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Die Erfindung betrifft das Erstellen von Prozessmodellen. Prozessmodelle werden bei der Simulation (oder für das Engineering von Automatisierungen bzw. den Test von Automatisierungen) technischer Prozesse verwendet und beschreiben den jeweiligen technischen Prozess oder den technischen Prozess und Teile der Automatisierungshardware.
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Vor einer Auslieferung einer leittechnischen Automatisierungslösung zur Inbetriebnahme auf einer Anlage, insbesondere einer Kraftwerksanlage, ist ein vollständiger Test der leittechnischen Funktionen erforderlich. In der Fachterminologie wird ein solcher Test mitunter auch als Factory Acceptance Test (FAT) bezeichnet. Bisher wurde zur Durchführung eines solchen Tests die reale Automatisierungshardware installiert. Dies ist sehr aufwändig, speziell bei großen Anlagen, bei denen häufig mehr als einhundert Automatisierungsgeräte zum Einsatz kommen, nämlich Automatisierungsgeräte mit einer eigenen Verarbeitungsfunktionalität, also zum Beispiel speicherprogrammierbare Steuerungen oder dergleichen. Mithilfe der realen Hardware, also dem jeweiligen Automatisierungsgerät und angeschlossenen Ein-/Ausgabe-Baugruppen (IO-Baugruppen) ist es möglich, die Automatisierungslösung gemäß der Projektierung zum Ablauf zu bringen und zumindest einen Teil der Funktionen in einem zumindest eingeschränkten Umfang zu testen. Ein direkter Bezug zur realen Anlage und zum realen technischen Prozess, insbesondere einem Kraftwerksprozess, ist jedoch nicht gegeben.
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Um einen umfangreichen Test der gesamten leittechnischen Automatisierungslösung durchführen zu können, wird bei ausgewählten Anlagen, speziell bei großen und sehr großen Anlagen, ein Prozessmodell erstellt und dieses zum Test herangezogen. Der Test erfolgt dann mit dem Prozessmodell und der realen Automatisierungshardware oder dem Prozessmodell und einer Emulation der realen Automatisierungshardware.
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Auf Basis eines solchen Prozessmodells erfolgt gewissermaßen eine virtuelle Inbetriebnahme der jeweiligen Anlage, also zum Beispiel einer Kraftwerksanlage. Dabei wird der physikalische Prozess der jeweiligen Anlage simuliert und die Leittechnik, also die Automatisierungshardware, emuliert.
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Während die Emulation der Automatisierungshardware automatisch aus den entsprechenden Daten der Automatisierungslösung (Engineeringdaten) abgeleitet werden kann, muss das Prozessmodell auf Basis von Unterlagen zu der jeweiligen Anlage, zum Beispiel einem sogenannten Piping and Instrumentation Diagram (P&ID), erstellt werden. Dies ist äußerst aufwändig und verursacht hohe Kosten. Die Kosten steigen zudem in Abhängigkeit von der Genauigkeit des resultierenden Prozessmodells erheblich an.
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Eine Gesamtsimulation bestehend aus Emulation und Prozessmodell wird zurzeit vorwiegend für Schulungszwecke, jedoch auch immer häufiger für Tests und Inbetriebnahmezwecke eingesetzt. Ein Breiteneinsatz für Test- und Inbetriebnahmezwecke scheitert derzeit allerdings an den hohen Kosten für die Erstellung des jeweiligen Prozessmodells.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von der vorstehend skizzierten Situation darin, eine effiziente Möglichkeit zur Generierung eines Prozessmodells anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens zum automatischen Erzeugen eines Prozessmodells mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, indem das Prozessmodell automatisch auf Basis zumindest eines Anlagenbilds des technischen Prozesses und der davon umfassten Daten erzeugt wird.
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Gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz ist demnach vorgesehen, dass zumindest ein im Folgenden als Anlagenbild bezeichnetes sogenanntes HMI-Bild (HMI = Human Machine Interface), welches im Rahmen der Entwicklung einer Automatisierungslösung erstellt wird, für eine automatische Erzeugung eines Prozessmodells herangezogen wird, wobei üblicherweise eine Mehrzahl solcher Anlagenbilder die Basis für die automatische Erzeugung des Prozessmodells bildet.
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Eine solche automatische Erzeugung eines Prozessmodells fußt auf solchen Anlagenbildern und ergänzenden verfahrenstechnischen Daten. Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass die Anlagenbilder alle für die Erstellung eines Prozessmodells relevanten Daten enthalten. In den Anlagenbildern sind nämlich alle prozesstechnischen Komponenten, zum Beispiel Kessel, Rohrleitungen, Behälter usw. dargestellt. Darüber hinaus umfassen die Anlagenbilder als weitere prozesstechnische Elemente auch die im technischen Prozess vorgesehenen Aggregate, zum Beispiel Pumpen, Ventile und dergleichen. Über zum Beispiel Rohrleitungen sind die Aggregate mit den prozesstechnischen Komponenten verbunden, so dass sich aus den Anlagenbildern ebenfalls ergibt, wie die Komponenten mit den Aggregaten und umgekehrt in Verbindung stehen. Diese Anlagenbilder liegen – ebenso wie die Automatisierungssoftware – für jede technische Anlage, insbesondere jede Kraftwerksanlage, am Ende einer sogenannten Engineeringphase und damit zur Verwendung für einen möglichen Test der Automatisierungslösung vor.