen”-Software oder „VMware” (Markenname) verwendet werden, werden die meisten der Standard PC-oder Datenverarbeitungs-Schnittstellen, wie Ethernet oder RS-485, als virtuelle bzw. simulierte Automatisierungsgeräte zugänglich.
  • Es wird eine Virtualisierungstechnologie verwendet, welche geeignet ist, reale Hardware eines Geräts eines Automatisierungssystems durch eine virtuelle Hardware zu ersetzen, die in einem Host-Computersystem implementiert ist.
  • Vor diesem Hintergrund seien beispielhaft für Implementierungstechnologien „Xen”-Software (eingetragene Marke von Citrix Systems, Inc.) oder „VMware” (eingetragene Marke von VMware, Inc.) genannt.
  • In vorteilhafter Weiterbildung von Verfahren und Anordnung ist vorsehbar, dass dabei im Wesentlichen das Netz- beziehungsweise Netzwerkfähigkeiten sowie Netzwerkeigenschaften und/oder das Kommunikationsverhalten der jeweiligen Automatisierungsgeräte simuliert wird, nicht jedoch deren gesamte Funktionalität, wodurch der Simulationsaufwand vergleichsweise deutlich reduziert werden kann.
  • Die weitere Darlegung der Erfindung sowie vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen erfolgt anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele.
  • Es zeigen
  • 1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Simulation eines Automatisierungssystems und
  • 2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Simulation eines Automatisierungssystems.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Nachbildung und/oder Simulation eines Automatisierungssystems.
  • Sie umfasst ein Host-Computersystem 1, welches aus einem oder mehreren Computern besteht, welche ein Betriebssystem aufweisen. Hierbei muss nicht auf allen Computern dasselbe Betriebssystem betrieben werden.
  • Sofern keine verschiedenen Betriebssysteme erforderlich sind, hängt die Anzahl der Computer, die für die Anordnung zur Nachbildung und/oder Simulation verwendet werden, nur von den Anforderungen an deren Leistungsfähigkeit ab.
  • Für alle üblicherweise auf Computern desselben Typs und desselben Betriebssystems installierten Anwendungen eines Automatisierungssystems ist keine besondere Behandlung notwendig. Jedoch ist einem Computer zur Bereitstellung einer vollständigen Simulationsumgebung 2 ein Prozesssimulator hinzugefügt.
  • Die meisten der zu simulierenden und daher durch ihre Software 4, 6, 8 repräsentierten Automatisierungsgeräte eines Automatisierungssystems sind auf einer Virtualisierungsebene 5 des Host-Computersystems 1 installiert.
  • Sie können gemeinsam, im Falle der Software 8, mit einem zugehörigen Emulator 7 oder alleine, im Falle der Software 6, installiert sein. Die Software 8 ist gemeinsam mit einem Emulator 7 installiert. Die Software 6 ist ohne Emulator installiert.
  • In einigen Fällen, insbesondere bei der Software 4 eines einzelnen Geräts, kann zu deren Emulation die Emulationsebene 3 des Host-Computersystems 1 ausreichend sein.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Nachbildung und/oder Simulation eines Automatisierungssystems.
  • Sie umfasst ein Host-Computersystem 1, welches aus einem oder mehreren Computern besteht, welche ein Betriebssystem aufweisen. Hierbei muss nicht auf allen Computern dasselbe Betriebssystem betrieben werden.
  • Sofern keine verschiedenen Betriebssysteme erforderlich sind, hängt die Anzahl der Computer, die für die Anordnung zur Simulation verwendet werden, nur von den Anforderungen an deren Leistungsfähigkeit ab.
  • Für alle üblicherweise auf Computern desselben Typs und desselben Betriebssystems installierten Anwendungen eines Automatisierungssystems ist keine besondere Behandlung notwendig. Jedoch ist einem Computer zur Bereitstellung einer vollständigen Simulationsumgebung 2 ein Prozesssimulator hinzugefügt.
  • Die virtualisierten Automatisierungsgeräte sind auf der Virtualisierungsebene 5 außerhalb des Host-Computersystems 1 installiert. Um mit einem üblichen Personal Computer (PC) kompatibel zu sein, wird hier der Code zu einer x86-Plattform transformiert.
  • In einigen Fällen ist ein Emulator für Mikrocontroller zwischen der Virtualisierungsebene (standard x86) und der Firmware der Geräte installiert, um die Firmware ausführen zu können, welche nicht als Quellcode zugänglich ist.
