DE102018124411A1

DE102018124411A1 - I/o-virtualisierung für die inbetriebnahme

Info

Publication number: DE102018124411A1
Application number: DE102018124411.8A
Authority: DE
Inventors: Alper T. Enver
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2018-10-02
Publication date: 2019-04-04
Also published as: JP2019079508A; CN109597374A; GB2568806A; US11435728B2; GB2568806B; US20190101899A1; JP7298973B2

Abstract

In diesem Dokument werden Techniken zur I/O-Virtualisierung von Steuermodulen offenbart, die von einer Prozesssteuerung in der Laufzeitumgebung einer Prozessanlage implementiert werden sollen. Eine Konfigurationsanwendung identifiziert Verweise auf die I/O-Objekte, die von den Steuermodulen verwendet werden. Als Reaktion generiert die Konfigurationsanwendung virtuelle Gerätesignal-Tags (DSTs - Device Signal Tags), um die Performance der identifizierten I/O-Objekte nachzubilden. Um das Testen und/oder Überprüfen des Steuermoduls zu erleichtern, z. B. während der Inbetriebnahme einer Back-End-Umgebung, instanziiert die Konfigurationsanwendung eine virtuelle Steuerung in einer Simulationsumgebung. Um die virtuelle Steuerung zu generieren, ersetzt die Konfigurationsanwendung alle Verweise auf die I/O-Objekte durch Verweise auf entsprechende, generierte virtuelle DSTs. Indem die virtuellen DSTs als Proxy für die I/O zu den Feldgeräten verwendet werden, können das Steuermodul und/oder die Steuerung daher vor den Feldgeräten getestet werden, ohne dass die Feldumgebung vollständig in Betrieb genommen wird.

Description

RÜCKVERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil des Anmeldedatums der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/567,110 , eingereicht am 2. Oktober 2017, mit dem Titel „I/O-VIRTUALISIERUNG FÜR DIE INBETRIEBNAHME“, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in diesem Dokument ausdrücklich eingeschlossen ist.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Prozessanlagen und Prozesssteuerungssysteme und insbesondere auf das Virtualisieren von I/O-Komponenten eines Prozesssteuerungssystems, um die Inbetriebnahme einer Steuerung zu erleichtern.
STAND DER TECHNIK
Prozesssteuerungssysteme, wie diejenigen, die in Chemie-, Erdöl-, Industrie- oder sonstigen Prozessanlagen zur Herstellung, Veredelung, Umformung, Erzeugung oder Produktion von physischen Materialien oder Produkten verwendet werden, beinhalten üblicherweise eine oder mehrere Prozesssteuerungen, die über analoge, digitale oder kombinierte Analog-/Digital-Busse oder über eine drahtlose Kommunikationsverbindung oder ein - Netzwerk mit einem oder mehreren Feldgeräten gekoppelt sind. Die Feldgeräte, wobei es sich z. B. um Ventile, Ventil-Stellungsregler, Schalter und Geber (z. B. Temperatur-, Druck-, Füllstands- und Durchflusssensoren) handeln kann, sind innerhalb der Prozessumgebung platziert und übernehmen üblicherweise physikalische oder Prozesssteuerungs-Funktionen, wie z. B. das Öffnen oder Schließen von Ventilen, das Messen von Prozess- und/oder Umweltparametern, wie z. B. Temperatur oder Druck usw., zur Steuerung von einem oder mehreren Prozessen innerhalb der Prozessanlage oder des Systems. Intelligente Feldgeräte, wie z. B. die Feldgeräte, die dem bekannten Feldbus-Protokoll entsprechen, können auch Steuerungsberechnungen, Alarmfunktionen und andere in der Steuerung übliche Steuerfunktionen ausführen. Die Prozesssteuerungen, die typischerweise auch in der Anlagenumgebung platziert sind, empfangen Signale, die von den Feldgeräten vorgenommene Prozessmessungen und/oder andere zu den Feldgeräten gehörende Informationen anzeigen, und führen eine Steuerungsapplikation aus, die zum Beispiel unterschiedliche Steuermodule laufen lässt, die Entscheidungen über die Prozesssteuerung treffen, Steuersignale basierend auf den empfangenen Informationen generieren und mit den Steuermodulen oder Blöcken, die in den Feldgeräten, wie z. B. HART^®, WirelessHART^® und FOUNDATION^®-Fieldbus-Feldgeräten, ausgeführt werden, koordinieren. Die Steuermodule in der Steuerung senden die Steuersignale über die Kommunikationsleitungen oder -verbindungen zu den Feldgeräten, um dadurch den Betrieb mindestens eines Abschnitts der Prozessanlage oder des Systems zu steuern, z. B. um dadurch mindestens einen Abschnitt eines oder mehrerer industrieller Prozesse zu steuern, die innerhalb der Anlage oder des Systems laufen oder ausgeführt werden. Zum Beispiel steuern die Steuerungen und die Feldgeräte mindestens einen Abschnitt eines Prozesses, der von der Prozessanlage oder dem System gesteuert wird. I/O-Geräte, die typischerweise ebenfalls innerhalb der Anlagenumgebung platziert sind, sind typischerweise zwischen einer Steuerung und einem oder mehreren Feldgeräten angeordnet und ermöglichen dort die Kommunikation untereinander, z. B. durch Umwandlung elektrischer Signale in digitale Werte und umgekehrt.
Informationen von den Feldgeräten und der Steuerung werden normalerweise über ein Kommunikationsnetz einem oder mehreren anderen Hardware-Geräten zur Verfügung gestellt, wie z. B. Bedienstationen, Computern oder Rechengeräten, Data Historian-Geräten, Berichtsgeneratoren, zentralisierten Datenbanken oder anderen zentralisierten administrativen Rechengeräten, die typischerweise in Leitstellen oder an anderen Orten außerhalb der raueren Anlagenumgebung aufgestellt werden. Jedes dieser Hardware-Geräte ist typischerweise über die gesamte Prozessanlage oder einen Abschnitt der Prozessanlage hinweg zentralisiert. Diese Hardware-Geräte führen Anwendungen aus, die es z. B. einem Bediener ermöglichen, Funktionen in Bezug auf die Steuerung eines Prozesses und/oder den Betrieb der Prozessanlage auszuführen, wie z. B. das Ändern von Einstellungen der Prozesssteuerroutine, das Modifizieren des Betriebs der Steuermodule innerhalb der Steuerungen oder der Feldgeräte, das Anzeigen des aktuellen Prozesszustandes, das Anzeigen von Feldgeräten und Steuerungen generierten Alarmen, das Simulieren des Prozessbetriebs zu Personalschulungszwecken oder das Testen der Prozesssteuerungssoftware, das Führen und Aktualisieren einer Konfigurationsdatenbank, usw. Das von den Hardware-Geräten, Steuerungen und Feldgeräten verwendete Kommunikationsnetz kann einen leitungsgebundenen Kommunikationspfad, einen drahtlosen Kommunikationspfad oder eine Kombination aus leitungsgebundenen und drahtlosen Kommunikationspfaden beinhalten.
Als Beispiel enthält das DeltaVTM-Steuerungssystem, das von Emerson Process Management vertrieben wird, mehrere Anwendungen, die in verschiedenen Geräten an verschiedenen Orten innerhalb einer Prozessanlage gespeichert und ausgeführt werden. Eine Konfigurationsanwendung, die in einer oder mehreren Bedienstationen oder Rechengeräten untergebracht ist, ermöglicht den Benutzern das Erstellen oder Ändern von Prozesssteuermodulen und das Herunterladen dieser Prozesssteuermodule über ein Kommunikationsnetzwerk auf spezielle dezentrale Steuerungen. Typischerweise bestehen diese Steuermodule aus kommunikativ miteinander verbundenen Funktionsblöcken, die Objekte in einem objektorientierten Programmierprotokoll sind, die Funktionen innerhalb des Steuerungsschemas auf der Basis von Eingängen ausführen und die Ausgänge an andere Funktionsblöcke innerhalb des Steuerungsschemas bereitstellen. Die Konfigurationsanwendung kann es einem Konfigurationsdesigner auch ermöglichen, Bedienoberflächen zu erstellen oder zu ändern, die einer Anzeigeanwendung dazu dienen, einem Bediener Daten anzuzeigen und es dem Bediener zu ermöglichen, Einstellungen, wie z. B. Sollwerte, innerhalb der Prozesssteuerroutinen zu verändern. Jede spezielle Steuerung, und in einigen Fällen ein oder mehrere Feldgeräte, speichern und führen eine entsprechende Steuerungs-Anwendung aus, welche die diesem zugewiesene und darauf heruntergeladene Steuermodule zur Implementierung der eigentlichen Prozesssteuerungsfunktionalität ausführt. Die Anzeigeanwendungen, die auf einer oder mehreren Bedienstationen (oder auf einem oder mehreren Fern-Rechengeräten in kommunikativer Verbindung mit den Bedienstationen und dem Kommunikationsnetzwerk) ausgeführt werden können, empfangen Daten von der Steuerungs-Anwendung über das Kommunikationsnetz und zeigen diese Daten den Prozesssteuerungssystem-Designern, Bedienern oder Benutzern über die Benutzeroberflächen an und können eine Vielzahl von verschiedenen Ansichten, wie zum Beispiel eine Bedieneransicht, eine Ingenieursansicht, eine Technikeransicht usw. bereitstellen. Eine Data Historian-Anwendung wird typischerweise in einem Data Historian-Gerät gespeichert und ausgeführt, das einige oder alle Daten sammelt und speichert, die über das Kommunikationsnetz bereitgestellt werden, während eine Konfigurationsdatenbank-Anwendung auf einem weiteren Computer ausgeführt wird, der an das Kommunikationsnetz angeschlossen ist, um die aktuelle Konfiguration der Prozesssteuerroutine und die damit verbundenen Daten zu speichern. Alternativ kann die Konfigurationsdatenbank in derselben Arbeitsstation wie die Konfigurationsanwendung platziert sein.
Im Allgemeinen erfordert die Inbetriebnahme einer Prozessanlage oder eines Systems, dass verschiedene Komponenten der Anlage oder des Systems an den Punkt gebracht werden, an dem das System oder die Anlage wie vorgesehen arbeiten kann. Wie allgemein bekannt ist, werden physische Prozesselemente (wie z. B. Ventile, Sensoren usw., die dazu verwendet werden sollen, einen Prozess in einer Prozessanlage zu steuern) an jeweiligen Stellen innerhalb der Feldumgebung der Anlage installiert, z. B. in Übereinstimmung mit Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagrammen (P & IDs) und/oder anderen Plänen oder „Blueprints“ des Anlagenlayouts und/oder des Prozesslayouts. Nach der Installation der Prozesselemente werden zumindest einige der Prozesselemente in Betrieb genommen. Zum Beispiel unterliegen Prozesssteuerungen, I/O-Karten oder -Geräte, Feldgeräte, Probenahmestellen und/oder andere Elemente einer Inbetriebnahme. Die Inbetriebnahme ist ein aufwendiger und komplexer Prozess, der typischerweise mehrere Aktionen oder Aktivitäten enthält. Zum Beispiel kann die Inbetriebnahme Aktionen oder Aktivitäten beinhalten, wie z. B. unter anderem die Überprüfung oder Bestätigung einer Identität eines installierten Prozesssteuerungsgeräts (wie z. B. eines Feldgeräts, einer Steuerung oder eines I/O-Geräts oder einer Karte, die ein Feldgerät mit einer Steuerung verbindet) und dessen erwarteter Verbindungen; Bestimmen und Bereitstellen von Tags, die das Prozesssteuerungsgerät innerhalb des Prozesssteuerungssystems oder der -Anlage eindeutig identifizieren; Einstellen oder Konfigurieren von Anfangswerten von Parametern, Grenzwerten usw. für das Gerät; Überprüfen der Korrektheit der Installation, des Betriebs und des Verhaltens des Geräts unter verschiedenen Bedingungen, z. B. durch Manipulieren von Signalen, die an die Geräte bereitgestellt werden, und Durchführen anderer Tests und anderer Inbetriebnahmeaktivitäten und -Aktionen. Die Überprüfung der Geräte während der Inbetriebnahme ist sowohl aus Sicherheitsgründen wichtig, als auch, um den gesetzlichen und Qualitätsanforderungen zu entsprechen.
Typischerweise erfordert die Inbetriebnahme einer Prozessanlage, dass physische Geräte, Verbindungen, Verdrahtungen usw. in der Feldumgebung der Prozessanlage installiert, eingerichtet und miteinander verbunden werden. In der Back-End-Umgebung der Anlage (z. B. bei zentralisierten administrativen Rechengeräten wie Bedienstationen, PCs oder Rechengeräten, zentralisierten Datenbanken, Konfigurationstools usw., die typischerweise in Leitstellen oder an anderen Standorten fern von der raueren Feldumgebung der Anlage platziert sind) werden Daten, die die verschiedenen Geräte, deren Konfigurationen und deren Verbindungen spezifisch identifizieren und/oder adressieren, integriert, verifiziert oder in Betrieb genommen und gespeichert.
Andere Inbetriebnahmeaktionen oder -Aktivitäten können sich auf eine Prozesssteuerung beziehen, die eine Steuerroutine in einer Prozesssteuerschleife implementiert, die ein oder mehrere I/O-Geräte und ein oder mehrere Feldgeräte enthält. Solche Inbetriebnahmeaktionen oder -Aktivitäten beinhalten beispielsweise das Überprüfen, dass verschiedene Signale, die über verschiedene Verbindungen zwischen in der Prozesssteuerschleife enthaltenen Geräten gesendet werden, zu erwartetem Verhalten an beiden Enden der Verbindung führen, Integritätsprüfungen an der Prozesssteuerschleife, Generieren von As-Built-I/O-Listen zur Anzeige der tatsächlichen physischen Verbindungen der Geräte, die in der Schleife implementiert sind, sowie zur Aufzeichnung anderer „As-Installed“ Daten, um nur einige zu nennen.
Herkömmlicherweise lädt der Back-End-Operator zur Inbetriebnahme von Steuerroutinen oder -Strategien, die während der Laufzeit in Prozesssteuerungen ausgeführt werden sollen, eine Test- oder Simulationslogik auf eine in der Feld- oder Front-End-Umgebung angeordnete Steuerung herunter, lädt die betreffende Steuerroutine oder -Strategie (die in Form von einem oder mehreren Steuermodulen implementiert sein kann) auf die Steuerung herunter und führt die heruntergeladene Simulationslogik aus, um das Ausführungsverhalten der betreffenden Steuerroutine zu überprüfen. In einem Beispiel enthält die heruntergeladene Simulationslogik ein Simulationsmodul, das mit einem Eingang der Steuerung verbunden ist. Während jedoch die Simulationssteuerroutine auf die Steuerung heruntergeladen wird, erfordert dieser Abschnitt des Inbetriebnahmeprozesses als Vorbedingungen den physischen Pfad zwischen der Back-End-Umgebung und der in Betrieb zu nehmenden Steuerung und/oder den I/O-Geräten und Feldgeräten, die zu der in Betrieb zu nehmenden Steuerung gehören. Die Inbetriebnahme der Signalpfade der Prozessanlage und/oder die Inbetriebnahme der I/O- und Feldgeräte ist somit in einigen Aspekten das Tor zur Inbetriebnahme der Steuerroutine, wodurch die Zeit für die Inbetriebnahme einer Prozessanlage verlängert wird.
Während der Außendiensttechniker die Feldgeräte innerhalb der Feldumgebung in Betrieb nimmt, kann der Außendiensttechniker der Steuerung außerdem neu in Betrieb genommene Feldgeräte zuweisen. Analog kann der Außendiensttechniker ein Feldgerät modifizieren, das der Steuerung bereits zugewiesen wurde, z. B. durch Zuweisung des Feldgeräts an eine andere Steuerung. Dementsprechend muss der Back-End-Operator die Steuerroutine anpassen und erneut auf die Steuerung herunterladen, um diese und ähnliche Änderungen zu berücksichtigen, wenn Simulationen und Tests von Steuerroutinen und - schleifen während der Inbetriebnahme durchgeführt werden.
KURZDARSTELLUNG
In diesem Dokument werden Techniken, Systeme, Vorrichtungen, Komponenten, Geräte und Verfahren zum Input-/Output-(I/O)-Virtualisieren (z. B. zum Virtualisieren von I/O-Blöcken und/oder anderen Abschnitten eines I/O-Geräts) zum Erleichtern der Steuerungs-Inbetriebnahme offenbart. Die genannten Techniken, Systeme, Vorrichtungen, Komponenten, Geräte und Verfahren können sich auf industrielle ProzesssteuerungsSysteme, -Umgebungen und/oder -Anlagen beziehen, die hierin austauschbar als „industrielle Steuerungs-“, „Prozesssteuerungs-“ oder „Prozess-“Systeme, -Umgebungen und/oder - Anlagen bezeichnet werden. Typischerweise stellen solche Systeme und Anlagen eine dezentralisierte Steuerung eines oder mehrerer Prozesse (hierin auch als „industrielle Prozesse“ bezeichnet) bereit, die zur Fertigung, Veredelung oder Umformung von physischen Rohstoffen oder Erzeugnissen betrieben werden.