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Erstellung des Prozessmodells automatisch aus im Wesentlichen bereits ohnehin zur Verfügung stehenden Daten, nämlich den Anlagenbildern und ergänzenden verfahrenstechnischen Informationen, erstellt werden kann. Eine solche automatische Erstellung des Prozessmodells ist deutlich preiswerter als eine bisherige „manuelle“ Erstellung eines Prozessmodells durch einen Experten. Zudem sind bei einer bisherigen Erstellung eines Prozessmodells Fehler, zum Beispiel aufgrund nachlassender Konzentration des jeweiligen Bearbeiters, durchaus üblich. Dies ist bei einer automatischen Erstellung eines Prozessmodells ausgeschlossen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei 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. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene Verfahren auch entsprechend der abhängigen Vorrichtungsansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses zumindest die folgenden Schritte: Zunächst wird mit einem dafür bestimmten Softwarewerkzeug zumindest ein Anlagenbild zur Visualisierung des technischen Prozesses erstellt. Das mindestens eine Anlagenbild umfasst als Repräsentant einer Komponente oder eines Aggregats des technischen Prozesses jeweils ein im Folgenden als Anlagenbildobjekt bezeichnetes Element. Jedes derartige Element ist ein Softwareobjekt. Alle Elemente umfassen bezüglich der jeweils repräsentierten Komponente oder des repräsentierten Aggregats Parameterdaten zu deren bzw. dessen Parametrierung sowie eine Gleichung zur Beschreibung von deren bzw. dessen dynamischem Verhalten oder eine Referenz auf eine solche Gleichung. Nachdem mittels solcher Elemente das zumindest eine Anlagenbild erstellt ist, was spätestens beim Abschluss der Engineeringphase der Fall ist, erfolgt mittels eines dafür bestimmten und im Folgenden als Extraktor bezeichneten Softwarewerkzeugs ein automatisches Extrahieren der in dem zumindest einen Anlagenbild und der davon umfassten Elemente enthaltenen Daten. Der Extraktor erzeugt daraufhin automatisch auf Basis der extrahierten Daten eine im Folgenden als Strukturinformation bezeichnete maschinenlesbare Datenbasis. Zum Erzeugen des Prozessmodells erfolgt schließlich mittels eines dafür bestimmten und im Folgenden als Generator bezeichneten Softwarewerkzeugs auf Basis der Strukturinformation eine automatische Instanziierung von jeweils einem Prozessmodellobjekt zu jeweils einem Element. Die Gesamtheit der so erzeugten Prozessmodellobjekte und deren Daten bilden das Prozessmodell.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ist jedes Element eines Anlagenbilds eine Instanz eines beim Erstellen des mindestens einen Anlagenbilds aus einer ersten Bibliothek auswählbaren Objekttyps. Des Weiteren ist jedes Prozessmodellobjekt eine Instanz eines beim automatischen Erzeugen des Prozessmodells aus einer zweiten Bibliothek auswählbaren Objekttyps. Der einem jeweiligen Prozessmodellobjekt zugrunde liegende Objekttyp wird automatisch zur Instanziierung des Prozessmodellobjekts anhand der von der Strukturinformation umfassten Daten zu dem zugrunde liegenden Element ausgewählt. Die Verwendung von Objekttypen vereinfacht die Implementation des hier vorgestellten Ansatzes in Software. Die Verwendung von Objekttypen als Basis für die Elemente des mindestens einen Anlagenbilds gewährleistet, dass jedem Element die für die spätere automatische Erzeugung des Prozessmodells und der davon umfassten einzelnen Prozessmodellobjekte notwendigen Daten zugeordnet werden können. Der einem Element zugrunde liegende Objekttyp wird als Datum innerhalb der Strukturinformation mitgeführt, zum Beispiel in Form von oder als Teil eines Bezeichners des jeweiligen Elements. Durch Auswertung dieses Datums der Strukturinformation kann der Generator automatisch ein zu dem jeweiligen Element passendes Prozessmodellobjekt erzeugen und aufgrund der allen Prozessmodellobjekten gemeinsamen datentechnischen Grundstruktur (aufgrund eines zugrunde liegenden Objekttyps) dem neuen Prozessmodellobjekt die in der Strukturinformation enthaltenen Daten zu dem zugrunde liegenden Element zuweisen.
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Bei einer nochmals weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst jedes Element über die Parameterdaten und die Gleichung oder die Referenz auf die Gleichung hinaus eine oder mehrere im Folgenden auch als Ports bezeichnete Anschlussstellen. Zur Verknüpfung zweier Elemente, zum Beispiel zur Darstellung eines über eine Rohrleitung an einen Kessel angekoppelten Ventils, werden diese mittels ihrer Anschlussstellen verbunden. Die Daten der Ports eines Elements werden mittels des Extraktors automatisch extrahiert und in die Strukturinformation übernommen. Die Ports stellen auf der Ebene des mindestens einen Anlagenbilds den funktionalen Zusammenhang einzelner Elemente dar und dieser Zusammenhang bleibt auch – durch Übernahme der entsprechenden Daten in die Strukturinformation – für die Erzeugung des Prozessmodells erhalten.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens zum automatischen Erzeugen eines Prozessmodells, welches auf Elementen des mindestens einen Anlagenbilds basiert, welche für Verbindungen untereinander Ports aufweisen, erfolgt beim Verbinden zweier Elemente automatisch eine Typprüfung bezüglich einer beim Verbinden verwendeten Verbindung sowie der Anschlussstellen, an denen diese angreift. Eine solche Typprüfung lässt nur sinnvolle Verbindungen zwischen Elementen eines Anlagenbilds oder mehrerer Anlagenbilder zu. Dies erleichtert eine Fehlersuche und schließt eine Vielzahl von Fehlermöglichkeiten von vornherein aus.
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Wenn im Weiteren auf Basis zweier oder mehrerer mittels ihrer Anschlussstellen verbundener Elemente automatisch beim Erzeugen des Prozessmodells Verbindungen zwischen den auf Basis dieser Elemente automatisch instanziierten Prozessmodellobjekten erzeugt werden, ist gewährleistet, dass zumindest auch die Verbindungen zwischen den resultierenden Prozessmodellobjekten sinnvoll sind.