  • Zusätzlich zu der Firmware der Automatisierungsgeräte und zur Anwendungssoftware ist die Kommunikation zwischen den Geräten in 2 beschrieben. Bei der virtuellen Kommunikation werden die gleichen Protokolle und Dienste verwendet wie bei den realen Geräten.
  • Insbesondere eine TCP/IP-basierte Kommunikation kann durch diese Ausführung leicht aufgebaut werden. Für andere Kommunikationsverfahren wird nur die physikalische Ebene der Kommunikation ersetzt, dann können die Dienste ebenfalls wiederverwertet werden.
  • Geeignete Verfahren zur Nachbildung der realen Kommunikationsmedien können Interprozesskommunikationsmechanismen wie z. B. „shared-memory” oder Microsoft COM sein.
  • Neben einer nahezu realistischen Simulation existierender Automatisierungsgeräte, können die beschriebenen Anordnungen und die mit diesen durchgeführten Verfahren auch zur Entwicklung und für Tests neuer Firmwareversionen von Geräten verwendet werden, welche in Automatisierungssystemen verwendet werden, bevor die Zielhardware für die Firmware erhältlich ist.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst dabei auch beliebige Kombinationen bevorzugter Ausführungsformen sowie einzelner Ausgestaltungsmerkmale oder Weiterbildungen, sofern diese sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Host-Computersystem
    2
    Simulationsumgebung
    3
    Emulatorebene
    4
    Software eines Automatisierungsgeräts
    5
    Virtualisierungsebene
    6
    Software eines Automatisierungsgeräts
    7
    Emulator
    8
    Software eines Automatisierungsgeräts
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1906377 A1 [0010]

Claims (15)

  1. Verfahren zur vollständigen oder teilweisen Simulation und/oder Nachbildung eines realen Automatisierungssystems mit untereinander kommunizierenden realen Automatisierungsgeräten, wobei eine Virtualisierung ausgeführt wird, bei welcher nachgebildete Geräte erzeugt werden, welche die realen Geräte vollständig oder teilweise ersetzen und simulieren und wobei die simulierten Geräte auf einem oder mehren Computern eines Host-Computersystems (1) implementiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein reales Automatisierungsgerät durch ein nachgebildetes simuliertes Gerät derart ersetzt wird, dass eine unveränderte oder veränderte Software (4, 6, 8) des realen Geräts mit Hilfe einer Virtualisierungs- und/oder Emulationsumgebung implementierbar und/oder ausführbar ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Virtualisierungsebene (5) verwendet wird, welche virtuelle Prozessoren und virtuelle Schnittstellen bereitstellt, wobei die Hardware des Host-Computersystems (1) genutzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emulator (7) verwendet wird, welcher den Prozessortyp eines realen Automatisierungsgeräts emuliert und virtuelle Schnittstellen bereitstellt, wobei die Hardware des Host-Computersystems (1) genutzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Emulator (7) auf der Virtualisierungsebene (5) eines Computers des Host-Computersystems (1) implementiert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine volle Virtualisierung, eine Paravirtualisierung, eine Virtualisierung auf der Ebene des Betriebssystems oder eine „bare-metal”-Virtualisierung durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes beliebige PC Betriebssystem, wie insbesondere MS Windows, Linux, Unix, MAC OS und dergleichen, als Host-Betriebssystem verwendbar ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Kommunikationsdienste der Automatisierungsgeräte, welche in den Softwareebenen des Kommunikationsprotokolls vorhanden sind, mit der virtualisierten physikalischen Protokollebene, welche durch die Virtualisierung bereitgestellt wird, kombiniert werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Virtualisierungsebene (5) eines Computers die Kommunikationsinfrastruktur für die simulierten Automatisierungsgeräte bereitgestellt wird, die auf diesem Computer implementiert sind.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Host-Computersysteme (1) mittels einer konventionellen Kommunikationstechnologie verbunden werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kommunikationssystem FOUNDATION FIELDBUS und/oder Profinet und/oder ein anderes Ethernet basiertes Verfahren verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kommunikationssystem Profibus und/oder Modbus/RTU und/oder ein Verfahren nach den Standards RS485 und/oder RS232 verwendet wird.
  12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Host-Computersystemen (1) mehr als ein Betriebssystem und unterschiedliche Betriebssysteme verwendet werden.
  13. Anordnung, umfassend ein Host-Computersystem (1), welches aus einem oder mehreren Computern besteht, wobei ein Computer zur Bereitstellung einer Simulationsumgebung (2) einen Prozesssimulator sowie zur Bereitstellung einer Virtualisierungsbene (5) eine Virtualisierungseinrichtung aufweist und wobei eine Software (4, 6, 8) einer zu simulierenden und/oder nachzubildenden und durch die Software repräsentierten realen Automatisierungsgerät eines Automatisierungssystems auf einer Virtualisierungsebene (5) des Host-Computersystems (1) installiert ist.