Die I/O-Virtualisierung während der Inbetriebnahme von Prozesssteuerungssystemen und/oder -anlagen enthält verschiedene Techniken, Systeme, Vorrichtungen, Komponenten und/oder Verfahren, die es ermöglichen, dass zumindest einige Abschnitte des Inbetriebnahmeprozesses asynchron durchgeführt werden, so dass Steuerungen und/oder von den Steuerungen gesteuerte Geräte teilweise oder sogar vollständig in Betrieb genommen werden können, bevor sie in die Anlage oder das System als Ganzes eingebaut und integriert werden. Die I/O-Virtualisierung während der Inbetriebnahme ermöglicht beispielsweise, verschiedene Abschnitte von Prozesssteuerungssystemen und/oder ihre jeweiligen Sicherheitssysteme (SIS - safety instrumented systems) (z. B. eigenständige oder integrierte Sicherheitssysteme (ICSS - integrated safety systems) oder grundlegende Prozesssteuerungssysteme (BPCS - basic process control systems)) an verschiedenen geografischen Orten (z. B. an verschiedenen „Mod-Yards“) zu bauen und zumindest teilweise in Betrieb zu nehmen, bevor sie am Aufstellungsort oder Standort der Prozessanlage zusammengeführt und eingebaut werden. In gewissem Sinne ermöglicht die I/O-Virtualisierung die Durchführung paralleler Inbetriebnahmeaktivitäten und -Aktionen.
Beispielsweise ermöglicht die I/O-Virtualisierung, dass einige (wenn nicht die meisten) Inbetriebnahmeaktivitäten und/oder -Aktionen unabhängig (und in der Tat parallel, falls gewünscht) in der Feldumgebung und in der Back-End-Umgebung der Prozessanlage durchgeführt werden. Die Inbetriebnahme des in der Feldumgebung implementierten Designs und Engineerings ist nicht mehr vom Fortschritt (und der Fertigstellung) des funktionalen Designs, Engineerings und der Durchführung und weitgehenden Fertigstellung der Inbetriebnahme in der Back-End-Umgebung abhängig. Von daher kann ein wesentlicher Abschnitt der Inbetriebnahme der funktionalen oder logischen Komponenten der Back-End-Umgebung unabhängig von lokalen Inbetriebnahmeaktivitäten der physischen Komponenten der Feldumgebung und umgekehrt durchgeführt werden. Das heißt, zumindest ein Abschnitt der Inbetriebnahmeaktivitäten und -Aktionen entweder in der Feldumgebung oder in der Back-End-Umgebung kann durchgeführt werden, während die Feldumgebung und die Back-End-Umgebung kommunikativ getrennt sind, z. B. während eine Schleife (oder ein Abschnitt davon), die in der Feldumgebung installiert worden ist (oder gerade installiert wird), kommunikativ von der Back-End-Umgebung getrennt ist. Zum Beispiel können bei Verwendung von I/O-Virtualisierungstechniken zumindest ein Abschnitt der Inbetriebnahmeaktivitäten und -Aktionen in der Feldumgebung und/oder in der Back-End-Umgebung durchgeführt werden, bevor das Prozesssteuerungs-System oder die -Anlage von der Zuweisung eines Feldgerätes zu einer bestimmten I/O-Karte und/oder einem bestimmten Kanal und/oder der Zuweisung einer Prozesssteuerung zu einer bestimmten I/O-Karte und/oder einem bestimmten Kanal Kenntnis hat.
Analog ermöglicht die I/O-Virtualisierung in Bezug auf Prozesssteuerungen, die Steuerroutinen in Prozessanlagen implementieren, dass verschiedene mit der Steuerung zusammenhängende Inbetriebnahmeaktivitäten und/oder -Aktionen ausgeführt werden, ohne dass alle der in einer Steuerschleife enthaltenen Komponenten vorher eingebaut und verbunden werden müssen. Beispielsweise kann ein virtuelles I/O-Objekt generiert werden, um z. B. für eine Steuerroutine den I/O einer Komponente (z. B. eines I/O-Geräts, eines Feldgeräts usw.), die noch nicht in Betrieb genommen wurde, zu simulieren. Entsprechend kann zumindest ein Abschnitt der Inbetriebnahmeaktivitäten einer Steuerung, die eine Steuerroutine in einer Steuerschleife implementiert, durchgeführt werden, während verschiedene Komponenten der Steuerschleife voneinander getrennt sind oder noch nicht einander, Feldgeräten und/oder der Back-End-Umgebung zugeordnet sind. Von daher können jeweilige Inbetriebnahmeaktivitäten sowohl in der Back-End-Umgebung als auch in der Feldumgebung einer Prozessanlage initiiert und ausgeführt werden, während die beiden Umgebungen kommunikativ getrennt oder nur teilweise verbunden sind.
Da es die I/O-Virtualisierung ermöglicht, das physische Design und das Engineering, die in der Feldumgebung der Prozessanlage durchgeführt werden, unabhängig von dem funktionalen Design und Engineering, die in der Back-End-Umgebung der Prozessanlage durchgeführt werden, durchzuführen, und da es die I/O-Virtualisierung ermöglicht, auch die stückweise Inbetriebnahme von Komponenten eines Regelkreises unabhängig oder auf einer „As-Installed“-Basis durchzuführen, werden folglich die Inbetriebnahme-Zeitplan-Abhängigkeiten zwischen dem Back-End und dem Feld reduziert und die Gesamtkalenderzeit, die für die Inbetriebnahme der Prozessanlage benötigt wird, wird ebenfalls verkürzt. Die I/O-Virtualisierung optimiert somit den gesamten Inbetriebnahmeprozess mit einer deutlichen Reduzierung sowohl der Zeit als auch der Personalressourcen und führt damit zu einer deutlichen Kostenreduzierung.
Figurenliste

1 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Beispiel-System einer Prozessanlage veranschaulicht, von der mindestens ein Abschnitt unter Verwendung der hierin beschriebenen I/O-Virtualisierungstechniken in Betrieb genommen werden kann;
2A - 2B veranschaulichen Ansichten beispielhafter Komponenten in einem Back-End-System einer Prozess- oder Industrieanlage, die die Fähigkeit zum Konfigurieren und Ausführen von Inbetriebnahmeaktionen an den Back-End-Komponenten, wie z. B. Modulen, Anwendungen und Schnittstellenprogrammen, bereitstellen, einschließlich bevor Feldausrüstung über I/O-Netzwerke in der Anlage verbunden oder ihr zugeordnet wird;
2C zeigt ein Beispiel-System zum Kommunizieren mit virtuellen Gerätesignal-Tags (DSTs) als Proxies zur Feldausrüstung bei der Konfiguration und Inbetriebnahme von Back-End-Systemkomponenten, bevor die Feldausrüstung über I/O-Netzwerke in der Anlage verbunden oder ihr zugeordnet wird;
3 veranschaulicht eine Beispiel-Bildschirmanzeige, präsentiert durch die Konfigurationsanwendung, die Angaben einer Steuerroutine enthält, die von einer Steuerung in der Prozessanlage von 1 implementiert wird;
4 veranschaulicht eine Beispiel-Bildschirmanzeige, präsentiert durch die Konfigurationsanwendung, die ein Benutzersteuerelement bereitstellt, um die Simulation eines Steuermoduls der Prozessanlage von 1 zu ermöglichen;
5 veranschaulicht eine Beispiel-Bildschirmanzeige, präsentiert durch eine Simulationsanwendung, die ein Benutzersteuerelement bereitstellt, um einen Eingangswert eines virtuellen DST der Prozessanlage von 1 zu simulieren;
6 veranschaulicht eine Beispiel-Bildschirmanzeige, die durch die Simulationsanwendung präsentiert wird, die einen Ausgang einer virtuellen Steuerung der Prozessanlage von 1 anzeigt; und
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiel-Verfahrens zum Virtualisieren von I/O-Geräten.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie vorstehend erörtert, kann eine Prozessanlage, ein Prozesssteuerungssystem oder eine Prozesssteuerungsumgebung, die im Online-Zustand betrieben wird, um einen oder mehrere industrielle Prozesse in Echtzeit zu steuern, unter Verwendung einer oder mehrerer der hierin beschriebenen I/O-Virtualisierungstechniken, Systeme, Vorrichtungen, Komponenten, Geräte und/oder Verfahren in Betrieb genommen werden. Die Prozessanlage enthält, wenn sie in Betrieb genommen wurde und online arbeitet, eine oder mehrere leitungsgebundene oder drahtlose Prozesssteuergeräte, -Komponenten oder -Elemente, die physische Funktionen zusammen mit einem Prozesssteuerungssystem zur Steuerung eines oder mehrerer Prozesse ausführen, die in der Prozessanlage ausgeführt werden. Das Prozessanlagen- und/oder Prozesssteuerungssystem kann zum Beispiel ein oder mehrere leitungsgebundene Kommunikationsnetzwerke und/oder ein oder mehrere drahtlose Kommunikationsnetzwerke enthalten. Zusätzlich kann die Prozessanlage oder das Steuerungssystem zentralisierte Datenbanken enthalten, wie z. B. kontinuierliche, Batch-, Asset-Management-, Historian- und andere Arten von Datenbanken.
Zur Veranschaulichung ist 1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Prozessanlage, eines Prozesssteuerungssystems oder einer Prozesssteuerungsumgebung 5, von dem/der mindestens ein Abschnitt unter Verwendung einer oder mehrerer der hierin beschriebenen I/O-Virtualisierungstechniken in Betrieb genommen wurde. Die Prozessanlage 5 enthält eine oder mehrere Prozesssteuerungen (die hierin auch austauschbar als „Steuerungen“ bezeichnet werden), die Signale empfangen, die von Feldgeräten vorgenommene Prozessmessungen anzeigen, diese Informationen verarbeiten, um eine Steuerroutine zu implementieren, und Steuersignale generieren, die über leitungsgebundene oder drahtlose Prozesssteuerungs-Kommunikationsverbindungen oder Netzwerke an andere Feldgeräte zur Steuerung des Betriebs eines Prozesses in der Anlage 5 gesendet werden. Typischerweise führt mindestens ein Feldgerät eine physische Funktion aus (z. B. Öffnen oder Schließen eines Ventils, Erhöhen oder Verringern einer Temperatur, Durchführung einer Messung, Erfassen einer Bedingung usw.), um den Betrieb eines Prozesses zu steuern. Einige Arten von Feldgeräten kommunizieren mit Steuerungen unter Verwendung von I/O-Geräten (die hierin auch austauschbar als „I/O-Karten“ bezeichnet werden). Prozesssteuerungen, Feldgeräte und I/O-Geräte können leitungsgebunden oder drahtlos sein, und jede beliebige Anzahl und Kombination von leitungsgebundenen und drahtlosen Prozesssteuerungen, Feldgeräten und I/O-Geräten kann in der Prozessanlagenumgebung oder dem System 5 enthalten sein.
Zum Beispiel veranschaulicht 1 eine Prozesssteuerung 11, die kommunikativ mit den leitungsgebundenen Feldgeräten 15-22 über I/O-Karten 26 und 28 verbunden ist, und die mit den drahtlosen Feldgeräten 40-46 über ein drahtloses Gateway 35 und eine Prozesssteuerung-Datenautobahn oder -Backbone 10 verbunden ist. Die Prozesssteuerungsdatenautobahn 10 kann eine oder mehrere leitungsgebundene und/oder drahtlose Kommunikationsverbindungen enthalten und kann unter Verwendung eines beliebigen gewünschten oder geeigneten oder Kommunikationsprotokolls, wie z. B. eines Ethernet-Protokolls, implementiert sein. In einigen (nicht dargestellten) Konfigurationen kann die Steuerung 11 kommunikativ mit dem drahtlosen Gateway 35 unter Verwendung von einem oder mehreren Kommunikationsnetzwerken außer dem Backbone 10 verbunden sein, wie z. B. durch Verwenden einer beliebigen Anzahl anderer leitungsgebundener oder drahtloser Kommunikationsverbindungen, die ein oder mehrere Kommunikationsprotokolle unterstützen, z. B. Wi-Fi oder ein anderes IEEE 802.11-konformes WLAN-Protokoll, Mobilkommunikationsprotokoll (z. B. WiMAX, LTE oder ein anderes ITU-R-kompatibles Protokoll), Bluetooth®, HART®, WirelessHART®, Profibus, FOUNDATION® Fieldbus usw.
Die Steuerung 11, die beispielsweise die von Emerson Process Management vertriebene DeltaV™-Steuerung sein kann, kann dazu betrieben werden, einen Batch-Prozess oder einen kontinuierlichen Prozess unter Verwendung von mindestens einigen der Feldgeräte 15-22 und 40-46 umzusetzen. In einer Ausführungsform ist die Steuerung 11 zusätzlich zur kommunikativen Verbindung mit der Prozesssteuerungs-Datenautobahn 10 auch kommunikativ mit mindestens einigen der Feldgeräte 15-22 und 40-46 verbunden, unter Verwendung einer beliebigen gewünschten Hard- und Software, die zum Beispiel mit Standard 4-20 mA-Geräten, I/O-Karten 26, 28 und/oder einem beliebigen intelligenten Kommunikationsprotokoll, wie z. B. dem FOUNDATION^®-Fieldbus-Protokoll, dem HART^®-Protokoll, dem WirelessHART^®-Protokoll etc., verknüpft ist. In 1 sind die Steuerung 11, die Feldgeräte 15-22 und die I/O-Karten 26, 28 leitungsgebundene Geräte und die Feldgeräte 40-46 sind drahtlose Feldgeräte. Natürlich könnten die leitungsgebundenen Feldgeräte 15-22 und die drahtlosen Feldgeräte 40-46 jedem (allen) anderen gewünschten Standard(s) oder Protokollen, wie z. B. allen leitungsgebundenen oder drahtlosen Protokollen, einschließlich allen künftig entwickelten Standards oder Protokollen, entsprechen.
Die Prozesssteuerung 11 von 1 enthält einen Prozessor 30, der eine oder mehrere Prozesssteuerroutinen 38 implementiert oder überwacht (z. B. die in einem Speicher 32 gespeichert sind). Der Prozessor 30 ist konfiguriert, mit den Feldgeräten 15-22 und 40-46 und mit anderen mit der Steuerung 11 kommunikativ verbundenen Knoten zu kommunizieren. Es sei darauf hingewiesen, dass Teile von beliebigen der hierin beschriebenen Steuerroutinen oder -Module von verschiedenen Steuerungen oder anderen Geräten implementiert oder ausgeführt werden können, falls gewünscht. Ebenso können die hierin beschriebenen Steuerroutinen oder -Module 38, die innerhalb des Prozesssteuerungssystems 5 zu implementieren sind, jede Form annehmen, einschließlich Software, Firmware, Hardware usw. Steuerroutinen können in jedem beliebigen Softwareformat implementiert werden, wie z. B. durch Verwendung objektorientierter Programmierung, Kontaktplan, sequenziellen Funktionsplänen, Funktionsblockschaltbilder oder durch Verwendung irgendeiner anderen Softwareprogrammiersprache oder eines Design-Paradigmas. Die Steuerroutinen 38 können in jedem gewünschten Speichertyp 32, wie z. B. Arbeitsspeicher (RAM) oder Festwertspeicher (ROM) gespeichert sein. Ebenso können die Steuerroutinen 38 zum Beispiel in einem oder mehreren EPROMs, EEPROMs, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) oder anderen Hardware- oder Firmware-Elementen fest eingebaut sein. Somit kann die Steuerung 11 konfiguriert sein, eine Steuerstrategie oder Steuerroutine in jeder gewünschten Weise zu implementieren.