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Eine weitere spezielle und grundsätzlich optionale Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass jedes Element zumindest die Parameterdaten und die Gleichung oder die Referenz auf die Gleichung in auswählbaren Hierarchiestufen umfasst und dass eine Auswahl einer bestimmten Hierarchiestufe beim automatischen Extrahieren der Strukturinformation berücksichtigt wird. Die Auswahl jeweils einer Hierarchiestufe führt dazu, dass beim automatischen Extrahieren der Strukturinformation das jeweilige Element so betrachtet wird, als würde dieses nur die Daten der jeweiligen Hierarchiestufe umfassen. Mit der Möglichkeit zur Berücksichtigung solcher Hierarchiestufen lässt sich in vorteilhafter Art und Weise die Komplexität und/oder die Genauigkeit des jeweils automatisch erzeugten Prozessmodells beeinflussen.
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Schließlich ist bei einer besonderen Variante des hier beschriebenen Ansatzes optional vorgesehen, dass zum Erzeugen eines einen Teil des technischen Prozesses abbildenden Prozessmodells beim Erstellen des zumindest einen Anlagenbilds in dieses als zusätzliche Elemente Abbruchstellen eingefügt werden. Diese Abbruchstellen werden datentechnisch wie andere Elemente des mindestens einen Anlagenbilds behandelt und entsprechend gelangen deren Daten damit auch in die Strukturinformation. Auf deren Basis kann mittels des Generators zu jedem derartigen Element ein die jeweilige Abbruchstelle simulierendes Prozessmodellobjekt, zum Beispiel ein Prozessmodellobjekt, das eine definierte Flüssigkeitszufuhr in eine Rohrleitung simuliert, erzeugt werden. Mittels solcher Abbruchstellen können auch im Folgenden als Prozessmodellmodule bezeichnete Prozessmodelle eines Teils des technischen Prozesses erzeugt werden. Die Daten für solche Prozessmodellmodule, also zumindest ein Anlagenbild und davon umfasste Elemente, stehen zum Teil bereits zu einer frühen Phase des Engineeringprozesses zur Verfügung. Der Test der Automatisierungslösung kann dann bereits relativ früh und parallel zum Fortschreiten des Engineeringprozesses erfolgen, so dass Erkenntnisse aus solchen Tests unmittelbar in das Engineering einfließen können.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch mittels einer Vorrichtung, nämlich einem Computersystem, hier speziell einem Leitsystem gelöst. Das Leitsystem umfasst zumindest eine Verarbeitungseinheit und einen Speicher. In den Speicher ist mindestens ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur Ausführung aller Schritte des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens geladen und dieses wird beim Betrieb des Leitsystems zur automatischen Erzeugung eines Prozessmodells durch dessen Verarbeitungseinheit, also einen Mikroprozessor oder dergleichen, ausgeführt. Das zuvor erwähnte und als Extraktor bezeichnete Softwarewerkzeug ist ebenso wie das als Generator bezeichnete Softwarewerkzeug entweder jeweils ein eigenständiges Computerprogramm oder jeweils eine Teilfunktionalität eines einzelnen Computerprogramms. In den Speicher des Leitsystems werden demnach entweder eigenständige Computerprogramme zur Implementation der Funktionalität des Extraktors und der Funktionalität des Generators oder ein einzelnes Computerprogramm, welches beide Funktionalitäten umfasst, geladen und beim Betrieb des Leitsystems zur automatischen Erzeugung eines Prozessmodells ausgeführt. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm, also ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch ein Computersystem im Allgemeinen, oder ein Leitsystem in dem hier beschriebenen Technologieumfeld, in dessen Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Computersystems oder des Leitsystems ergeben sich aus einer Umsetzung einzelner oder mehrerer Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs und der darauf rückbezogenen Ansprüche.
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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.
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Es zeigen
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1 ein Beispiel für ein Anlagenbild, wie es zur Bedienung eines technischen Prozesses und zur Visualisierung zumindest eines Teils des technischen Prozesses üblich ist,
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2 eine Prinzipdarstellung des hier vorgeschlagenen Ansatzes zur automatischen Generierung eines Prozessmodells,
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3 eine Übersichtsdarstellung zur Erläuterung einer Versorgung des Prozessmodells mit Daten,
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4 eine Veranschaulichung eines in einem Anlagenbild verwendbaren Anlagenbildobjekts,
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5 zwei miteinander verbundene Anlagenbildobjekte,
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6 eine exemplarische Darstellung einer beim Extrahieren der Daten von zumindest einem Anlagenbild entstehenden, maschinenlesbaren Strukturinformation und
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7 eine Übersichtsdarstellung zur Veranschaulichung eines Ablaufs eines Verfahrens zum automatischen Erstellen eines Prozessmodells gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz.
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Die Darstellung in 1 zeigt ein Beispiel für ein Anlagenbild 10 der eingangs genannten Art. Dieses umfasst in herkömmlicher Art und Weise eine Darstellung diverser Komponenten 12 des jeweiligen (selbst nicht gezeigten) technischen Prozesses, insbesondere eines Kraftwerksprozesses, nämlich zum Beispiel eine Darstellung eines Kessels, eine Darstellung von Rohrleitungen, eine Darstellung von Ventilen usw., wobei in der Darstellung in 1 nur einzelne derartige Komponenten exemplarisch bezeichnet sind.
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Aus einem solchen Anlagenbild 10 und ggf. weiteren Anlagenbildern 10 werden die für die automatische Erstellung eines Prozessmodells 20 (2) relevanten Informationen ermittelt.
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Dazu zeigt die Darstellung in 2 in schematisch vereinfachter Art und Weise einen prinzipiellen Ablauf beim automatischen Erstellen eines Prozessmodells 20: Aus einem Anlagenbild 10 oder mehreren Anlagenbildern 10 werden mittels eines als Extraktor 22 fungierenden Computerprogramms die für das Prozessmodell 20 relevanten Daten extrahiert. Im Rahmen dieser Datenextraktion entsteht eine automatisch erzeugte und im Folgenden als Strukturinformation 24 bezeichnete Datenbasis. Diese wird mittels eines Generators 26, nämlich einem als Prozessmodellgenerator fungierenden Computerprogramm, verarbeitet. Mittels des Generators 26 wird automatisch das Prozessmodell 20 erzeugt. Als Generator 26 kommt zum Beispiel ein Computerprogramm mit einer Funktionalität in Betracht, wie dies grundsätzlich von dem Simulation Framework (SIMIT) der Anmelderin bekannt ist.