  14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Virtualisierungsebene (5) ein Emulator (7) installiert ist.
  15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 vorgesehen und bereitgestellt sind.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014111417A1 (de) * 2013-01-17 2014-07-24 Netstal-Maschinen Ag Mikroprozessor-gesteuerte steuerungseinrichtung für eine spritzgiessanlage mit einem simulationsrechner
EP2778816A1 (de) 2013-03-12 2014-09-17 ABB Technology AG System und Verfahren zum Prüfen eines verteilten Steuerungssystems einer Industrieanlage
EP2790101A1 (de) 2013-04-10 2014-10-15 ABB Technology AG System und Verfahren zur automatischen virtuellen Inbetriebnahme eines industriellen Automatisierungssystems
EP3001313A1 (de) * 2014-09-23 2016-03-30 dSPACE digital signal processing and control engineering GmbH Verfahren zur Simulation eines Anwendungsprogramms eines elektronischen Steuergeräts auf einem Computer
DE102015212158A1 (de) * 2015-06-30 2017-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Steuervorrichtung, Steuersystem und Verfahren
CN108496121A (zh) * 2017-08-25 2018-09-04 深圳市大疆创新科技有限公司 无人机仿真飞行系统、方法、设备及机器可读存储介质
WO2021249709A1 (de) * 2020-06-09 2021-12-16 Zf Friedrichshafen Ag Steuersystem für ein fahrzeug

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1906377A1 (de) 2006-09-27 2008-04-02 ABB Technology AG System und Verfahren zur Integration eines Prozessleitsystems in einen Trainingssimulator
DE102009057923A1 (de) * 2008-12-12 2010-07-01 Fanuc Ltd Simulationsvorrichtung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1906377A1 (de) 2006-09-27 2008-04-02 ABB Technology AG System und Verfahren zur Integration eines Prozessleitsystems in einen Trainingssimulator
DE102009057923A1 (de) * 2008-12-12 2010-07-01 Fanuc Ltd Simulationsvorrichtung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KROLL, Joachim: Das Who´s Who der Virtualisierungstechniken. In: elektroniknet, 2010, *. http://www.elektroniknet.de/embedded/technik-know-how/betriebssysteme/article/26197/0/Das_Whos_Who_der_Virtualisierungstechniken/ *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014111417A1 (de) * 2013-01-17 2014-07-24 Netstal-Maschinen Ag Mikroprozessor-gesteuerte steuerungseinrichtung für eine spritzgiessanlage mit einem simulationsrechner
EP2778816A1 (de) 2013-03-12 2014-09-17 ABB Technology AG System und Verfahren zum Prüfen eines verteilten Steuerungssystems einer Industrieanlage
WO2014139616A1 (en) 2013-03-12 2014-09-18 Abb Technology Ag System and method for testing a distributed control system of an industrial plant
US20160033952A1 (en) * 2013-03-12 2016-02-04 Abb Technology Ag System and method for testing a distributed control system of an industrial plant
US10317868B2 (en) * 2013-03-12 2019-06-11 Abb Schweiz Ag System and method for testing a distributed control system of an industrial plant
EP2790101A1 (de) 2013-04-10 2014-10-15 ABB Technology AG System und Verfahren zur automatischen virtuellen Inbetriebnahme eines industriellen Automatisierungssystems
EP2790101B1 (de) 2013-04-10 2016-01-20 ABB Technology AG System und Verfahren zur automatischen virtuellen Inbetriebnahme eines industriellen Automatisierungssystems
EP3001313A1 (de) * 2014-09-23 2016-03-30 dSPACE digital signal processing and control engineering GmbH Verfahren zur Simulation eines Anwendungsprogramms eines elektronischen Steuergeräts auf einem Computer
US9886294B2 (en) 2014-09-23 2018-02-06 Dspace Digital Signal Processing And Control Engineering Gmbh Method and device for testing an electronic control unit using a simulator running on a computer of different core type
DE102015212158A1 (de) * 2015-06-30 2017-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Steuervorrichtung, Steuersystem und Verfahren
CN108496121A (zh) * 2017-08-25 2018-09-04 深圳市大疆创新科技有限公司 无人机仿真飞行系统、方法、设备及机器可读存储介质
WO2021249709A1 (de) * 2020-06-09 2021-12-16 Zf Friedrichshafen Ag Steuersystem für ein fahrzeug

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