Die Steuerung 11 implementiert eine Steuerstrategie oder Steuerroutine 38 unter Verwendung von so genannten Funktionsblöcken, wobei jeder Funktionsblock ein Objekt oder ein anderes Teil (z. B. eine Subroutine) einer Gesamtsteuerroutine ist und in Verbindung mit anderen Funktionsblöcken (über als Links bezeichnete Kommunikationen) arbeitet, um Prozesssteuerschleifen innerhalb des Prozesssteuerungssystems 5 zu implementieren. Steuerungsbasierte Funktionsblöcke führen typischerweise eines von einer Eingangsfunktion, wie z. B. der mit einem Geber, einem Sensor oder einem anderen Prozessparameter-Messgerät verknüpften, einer Steuerfunktion, wie z. B. der mit einer Steuerroutine verknüpften, die eine PID-, Fuzzy-Logik- usw. -Steuerung ausführt, oder einer Ausgangsfunktion aus, die den Betrieb einiger Geräte, wie z. B. eines Ventils, steuert, um eine physische Funktion innerhalb des Prozesssteuerungssystems 5 auszuführen. Natürlich existieren auch hybride und andere Arten von Funktionsblöcken. Funktionsblöcke können von der Steuerung 11 gespeichert und ausgeführt werden, was typischerweise der Fall ist, wenn diese Funktionsblöcke für Standard 4-20 mA-Geräte und einige Typen von intelligenten Feldgeräten, wie z. B. HART^®-Geräten, verwendet werden oder damit verknüpft werden, oder sie können in den Feldgeräten selbst gespeichert und implementiert sein, was bei FOUNDATION^®-Fieldbus-Geräten der Fall sein kann. Die Steuerung 11 kann eine oder mehrere Steuerroutinen 38 enthalten, die eine oder mehrere Steuerschleifen implementieren können, die durch Ausführen eines oder mehrerer Funktionsblöcke ausgeführt werden.
Die leitungsgebundenen Feldgeräte 15-22 können beliebige Arten von Geräten sein, wie z. B. Sensoren, Ventile, Geber, Stellungsregler usw., während die I/O-Karten 26 und 28 beliebige Arten von I/O-Geräten sein können, die einem beliebigen gewünschten Kommunikations- oder Steuerungs-Protokoll entsprechen. In 1 sind Feldgeräte 15-18 Standard 4-20 mA-Geräte oder HART^®-Geräte, die über analoge Leitungen oder kombinierte analoge und digitale Leitungen mit der I/O-Karte 26 kommunizieren, während die Feldgeräte 19-22 intelligente Geräte wie FOUNDATION^®-Fieldbus-Feldgeräte sind, die über einen digitalen Bus mit der I/O-Karte 28 mittels eines FOUNDATION^®-Fieldbus-Kommunikationsprotokolls kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können jedoch zumindest einige der leitungsgebundenen Feldgeräte 15, 16, 18-21 und/oder zumindest einige der I/O-Karten 26, 28 zusätzlich oder alternativ mit der Steuerung 11 über die Prozesssteuerungs-Datenautobahn 10 und/oder über andere geeignete Steuerungssystemprotokolle (z. B. Profibus, DeviceNet, Foundation Fieldbus, ControlNet, Modbus, HART usw.) kommunizieren.
In 1 kommunizieren die drahtlosen Feldgeräte 40-46 über ein drahtloses Prozesssteuerungs-Kommunikationsnetz 70 mit einem drahtlosen Protokoll, wie dem WirelessHART^®-Protokoll. Solche drahtlosen Feldgeräte 40-46 können direkt mit einem oder mehreren anderen Geräte oder Knoten des drahtlosen Netzwerks 70 kommunizieren, die ebenfalls für eine drahtlose Kommunikation (zum Beispiel unter Verwendung des drahtlosen Protokolls oder eines anderen drahtlosen Protokolls) konfiguriert sind. Zur Kommunikation mit einem oder mehreren anderen Knoten, die nicht für die drahtlose Kommunikation konfiguriert sind, können sich die drahtlosen Feldgeräte 40-46 eines drahtlosen Gateways 35 bedienen, das mit der Prozesssteuerungs-Datenautobahn 10 oder einem anderen Prozesssteuerungs-Kommunikationsnetzwerk verbunden ist. Das drahtlose Gateway 35 ermöglicht den Zugriff auf verschiedene drahtlose Geräte 40-58 des drahtlosen Kommunikationsnetzes 70. Insbesondere stellt das drahtlose Gateway 35 eine kommunikative Kopplung zwischen den drahtlosen Geräte 40-58, den leitungsgebundenen Geräten 11-28 und/oder anderen Knoten oder Geräten der Prozesssteuerungsanlage 5 bereit. Zum Beispiel kann das drahtlose Gateway 35 eine kommunikative Kopplung unter Verwendung der Prozesssteuerungs-Datenautobahn 10 und/oder unter Verwendung eines oder mehrerer anderer Kommunikationsnetzwerke der Prozessanlage 5 bereitstellen.
Analog zu den leitungsgebundenen Feldgeräten 15-22 übernehmen die drahtlosen Feldgeräte 40-46 des drahtlosen Netzwerks 70 physische Steuerungsfunktionen innerhalb der Prozessanlage 5, z. B. Öffnen oder Schließen von Ventilen oder Durchführung von Messungen von Prozessparametern. Die drahtlosen Feldgeräte 40-46 sind jedoch für die Kommunikation unter Verwendung des drahtlosen Protokolls des Netzwerks 70 konfiguriert. Als solche sind die drahtlosen Feldgeräte 40-46, das drahtlose Gateway 35 und die anderen drahtlosen Knoten 52-58 des drahtlosen Netzwerks 70 Erzeuger und Verbraucher drahtloser Kommunikationspakete.
In einigen Konfigurationen der Prozessanlage 5 enthält das drahtlose Netzwerk 70 auch nicht-drahtlose Geräte. Zum Beispiel ist in 1 ein Feldgerät 48 von 1 ein 4-20 mA-Altgerät und ein Feldgerät 50 ist ein leitungsgebundenes HART^®-Gerät. Zur Kommunikation innerhalb des Netzwerks 70 sind die Feldgeräte 48 und 50 über einen drahtlosen Adapter 52a, 52b mit dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk 70 verbunden. Die drahtlosen Adapter 52a, 52b unterstützen ein drahtloses Protokoll, wie z. B. WirelessHART, und können auch ein oder mehrere andere Kommunikationsprotokolle wie Foundation^®-Fieldbus, PROFIBUS, DeviceNet, etc. unterstützen. Darüber hinaus enthält das drahtlose Netzwerk 70 in einigen Konfigurationen einen oder mehrere Netzwerkzugangspunkte 55a, 55b, die separate physische Geräte in leitungsgebundener Kommunikation mit dem drahtlosen Gateway 35 sein können oder die in das drahtlose Gateway 35 integriert sein können. Das drahtlose Netzwerk 70 kann auch einen oder mehrere Router 58 enthalten, um Pakete von einem drahtlosen Gerät zu einem anderen drahtlosen Gerät innerhalb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 70 weiterzuleiten. In 1 kommunizieren die drahtlosen Geräte 40-46 und 52-58 miteinander und mit dem drahtlosen Gateway 35 über drahtlose Verbindungen 60 des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 70 und/oder über die Prozesssteuerungs-Datenautobahn 10.
In 1 enthält das Prozesssteuerungssystem 5 eine oder mehrere Bedienstationen 71, die kommunikativ mit der Datenautobahn 10 verbunden sind. Über die Bedienstationen 71 können Bediener Laufzeitbetriebsvorgänge der Prozessanlage 5 überwachen, sowie sämtliche Diagnose-, Korrektur-, Wartungs- und/oder sonstigen Maßnahmen ergreifen, die erforderlich sein können. Zumindest einige der Bedienstationen 71 können sich in verschiedenen, geschützten Bereichen in oder nahe der Anlage 5 befinden; und in manchen Situationen können zumindest einige der Bedienstationen 71 entfernt angeordnet sein, jedoch dennoch in kommunikativer Verbindung mit der Anlage 5 stehen. Die Bedienstationen 71 können leitungsgebundene oder drahtlose Rechengeräte sein.
Das Beispiel-Prozesssteuerungssystem 5 ist ferner so veranschaulicht, dass es eine Konfigurationsanwendung 72a und eine Konfigurationsdatenbank 72b enthält, von denen jede ebenfalls kommunikativ mit der Datenautobahn 10 verbunden ist. Wie vorstehend erörtert, können verschiedene Instanzen der Konfigurationsanwendung 72a auf einem oder mehreren Rechengeräten (nicht dargestellt) ausgeführt werden, um es Benutzern (z. B. Konfigurationsingenieuren) zu ermöglichen, Prozesssteuermodule zu erstellen oder zu ändern und diese Module über die Datenautobahn 10 auf die Steuerungen 11 herunterzuladen, eine virtuelle Steuerung zu generieren, die die eine der Steuerungen 11 für eine Simulation oder einen Test von Entwurfsprozesssteuerungsmodulen repräsentiert, sowie es den Benutzern zu ermöglichen, Bedienerschnittstellen zu erstellen oder zu ändern, über die ein Bediener Daten einsehen und Dateneinstellungen innerhalb von Prozesssteuerroutinen ändern kann. Die Konfigurationsdatenbank 72b speichert die erzeugten (z. B. konfigurierten) Module, einschließlich Vorlagenmodule, Steuermodule, Anzeigemodule und/oder Bedienerschnittstellen. Im Allgemeinen sind die Konfigurationsanwendung 72a und die Konfigurationsdatenbank 72b zentralisiert und weisen ein einheitliches logisches Erscheinungsbild für das Prozesssteuerungssystem 5 auf, obwohl mehrere Instanzen der Konfigurationsanwendung 72a gleichzeitig innerhalb des Prozesssteuerungssystems 5 ausgeführt werden können und die Konfigurationsdatenbank 72b über mehrere physische Datenspeichergeräte hinweg implementiert sein kann. Dementsprechend umfassen die Konfigurationsanwendung 72a, die Konfigurationsdatenbank 72b und Benutzerschnittstellen dazu (nicht dargestellt) ein Konfigurations- oder Entwicklungssystem 72 für Steuer- und/oder Anzeigemodule. Typischer-, aber nicht notwendigerweise, sind die Benutzerschnittstellen für das Konfigurationssystem 72 andere als die für die Bedienstationen 71, da die Benutzerschnittstellen für das Konfigurationssystem 72 von Konfigurations- und Entwicklungsingenieuren unabhängig davon verwendet werden, ob die Anlage 5 in Echtzeit arbeitet oder nicht, wohingegen die Bedienstationen 71 von Bedienern während Echtzeitbetriebsvorgängen der Prozessanlage 5 (hierin auch austauschbar als „Laufzeit“-Betriebsvorgänge der Prozessanlage 5 bezeichnet) verwendet werden.
Das Beispiel-Prozesssteuerungssystem 5 enthält eine Data Historian-Anwendung 73a und eine Data Historian-Datenbank 73b, die jeweils auch kommunikativ mit der Datenautobahn 10 verbunden sind. Die Data Historian-Anwendung 73a sammelt einige oder alle über die Datenautobahn 10 bereitgestellten Daten und historisiert oder speichert die Daten in der Data Historian-Datenbank 73b zur Langzeitspeicherung. Analog zur Konfigurationsanwendung 72a und zur Konfigurationsdatenbank 72b, sind die Data Historian-Anwendung 73a und die Data Historian-Datenbank 73b zentralisiert und weisen ein einheitliches logisches Erscheinungsbild für das Prozesssteuerungssystem 5 auf, obwohl mehrere Instanzen der Data Historian-Anwendung 73a gleichzeitig innerhalb des Prozesssteuerungssystems 5 ausgeführt werden können und die Data Historian-Datenbank 73b über mehrere physische Datenspeichergeräte hinweg implementiert sein kann.
In einigen Konfigurationen enthält das Prozesssteuerungssystem 5 einen oder mehrere andere drahtlose Zugangspunkte 74, die mit anderen Geräten unter Verwendung von anderen drahtlosen Protokollen kommunizieren, wie z. B. Wi-Fi oder anderen IEEE 802.11-konformen drahtlosen lokalen Netzwerkprotokollen, mobilen Kommunikationsprotokollen, wie z. B. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), LTE (Long Term Evolution) oder andere ITU-R (International Telecommunication Union Radiocommunication Sector)-kompatiblen Protokollen, kurzwelligen Funkkommunikationen, wie z. B. NFC und Bluetooth, oder anderen drahtlosen Kommunikationsprotokollen. Typischerweise ermöglichen solche drahtlosen Zugangspunkte 74 die Kommunikation von Hand- oder anderen tragbaren Rechengeräten (z. B. Benutzerschnittstellengeräte 75) über ein entsprechendes drahtloses Prozesssteuerungs-Kommunikationsnetzwerk, das sich vom drahtlosen Netzwerk 70 unterscheidet und das ein anderes drahtloses Protokoll als das drahtlose Netzwerk 70 unterstützt. Zum Beispiel kann ein drahtloses oder tragbares Benutzerschnittstellengerät 75 eine mobile Arbeitsstation oder ein Diagnosetestgerät sein, das von einem Bediener innerhalb der Prozessanlage 5 verwendet wird (z. B. eine Instanz einer der Bedienstationen 71). In einigen Szenarien kommunizieren neben tragbaren Rechengeräten auch ein oder mehrere Prozesssteuerungsgeräte (z. B. Steuerung 11, Feldgeräte 15-22, oder die drahtlosen Geräte 35, 40-58) unter Verwendung des von den Zugangspunkten 74 unterstützten drahtlosen Protokolls.
In einigen Konfigurationen enthält das Prozesssteuerungssystem 5 ein oder mehrere Gateways 76, 78 zu Systemen, die sich außerhalb des unmittelbaren Prozesssteuerungssystems 5 befinden. Typischerweise sind solche Systeme Kunden und/oder Lieferanten von Informationen, die von dem Prozesssteuerungssystem 5 generiert oder darauf betrieben werden. Zum Beispiel kann die Prozesssteuerungsanlage 5 einen Gateway-Knoten 76 enthalten, um die unmittelbare Prozessanlage 5 kommunikativ mit einer anderen Prozessanlage zu verbinden. Zusätzlich oder alternativ kann die Prozesssteuerungsanlage 5 einen Gateway-Knoten 78 enthalten, um die unmittelbare Prozessanlage 5 mit einem externen öffentlichen oder privaten System zu verbinden, wie z. B. einem Laborsystem (z. B. Laborinformations-Managementsystem oder LIMS), einer Operator-Rounds-Datenbank, einem Materialflusssystem, einem Wartungsmanagementsystem, einem Produktbestands-Steuerungssystem, einem Produktionsplanungssystem, einem Witterungsdatensystem, einem Versand- und Handhabungssystem, einem Verpackungssystem, dem Internet, einem Prozesssteuerungssystem eines anderen Lieferanten oder anderen externen Systemen.
Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl 1 nur eine Steuerung 11 mit einer endlichen Anzahl von Feldgeräten 15-22 und 40-46, drahtlosen Gateways 35, drahtlosen Adaptern 52, Zugangspunkten 55, Routern 58, drahtlosen Prozesssteuerungs-Kommunikationsnetzwerken 70, die in der Beispiel-Prozessanlage 5 enthalten sind, veranschaulicht, dieses Beispiel jedoch nur eine veranschaulichende und nicht-einschränkende Ausführungsform ist. Jede beliebige Anzahl von Steuerungen 11 kann in die Prozesssteuerungsanlage oder das System 5 einbezogen werden, und jede der Steuerungen 11 kann mit einer beliebigen Anzahl von leitungsgebundenen oder drahtlosen Geräten und Netzwerken 15-22, 40-46, 35, 52, 55, 58, und 70 kommunizieren, um einen Prozess in der Anlage 5 zu steuern.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass das Prozessanlagen- bzw. -Steuerungssystem 5 der 1 eine Feldumgebung 122 (z. B. „die Prozessanlagenhalle 122“) und eine Back-End-Umgebung 125 enthält, die über die Datenautobahn 10 kommunikativ verbunden sind. Wie in 1 dargestellt, enthält die Feldumgebung 122 physische Komponenten (z. B. Prozesssteuerungsgeräte, Netzwerke, Netzwerkelemente usw.), die zur Steuerung des Prozesses während der Laufzeit angeordnet, installiert und darin miteinander verbunden sind. Zum Beispiel sind die Steuerung 11, die I/O-Karten 26, 28, die Feldgeräte 15-22 und weitere Geräte und Netzwerkkomponenten 40-46, 35, 52, 55, 58 und 70 in der Feldumgebung 122 der Prozessanlage 5 platziert, angeordnet oder anderweitig in diese eingeschlossen. Allgemein gesprochen, werden in der Feldumgebung 122 der Prozessanlage 5 Rohstoffe empfangen und mit den darin angeordneten physischen Komponenten verarbeitet, um ein oder mehrere Produkte zu generieren.