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Die Darstellung in 3 zeigt schematisch sehr stark vereinfacht die Verwendung des automatisch erzeugten Prozessmodells 20 zum Test einer zur Automatisierung des jeweiligen technischen Prozesses vorgesehenen Automatisierungslösung 28. Die Automatisierungslösung 28 umfasst zumindest ein Steuerungsprogramm, das in einen Speicher eines Automatisierungsgeräts ladbar und durch das Automatisierungsgerät in an sich bekannter Art und Weise ausführbar ist. Zur Automatisierungslösung 28 im weiteren Sinne gehören auch die Automatisierungshardware, nämlich die für die Automatisierung des jeweiligen technischen Prozesses vorgesehenen Automatisierungsgeräte und deren Vernetzung untereinander. Die Automatisierungslösung 28 wird entweder auf die konkrete Automatisierungshardware geladen und dort ausgeführt und/oder mittels einer Emulation der Automatisierungshardware oder eines Teils der Automatisierungshardware ausgeführt. Bei der Darstellung in 3 wird von einer Emulation der Automatisierungshardware ausgegangen und die Automatisierungslösung 28 wird entsprechend im Rahmen der Emulation ausgeführt. Zur Bedienung des technischen Prozesses ist eine grundsätzlich an sich bekannte HMI-Komponente vorgesehen, die unter anderem die Darstellung des mindestens einen Anlagenbilds 10, üblicherweise einer Vielzahl von Anlagenbildern 10, vornimmt.
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Bedienhandlungen eines Benutzers in Bezug auf ein Anlagenbild 10 werden mittels der HMI-Komponente an die Emulation weitergegeben. Die Bedienhandlung des Benutzers zielt zum Beispiel auf das Entleeren eines Kessels im technischen Prozess ab, zum Beispiel indem ein Ventil geöffnet oder eine Pumpe gestartet wird. Eine Ansteuerung eines solchen Aktors findet ihre Entsprechung in der Emulation der Automatisierungslösung 28, zum Beispiel indem dort ein Steuersignal generiert wird, das bei einem realen technischen Prozess das Öffnen eines Ventils oder das Starten einer Pumpe bewirkt. Diese Änderungen wirken sich auch auf das Prozessmodell 20 des technischen Prozesses aus, indem dort zum Beispiel simuliert wird, dass sich der Kessel leert und mit welchen dynamischen Eigenschaften/Effekten (Ausflussgeschwindigkeit, Temperaturänderung etc.) dies verbunden ist. Solche Änderungen im Prozessmodell 20 des technischen Prozesses haben üblicherweise auch Rückwirkungen auf die Emulation, indem in einem realen technischen Prozess zum Beispiel mittels eines Sensors eine Füllstandsüberwachung des Kessels erfolgt und bei Erreichen eines Grenzwerts vorgegebene Maßnahmen erfolgen (zum Beispiel Ventil schließen, Pumpe stoppen etc.). Darüber hinaus haben solche Änderungen im Prozessmodell 20 des technischen Prozesses oder daraus resultierende Änderungen in der Emulation auch Auswirkungen auf die Darstellung der Anlagenbilder 10, indem zum Beispiel durch einen Farbumschlag oder dergleichen die erfolgte Entleerung des Kessels visualisiert wird.
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Das Prozessmodell 20 wird also zumindest aus der Emulation oder einer zum Teil emulierten und zum Teil realen Automatisierungshardware mit Daten versorgt und gibt umgekehrt auch Daten zumindest an die Emulation oder eine zum Teil emulierte und zum Teil reale Automatisierungshardware zurück. Die Bedienung der (emulierten oder realen) Automatisierungshardware und des Prozessmodells 20 erfolgt mittels der Anlagenbilder 10 und der für deren Darstellung und für die Erkennung von Bedienhandlungen in Bezug darauf zuständigen HMI-Komponente.
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Die Anlagenbilder 10 und die daraus automatisch erzeugte Strukturinformation 24 umfassen Darstellungen der prozesstechnischen Komponenten, der im Prozess vorgesehenen Aggregate sowie Informationen zu deren Verschaltung untereinander. Darüber hinaus umfassen die Anlagenbilder 10 Darstellungen zu leittechnischen Komponenten, wie Messungen, Steuerungen und Regelungen. Die Darstellungen der prozess- und leittechnischen Komponenten und die Aggregate werden im Folgenden allgemein als Element (prozesstechnisches Element) 30 bezeichnet. Eine schematisch vereinfachte Darstellung eines solchen Elements 30 in Form eines Softwareobjekts ist in 4 gezeigt. Jedes Element 30 ist ein Repräsentant einer prozess- oder leittechnischen Komponente des jeweiligen technischen Prozesses oder eines Aggregats im technischen Prozess.
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Nach dem bekannten Stand der Technik beschränken sich die Daten zu solchen Elementen 30 in den Anlagenbildern 10 auf die für die grafische Darstellung verwendeten Formen und Bilder (Grafik 32), so dass zum Beispiel eine Darstellung von Kesseln, Behältern usw. resultiert. Beim bekannten Stand der Technik sind also gewissermaßen die Grafikdaten 32 die einzigen Daten eines in den Anlagenbildern 10 dargestellten Elements 30. Zumindest umfassen die Daten zu solchen Elementen 30 beim bekannten Stand der Technik keine logischen Details, insbesondere keine Informationen zu Verbindungen einzelner Elemente 30 untereinander, etwa über eine Rohrleitung, wie sie zum Beispiel in grundsätzlich vergleichbarer Art und Weise mittels eines Funktionsplaneditors in Form von Verbindungen zwischen sogenannten Funktionsbausteinen erstellt und bearbeitet werden.
