DE10245176A1 - Verfahren zur Simulation eines Feldgerätes in einem Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik - Google Patents

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Abstract

In einem Verfahren zur Simulation eines Feldgerätes in einem Netzwerk der Prozessautomatisierung wird das Feldgerät als virtuelles Feldgerät VF1, VF2, VF3, VF4, VF5 in einem Softwarecode beschrieben, der auf einer Komponente des Netzwerks abläuft und der das Verhalten und die Funktionalität des Feldgerätes so beschreibt, daß es von einem herkömmlichen Bedienwerkzeug für ein reales an das Netzwerk angeschlossenes Feldgerät bedient werden kann. Dadurch kann das Verhalten an die Funktionalität eines Feldgerätes im voraus getestet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation eines Feldgerätes in einem Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In der Prozessautomatisierungstechnik werden häufig Feldgeräte zur Steuerung von Prozessabläufen eingesetzt.
  • Feldgeräte zur Durchfluss-, Füllstands-, Druck-, Temperaturbestimmung etc. sind allgemein bekannt. Sie dienen zur Erfassung der entsprechenden Prozessvariablen Massen- oder Volumenfluss, Füllstand, Druck, Temperatur etc.
  • Diese Feldgeräte liefern jeweils Messwerte, die ein Maß für die erfasste Prozessvariable sind. Die Messwerte werden an eine Warte oder an ein Leitsystem weitergeleitet. In der Regel erfolgt die gesamte Prozesssteuerung von der Warte oder vom Leitsystem aus, wo die verschiedenen Messwerte der unterschiedlichen Feldgeräte ausgewertet und aufgrund der Auswertung Steuersignale für Feldgeräte erzeugt werden, die den Prozessablauf beeinflussen (z.B. Aktoren, Ventile). Die Signalübertragung zwischen den Feldgeräten und der Warte bzw. dem Leitsystem erfolgt nach den bekannten Standards (Profibus®, Foundation Fieldbus® oder CAN-Bus® etc.). Neben den reinen Messwerten liefern moderne Feldgeräte auch Diagnoseinformationen und Wartungsinformationen.
  • Vielfach ist der Feldbus auch mit einem übergeordneten Firmennetzwerk verbunden.
  • Für spezielle Standardfunktionen eines Feldgerätes stehen sogenannte Funktionsblöcke zur Verfügung, die bestimmte Funktionen des Feldgerätes beschreiben und den Zugriff auf diese Funktionen festlegen.
  • Jeder Funktionsblock steht für eine bestimmte Aufgabe des Feldgerätes und kann beliebig mit anderen Funktionsblöcken kombiniert werden.
  • In den Foundation Fieldbus-Spezifikationen, die öffentlich zugänglich sind, sind verschiedene Standard-Funktionsblöcke spezifiziert.
  • Typische Funktionsblöcke für Feldgeräte sind „Analog Input" (Analogeingang) oder Diskret Input (Digitaleingang), für komplexe Regelaufgaben existieren Funktionsblöcke wie PD-Regler oder PDI-Regler.
  • Verfügt ein Feldgerät über einen solchen Funktionsblock, so kann es eine Prozessvariable selbständig regeln. Dadurch können Automatisierungsaufgaben vom Leitsystem in die Feldebene verlagert werden. Bei einer komplexen Kontrollstrategie werden eine Vielzahl von Funktionsblöcken miteinander verschaltet. Beispiel hierfür ist eine Kaskadenregelung.
  • Bevor ein Feldgerät eingesetzt werden kann, muss es konfiguriert und parametriert werden. Hierfür ist ein Laden der Kontrollstrategie einschließlich der Parameter in die Feldgeräte notwendig. Bekannte Applikationen mit denen eine Kontrollstrategie erzeugt werden können, ist z. B. das System Syscon 302 von der Firma SMAR. Mit einem derartigen Programm kann jedoch nur das korrekte Verschalten der Funktionsblöcke sowie der einwandfreie Ablauf der Regelkreise getestet werden.
  • Ein Problem hierbei ist, dass nicht sichergestellt ist, dass die für ein spezielles Feldgerät vorgesehenen Funktionsblöcke auch in dieses Feldgerät geladen werden können und dort einwandfrei ablaufen, sei es, dass die Prozesssorleistung bzw. der Speicherplatz nicht ausreichend ist. Dadurch können erhebliche Probleme beim Laden der Kontrollstrategie in Feldgeräte entstehen. Unter Umständen muss sogar die Automatisierungsanlage abgeschaltet werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das insbesondere ein einfaches Testen einer Kontrollstrategie ermöglicht. Gelöst wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren.