Die Back-End-Umgebung 125 der Prozessanlage 5 enthält verschiedene Komponenten, wie z. B. Rechengeräte, Bedienstationen, Datenbasen oder Datenbanken usw., die von den rauen Bedingungen und Materialien der Feldumgebung 122 abgeschirmt und/oder vor diesen geschützt werden. Unter Bezugnahme auf 1 enthält die Back-End-Umgebung 125 zum Beispiel die Bedienstationen 71, die Konfigurations- oder Entwicklungssysteme 72 für Steuermodule und andere ausführbare Module, die Data Historian-Systeme 73 und/oder andere zentralisierte Verwaltungssysteme, Rechengeräte und/oder Funktionen, die die Laufzeitbetriebsvorgänge der Prozessanlage 5 unterstützen. In einigen Konfigurationen können sich verschiedene in der Back-End-Umgebung 125 der Prozessanlage 5 enthaltene Rechengeräte, Datenbanken und andere Komponenten und Ausrüstungen an verschiedenen physischen Standorten befinden, von denen einige lokal in der Prozessanlage 5 und andere entfernt angeordnet sein können.
2A veranschaulicht ein Beispiel-Back-End-System 200, das Hardware- und Software-Einheiten enthält, die es ermöglichen, Back-End-Systemkomponenten (z. B. und insbesondere die mit Prozesssteuerungen zusammenhängenden Back-End-Komponenten) zu erstellen, zu testen, zu konfigurieren und (zumindest teilweise) in Betrieb zu nehmen, bevor die Feldausrüstung mit verschiedenen I/O-Netzwerkkarten und/oder Kanälen in der Anlage verbunden und/oder dieser zugeordnet wird. Das Back-End-System 200 kann in einer Beispiel-Implementierung in der Back-End-Umgebung 125 von 1 enthalten sein.
Insbesondere, wie in 2A veranschaulicht, kann das Back-End-System 200 Steuerungs-, Wartungs- und Simulationssysteme enthalten, die als ein Steuerungssystem 210, ein Asset-Management-System (AMS) 212 und ein Simulationssystem 214 dargestellt sind. Das Steuerungssystem 210, das der Einfachheit halber als ein einzelner Block veranschaulicht ist, kann viele verschiedene Steueranwendungen und Datenbanken enthalten, die in denselben oder unterschiedlichen Steuerungssystem-Verarbeitungsgeräten gespeichert sind und darauf ausgeführt werden, wie z. B. in den verschiedenen unterschiedlichen Verarbeitungsgeräten Bedienstationen, Servern und Datenbanken von 1. Insbesondere kann das Steuerungssystem 210 eine oder mehrere Steuerungssystem-Designanwendungen 210A enthalten, wie z. B. eine Konfigurationsanwendung, die verwendet werden kann, um verschiedene Steuermodule, Steuerfunktionsblöcke, Steuerbenutzerschnittstellen-Anwendungen und andere Steuerprogramme (z. B. wie in 2A veranschaulicht und hierin allgemein als Steuermodule 210B bezeichnet) zu erstellen. Da die Steuerungsanwendungen 210A dazu verwendet werden können, Inbetriebnahmeaktivitäten zu erleichtern, kann jede der Steueranwendungen 210A, einschließlich der Konfigurationsanwendung, auch als „Inbetriebnahmewerkzeug“ bezeichnet werden. Die Steuermodule 210B, die unter Verwendung der Steueranwendungen 210A generiert und/oder modifiziert werden, können schließlich auf eine oder mehrere Prozesssteuerungen oder Sicherheitssystem-Logikgeräte in der Feldumgebung 122 heruntergeladen, gespeichert und darauf ausgeführt werden. Wenn sie in dem einen oder den mehreren Prozesssteuerungen oder Sicherheitslogikgeräten in der Feldumgebung 122 während der Laufzeit ausgeführt werden, können die Steuermodule 210B Steuerroutinen ausführen, um Steueraktionen, Sicherheitssystemroutinen zum Implementieren von Sicherheitsaktionen usw. zu implementieren. Die Steuerungsbenutzerschnittstellen, die in einem oder mehreren Back-End-Systemrechnergeräten, wie z. B. Arbeitsstationen mit Benutzerschnittstellen usw., ausgeführt werden können, können es Steuerungsingenieuren, Steuerungsbedienern oder anderem Personal ermöglichen, verschiedene steuerungsbasierte Aktivitäten in der Anlage durchzuführen. Nach ihrer Erzeugung können solche Steuermodule, Routinen, Anwendungen und Programme 210B auf verschiedene Steuerungen, I/O-Geräte, Feldgeräte, Datenbanken, Benutzerschnittstellengeräte, Server, Verarbeitungsgeräte usw. der Feldumgebung 122 des Steuersystems während der Laufzeit der Prozessanlage 5 heruntergeladen und darauf ausgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ können die Steuermodule, Routinen, Anwendungen und Programme durch eine virtuelle Steuerung in einer Simulationsumgebung im Simulationssystem 214 ausgeführt werden. Darüber hinaus können die erzeugten Steuermodule 210B (die zum Beispiel aus verschiedenen miteinander verbundenen Funktionsblöcken bestehen können), sicherheitstechnische Module, Benutzerschnittstellenmodule, Kommunikationsmodule, Analysemodule, Datenbankmodule usw. in einer Konfigurationsdatenbank 216 (nicht dargestellt) gespeichert sein. An einem bestimmten Punkt können diese Steuermodule, Programme, Schnittstellen usw. 210B auch heruntergeladen und auf verschiedenen Datenverarbeitungsgeräten installiert werden, wie z. B. in Prozesssteuerungen, Arbeitsstationen, Benutzerschnittstellengeräten, Datenbanken, Servern usw. während des Inbetriebnahmeprozesses.
In ähnlicher Weise kann das Asset-Managementsystem (AMS) 212 verschiedene Wartungssystem-Erstellungs- und Konfigurationsanwendungen 212A enthalten, die verwendet werden, um Wartungssystemobjekte, Benutzerschnittstellen, Datenbankobjekte oder andere Anwendungen oder Module 212B zu erzeugen, die in verschiedenen Geräten in der Anlage gespeichert und darauf ausgeführt werden können, um Wartungsaktivitäten in der Anlage durchzuführen, einschließlich in Bedienstationsgeräten, tragbaren Geräten, tragbaren Rechengeräten usw. Die Module, Objekte, Programme und Anwendungen 212B können durch oder in Verbindung mit anderen Wartungssystemkomponenten ausgeführt werden und können auf verschiedenen Plattformen oder Geräten ausgeführt werden, wie z. B. Back-End-Systemgeräten, Hand- oder tragbaren Geräten, die innerhalb der Anlage bewegt werden können, etc. Außerdem können diese Module, Anwendungen, Programme, Schnittstellen usw. verwendet werden, um beliebige gewünschte oder bekannte Arten von Wartungsarbeiten an den Geräten innerhalb der Prozess- oder Industrieanlage durchzuführen, einschließlich an Geräten im Steuerungssystem und im Sicherheitssystem der Anlage. Wie in 2A veranschaulicht, können die Komponenten des AMS-Systems 212 mit der Konfigurationsdatenbank 216 verbunden werden und können Informationen speichern und von ihr Informationen empfangen, und können dazu betrieben werden, Daten, Objekte oder andere Informationen in der Konfigurationsdatenbank 216 während des Betriebs der Anlage zu aktualisieren oder zu verändern.
Weiterhin ist die Back-End-Umgebung 200 von 2A so veranschaulicht, dass sie ein Simulationssystem 214 enthält, das verschiedene Anwendungen 214A enthalten kann, die zum Testen verschiedener der Steuermodule 210B, Sicherheitsmodule 210B, Kommunikationsmodule 210B, Asset-Manangementsystemmodule 212B, Benutzerschnittstellenanwendungen 210A und 212A usw. verwendet werden können, die unter Verwendung der Anwendungen 210A und 212A innerhalb des Steuerungssystems 210 und des AMS 212 entwickelt werden, und/oder die in der Konfigurationsdatenbank 216 gespeichert sind. In einigen Fällen können die Simulationssystem-Anwendungen 214A verwendet werden, um eine Simulationsumgebung zum Ausführen einer virtuellen Steuerung zum Testen und Entwickeln von Steuermodulen und/oder Steuerroutinen als Teil der Inbetriebnahme der Steuermodule 210B und/oder ihrer jeweiligen Steuerungen 262 zu erzeugen. In 2A sind die Simulationskomponenten, die unter Verwendung der Simulationssystem-Anwendungen 214A (wie z. B. der Simulationsumgebung, den einen oder den mehreren virtuellen Steuerungen usw.) erzeugt werden, durch das Referenzzeichen 214B angegeben.
Um die Durchführung von Inbetriebnahmeaktivitäten an den Software- und Hardwarekomponenten der Back-End-Umgebung 200 zu ermöglichen, bevor die Back-End-Umgebung 200 vollständig kommunikativ mit der Feldausrüstung verbunden ist, und/oder bevor das I/O-Netzwerk konfiguriert ist, Kommunikationspfade zwischen der Back-End-Umgebung 200 und der Feldausrüstung bereitzustellen, enthält die Back-End-Umgebung 200 ein Asset-Objektsystem 230, das, wie in 2B veranschaulicht, mit dem Steuerungssystem 210, dem AMS 212, dem Simulationssystem 214 und der Konfigurationsdatenbank 216 kommunikativ verbunden ist. In einigen Fällen kann das Asset-Objektsystem 230 Teil der Konfigurationsdatenbank 216 sein, z. B. kann es mit der Konfigurationsdatenbank 216 integral implementiert sein. Das Asset-Objektsystem 230 speichert verschiedene Geräteplatzhalterobjekte 232 darin und speichert im Allgemeinen ein solches Geräteplatzhalterobjekt 232m für jedes Feldausrüstungsteil in der Feldumgebung (z. B. jedes Feldgerät). Die Geräteplatzhalterobjekte für Feldgeräte oder andere Hardwareteile werden allgemein als ein Geräte-Tag-(DT)-Platzhalterobjekt 232m angezeigt. Zusätzlich kann das Asset-Objektsystem 230 ein Geräteplatzhalterobjekt für jedes unterschiedliche Signal oder jeden adressierbaren Parameter eines Geräts speichern, und diese Geräteplatzhalterobjekte werden allgemein als ein Gerätesignal-Tag-(DST)-Objekt 232n angezeigt. Ein DST-Objekt 232n kann dasselbe Geräte-Tag wie das Geräte-Tag eines Geräts verwenden, dem das Gerätesignal-Tag als Root-Tag entspricht, mit zusätzlichen oder anderen darin enthaltenen Informationen. Somit kann das Geräte-Tag 232n für ein DST-Objekt das Geräte-Tag 232m für das DT-Objekt enthalten, zu dem das Signal gehört, zum Beispiel, mit zusätzlichen daran angehängten Signal-Tag-Informationen.
Im Allgemeinen wird ein Geräteplatzhalterobjekt 232 für jedes derselben Geräte (und gegebenenfalls Gerätesignale) erzeugt, wie sie in der vorstehend beschriebenen Feldausrüstungsumgebung 122 erzeugt werden. Somit haben die Geräteplatzhalterobjekte 232 in der Back-End-Umgebung 200 dasselbe Format und dieselben Arten von Informationen, die darin gespeichert sind, wie Geräteobjekte, die in die Feldausrüstungsumgebung 122 geladen werden (wo solche verifizierten Geräteobjekte zum Beispiel im Back-End-System 200 in der Konfigurationsdatenbank 216 als Objekte 210B gespeichert werden und von dort in die Feldumgebung 122 heruntergeladen werden können). Auf jeden Fall können die Geräteplatzhalterobjekte 232 (oder Instanzen davon) I/O-Kommunikationskanal-Informationen speichern, wie z. B. I/O-Kanaleigenschaften, die Definitionen, Parameter, I/O-Gerätetypen, I/O-Geräte usw. sein können, die verwendet werden, um das Feldgerät mit dem Back-End-System 200 und/oder mit einer Prozesssteuerung oder einem anderen in der Feldumgebung 122 angeordneten Gerät kommunikativ zu verbinden.
Zusätzlich können die I/O-Kanaleigenschaften, die in den Geräteplatzhalterobjekten 232 gespeichert sind, in einer von dem Simulationssystem 214 ausgeführten Simulation verwendet werden. Zu diesem Zweck versetzen die I/O-Kanalinformationen für das Feldgerät, wie sie in einem Geräteplatzhalterobjekt 232 gespeichert sind, das Simulationssystem 214 in die Lage, ein Geräteplatzhalterobjekt (oder eine Instanz davon) zu replizieren, zu verwenden und zu testen, ohne dass das Geräteplatzhalterobjekt 232 einem bestimmten I/O-Kanal zugewiesen wird. Natürlich ist das Simulationssystem 214 immer noch in der Lage, Geräteplatzhalterobjekte 232, die bestimmten I/O-Kanälen zugewiesen wurden, zu replizieren, zu verwenden und zu testen.
Somit können die erzeugten Objekte, Module, Anwendungen und Programme 210B, 212B, 214B, die das Senden von Signalen an oder Empfangen von Signalen von einem oder mehreren der Feldgeräte in der Anlage 5 erfordern oder beinhalten, in den Steuerungssystem-Konfigurationsanwendungen 210A, in den Wartungssystem-Konfigurationsanwendungen 212A und in den Simulationssystem-Erzeugungsanwendungen 214A unter Verwendung der System-Tags des Feldgeräts und/oder des Gerätesignal-Tags (das sich auf ein spezifisches Signal oder einen Parameter eines Feldgeräts unter Verwendung des System-Tags des Feldgeräts bezieht) erzeugt werden (wie es typisch ist). Typischerweise können System-Tags, Geräte-Tags und/oder Gerätesignal-Tags von Feldgeräten im Back-End-System 200 in dem AMS-System 212 und/oder im Steuerungssystem 210, z. B. in der Konfigurationsdatenbank 216, gespeichert werden. Ein Benutzer kann dann die Steuerungs-, Wartungs- und Simulationssystem-Anwendungen 210A, 212A, 214A oder eine eigenständige Simulations- oder Konfigurationsanwendung verwenden, um die Module, Objekte, Anwendungen und Programme 210B, 212B, 214B zu konfigurieren und auszuführen, die während der Ausführung das in dem Back-End-System 200 gespeicherte Gerätesystem-Tag (und/oder auf dem Gerätesystem-Tag basierende Gerätesignal-Tag) verwenden können, um das Geräteplatzhalterobjekt 232 im Asset-Objektsystem 230 für ein referenziertes Gerät oder Gerätesignal zu finden. Wenn das Geräteplatzhalterobjekt 232, wie es im Asset-Objektsystem 230 gespeichert ist, als in einem I/O-nicht zugeordneten Zustand befindlich angezeigt wird, erkennt das Steuerungssystem 210, das Wartungssystem 212, das Simulationssystem 214 oder eine andere Simulations- oder Testmaschine, dass das tatsächliche Feldgerät nicht mit dem Back-End-System 200 über das Steuerungssystem-I/O-Kommunikationsnetzwerk verbunden ist. In diesen Fällen kann das Geräteplatzhalterobjekt 232 jedoch immer noch Informationen über das Gerät (und/oder den I/O-Pfad oder Kanal, die benötigt werden, um das Gerät über das I/O-Netzwerk zu erreichen) speichern, die vom Aufruf-Modul, - Anwendung oder -Programm benötigt oder referenziert werden, und somit kann das Geräteplatzhalterobjekt 232 eine Antwort liefern oder verwendet werden, um eine Antwort auf der Basis der im Geräteplatzhalterobjekt 232 gespeicherten Konfigurationsdaten bereitzustellen, um den Betrieb des Geräts oder die Antwort des tatsächlichen Geräts nachzubilden, oder um anzuzeigen, ob der Aufruf richtig konfiguriert wurde, basierend auf den über die Adressierung des Geräts gespeicherten Geräte- und I/O-Kanal-Informationen.
Zu diesem Zweck können, wenn ein Geräteplatzhalterobjekt 232 erzeugt wird, dem Geräteplatzhalterobjekt 232 Standardparameter für den Objekttyp zugewiesen werden, mit dem das Geräteplatzhalterobjekt verknüpft ist. Zum Beispiel speichert die Konfigurationsdatenbank 216 Vorlagenobjekte für Geräteobjekte, die für die Anwendungen 210A, 212A und 214A zur Verfügung gestellt werden. Das Vorlagenobjekt enthält die Standardparameter für diesen Objekttyp. In einigen Ausführungsformen erzeugt das Asset-Objektsystem 230 eine Kopie des Vorlagenobjekts, um das Geräteplatzhalterobjekt 232 so zu erzeugen, dass das Geräteplatzhalterobjekt die Standardparameter enthält.