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Die von den Anlagenbildern 10 umfassten Elemente 30 stellen sich bei einer automatischen Verarbeitung der Anlagenbilder 10 mittels des Extraktors 22 als einzeln identifizierbare Objekte (Softwareobjekte) dar. Aus sogenannten Parametermasken der Anlagenbilder 10 werden die für das jeweilige Element 30 relevanten Daten extrahiert. Ein Teil der für das Prozessmodell 20 erforderlichen Parameter 34 ist standardmäßig in den Anlagenbildern 10 und den jeweiligen, jeweils einem Element 30 zugeordneten Parametermasken enthalten.
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Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ist vorgesehen, dass jedes Element 30 in einem Anlagenbild 10 zusätzliche, für die automatische Erzeugung eines Prozessmodells 20 und/oder dessen Konfiguration relevante Daten umfasst. Dafür ist das jeweilige Element 30 – und im Weiteren dessen Entsprechung in der automatisch erzeugten Strukturinformation 24 – anhand eines eindeutigen Bezeichners 36 identifizierbar. Dieser Bezeichner 36 wird dem jeweiligen Element 30 bereits bei der Erstellung der Anlagenbilder 10 oder des jeweiligen Anlagenbilds 10, nämlich bei der Instanziierung eines entsprechenden Softwareobjekts, als Attribut zugeordnet. Der Bezeichner 36 erlaubt auch eine eindeutige Zuordnung von Daten in der Strukturinformation 24, wenn ein und dasselbe Element 30 mehrfach in unterschiedlichen Anlagenbildern 10 vorkommt.
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Darüber hinaus umfasst jedes Element 30 die bereits erwähnten Grafikdaten 32 zur Darstellung des Elements 30 in zumindest einem Anlagenbild 10. Ebenso umfasst jedes Element 30 Parameter 34, wie sie bisher in den bereits erwähnten Parametermasken einem in zumindest einem Anlagenbild 10 dargestellten Element 30 zugeordnet werden.
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Schließlich sind bei der gezeigten Ausführungsform für jedes Element 30 Ports (Anschlussstellen) 38 vorgesehen, nämlich zumindest ein Port 38, oftmals mehrere Ports 38. Solche Ports 38 erlauben zum Beispiel den Anschluss von Rohrleitungen für Wasser und Dampf oder einen Anschluss von Förderbändern oder eine Anbindung elektrischer Signale an das jeweilige Element 30. Auf diese Weise lassen sich logische Verbindungen zwischen einzelnen Elementen 30 darstellen.
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Jedes Element 30 in einem Anlagenbild 10 ist zum Beispiel die Instanz eines zugrunde liegenden Objekttyps und alle verwendbaren Objekttypen gehen auf einen gemeinsamen Basisobjekttyp zurück. Dieser Basisobjekttyp fungiert als Vorlage für davon abgeleitete Objekttypen (ein Objekttyp für einen Kessel, ein Objekttyp für ein Ventil usw.) und gewährleistet, dass jeder Instanz eines solchen Objekttyps, also jedem Element 30, ein eindeutiger Bezeichner 36, Grafikdaten 32 zu dessen Darstellung, Parameter 34 und Ports 38 zugewiesen werden können.
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Ports 38 können vom Benutzer grundsätzlich beliebig (Art und Anzahl) einem Element 30 zugeordnet werden. Einzelne Ports 38 haben je nach zugrunde liegender Verbindungsart (Rohrleitung, Förderband, elektrische Verbindung usw.) unterschiedliche Eigenschaften. Dies wird mittels unterschiedlicher Objekttypen für die Ports 38 abgebildet.
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Einzelne in den Anlagenbildern 10 verwendbare Elemente 30 weisen optional bereits aufgrund eines jeweils zugrunde liegenden Objekttyps einzelne Ports 38 auf. Beispielsweise ist ein Ventil beidseitig an Rohrleitungen anschließbar (zwei Ports 38 für Rohrleitungen) und ist mittels zumindest eines Steuersignals zum Öffnen oder zum Schließen ansteuerbar (ein Port 38 für eine Signalleitung). Für eine Vielzahl weiterer Elemente 30, zum Beispiel eine Pumpe, gilt dies entsprechend. Für andere Elemente 30, zum Beispiel einen Kessel, ist auf der Ebene des Objekttyps zum Beispiel noch nicht festlegbar, wie viele Zu- und/oder Abflüsse der Kessel umfasst. Für diesen Zweck ist vorgesehen, dass der Benutzer einem Element 30 die jeweils benötigten Ports 38 hinzufügen kann.
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Mittels der Ports 38 kann beim Erstellen eines Anlagenbilds 10 eine Konsistenzprüfung erfolgen. Jeder Port 38 ist innerhalb eines in einem Anlagenbild 10 dargestellten Elements 30 eine Instanz eines zugrunde liegenden Objekttyps. Ein Port 38 für einen Anschluss einer Rohrleitung ist also anhand des zugrunde liegenden Objekttyps von einem Port 38 für einen Anschluss eines elektrischen Signals unterscheidbar. Auf dieser Basis kann beim Anschluss zum Beispiel einer Darstellung einer Rohrleitung an eine Darstellung eines Ventils erkannt werden, ob der in der grafischen Darstellung des jeweiligen Anlagenbilds 10 vorgenommene Anschluss zulässig ist oder nicht. Dazu werden der dem anzuschließenden Element 30 zugrunde liegende Objekttyp (Rohrleitung; „Rohrleitungsobjekttyp“) und der dem Port 38 des Elements 30, an den der Anschluss erfolgen soll (Ventilport; „Portobjekttyp“) betrachtet und nur zulässige Anschlüsse akzeptiert.
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In der Darstellung in 5 ist eine Verschaltung zweier Elemente 30 gezeigt (dasselbe Prinzip gilt für mehr als zwei Elemente 30 entsprechend). Die Verschaltung der beiden Elemente 30, zum Beispiel ein Kessel und ein Ventil, besteht in Form von Verbindungen 44, die an den Ports 38 anknüpfen. In Form der Ports 38 verfügt jedes Element 30 über zumindest eine Anschlussmöglichkeit, üblicherweise eine Mehrzahl von Anschlussmöglichkeiten, so dass zumindest eine Verbindung 44 angeschlossen werden kann bzw. mehrere Verbindungen 44 angeschlossen werden können.