In anderen Fällen kann die Steueranwendung 210A, die Wartungsanwendung 212A, die Simulationsanwendung 214A oder eine separate Ausführungsmaschine zum Beispiel im Asset-Objektsystem 230, nachdem anhand des Geräteplatzhalterobjekts 232 erkannt wurde, dass sich das Feldgerät in einem I/O-nicht zugeordneten Gerätezustand befindet, eine simulierte Antwort vom Feldgerät erzeugen, um für das anfordernde Objekt ein bekanntes Signal bereitzustellen, um das Testen und Simulieren des anfordernden Objekts zu ermöglichen, als ob das Feldgerät tatsächlich mit der Back-End-Umgebung 200 über das I/O-Netzwerk des Steuerungssystems verbunden wäre.
2B veranschaulicht ein Back-End-System 200 mit den verschiedenen Back-End-Funktionssystemen von 2A, die miteinander über einen oder mehrere Busse oder Kommunikationsnetzwerke 260 verbunden sind, und enthält insbesondere das Steuerungssystem 210, das Asset-Managementsystem 212, das Simulationssystem, die Konfigurationsdatenbank 216 und die Asset-Objektsystemdatenbank 230, die mit dem Kommunikationsbus 260 verbunden ist, die unter Verwendung einer oder mehrerer Arten von Kommunikationsnetzwerken implementiert sein können, wie z. B. einer leitungsgebundenen oder drahtlosen Ethernet-Verbindung usw. Zusätzlich sind eine oder mehrere Prozesssteuerungen 262 (die zum Beispiel die Prozesssteuerung 11 von 1 einschließen können) als mit dem Bus 260 verbunden veranschaulicht. Die Steuerungen 262 sind in 2B als über ein I/O-Netzwerk 263 mit verschiedenen Feldgeräten oder Feld-Assets 264 verbunden veranschaulicht. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das I/O-Netzwerk 263 während des Inbetriebnahmeprozesses möglicherweise nicht mit den Steuerungen 262 verbunden ist, oder während das I/O-Netzwerk 263 mit den Steuerungen 262 verbunden sein kann, ist das I/O-Netzwerk 263 möglicherweise noch nicht konfiguriert oder zugeordnet. Somit verfügen die Steuerungen 262 möglicherweise nicht über Verständnis oder Hinweise darauf, wie auf ein bestimmtes Feldgerät oder Feld-Asset 264 über das I/O-Netzwerk 263 zuzugreifen ist (z. B. weil der Signalweg durch das I/O-Netzwerk 263 zu jedem derartigen Feldgerät 264 noch nicht hergestellt oder zugeordnet wurde). Analog sind die Steuerungen 262 möglicherweise nicht in der Lage, über einen konfigurierten Signalweg mit den Feldgeräten zu kommunizieren, da die Feldgeräte 264 noch nicht physisch mit dem I/O-Netzwerk 263 verbunden sind. Während somit das I/O-Netzwerk 263 und die Feldgeräte 264 in 2B veranschaulicht sind, ist das I/O-Netzwerk 263 möglicherweise nicht tatsächlich mit den Steuerungen 262 verbunden, und/oder einige der verschiedenen Feldgeräte 264 sind während einiger der im Back-End-System 200 ablaufenden Inbetriebnahmeaktivitäten möglicherweise nicht mit dem I/O-Netzwerk 263 verbunden.
Zusätzlich ermöglicht es eine Konfigurationsanwendung 210A einem Konfigurationsingenieur, eine virtuelle Steuerung 214B im Simulationssystem 214 zu implementieren. Zu diesem Zweck analysiert die Konfigurationsanwendung 210A alle Steuermodule 210B, die der zu virtualisierenden Steuerung zugewiesen sind, um in der Steuerroutine enthaltene I/O-Objekte, wie z. B. ein DT 232m und/oder ein DST 232n, zu identifizieren. Für jedes dieser I/O-Objekte generiert die Konfigurationsanwendung 210A ein jeweiliges virtuelles I/O-Objekt 234m, 234n, das im Back-End-System 200 gespeichert wird, z. B. in der Konfigurationsdatenbank 216. Wenn die Konfigurationsanwendung 210A die virtuelle Steuerungs-Simulation 214B im Simulationssystem 214 einrichtet, ersetzt die Konfigurationsanwendung 210A jede Referenz in den Steuermodulen 210B auf den physischen Ort des I/O-Objekts 232m, 232n mit einer Referenz auf den Ort des entsprechenden virtuellen I/O-Objekt 234m, 234n. Es sei darauf hingewiesen, dass Nicht-I/O-Parameter der Module in einigen Ausführungsformen immer noch den physischen Pfad referenzieren können.
Wie man verstehen wird, können die I/O-Objekte 232m, 232n Feldgeräten zugewiesen werden, die einen zugeordneten oder einen nicht zugeordneten I/O-Pfad aufweisen. Zusätzlich kann das I/O-Gerät (z. B. die I/O-Karte oder eine andere geeignete Hardware, die die I/O-Objekte 232m, 232n unterstützt) in einigen Steuerroutinen nicht von einem Feldgerät 264 zugewiesen werden. Für I/O-Geräte, die einem Feldgerät 264 mit einem zugeordneten I/O-Pfad zugewiesen sind, kann die Konfigurationsanwendung 210A das virtuelle I/O-Objekt 234 durch Kopieren eines entsprechenden DT-Objekts oder eines DST-Objekts, das konfiguriert ist, in der Konfigurationsdatenbank 216 gespeichert ist und dem zugewiesenen Feldgerät 264 entspricht, generieren. Auf der anderen Seite kann die Konfigurationsanwendung 210A für ein I/O-Gerät, das einem Feldgerät ohne zugeordneten I/O-Pfad zugewiesen ist oder überhaupt keinem Gerät zugewiesen ist, das virtuelle I/O-Objekt 234 durch Kopieren eines im Asset-Objektsystem 230 gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts 232 generieren, um dem noch zuzuweisenden Feldgerät 264 zu entsprechen. Alternativ kann die Konfigurationsanwendung 210A in beiden Fällen das virtuelle I/O-Objekt 234 durch Kopieren eines in der Konfigurationsdatenbank 216 gespeicherten Vorlagenobjekts generieren. Es sollte sich verstehen, dass, da die Referenzen auf die virtuellen I/O-Objekte 234 bei Implementierung einer virtuellen Steuerung 214B nur in den Steuermodulen 210B enthalten sind, nach erfolgreichem Testen der betreffenden Steuermodule 210B über das Simulationssystem 214 dasselbe Steuermodul 210B auf eine Steuerung 262 ohne Modifikation heruntergeladen werden kann.
Zusätzlich enthalten, wie in 2B veranschaulicht, die verschiedenen Systeme 210, 212 und 214 Konfigurationsanwendungen, wie z. B. Steuerungsanwendungen oder Steuermodul-Erstellungsanwendungen 210A, Wartungsobjekt- oder Schnittstellen-Erstellungsanwendungen 212A und Simulationssystem-Anwendungen 214A, die während der Inbetriebnahme der Anlage verwendet werden können, oder um verschiedene der Module, Objekte, Anwendungen und/oder Benutzerschnittstellenprogramme 210B, 212B, 214B zu erzeugen, die auf verschiedene Rechengeräte entweder innerhalb des Back-End-Systems 200 heruntergeladen und möglicherweise auf diesen ausgeführt werden können, wie z. B. ein beliebiges der in 1 dargestellten, oder die für eine der Steuerungen 262 (oder nicht dargestellten Sicherheitssystem-Logik-Solvern) oder anderen Geräte zur Ausführung während des Betriebs der Anlage 5 bereitgestellt werden, wenn die Anlage 5 online arbeitet, d. h. nachdem die Anlage 5 in Betrieb genommen worden ist.
Wie man verstehen wird, speichert das Asset-Objektsystem oder die Datenbank 230 die Geräteplatzhalterobjekte 232 für jedes der Feldgeräte-Assets 264 und stellt somit den anderen Systemen 210, 212, 214 Konfigurationsinformationen über diese Objekte zur Verfügung, wenn sich diese Platzhalterobjekte in einem I/O-nicht zugeordneten Gerätezustand befinden. Analog stellen die in der Konfigurationsdatenbank 216 gespeicherten virtuellen I/O-Objekte 234 auch Konfigurationsinformationen über die Feldgeräte-Assets 264 bereit. Die Verwendung der Geräteplatzhalterobjekte 232 und/oder virtuellen I/O-Objekte 234 ermöglicht es den anderen Anwendungen, wie z. B. den Programmen 210A, 212A, 214A, verschiedene Inbetriebnahme- und Testaktivitäten an den Objekten, Modulen, Anwendungen und Programmen 210B, 212B, 214B durchzuführen, bevor die Feldgeräte 264 tatsächlich über das I/O-Netzwerk 263 mit den verschiedenen Steuerungen 262 verbunden oder zugeordnet werden. Zum Beispiel können einige Testaktivitäten von einer virtuellen Steuerung 214B durchgeführt werden, die die Steuermodule 210B implementiert, die einer Steuerung 262 zugewiesen sind.
Sobald die Geräteplatzhalterobjekte 232 und/oder virtuellen I/O-Objekte 234 zumindest bis zu einem gewissen Grad konfiguriert sind, zum Beispiel mit Informationen wie einem Gerätesystem-Tag, einem Gerätetyp und verschiedenen Unterinformationen, die anhand des Gerätetyps ermittelt werden oder darauf basieren können (einschließlich derartiger von einem Benutzer bereitgestellter Unterinformation) und/oder mit zum I/O-Kanal gehörenden I/O-Kanalinformationen, der verwendet wird, um mit dem Feldgerät 264 zu kommunizieren, können die verschiedenen anderen Anwendungen 210A, 212A, 214A diese Geräteplatzhalterobjekte 232 und/oder virtuellen I/O-Objekte 234 als Proxies zum Kommunizieren mit den tatsächlichen Feldgeräten 264 oder mit Signalen innerhalb der Feldgeräte 264 verwenden. Somit dienen die Geräteplatzhalterobjekte 232 und/oder virtuellen I/O-Objekte 234 als Proxies für die tatsächlichen Feldgeräte 264 und während des Inbetriebnahmeprozesses oder Testprozesses für die anderen Anwendungen, wie z. B. die Steuerungs-, Wartungs- und Simulationsanwendungen 210A 212A, 214A, die mit den Geräteplatzhalterobjekten 232 oder virtuellen I/O-Objekten 234 kommunizieren können (unter Verwendung von System-, Geräte- oder Gerätesignal-Tags), anstatt zu versuchen, über das I/O-Netzwerk 263 mit den tatsächlichen Feldgeräten 264 zu kommunizieren. Dieses Merkmal ermöglicht es den Anwendungen 210A, 212A, 214A, die dadurch erzeugten Steuermodule zu testen, indem sie nur die Information verwenden, über die sie während eines Online-Betriebs dieser Anwendungen verfügen werden (d. h. das Gerätesystem-Tag und/oder das Geräte-Tag), um das Testen, Konfigurieren, Simulieren und verschiedene andere Inbetriebnahmeaktivitäten durchzuführen, bevor die Feldgeräte 264 mit dem Steuerungssystem verbunden und über das I/O-Netzwerk 263 zugeordnet werden.
2C veranschaulicht ein Simulations- oder Testsystem 270, das in Verbindung mit einer der verwendeten Steueranwendungen 210A zum Simulieren oder Testen des Betriebs eines oder mehrerer Steuermodule 210B über eine virtuelle Steuerung 236 betrieben werden kann, um dadurch das Testen von Steuerobjekten oder -Modulen 210B in der Back-End-Umgebung 125 oder dem Back-End-System 200 zu ermöglichen, bevor diese Module oder Objekte auf eine Steuerung 262 in der Feldumgebung 122 (oder auf ein oder mehrere Feldgeräte 264, die mit einer für die Prüfung des Steuermodul zuständigen Steuerung 262 verbunden sind) heruntergeladen werden. Insbesondere ist das System 270 von 2C beim Ausführen und Testen eines Steuermoduls 210B veranschaulicht, das aus einem Satz von miteinander verbundenen Funktionsblöcken 272a, 272b, 272c besteht, die mit Kommunikationsverbindungen verbunden sind, wobei das Steuermodul 210B Bestandteil des Steuerungssystems 210 ist. Zusätzlich oder alternativ führt das System 270 andere mit anderen Systemen, wie z. B. dem Asset-Management-System 212 und dem Simulationssystem 214, im Back-End-System 200 verknüpfte Module, Anwendungen, Programme, Objekte usw. aus und testet sie.
Auf jeden Fall enthält das System 270 eine Ausführungsmaschine 280, die wiederum jeden der Funktionsblöcke 272a - 272c des Steuermoduls 210B ausführt und Kommunikationen zwischen diesen Funktionsblöcken 272a - 272c bereitstellt, wie sie durch die Kommunikationsverbindungen definiert sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsmaschine 280 ein Datenverarbeitungsgerät sein kann, das irgendeine der Anwendungen 210A, 212A, 214A implementiert, oder ein Prozessor, der eine spezielle für Inbetriebnahmezwecke ausgelegte Simulations- oder Testanwendung ausführt (die sich von den Simulationsanwendungen 214A unterscheiden kann). Somit kann die Ausführungsmaschine 280 Bestandteil des Steuerungssystems 210, des Asset-Management-Systems 212, des Simulationssystems 214 usw. sein, oder die Ausführungsmaschine 280 kann eine eigenständige Komponente sein, die zur Implementierung von Test- und Inbetriebnahmeaktivitäten entworfen oder bestimmt ist. Darüber hinaus kann die Ausführungsmaschine 280 irgendwo (in jedem gewünschten Rechengerät) im Back-End-System 200 implementiert sein, solange die Ausführungsmaschine 280 kommunikativ mit dem Asset-Objektsystem 230 und der Datenbank 216 gekoppelt ist.
Auf jeden Fall ruft die Ausführungsmaschine 280 während der Ausführung eines bestimmten Funktionsblocks 272, der eine Kommunikation mit einem Feldgerät oder einem anderen Feld-Asset erfordert, eine Kommunikationsschnittstelle 282 auf oder verwendet diese, um zum Beispiel unter Verwendung eines System-Tags des Feldgeräts mit dem Feldgerät zu kommunizieren (was bei Steuerungs-, Wartungs- und Simulationsmodulen üblich ist). Wie vorstehend beschrieben, konfiguriert die Konfigurationsanwendung 210A beim Implementieren der virtuellen Steuerung 236 jede Referenz durch einen der Funktionsblöcke 272a - 272c auf ein DT oder DST in eine Referenz auf ein jeweiliges virtuelles I/O-Objekt 234, das in der Konfigurationsdatenbank 216 gespeichert ist. Somit verwendet die Ausführungsmaschine 280 den Kommunikationspfad für das virtuelle I/O-Objekt 234, um eine Referenz auf ein im Steuermodul 210B enthaltenes I/O-Gerät auszuführen.
Zu diesem Zweck kennt die Ausführungsmaschine 280 nicht den Kommunikationspfad (d. h. den I/O-Netzwerkpfad), der benötigt wird, um das Feldgerät 264 in der Feldumgebung 122 zu erreichen (und muss ihn im Übrigen nicht kennen) und/oder weiß nicht, ob der Pfad bereits in Betrieb genommen worden ist oder nicht. Stattdessen sendet die Ausführungsmaschine 280 über die Kommunikationsschnittstelle 282 eine Anforderung (z. B. an die Konfigurationsdatenbank 216), um über ihr virtuelles I/O-Objekt 234 auf Konfigurationsinformationen und/oder den I/O-Kanal für das Feldgerät zuzugreifen. Die Kommunikationsschnittstelle 282 ruft diese gewünschten oder benötigten im virtuellen I/O-Objekt 234 gespeicherten Informationen ab und stellt diese Informationen für die Ausführungsmaschine 280 bereit. In einigen Fällen kann das virtuelle I/O-Objekt 234 des Geräts Konfigurationsinformationen speichern, die mit dem tatsächlichen Feldgerät verknüpft sind oder dieses definieren, wie z. B. Gerätetyp, Quell-Tag (lang), System-Tag (kurz), Gerätebereiche, Grenzwerte, Fähigkeiten usw. In dem Fall, in dem die angeforderten Informationen tatsächlich in dem virtuellen I/O-Objekt 234 gespeichert sind, können diese Information von dem virtuellen I/O-Objekt 234 zurückgesandt werden, als ob sie von dem Feldgerät 264 selbst stammen würden.
Weiterhin kann die Kommunikationsschnittstelle 282 in einigen Fällen nur feststellen, ob die angeforderten Kommunikationen von dem Steuermodul 210B mit dem richtigen Protokoll oder der richtigen Gerätekonfiguration des Geräts oder dem I/O-Kanal für das mit dem virtuellen I/O-Objekt 234 verknüpfte Gerät übereinstimmen oder diesem entsprechen. Diese Bestimmung ermöglicht es dem Inbetriebnahmepersonal noch immer, festzustellen, ob das Steuermodul 210B korrekt konfiguriert ist, um mit einem bestimmten Gerät basierend auf dem Gerätetyp, den Gerätekonfigurationsparametern, den I/O-Kanalkonfigurationsparametern usw. zu kommunizieren, wie sie im virtuellen I/O-Objekt 234 gespeichert sind.
In anderen Fällen können sich die angeforderten Feldgerätedaten jedoch auf Nichtkonfigurationsdaten beziehen, die von dem Feldgerät basierend auf einem tatsächlichen Betrieb des Feldgeräts gesammelt oder generiert wurden. Dementsprechend kann die Kommunikationsschnittstelle 282 auf einen Simulationsantwortblock oder ein -Modul des virtuellen I/O-Objekts 234 zugreifen, das eine simulierte Antwort für das Feldgerät bereitstellen kann, um den Betrieb des Feldgeräts zu simulieren. Der Simulationsantwortblock oder das -Modul kann für den Inbetriebnahmeprozess spezifisch sein und kann als Bestandteil des Generierens des virtuellen I/O-Objekts 234 bereitgestellt werden. In einigen Fällen werden dem Simulationsblock des virtuellen I/O-Objekts 234 Standard-Simulationswerte bereitgestellt, wenn das virtuelle I/O-Objekt 234 erzeugt wird. Solche simulierten Antworten können von einem Benutzer oder einem Testsystem bereitgestellt werden, können in einer Simulationsdatei gespeichert werden, die für Test- und Inbetriebnahmezwecke erstellt wurde, können auf die Schnelle von einem Benutzer generiert werden, der eine Schnittstelle mit einer Simulationsanwendung 214A herstellt, oder können auf andere Art und Weise bereitgestellt werden. Diese simulierte Geräteantwort (die ein simulierter Wert für einen Gerätezustand, eine Gerätemessung, ein Geräteparameter usw. sein kann) wird der Ausführungsmaschine 280 bereitgestellt, als ob dieser Wert ein Wert oder ein Signal wäre, das von dem Feldgerät selbst zurückgesandt wurde. Diese simulierte Antwort ermöglicht dadurch ein weiteres Testen des Steuermoduls 210B basierend auf vordefinierten Geräteantworten. Allgemein gesprochen kann der Simulationsblock konfiguriert sein, das virtuelle I/O-Objekt 234 wie ein intelligentes Objekt aussehen zu lassen oder scheinbar in der Lage zu sein, tatsächliche Geräteantworten an das anfordernde Modul (d. h. das im Test befindliche Modul 210B) zurückzusenden. In anderen Fällen verwendet die Kommunikationsschnittstelle 282 den Simulationsblock des virtuellen I/O-Objekts 234, um den Betrieb des durch das virtuelle I/O-Objekt 234 definierten Geräts auf eine bekannte Weise zu Test- oder Simulationszwecken nachzubilden.
In einigen Fällen, wie z. B. wenn zumindest ein Abschnitt des Kommunikationspfads (d. h. des I/O-Netzwerkpfads), der benötigt wird, um das Feldgerät 264 in der Feldumgebung 122 zu erreichen, in Betrieb genommen und/oder definiert wurde (z. B. wie durch den Status des jeweiligen Geräteplatzhalterobjekts 232 des Feldgeräts angezeigt), erhält das virtuelle I/O-Objekt 234 die benötigten Feldgeräte-Informationen zumindest teilweise direkt von dem in Betrieb genommenen Abschnitt des I/O-Netzwerkpfads 263 und sendet die Informationen an die Ausführungsmaschine 280 zurück.
Natürlich kann das Back-End-System 200, das in Bezug auf 2A-2C beschrieben wurde, mehr, weniger und/oder alternative Funktionalitäten enthalten, wie z. B. die in der am 18. Mai 2017 eingereichten PCT-Anmeldung Nummer PCT/ US2016/056610 mit dem Titel „AUTOMATIC DISTRIBUTION OF DEVICE PARAMETERS FOR COMMISSIONING PORTIONS OF A DISCONNECTED PROCESS CONTROL LOOP“, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich eingeschlossen ist.
3 veranschaulicht eine Beispiel-Bildschirmanzeige 302, die durch die Konfigurationsanwendung präsentiert wird, die Angaben zu einer Steuerroutine (z. B. einer Steuerroutine 210B) enthält, die von einer Steuerung in der Prozessanlage 5 von 1, z. B. der Steuerung 11 oder 262, implementiert werden soll. In einem Beispiel ist die Konfigurationsanwendung eine der Konfigurationsanwendungen 72a der Back-End-Umgebung 125 von 1 und/oder eine Steuerungsanwendung 210A des Steuerungssystems 210 des Back-End-Systems 200 der 2.
Die Konfigurationsanwendung enthält eine Bibliothek von Vorlagenobjekten, wie z. B. Funktionsblock-Vorlagenobjekte und in einigen Fällen Steuermodulvorlagenobjekte. Diese Konfigurationsanwendungen werden verwendet, um eine Steuerroutine eines Steuermoduls zu konfigurieren, die auf einer Steuerung der Prozessanlage während der Laufzeit implementiert (z. B. von diesem ausgeführt) werden soll. Die Vorlagenobjekte haben damit verknüpfte Standardparameter, Einstellungen und Methoden. Der Ingenieur, der die Konfigurationsanwendung verwendet, kann diese Vorlagenobjekte auswählen und im Wesentlichen Kopien der ausgewählten Vorlagenobjekte in einen Konfigurationsbildschirm platzieren, um ein Steuermodul zu entwickeln. Während des Prozesses des Auswählens und Platzierens der Vorlagenobjekte auf dem Konfigurationsbildschirm verbindet der Ingenieur die Eingänge und Ausgänge dieser Objekte und ändert ihre Parameter, Namen, Tags und sonstigen Eigenschaften, um ein spezifisches Steuermodul zum Ausführen einer Steuerroutine in der Prozessanlage zu erzeugen.
In dem veranschaulichten Beispiel enthält das Steuermodul vier Funktionsblöcke, einen ersten Analogeingangs-(AI)-Block 311, einen zweiten AI-Block 312, einen Analogausgangs-(AO)-Block 313 und einen PID-Steuerblock 315. In der veranschaulichten Steuerroutine ist der Ausgang des ersten AI-Blocks 311 mit dem Eingang des FF_VAL-Parameters des PID-Blocks 315 verbunden; der Ausgang des zweiten AI-Blocks 312 ist mit dem Eingang des IN-Parameters des PID-Blocks 315 verbunden; und der OUT-Parameter des PID-Blocks 315 ist mit dem CAS_IN-Parameter des AO-Blocks 313 verbunden. Es sollte sich verstehen, dass der Ingenieur einer Steuerung eine beliebige Anzahl von Steuermodulen zuweisen kann, die entsprechende Steuerroutinen implementieren.
Nach dem Einrichten oder Erstellen der Steuerroutine für ein Steuermodul kann der Ingenieur das erzeugte Steuermodul in der Bibliothek oder in einem Konfigurationsdatenspeicherbereich, wie z. B. der Konfigurationsdatenbank 216 von 2A-2B, speichern. Der Ingenieur kann dann das Steuermodul instanziieren (z. B. veranlassen, dass eine dem Steuermodul entsprechende ausführbare Datei erzeugt wird) und es auf die geeignete Steuerung oder die geeigneten Steuerungen, Feldgeräte und anderen Prozesselemente zur Ausführung während des Betriebs der Prozessanlage herunterladen. Wie hierin beschrieben, kann jedoch während der Inbetriebnahme der Prozessanlage der Kommunikationspfad zwischen der Back-End-Umgebung 125, 200 und der Steuerung, der die konzipierte Steuerroutine implementiert, unterbrochen werden. Dementsprechend ermöglicht es die Konfigurationsanwendung unter Verwendung zumindest einiger der hierin beschriebenen neuartigen Techniken dem Ingenieur, jedes Steuermodul (das während der Laufzeit durch eine physische Steuerung zu implementieren ist) auf einer virtuellen Steuerung in einer Simulationsumgebung auszuführen, wie z. B. einer, die im Simulationssystem 214 von 2A, 2B z. B. zu Test- und/oder Überprüfungszwecken ausgeführt wird.
Zu diesem Zweck stellt die Konfigurationsanwendung ein Benutzersteuerelement 320 bereit, um die Eigenschaften der Steuerung zu modifizieren, die das entworfene Steuermodul implementiert, um die virtuelle Steuerung (und nicht die physische Steuerung) anzugeben. 4 zeigt eine Beispiel-Bildschirmanzeige 402, präsentiert durch die Konfigurationsanwendung als Antwort auf eine Benutzereingabe zum Modifizieren von Steuerungs-Eigenschaften über das Benutzersteuerelement 320. In einem Beispiel klickt der Ingenieur auf das durch die Bildschirmanzeige 302 präsentierte Benutzersteuerelement 320, um zu bewirken, dass die Konfigurationsanwendung die Bildschirmanzeige 402 anzeigt.
Die Bildschirmanzeige 402 enthält eine oder mehrere Benutzersteuerelemente zum Konfigurieren und/oder Auswählen einer virtuellen Steuerung. Zum Beispiel ermöglicht ein Benutzersteuerelement 422 dem Ingenieur, einen Typ einer virtuellen Steuerung auszuwählen, um die Simulation der Steuerroutine zu implementieren. Zum Beispiel ermöglicht es das Benutzersteuerelement 422 dem Ingenieur, das Modell einer virtuellen Steuerung und eine Software-Version für dieses Modell auszuwählen. Zusätzlich enthält die Bildschirmanzeige ein Benutzersteuerelement 424, die es dem Ingenieur ermöglicht, zwischen dem Herunterladen der Steuerroutine auf einer physischen Steuerung und dem Ausführen der Steuerroutine auf der virtuellen Steuerung umzuschalten.
Nachdem die Konfigurationsanwendung die vom Konfigurationsingenieur angezeigte virtuelle Steuerung über den Bildschirm 402 generiert hat, kann der Ingenieur die verschiedenen Eingänge in das Steuermodul simulieren, z. B. zu Test- und Überprüfungszwecken. Zu diesem Zweck startet der Ingenieur eine Simulationsanwendung, um das von der virtuellen Steuerung ausgeführte betreffende Steuermodul zu testen. Die Simulationsanwendung kann eine der Simulationsanwendungen 214A des Simulationssystems 214 des Back-End-Systems 200 von 2 sein. In einem Beispiel enthält die Konfigurationsanwendung eine Schnittstelle zum Starten der Simulationsanwendung. In einem anderen Beispiel ist die Simulationsanwendung eine eigenständige Anwendung, die zum Beispiel auf einer Arbeitsstation 71 des Back-End-Systems 125 von 1 ausgeführt wird.
5 veranschaulicht eine von einer Simulationsanwendung präsentierte Beispiel-Bildschirmanzeige 500, die ein Benutzersteuerelement bereitstellt, um einen Eingangswert eines virtuellen DST der Prozessanlage 5 von 1 zu simulieren. Die Simulationsanwendung kann ein Eingangs-Tab enthalten, das alle virtuellen DSTs auflistet, die in dem einen oder den mehreren durch eine virtuelle Steuerung implementierten, Eingangsgeräten entsprechenden Steuermodulen enthalten sind. In dem veranschaulichten Beispiel implementiert die virtuelle Steuerung Steuermodule, die fünf verschiedene virtuelle DSTs enthalten, die verschiedenen Eingangsgeräten entsprechen. Es sollte sich verstehen, dass, wenn mehrere von der virtuellen Steuerung gesteuerte Steuermodule dasselbe DST enthalten, das virtuelle DST nur einmal aufgelistet wird.
Für jedes der aufgelisteten virtuellen DSTs enthält die Bildschirmanzeige 500 eine Angabe des Geräts, dem das virtuelle DST entspricht (Referenzeichen 502), eine Angabe eines durch die virtuelle Steuerung implementierten Steuermoduls, das das virtuelle DST referenziert (Referenzzeichen 504), eine Angabe des dem virtuellen DST entsprechenden Signalparameters (Referenzzeichen 506), eine Angabe eines Simulationswerts für das virtuelle DST (Referenzzeichen 508), eine Angabe eines Status des virtuellen DST (Referenzzeichen 510) und eine Angabe eines Ausgangswerts für das Gerät, dem das virtuelle DST entspricht (Referenzzeichen 512). In einem Beispiel wird jeder der Werte auf der Grundlage von Daten eingetragen, die in dem virtuellen DST-Objekt enthalten sind, das in der Konfigurationsdatenbank 216 von 2A und 2B gespeichert ist. Es sollte sich verstehen, dass die Angaben der Ausgangswerte möglicherweise nicht eingetragen werden, bis die Simulation tatsächlich ausgeführt wird.
Die Bildschirmanzeige 500 enthält ferner ein oder mehrere Benutzersteuerelemente, um es dem Ingenieur zu ermöglichen, Eingangswerte für die aufgelisteten virtuellen DSTs zu simulieren. Ein Benutzersteuerelement 518 ermöglicht es dem Ingenieur, einen Wert für das ausgewählte virtuelle Eingangs-DST festzulegen. Während das Benutzersteuerelement 518 als eine Textbox veranschaulicht ist, kann das Benutzersteuerelement 518 irgendeine Art von Benutzerschnittstellenelement sein, das es einem Techniker ermöglicht, einen Eingangswert anzuzeigen, wie zum Beispiel eine Dropdown-Box oder ein Funkauswahlelement. In einigen Ausführungsformen werden den virtuellen DSTs Standard-Simulationsparameter zugewiesen, wenn das virtuelle DST generiert wird. Zusätzlich ermöglicht ein Benutzersteuerelement 520 der Simulationsanwendung 520 [sic!] den Empfang einer Angabe zum Starten der Simulation basierend auf dem Eingangswert für das virtuelle DST, der über das Benutzersteuerelement 518 eingestellt wurde.
Wenn der Ingenieur das Benutzersteuerelement 520 auswählt, führt die Simulationsanwendung die durch die virtuelle Steuerung implementierten Steuermodule aus. Zu diesem Zweck schreibt die Simulationsanwendung den über das Benutzersteuerelement 518 eingegebenen Wert in das virtuelle DST-Objekt für das ausgewählte virtuelle DST, das in der Konfigurationsdatenbank 216 von 2A-2B gespeichert ist. Wie zuvor beschrieben, ersetzte die Konfigurationsanwendung, als die Konfigurationsanwendung der virtuellen Steuerung erzeugte, Referenzen auf DSTs durch Referenzen auf die virtuellen DSTs. Wenn dementsprechend die Simulationsanwendung den Eingangswert in das virtuelle DST-Objekt schreibt, antworten die Steuerroutinen auf einen Eingang, als ob das DST den Eingangswert erzeugt hätte. Dementsprechend erzeugt die Simulation in der Back-End-Umgebung 125 dieselben Fehler und Warnungen, die erzeugt würden, wenn die Steuermodule durch eine Steuerung in einer Laufzeitumgebung 122 implementiert würden.
6 veranschaulicht eine Beispiel-Bildschirmanzeige 600, die durch die Simulationsanwendung präsentiert wird, die einen Ausgang einer virtuellen Steuerung der Prozessanlage von 1 angibt. Die Simulationsanwendung kann ein Ausgangs-Tab enthalten, das alle virtuellen DSTs auflistet, die in den Steuermodulen enthalten sind, die durch die virtuelle Steuerung implementiert sind, die Ausgangsgeräten entsprechen. In dem dargestellten Beispiel implementiert die Steuerung Steuermodule, die ein DST enthalten, das mit Ausgangsgeräten verknüpft ist.
Für jedes der aufgelisteten virtuellen DSTs enthält die Bildschirmanzeige 600 eine Angabe des Geräts, dem das virtuelle DST entspricht (Referenzzeichen 602), eine Angabe eines Steuermoduls, das durch die virtuelle Steuerung implementiert ist, die das virtuelle DST referenziert (Referenzzeichen 604), eine Angabe des dem virtuellen DST entsprechenden Signalparameters (Referenzzeichen 606), eine Angabe eines Ausgangswerts für das virtuelle DST (Referenzzeichen 608) und eine Angabe eines Status des virtuellen DST (Referenzzeichen 610). In einem Beispiel wird jeder der Werte auf der Grundlage von Daten eingetragen, die in dem virtuellen DST-Objekt enthalten sind, das in der Konfigurationsdatenbank 216 von 2A-2B gespeichert ist.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiel-Verfahrens 700 zum Testen oder Überprüfen einer Steuerroutine in einer Prozessanlage 5. Das Verfahren 700 kann auf einer Bedienstation 71, einem Server oder irgendeinem anderen geeigneten Rechengerät einer Back-End-Umgebung, wie z. B. der Back-End-Umgebung 125 von 1 oder Back-End-Umgebung 200 von 2A-2B, ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 700 in der Konfigurationsanwendung 72b, 210A implementiert sein, die auf einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Speicher gespeichert ist und auf einem oder mehreren Prozessoren der Bedienstation 71, des Servers oder irgendeines anderen geeigneten Rechengeräts ausgeführt werden kann. Zum Beispiel kann die Konfigurationsanwendung 72 eine Konfigurationsanwendung 210A des Steuerungssystems 210 von 2A-2B sein.