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Als weitere Neuerung ist jedem Element 30, zum Beispiel aufgrund eines allen Elementen 30 zugrunde liegenden Basisobjekttyps, eine im Folgenden kurz als Gleichung 42 (4) bezeichnete mathematische oder sonstige Beschreibung zugeordnet, zum Beispiel in Form einer Referenz 40 auf eine entsprechende Softwarefunktion 42 mit einer Implementation der jeweiligen Beschreibung, insbesondere einer Implementation der jeweiligen mathematischen Beschreibung. Diese Gleichung 42 dient zur Simulation der durch das jeweilige Element 30 repräsentierten Komponente (Komponente, Aggregat, Funktion) des technischen Prozesses im Prozessmodell 20. Typischerweise handelt es sich bei einer solchen Gleichung 42 um eine die jeweilige Komponente und ihre dynamischen Eigenschaften beschreibende Differentialgleichung und entsprechend bei der Softwarefunktion 42 um eine Implementation einer solchen Differentialgleichung.
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Die automatische Verarbeitung der von dem mindestens einen Anlagenbild
10 umfassten Elemente
30 mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften (Daten) mittels des Extraktors
22 führt zu der weiter oben erwähnten Strukturinformation
24. Bei der Strukturinformation
24 handelt es sich um eine maschinenlesbare Darstellung der von den Elementen
30 des mindestens einen Anlagenbilds
10 umfassten Daten. Die Darstellung in
6 zeigt exemplarisch einen Auszug aus einer solchen, hier exemplarisch in einem XML-Format vorliegenden Strukturinformation
24. Im gezeigten Beispiel entsteht mittels des Extraktors
22 beim automatischen Verarbeiten des mindestens einen Anlagenbilds
10 und der davon umfassten Elemente
30 für jedes Element
30 ein von den Tags <COMP> und </COMP> eingeschlossener Abschnitt. Darin sind der jeweilige eindeutige Bezeichner
36 des zugrunde liegenden Elements
30 und weitere Informationen zu dem jeweiligen Element
30, zum Beispiel zu seinen Ports
38 (ein von den Tags <PORT> und </PORT> eingeschlossener Abschnitt) und daran angeschlossenen Verbindungen
44 (<CONNETCION SOURCE= ... />), zusammengefasst.
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Als Ergebnis der nachfolgenden automatischen Verarbeitung der Strukturinformation 24 mittels des Generators 26 entsteht aufgrund jedes derartigen Abschnitts (<COMP>, </COMP>) ein Objekt (Softwareobjekt) im Prozessmodell 20 (Prozessmodellobjekt 50; 7). Anhand des jeweiligen eindeutigen Bezeichners 36 ergibt sich der dem zu erzeugenden Prozessmodellobjekt 50 zugrunde liegende jeweilige Objekttyp. In der Darstellung in 6 sind exemplarisch mehrere solche Bezeichner 36 angegeben, hier in Form eines zusammengesetzten Bezeichners (UID=“...“ NAME=“...“), wobei UID den Objekttyp und NAME den Namen des jeweiligen Elementes 30 angibt. Auf diese Weise entsteht zum Beispiel aufgrund eines „Ventil-Elements“ 30 und eines zugrunde liegenden Objekttyps in einem Anlagenbild 10 (im dargestellten Beispiel in 6 in der Strukturinformation 24 mittels UID=“f_00074w_3pddj765“ kodiert) ein „Ventil-Objekt“ im Prozessmodell 20 und mittels des Generators 26 erfolgt beim automatischen Verarbeiten der Strukturinformation 24 eine automatische Instanziierung der jeweiligen Prozessmodellobjekte 50. Aufgrund der von jedem Element 30 umfassten Informationen zu einer eventuellen Verschaltung mit einem anderen Element 30 erfolgt mittels des Generators 26 beim Verarbeiten der Strukturinformation 24 ein ebenso automatisches Verbinden der erzeugten Prozessmodellobjekte 50 untereinander.
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Beim automatischen Erzeugen des Prozessmodells 20 entsteht aufgrund der Verschaltung der zugrunde liegenden Elemente 30 mittels untereinander bestehender Verbindungen 44, der entsprechenden Verschaltung der resultierenden Prozessmodellobjekte 50 sowie der den Elementen 30 zugeordneten und damit auch von den resultierenden Prozessmodellobjekten 50 umfassten Gleichungen 42 ein Gleichungssystem, typischerweise ein System von Differentialgleichungen. Dieses ermöglicht eine Beschreibung des dynamischen Verhaltens des zugrunde liegenden technischen Prozesses und damit eine Nachbildung des technischen Prozesses mittels des Prozessmodells 20.
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Zur Lösung des Gleichungssystems steht eine als Solver fungierende Softwarekomponente zur Verfügung, wie sie grundsätzlich zum Beispiel aus dem bereits erwähnten Simulation Framework (SIMIT) der Anmelderin bekannt ist. Eine solche Softwarekomponente ist in der Lage, ein derartiges Gleichungssystem in Echtzeit, typischerweise 100 ms, zu lösen. Die Lösung des Gleichungssystems und damit der Betrieb des Prozessmodells 20 gehören ausdrücklich nicht mehr zu der hier im Vordergrund stehenden automatischen Erstellung eines Prozessmodells 20. Die Lösung des Gleichungssystems gehört vielmehr zum späteren Betrieb des gemäß dem hier vorgestellten Ansatz automatisch erzeugten Prozessmodells 20 (siehe die Darstellung in 3 und die Erläuterungen in diesem Zusammenhang).