In Block 702 enthält das Verfahren 700 das Empfangen einer Angabe einer Steuerroutine oder eines Steuermoduls, das durch eine physische Steuerung 11 in der Feldumgebung 122 implementiert werden soll. In einer Ausführungsform zeigt die Konfigurationsanwendung 72 den Anzeigebildschirm 300 an, um es einem Ingenieur zu ermöglichen, die Steuerroutine oder das Steuermodul zu entwerfen. Zu diesem Zweck ermöglicht es die Konfigurationsanwendung 72a, 201A dem Ingenieur, verschiedene Funktionsblöcke der Steuerroutine oder des Steuermoduls zuzuordnen und miteinander zu verbinden. In einigen Ausführungsformen kann die Konfigurationsanwendung 72 eine Angabe von mehreren Steuerroutinen erhalten, die von mehreren Steuermodulen implementiert werden, die während der Laufzeit von derselben physischen Steuerung 11 gesteuert werden sollen.
In Block 704 kann das Verfahren 700 das Empfangen einer Anforderung zum Simulieren der physischen Steuerung 11 enthalten, der die angegebene(n) Steuerroutine(n) und/oder Steuermodul(e) ausführen soll, z. B. durch Verwenden einer virtuellen Steuerung 236. In einem Beispiel wird die Anforderung über eine in der Konfigurationsanwendung 72a, 210A präsentierte Steuerungs-Eigenschaften-Schnittstelle empfangen, wie z. B. den Anzeigebildschirm 400 von 4. In einigen Ausführungsformen enthält die Anforderung Informationen, die eine gewünschte Softwareversion der virtuellen Steuerung 236 und/oder eine bestimmte Umgebung in einem Simulationssystem, auf dem die virtuelle Steuerung 236 ausgeführt werden soll, detailliert beschreiben.
In Block 706 kann das Verfahren 700 das Generieren eines oder mehrerer jeweiliger virtueller I/O-Objekte 234 für ein oder mehrere in der erzeugten Steuerroutine oder dem Steuermodul verwendete (z. B. durch Referenzierung) DTs und/oder DSTs enthalten. In einer Ausführungsform ist die Konfigurationsanwendung 72a, 210A mit einer Konfigurationsdatenbank 216 über eine Schnittstelle verbunden, um ein jeweiliges virtuelles I/O-Objekt 234 für jedes in der Steuerroutine oder dem Modul enthaltene DT/DST zu generieren. Um ein virtuelles I/O-Objekt 234 zu generieren, kann die Konfigurationsanwendung 72 zunächst ermitteln, ob das jeweilige DT/DST einem Feldgerät mit zugeordnetem I/O-Pfad zugewiesen ist, einem Feldgerät mit einem nicht zugeordneten I/O-Pfad zugewiesen ist oder überhaupt keinem Feldgerät zugewiesen ist. Für ein DT/DST, das einem Feldgerät mit einem zugeordneten I/O-Pfad zugewiesen ist, kann die Konfigurationsdatenbank 216 ein definiertes oder konfiguriertes DT/DST-Objekt enthalten, das für das DT/DST repräsentativ ist. Um in diesen Arten von Szenarien das virtuelle I/O-Objekt 234 für ein Feldgerät mit einem zugeordneten I/O-Pfad zu generieren, kopiert die Konfigurationsanwendung 72a, 210A dementsprechend das in der Konfigurationsdatenbank 216 gespeicherte DT/DST-Objekt in das jeweilige virtuelle I/O-Objekt 234.
Andererseits können DTs/DSTs, die Feldgeräten ohne zugeordnete I/O-Pfade zugewiesen sind, und DTs/DSTs, die nicht zugewiesen sind, stattdessen durch jeweilige in einem Asset-Objektsystem 230 gespeicherte Geräteplatzhalterobjekte 232 repräsentiert werden. Dementsprechend kann das Verfahren 700 in einigen Ausführungsformen zum Generieren der jeweiligen virtuellen I/O-Objekte 234 für nicht zugewiesene oder nicht zugeordnete DTs/DSTs das Kopieren des jeweiligen im Asset-Objektsystem 230 gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts 232 enthalten. In einigen Implementierungen ist das Asset-Objektsystem 230 in der Konfigurationsdatenbank 216 enthalten.
Zusätzlich oder alternativ kann die Konfigurationsdatenbank 216 Vorlagenobjekte für bestimmte Arten von DTs/DSTs speichern. Von daher kann die Konfigurationsanwendung 216 für einige nicht zugewiesene und/oder nicht zugeordnete von den Steuermodulen oder Routinen referenzierte DTs/DSTs, die während der Laufzeit von der physischen Steuerung 11 ausgeführt werden sollen, einen Typ des betreffenden DT/DST bestimmen. Um ein entsprechendes virtuelles I/O-Objekt 234 zu erzeugen, kann die Konfigurationsanwendung 216 dementsprechend eine Kopie des Vorlagenobjekts des bestimmten Typs von DT/DST als das entsprechende virtuelle I/O-Objekt 234 erzeugen.
Zusätzlich kann das Generieren der virtuellen I/O-Objekte 234 (Block 706) das Generieren eines Simulationsmoduls für mindestens eines der virtuellen I/O-Objekte 234 enthalten. Wie vorstehend beschrieben, kann es ein Simulationsmodul einem virtuellen I/O-Objekt 234 ermöglichen, der virtuellen Steuerung 236 zu antworten, als ob die Antwort von einem physischen Feldgerät bereitgestellt worden wäre. In einer Ausführungsform enthält die Konfigurationsdatenbank 216 Vorlagensimulationsobjekte, die konfiguriert sind, um die Performance bestimmter Arten von DTs/DSTs nachzubilden. In einigen Fällen enthalten die Simulationsobjekte auch Standard-Simulationswerte. Dementsprechend kann die Konfigurationsanwendung 72a, 210A in einer Ausführungsform beim Generieren des virtuellen I/O-Objekts 234 (Block 706) ein bestimmtes Vorlagensimulationsobjekt enthalten oder auf andere Weise anzeigen, das dem bestimmten DT/DST-Typ entspricht, den die virtuelle Schnittstelle O-Objekt 234 virtualisiert.
In Block 708 kann das Verfahren 700 das Speichern der generierten virtuellen I/O-Objekte 234 an jeweiligen Orten in der Konfigurationsdatenbank 216 umfassen. Zu diesem Zweck weist die Konfigurationsanwendung 72a, 210A in einer Beispiel-Implementierung, wenn die Konfigurationsanwendung 72a, 210A die virtuellen I/O-Objekte 234 in der Konfigurationsdatenbank 216 speichert, jedem virtuellen I/O-Objekt 234 auch einen Pfad zu, über den auf jedes virtuelle I/O-Objekt 234 zugegriffen werden kann. In einigen Ausführungsformen enthält die Konfigurationsdatenbank 216 einen speziellen Speicherbereich zum Speichern der virtuellen I/O-Objekte 234. Es sollte sich verstehen, dass jedes einem bestimmten virtuellen Objekt 234 entsprechende DT/DST-Objekt in der Konfigurationsdatenbank 216 gespeichert bleiben kann und jedes Geräteplatzhalterobjekt 232, auf dem das bestimmte virtuelle I/O-Objekt 234 basiert, im Asset-Objektsystem 230 gespeichert bleiben kann.
In Block 710 kann das Verfahren 700 das Instanziieren einer virtuellen Steuerung 236 in einer Simulationsumgebung durch das Ersetzen von Verweisen auf die Position eines bestimmten DT/DST-Objekts mit der jeweiligen Position in der Konfigurationsdatenbank 216 für sein entsprechendes virtuelles I/O-Objekt 234 enthalten. Zu diesem Zweck identifiziert die Konfigurationsanwendung 72a, 210A in einer Ausführungsform beim Einrichten oder Erstellen der virtuellen Steuerung 236 im Simulationssystem jede Referenz auf ein I/O-Gerät, das in den Steuermodulen enthalten ist, die zugewiesen werden, um von der virtualisierten Steuerung 236 implementiert zu werden. Dementsprechend modifiziert die Konfigurationsanwendung 72a, 210A die Steuermodule und/oder die Funktionsblöcke darin so, dass sie die jeweiligen Pfade zu den virtuellen I/O-Objekten 234 immer dann enthalten, wenn ein Pfad zu einer DT/DST erforderlich ist. Somit antwortet die virtuelle Steuerung 236, als ob ein Feldgerät Antwortdaten bereitgestellt hätte, ohne dass die Steuerroutinen in eine physische Steuerung 11, 262 heruntergeladen zu werden brauchen.
In einigen Ausführungsformen wird die virtuelle Steuerung 236 verwendet, um einen Test als Bestandteil der Inbetriebnahme der Back-End-Umgebung durchzuführen, bevor die Steuerungen und/oder Feldgeräte vollständig in Betrieb genommen werden. Dementsprechend kann der Ingenieur mit einer Simulationsanwendung interagieren, um bestimmte Eingangswerte für virtuelle mit diesen Eingangsgeräten verknüpfte I/O-Objekte 234 zu simulieren. Wie hierin beschrieben, kann die Simulationsanwendung eine eigenständige Anwendung oder ein Plug-in für die Konfigurationsanwendung 72a, 210A sein. Selbst wenn die Simulationsanwendung jedoch eine eigenständige Anwendung ist, führen derselbe oder dieselben Prozessoren, die die Konfigurationsanwendung 72a, 210A ausführen, auch die Simulationsanwendung aus.
Dementsprechend empfängt die Simulationsanwendung in einigen Ausführungsformen eine Angabe eines Eingangswerts für ein bestimmtes virtuelles mit einem Eingangsgerät, wie z. B. einem Feldgerät, das der Steuerung einen Eingang bereitstellt, verknüpftes DST. In einer Ausführungsform wird der Eingangswert über die Bildschirmanzeige 500 von 5 empfangen. Nach dem Empfang der Angabe des Eingangswerts bewirkt die Simulationsanwendung, dass die virtuelle Steuerung 236 eine Simulation unter Verwendung des Eingangswerts als Wert für ein angegebenes virtuelles I/O-Objekt 234 ausführt. Zu diesem Zweck schreibt die Simulationsanwendung in einer Ausführungsform den Eingangswert in das Simulationsmodul des virtuellen I/O-Objekts 234, so dass die virtuelle Steuerung 236 so reagiert, als ob der Eingangswert von einem entsprechenden Feldgerät generiert worden wäre.
Nach dem Ausführen der Simulation präsentiert die Simulationsanwendung in einigen Ausführungsformen eine Angabe eines simulierten Ausgangswerts für ein virtuelles mit einem Ausgangsgerät, wie zum Beispiel die Steuerung, die einem Feldgerät einen Ausgangswert bereitstellt, verknüpftes I/O-Objekt 234. In einem Beispiel wird der Ausgangswert über die Bildschirmanzeige 600 von 6 präsentiert. Das virtuelle mit dem Ausgangsgerät verknüpfte I/O-Objekt 234 kann auch einen Ausgangsstatus (z. B. gut, schlecht, Vorsicht, hoch, niedrig usw.) basierend auf dem bestimmten Ausgangswert enthalten. Dementsprechend kann die Simulationsanwendung auch eine Angabe des Ausgangsstatus für das virtuelle mit dem Ausgangsgerät verknüpfte I/O-Objekt 234 anzeigen.
Es sollte sich verstehen, dass sich die virtuelle Steuerung 236 in der Simulationsumgebung befinden kann, bis er explizit gelöscht wird. Dementsprechend kann das Inbetriebnahme-Testen unter Verwendung der virtuellen Steuerung 236 über mehrere Stunden, Tage, Wochen usw. hinweg stattfinden. Während dieser Zeit kann derselbe oder ein anderer Ingenieur die Steuermodule modifizieren, die der entsprechenden physischen Steuerung 262 zugewiesen sind. Zum Beispiel kann der physischen Steuerung 262 ein zusätzliches Steuermodul zugewiesen werden, die Zuweisung eines Steuermoduls zur physischen Steuerung 262 kann aufgelöst werden, oder eine Steuerroutine für ein Steuermodul kann modifiziert werden. Nach Implementierung dieser Änderungen spiegelt die virtuelle Steuerung 236 nicht mehr die aktuelle Konfiguration der physischen Steuerung 262 wider. Dementsprechend kann die Simulationsanwendung die Konfigurationsdatenbank 216 überwachen, um irgendwelche Änderungen am Steuerungs-Objekt der physischen Steuerung 262 und/oder die der physischen Steuerung 262 zugewiesenen Steuermodule zu erkennen.
Nach dem Erkennen einer Änderung benachrichtigt die Simulationsanwendung in einigen Ausführungsformen einen Ingenieur, dass die Simulation aktualisiert werden sollte, um die aktuelle Konfiguration der physischen Steuerung 262 widerzuspiegeln. Dementsprechend kann die Simulationsanwendung eine Angabe zum Aktualisieren der virtuellen Steuerung 236 empfangen. In einigen Ausführungsformen interagiert die Simulationsanwendung direkt mit der Konfigurationsdatenbank 72b, 216, um die aktualisierte virtuelle Steuerung 236 zu generieren. In anderen Ausführungsformen verwendet die Simulationsanwendung die Konfigurationsanwendung 72a, 210A, um die virtuelle Steuerung 236 zu aktualisieren. Nach der Aktualisierung der virtuellen Steuerung 236 durch die Simulationsanwendung kann die Simulationsanwendung dazu verwendet werden, Simulationen unter Verwendung der aktualisierten virtuellen Steuerung 236 auszuführen.
Es wird darauf hingewiesen, dass, während die hierin beschriebenen I/O-Virtualisierungstechniken in Bezug auf ein Prozesssteuerungssystem 5 beschrieben sind, eine oder mehrere der hierin beschriebenen I/O-Virtualisierungstechniken gleichermaßen auf ein Prozesssteuerungs-Sicherheitsinformationssystem einer Prozesssteuerungsanlage anwendbar sind, wie z. B. das DeltaV SIS™-Produkt von Emerson Process Management. Zum Beispiel kann ein eigenständiges Prozesssteuerungs-Sicherheitssystem oder ein integriertes Steuerungs- und Sicherheitssystem („ICSS“) unter Verwendung einer oder mehrerer der hierin beschriebenen intelligenten Inbetriebnahme-Techniken in Betrieb genommen werden.
Während die hierin beschriebenen I/O-Virtualisierungstechniken auf Szenarien angewendet werden, in denen das Prozesssteuerungssystem 5 gerade in Betrieb genommen wird, sind alle I/O-Virtualisierungstechniken gleichermaßen auf vollständig in Betrieb genommene Prozesssteuerungssysteme anwendbar. Das heißt, selbst in einer vollständig in Betrieb genommenen Prozessanlage kann ein Konfigurationsingenieur eine Änderung an einer Steuerung in einer simulierten Umgebung testen und/oder simulieren, ohne die Änderungen auf die zu testende Steuerung herunterladen zu müssen. Da ferner, wie hierin beschrieben, das simulierte Steuermodul keine speziellen Simulationsfunktionsblöcke enthält, ermöglichen die hierin beschriebenen I/O-Virtualisierungstechniken die Simulation einer Steuerung ohne Modifikation der Produktionssteuerungslogik.