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Die Darstellung in 7 zeigt in Form einer schematisch vereinfachten Übersichtsdarstellung das dem hier vorgeschlagenen Ansatz zugrunde liegende Prinzip: Auf der linken Seite des durch die vertikale gestrichelte Linie getrennten oberen Bereichs der Darstellung ist das Erstellen zumindest eines Anlagenbilds 10 gezeigt. Auf der rechten Seite ist das Erstellen eines Prozessmodells 20 gezeigt. Beim Erstellen eines Anlagenbilds 10 wählt ein Benutzer mittels eines dafür vorgesehenen Softwarewerkzeugs 52 aus einer als Bibliothek 54 fungierenden ersten Datenbasis für ein in einem Anlagenbild 10 darzustellendes Element 30 einen jeweiligen Objekttyp aus. Durch mehrfaches Auswählen jeweils eines solchen Objekttyps und Platzierung eines aufgrund einer Instanziierung eines solchen Objekttyps resultierenden Elements 30 in einem Anlagenbild 10 entsteht schließlich eine grafische Darstellung der prozesstechnischen Komponenten des jeweiligen technischen Prozesses und zumindest einzelner von dem Prozess umfasster Aggregate. Durch Verbinden einzelner derartiger Elemente 30 miteinander mittels dafür vorgesehener Verbindungen 44 (als Ergebnis einer Instanziierung entsprechender Objekttypen der Bibliothek 54) ergibt sich auch die Verschaltung der von dem zumindest einen Anlagenbild 10 umfassten Elemente 30. Mittels eines in 7 nicht gezeigten Softwarewerkzeugs (Extraktor 22; 2) wird das zumindest eine Anlagenbild 10 automatisch ausgewertet. Dabei werden die Daten der davon umfassten Elemente 30 extrahiert. Das Ergebnis ist eine hier und im Folgenden als Strukturinformation 24 bezeichnete maschinenlesbare Datenbasis. Diese wird mittels des Generators 26 ausgewertet.
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Zum besseren Verständnis der Funktionsweise des Generators 26 wird zuvor betrachtet, wie gemäß dem bekannten Stand der Technik bisher (also nicht automatisch) ein Prozessmodell 20 erstellt wurde. Die Erstellung eines Prozessmodells 20 ist bei einer entsprechenden Vereinfachung durchaus vergleichbar mit der Erstellung des zumindest einen Anlagenbilds 10. Zum Erstellen eines Prozessmodells 20 wählt nämlich bisher ein Benutzer mittels eines dafür vorgesehenen Softwarewerkzeugs 56 aus einer als Bibliothek 58 fungierenden zweiten Datenbasis jeweils einen Objekttyp aus, um auf dessen Basis ein Prozessmodellobjekt 50 als Teil des Prozessmodells 20 zu erzeugen (das Element 30 eines Anlagenbilds 10 kann insoweit entsprechend auch als Anlagenbildobjekt 30 aufgefasst werden).
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Der Prozess des manuellen Auswählens eines Objekttyps einerseits und des Instanziierens eines Prozessmodellobjekts 50 auf dessen Basis und als Bestandteil des Prozessmodells 20 andererseits wird gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz automatisiert. Dafür führt das als Generator 26 fungierende Softwarewerkzeug eine sequentielle Verarbeitung der aus dem mindestens einen Anlagenbild 10 gewonnenen Strukturinformation 24 durch. Für jedes Element 30 des Anlagenbilds 10 umfasst die Strukturinformation 24 entsprechende Daten, also zumindest Daten bezüglich des ursprünglich zugrunde liegenden Objekttyps (Bibliothek 54). Auf Basis dieser Information kann mittels des Generators 26 automatisch aus der Bibliothek 58 ein passender Objekttyp für die Instanziierung eines passenden Prozessmodellobjekts 50 im Prozessmodell 20 ausgewählt werden. Die weiteren von der Strukturinformation 24 umfassten Daten zu einem Element 30 des Anlagenbilds 10 werden mittels des Generators 26 verwendet, um das neu als Bestandteil des Prozessmodells 20 instanziierte Prozessmodellobjekt 50 zu parametrieren.
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In grundsätzlich gleicher Art und Weise werden von dem mindestens einen Anlagenbild 10 umfasste Verbindungen 44 ausgewertet. Jeder Verbindung 44 liegt ein entsprechender Objekttyp (Bibliothek 54) zugrunde. Die mittels des Extraktors 22 automatisch erzeugte Strukturinformation 24 enthält zu jeder Verbindung 44 eine diesbezügliche Information. Auf dieser Basis kann mittels des Generators 26 bei einer automatischen Verarbeitung der Strukturinformation 24 aus der Bibliothek 58 ein entsprechender Objekttyp zur Instanziierung eines als Verbindung zwischen zwei oder mehr Prozessmodellobjekten 50 fungierenden weiteren Prozessmodellobjekts 50 ausgewählt und als Teil des Prozessmodells 20 instanziiert werden. Die Information, welche vom Prozessmodell 20 umfasste Prozessmodellobjekte 50 tatsächlich miteinander verbunden sind, ergibt sich aus den Daten der zugrunde liegenden Verbindung 44 in der Strukturinformation 24. Durch eine automatische Auswertung dieser Daten mittels des Generators 26 und eine entsprechende Parametrierung entweder des die Verbindung repräsentierenden Prozessmodellobjekts 50 und/oder der mittels der Verbindung verbundenen Prozessmodellobjekte 50 erfolgt die automatische Herstellung der Verbindung im Prozessmodell 20.
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Diese Instanziierung von Prozessmodellobjekten 50 und deren Parametrierung erfolgt so lange, bis die Strukturinformation 24 mittels des Generators 26 vollständig abgearbeitet ist. Danach liegt das automatisch erzeugte Prozessmodell 20 vor.
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Auf dem bisher beschriebenen Prinzip (Erzeugung von Elementen 30 in mindestens einem Anlagenbild 10 mit einem eindeutig erkennbaren Ursprung, zum Beispiel in Form eines zugrunde liegenden Objekttyps, automatische Extraktion der insoweit in dem zumindest einen Anlagenbild 10 enthaltenen Daten; Erzeugung des Prozessmodells 20 mittels eines Generators 26 auf Basis der extrahierten Daten) basiert auch die automatische Erstellung von Prozessmodellen 20 für einen Teil des jeweiligen technischen Prozesses. Ein solches Prozessmodell 20 kann auch als Prozessmodellmodul 20 aufgefasst werden und ist zum Test einzelner Funktionen oder Funktionsbereiche der jeweiligen Automatisierungslösung sinnvoll. Um eine Erstellung eines solchen Prozessmodellmoduls 20 zu ermöglichen, müssen für den von dem Prozessmodellmodul 20 zu beschreibenden Teil des technischen Prozesses, also in einem vom Prozessmodellmodul 20 erfassten Teil der Anlagenbilder 10 oder eines Teils eines Anlagenbilds 10, Schnittstellen (Abbruchstellen) zur Verfügung gestellt werden. Diese Abbruchstellen sind quasi Stellvertreter von „speisenden Funktionen“ oder „entnehmenden Funktionen“. Abbruchstellen stellen zum Beispiel einen definierten Zulauf zur Verfügung oder entnehmen vorgegebene oder vorgebbare Mengen. Eine Abbruchstelle wird (auf Basis eines zugrunde liegenden Objekttyps) als ein Element 30 in einem entsprechenden Anlagenbild 10 angelegt und ist dort optional nicht sichtbar. Als Gleichung 42 oder anstelle einer Gleichung 42 umfasst das als Repräsentant der Abbruchstelle fungierende Element 30 eine Beschreibung der jeweiligen Funktion, also zum Beispiel den Zulauf oder den Ablauf von Flüssigkeit. In gleicher Weise werden für die in der Leittechnik zu testenden Funktionsbereiche Signale und dergleichen, die aus von dem jeweiligen Prozessmodellmodul 20 nicht umfassten Teilen des technischen Prozesses und/oder von der Automatisierungslösung stammen, für das jeweilige Prozessmodellmodul 20 generiert.
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Handventile oder dergleichen werden weder für das Prozessmodell 20 noch für die Emulation der Automatisierungshardware berücksichtigt. Eine Ausnahme stellen Handventile oder dergleichen mit einem Rückmeldungssignal dar. Dieses Signal ist für das Prozessmodell 20 erforderlich und entsprechend umfasst zumindest ein Anlagenbild 10 ein Objekt (Element 30), als Basis für bei der Extraktion erzeugte Daten innerhalb der Strukturinformation 24, wobei das Element 30 nach Art einer Abbruchstelle – wie oben beschrieben – eine Funktion (Gleichung 42) zur Nachbildung des Rückmeldungssignals umfasst und damit als Repräsentant einer solchen manuellen Einflussmöglichkeit auf den technischen Prozess fungiert.
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Sowohl für die automatische Erzeugung eines Prozessmodells 20 wie für die automatische Erzeugung von Prozessmodellmodulen 20 ist bei einer Ergänzung des hier vorgestellten Ansatzes vorgesehen, dass abhängig von der geforderten Genauigkeit des Prozessmodells 20 (Prozessmodellmoduls 20) bei der Extraktion nur einzelne Parameter berücksichtigt werden. Beispielsweise kann für die Simulation einer Pumpe entweder ein einen Massendurchfluss oder ein einen Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang der Pumpe angebender Parameter berücksichtigt werden. Genauso kann vorgesehen sein, dass bei der Extraktion sämtliche verfügbaren Parameter berücksichtigt werden und später bei der Generierung des Prozessmodells 20 auf Basis der Strukturinformation 24 nur einzelne Parameter berücksichtigt werden.
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Dies wird im Rahmen der der Strukturinformation 24 als Basis für das Prozessmodell 20 zugrunde liegenden Elemente 30 in Form einer Hierarchie berücksichtigt, wie sie zur Veranschaulichung bereits in der Darstellung in 4 gezeigt ist. Danach umfasst jedes Element 30 eine grundsätzlich beliebige Vielzahl von Grafikdaten 32, Parametern 34, Ports 38 und Gleichungen 42. Jeweils ein Satz von Grafikdaten 32, Parametern 34, Ports 38 und Gleichungen 42 ist einer Hierarchiestufe zugeordnet. Wenn bei der Erstellung des Prozessmodells 20 und der vorangehenden Extraktion der Daten der Elemente 30 des zumindest einen Anlagenbilds 10 eine bestimmte Hierarchiestufe der Elemente 30 ausgewählt wird, resultiert ein Prozessmodell 20 auf Basis der in dieser Hierarchiestufe vorhandenen Daten (Parameter 34, Ports 38, Gleichungen 42). Eine Auswahl einer anderen Hierarchiestufe kann bei einer erneuten automatischen Generierung des Prozessmodells 20 zu einem vereinfachten Prozessmodell 20 führen, zum Beispiel weil Verbindungen 44 zwischen bestimmten Elementen 30 und damit dargestellte Wechselwirkungen nicht berücksichtigt werden und/oder weil als Gleichungen 42 Differentialgleichungen niederer Ordnung oder gewöhnliche Gleichungen berücksichtigt werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist diese nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen:
Angegeben werden einerseits ein Verfahren und andererseits ein Computersystem als nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung, wie beispielsweise ein Leitsystem, jeweils zum Erzeugen eines Prozessmodells 20 eines technischen Prozesses, wobei das Prozessmodell 20 automatisch auf Basis zumindest eines Anlagenbilds 10 des technischen Prozesses und der davon umfassten Daten erzeugt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anlagenbild
- 12
- Komponente (eines technischen Prozesses), z.B. Kessel, Ventil usw.
- 14–18
- (frei)
- 20
- Prozessmodell
- 22
- Extraktor
- 24
- Strukturinformation
- 26
- Generator
- 28
- Automatisierungslösung
- 30
- Element/Anlagenbildobjekt
- 32
- Grafikdaten
- 34
- Parameter
- 36
- Bezeichner
- 38
- Port/Anschlussstelle
- 40
- Referenz auf eine Gleichung
- 42
- Gleichung
- 44
- Verbindung
- 46–48
- (frei)
- 50
- Prozessmodellobjekt
- 52
- Softwarewerkzeug
- 54
- Bibliothek
- 56
- Softwarewerkzeug
- 58
- Bibliothek