Wenn sie in Software implementiert sind, können darüber hinaus alle der hierin beschriebenen Anwendungen, Dienste und Maschinen in jedem materiellen, nicht-flüchtigen computerlesbaren Speicher, wie z. B. auf einer Magnetplatte, einer Laserplatte, einer Festkörper-Speichervorrichtung, einer molekularen Speichervorrichtung oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors usw. gespeichert werden. Obwohl die hierin offenbarten Beispiel-Systeme so offenbart werden, dass sie neben anderen Komponenten auf Hardware ausgeführte Software und/oder Firmware enthalten, sei darauf hingewiesen, dass solche Systeme rein beispielhaft sind und nicht als einschränkend angesehen werden sollten. Zum Beispiel wird in Betracht gezogen, dass irgendeine oder alle dieser Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten ausschließlich als Hardware, ausschließlich als Software oder in irgendeiner Kombination von Hardware und Software ausgeführt werden können. Während die hierin beschriebenen Beispiel-Systeme als in Software implementiert beschrieben werden, die auf einem Prozessor einer oder mehrerer Rechengeräte ausgeführt wird, werden Durchschnittsfachleute leicht erkennen, dass die bereitgestellten Beispiele nicht die einzige Möglichkeit sind, solche Systeme zu implementieren.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben wurde, die nur veranschaulichend sein sollen und die Erfindung nicht einschränken sollen, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass Änderungen, Hinzufügungen oder Streichungen zu den offenbarten Ausführungsformen möglich sind, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Obwohl der vorstehende Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher unterschiedlicher Ausführungsformen darstellt, sollte es sich darüber hinaus verstehen, dass der Umfang des Patents durch die Begriffe der am Ende dieses Patents dargelegten Ansprüche und deren Entsprechungen definiert ist. Die detaillierte Beschreibung ist nur als Beispiel auszulegen und beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform, da das Beschreiben jeder möglichen Ausführungsform undurchführbar, wenn nicht sogar unmöglich wäre. Zahlreiche alternative Ausführungsformen können entweder unter Verwendung aktueller Technologie oder von Technologie umgesetzt werden, die nach dem Einreichungsdatum dieses Patents entwickelt wird, die noch innerhalb des Umfangs dieser Ansprüche und all ihrer Entsprechungen liegen würde.
Die Ausführungsformen der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Techniken können eine beliebige Anzahl der folgenden Aspekte, entweder allein oder in Kombination, enthalten:

1. Rechengerät zum Input-/Output-(I/O)-Virtualisieren einer Prozesssteuerung in einer Prozessanlage während der Inbetriebnahme der Prozessanlage, wobei das Rechengerät umfasst: eine Konfigurationsdatenbank; einen oder mehrere Prozessoren; und ein nicht-flüchtiges computerlesbares Medium, das mit der Konfigurationsdatenbank und dem einen oder den mehreren Prozessoren gekoppelt ist und eine Konfigurationsanwendung darauf speichert, die, wenn sie von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt wird, bewirkt, dass das Rechengerät eine Angabe eines Steuermoduls empfängt, das von einer Prozesssteuerung in einer Laufzeitumgebung der Prozessanlage ausgeführt werden soll; und eine Anforderung zur Simulation der Prozesssteuerung empfängt und basierend auf der empfangenen Anforderung unter Verwendung der Konfigurationsdatenbank ein entsprechendes virtuelles Gerätesignal-Tag (DST) für jedes im Steuermodul enthaltene DST generiert; jedes virtuelle DST an einem entsprechenden Ort der Konfigurationsdatenbank speichert; und das Steuermodul in einer Simulationsumgebung auf eine virtuelle Steuerung, die der Prozesssteuerung entspricht, zu instanziieren, einschließlich des Ersetzens eines Verweises auf einen jeweiligen Ort jedes DST durch den jeweiligen Ort in der Konfigurationsdatenbank dieses einzelnen virtuellen DST.
2. Rechengerät nach Aspekt 1, wobei ein erstes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST einem Feldgerät zugeordnet ist; und das jeweilige virtuelle DST des ersten bestimmten DST eine Kopie von Daten umfasst, die in einer Instanz eines dem ersten bestimmten DST entsprechenden DST-Objekts gespeichert sind und für das Feldgerät konfiguriert sind.
3. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei ein zweites bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST eines von Beidem ist: keinem Feldgerät zugeordnet oder keinem Feldgerät zugewiesen; und das jeweilige virtuelle DST des zweiten bestimmten DST eine Kopie eines einem Typ des zweiten bestimmten DST entsprechenden Vorlagenobjekts umfasst, wobei die Kopie des Vorlagenobjekts Standardparameterwerte speichert.
4. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Rechengerät kommunikativ mit einem Asset-Objektsystem der Prozessanlage verbunden ist, wobei das Asset-Objektsystem Geräteplatzhalterobjekte speichert.
5. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei ein drittes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugeordnet ist; und das jeweilige virtuelle DST des dritten bestimmten DST eine Kopie eines im Asset-Objektsystem gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts für das dritte bestimmte DST umfasst.
6. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei ein viertes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugewiesen ist; und das jeweilige virtuelle DST des vierten bestimmten DST eine Kopie eines im Asset-Objektsystem gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts für das vierte bestimmte DST umfasst.
7. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Konfigurationsanwendung ferner bewirkt, dass das Rechengerät eine Angabe eines Eingangswert für das Steuermodul empfängt; und simuliert, wie die Prozesssteuerung das Steuermodul ausführt, indem der Eingangswert einem virtuellen DST bereitgestellt wird, das mit einem Eingang zur virtuellen Steuerung verknüpft ist.
8. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Simulation der Ausführung des Steuermoduls durch die Prozesssteuerung einen Ausgangswert über ein virtuelles DST, das mit einem Ausgang der virtuellen Steuerung verknüpft ist, generiert, wobei der von der virtuellen Steuerung generierte Ausgangswert auf dem Eingangswert basiert.
9. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Konfigurationsanwendung ferner bewirkt, dass das Rechengerät die Steuerroutine auf die Prozesssteuerung herunterlädt.
10. Verfahren zum Input-/Output-(I/O)-Virtualisieren eines Moduls in einer Prozessanlage, umfassend: Empfangen einer Angabe eines Steuermoduls, das von einer Prozesssteuerung in einer Laufzeitumgebung der Prozessanlage auszuführen ist, durch einen oder mehrere Prozessoren, die mindestens eine Konfigurationsanwendung ausführen; und Empfangen einer Anforderung zum Simulieren der Prozesssteuerung durch den einen oder die mehreren Prozessoren und nach dem Empfang der Anforderung Generieren eines entsprechenden virtuellen Gerätesignal-Tags (DST) für jedes im Steuermodul enthaltene DST durch Zugriff auf die Konfigurationsdatenbank; Speichern jedes virtuellen DST an einem jeweiligen Ort der Konfigurationsdatenbank; und Instanziieren des Steuermoduls auf einer virtuellen Steuerung, die der Prozesssteuerung entspricht, einschließlich des Ersetzens eines Verweises auf einen jeweiligen Ort jedes DST durch den jeweiligen Ort in der Konfigurationsdatenbank dieses einzelnen virtuellen DST.
11. Verfahren nach Aspekt 10, wobei ein erstes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST einem Feldgerät zugeordnet ist; und das Generieren des jeweiligen virtuellen DST des ersten bestimmten DST das Generieren einer Kopie von Daten umfasst, die in einer Instanz eines dem ersten bestimmten DST entsprechenden DST-Objekts gespeichert sind und für das Feldgerät konfiguriert sind.
12. Verfahren nach einem der Aspekte 10-11, wobei ein zweites bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugeordnet ist; und das Generieren des jeweiligen virtuellen DST des zweiten bestimmten DST das Generieren einer Kopie eines einem Typ des zweiten bestimmten DST entsprechenden Vorlagenobjekts umfasst, wobei die Kopie des Vorlagenobjekts Standardparameterwerte speichert.
13. Verfahren nach einem der Aspekte 10-12, wobei ein drittes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugeordnet ist; und das Generieren des jeweiligen virtuellen DST des dritten bestimmten DST das Generieren einer Kopie eines in einem Asset-Objektsystem gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts für das dritte bestimmte DST umfasst.
14. Rechengerät nach einem der Aspekte 10-13, wobei ein viertes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugewiesen ist; und das Generieren des jeweiligen virtuellen DST des vierten bestimmten DST das Generieren einer Kopie eines in einem Asset-Objektsystem gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts für das vierte bestimmte DST umfasst.
15. Verfahren nach einem der Aspekte 10-14, ferner umfassend: Empfangen einer Angabe eines Eingangswerts für das Steuermodul durch den einen oder die mehreren Prozessoren; und Simulieren, wie die Prozesssteuerung das Steuermodul ausführt, indem der Eingangswert einem virtuellen DST bereitgestellt wird, das mit einem Eingang zur virtuellen Steuerung verknüpft ist.
16. Verfahren nach einem der Aspekte 10-15, wobei die Simulation der Ausführung des Steuermoduls durch die Prozesssteuerung das Erhalten eines Ausgangswerts über ein virtuelles DST umfasst, das mit einem Ausgang der virtuellen Steuerung verknüpft ist, wobei der von der virtuellen Steuerung generierte Ausgangswert auf dem Eingangswert basiert.
17. Verfahren nach einem der Aspekte 10-16, ferner umfassend das Erkennen einer Änderung am Steuermodul durch den einen oder die mehreren Prozessoren; und Aktualisieren der virtuellen Steuerung durch den einen oder die mehreren Prozessoren, um die erkannte Änderung einzubeziehen; und Ausführen einer aktualisierten Simulation unter Verwendung der aktualisierten virtuellen Steuerung durch den einen oder die mehreren Prozessoren.
18. Verfahren nach einem der Aspekte 10-17, ferner umfassend das Herunterladen der Steuerroutine auf die Prozesssteuerung durch den einen oder die mehreren Prozessoren.

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

US 62567110 [0001]
US 2016/056610 [0057]

Claims

Rechengerät zur Input-/Output-(I/O)-Virtualisierung einer Prozesssteuerung in einer Prozessanlage während der Inbetriebnahme der Prozessanlage, wobei das Rechengerät umfasst: eine Konfigurationsdatenbank; einen oder mehrere Prozessoren; und ein nicht-flüchtiges computerlesbares Medium, das mit der Konfigurationsdatenbank und dem einen oder den mehreren Prozessoren gekoppelt ist und eine Konfigurationsanwendung darauf speichert, die, wenn sie von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt wird, bewirkt, dass das Rechengerät: eine Angabe eines Steuermoduls empfängt, das von einer Prozesssteuerung in einer Laufzeitumgebung der Prozessanlage ausgeführt werden soll; und eine Anforderung zur Simulation der Prozesssteuerung empfängt und basierend auf der empfangenen Anforderung: unter Verwendung der Konfigurationsdatenbank ein entsprechendes virtuelles Gerätesignal-Tag (DST) für jedes im Steuermodul enthaltene DST generiert; jedes virtuelle DST an einem entsprechenden Ort der Konfigurationsdatenbank speichert; und das Steuermodul in einer Simulationsumgebung auf einer virtuellen Steuerung, die der Prozesssteuerung entspricht, instanziiert, einschließlich des Ersetzens eines Verweises auf einen jeweiligen Ort jedes DST durch den jeweiligen Ort in der Konfigurationsdatenbank dieses einzelnen virtuellen DST.
Rechengerät nach Anspruch 1, wobei: ein erstes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST einem Feldgerät zugeordnet ist; und das jeweilige virtuelle DST des ersten bestimmten DST eine Kopie von Daten umfasst, die in einer Instanz eines dem ersten bestimmten DST entsprechenden DST-Objekts gespeichert sind und für das Feldgerät konfiguriert sind.
Rechengerät nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere Anspruch 1, wobei: ein zweites bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST eines von Beidem ist: keinem Feldgerät zugeordnet oder keinem Feldgerät zugewiesen; und das jeweilige virtuelle DST des zweiten bestimmten DST eine Kopie eines einem Typ des zweiten bestimmten DST entsprechenden Vorlagenobjekts umfasst, wobei die Kopie des Vorlagenobjekts Standardparameterwerte speichert.
Rechengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere Anspruch 1, wobei das Rechengerät kommunikativ mit einem Asset-Objektsystem der Prozessanlage verbunden ist, wobei das Asset-Objektsystem Geräteplatzhalterobjekte speichert, und/oder wobei: ein drittes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugeordnet ist; und das jeweilige virtuelle DST des dritten bestimmten DST eine Kopie eines im Asset-Objektsystem gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts für das dritte bestimmte DST umfasst, und/oder wobei: ein viertes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugewiesen ist; und das jeweilige virtuelle DST des vierten bestimmten DST eine Kopie eines im Asset-Objektsystem gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts für das vierte bestimmte DST umfasst, und/oder wobei: ein viertes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugewiesen ist; und das Generieren des jeweiligen virtuellen DST des vierten bestimmten DST das Generieren einer Kopie eines in einem Asset-Objektsystem gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts für das vierte bestimmte DST umfasst.
Rechengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere Anspruch 1, wobei die Konfigurationsanwendung ferner bewirkt, dass das Rechengerät: eine Angabe eines Eingangswerts für das Steuermodul empfängt; und simuliert, wie die Prozesssteuerung das Steuermodul ausführt, indem der Eingangswert einem virtuellen DST bereitgestellt wird, das mit einem Eingang zur virtuellen Steuerung verknüpft ist, und/oder wobei die Simulation der Ausführung des Steuermoduls durch die Prozesssteuerung einen Ausgangswert über ein virtuelles DST, das mit einem Ausgang der virtuellen Steuerung verknüpft ist, generiert, wobei der von der virtuellen Steuerung generierte Ausgangswert auf dem Eingangswert basiert.
Rechengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere Anspruch 1, wobei die Konfigurationsanwendung ferner bewirkt, dass das Rechengerät die Steuerroutine auf die Prozesssteuerung herunterlädt.
Verfahren zur Input-/Output-(I/O)-Virtualisierung eines Moduls in einer Prozessanlage, umfassend: Empfangen einer Angabe eines Steuermoduls, das von einer Prozesssteuerung in einer Laufzeitumgebung der Prozessanlage auszuführen ist, durch einen oder mehrere Prozessoren, die mindestens eine Konfigurationsanwendung ausführen; und Empfangen einer Anforderung zum Simulieren der Prozesssteuerung durch den einen oder die mehreren Prozessoren und nach dem Empfang der Anforderung: Generieren eines entsprechenden virtuellen Gerätesignal-Tags (DST) für jedes im Steuermodul enthaltene DST durch Zugriff auf die Konfigurationsdatenbank; Speichern jedes virtuellen DST an einem jeweiligen Ort der Konfigurationsdatenbank; und Instanziieren des Steuermoduls auf einer virtuellen Steuerung, die der Prozesssteuerung entspricht, einschließlich des Ersetzens eines Verweises auf einen jeweiligen Ort jedes DST durch den jeweiligen Ort in der Konfigurationsdatenbank dieses einzelnen virtuellen DST.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei: ein erstes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST einem Feldgerät zugeordnet ist; und das Generieren des jeweiligen virtuellen DST des ersten bestimmten DST das Generieren einer Kopie von Daten umfasst, die in einer Instanz eines dem ersten bestimmten DST entsprechenden DST-Objekts gespeichert sind und für das Feldgerät konfiguriert sind.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, insbesondere Anspruch 7, wobei: ein zweites bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugeordnet ist; und das Generieren des jeweiligen virtuellen DST des zweiten bestimmten DST das Generieren einer Kopie eines einem Typ des zweiten bestimmten DST entsprechenden Vorlagenobjekts umfasst, wobei die Kopie des Vorlagenobjekts Standardparameterwerte speichert.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 9, insbesondere Anspruch 7, wobei: ein drittes bestimmtes im Steuermodul enthaltenes DST keinem Feldgerät zugeordnet ist; und das Generieren des jeweiligen virtuellen DST des dritten bestimmten DST das Generieren einer Kopie eines in einem Asset-Objektsystem gespeicherten Geräteplatzhalterobjekts für das dritte bestimmte DST umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, insbesondere Anspruch 7, ferner umfassend: Empfangen einer Angabe eines Eingangswerts für das Steuermodul durch den einen oder die mehreren Prozessoren; und Simulieren, wie die Prozesssteuerung das Steuermodul ausführt, indem der Eingangswert einem virtuellen DST bereitgestellt wird, das mit einem Eingang zur virtuellen Steuerung verknüpft ist, und/oder wobei das Simulieren der Ausführung des Steuermoduls durch die Prozesssteuerung das Erhalten eines Ausgangswerts über ein virtuelles DST, das mit einem Ausgang der virtuellen Steuerung verknüpft ist, umfasst, wobei der von der virtuellen Steuerung generierte Ausgangswert auf dem Eingangswert basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, insbesondere Anspruch 7, ferner umfassend: Erkennen einer Änderung am Steuermodul durch den einen oder die mehreren Prozessoren; und Aktualisieren der virtuellen Steuerung durch den einen oder die mehreren Prozessoren, um die erkannte Änderung einzubeziehen; und Ausführen einer aktualisierten Simulation unter Verwendung der aktualisierten virtuellen Steuerung durch den einen oder die mehreren Prozessoren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, insbesondere Anspruch 7, ferner umfassend das Herunterladen der Steuerroutine auf die Prozesssteuerung durch den einen oder die mehreren Prozessoren.
Computerlesbares Medium, auf dem Befehle gespeichert sind, das, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, veranlasst, dass der mindestens eine Prozessor ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13 ausführt.