  • Die wesentliche Idee der Erfindung ist es, ein Feldgerät in einem Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik zu simulieren, um dadurch sicherzustellen, dass die für dieses Feldgerät vorgesehene Funktionsblöcke auch einwandfrei in diesem Feldgerät ablaufen können.
  • Vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 schematische Darstellung eines Netzwerks der Prozessautomatisierungstechnik;
  • 2 schematische Darstellung der Hardware eines Feldgerätes;
  • 3 schematische Darstellung der Software eines Feldgerätes;
  • 4 schematische Darstellung eines virtuellen Feldgerätes;
  • In 1 ist ein Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik näher dargestellt. An einem Datenbus D1 sind mehrere Workstations (Arbeitsstationen) WS1, WS2 und mehrere Gateways G1, G2 und VG3 angeschlossen. Das Gateway G1 ist mit einem Feldbussegment SM1 verbunden. Das Feldbussegment SM1 besteht im wesentlichen aus mehreren Feldgeräten F1, F2, F3, F4 und einem virtuellen Feldgerät VF1. Das Gateway G2 ist mit einem Feldbussegment SM2 verbunden, das im wesentlichen aus den Feldgeräten F5, F6, F7 und einem virtuellen Feldgerät VF2 besteht. Das Gateway G2 weist darüber hinaus mehrere I/O-Anschlüsse I/O auf. Das virtuelle Gateway VG3 ist mit einem Feldbussegment SM3 verbunden, das im wesentlich aus den virtuellen Feldgeräten VF3, VF4, VF5 gebildet wird. Von den Workstations WS1, WS2 ist die Konfigurierung und Parametrierung der Feldgeräte F1 bis F10 möglich. Hierzu ist auf den Workstations WS1 bzw. WS2 ein entsprechendes Bedienwerkzeug installiert. Der Datenbus D1 in der Leitebene E1 arbeitet nach dem High-Speed-Internet Standard HSE. Die Feldbusse FB in der Feldebene (Feldbussegmente SM1, SM2, SM3) arbeiten erheblich langsamer.
  • In 2 ist die Hardware eines Feldgerätes F näher dargestellt. Ein Sensoraufnehmer S ist über einen Analog-Digitalwandler A/D mit einem Mikroprozessor μP verbunden. Der Mikroprozessor μP ist über eine Feldbusschnittstelle FS mit dem Feldbus FB verbunden. Weiterhin ist der Mikroprozessor μP mit zwei Speichern, einem RAM- und einem EPROM-Speicher sowie einer Anzeige/ Bedieneinheit AB verbunden.
  • 3 zeigt in schematischer Darstellung die Softwareblöcke eines Feldgerätes. Eine Function Block Application FBA ist über eine Function Block Shell FB-SHELL mit einem Function Block Stack FB-STACK verbunden. Diese Blöcke sind von einem Hardware-abhängigen Betriebssystem (Operation System) OS, Timern und einem Controller für die Kommunikation Communication Controller umgeben.
  • 4 zeigt ein virtuelles Feldgerät VF, das ein Speichermanagement SM, ein Prozessormanagement PM und eine Kommunikationsschnittstelle KS aufweist.
  • Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
  • Auf einer der Workstations WS1 bzw. WS2 ist ein Bedienwerkzeug für die Feldgeräte F1 bis F7 installiert. Mit diesem Bedienwerkzeug können die Feldgeräte F1 bis F7 konfiguriert und parametriert werden bzw. es kann mit diesem Bedienwerkzeug auch eine Kontrollstrategie erstellt werden. Neben den realen physikalisch an dem Feldbus FB angeschlossenen Feldgeräten F1 bis F7 kann mit dem Bedienwerkzeug auch die Bedienung der virtuellen Feldgeräte VF1 bis VF5 erfolgen. Die virtuellen Feldgeräte VF1 bis VF5 bestehen ausschließlich aus Software-Code, der auf einer der Komponenten des Netzwerks (WS1, WS2, G1, G2, F1 bis F7) ausgeführt wird. Somit wird für das Bedientool ein Feldgerät einfach simuliert. Um eine möglichst exakte Übereinstimmung zwischen einem virtuellen Feldgerät VF und einem realen Feldgerät F zu erzielen, weist das virtuelle Feldgerät VF ein Speichermanagement SM und einen Prozessormanagement PM sowie eine Kommunikationsschnittstelle KS auf, wobei der verfügbare Speicherplatz über das des Speichermanagements SM und die verfügbare Rechengeschwindigkeit bzw. die Prozessorleistung über das Prozessormanagements PM einstellbar sind. In einfacher Weise können Funktionsblöcke bzw. Konfigurierdaten zwischen dem Bedienwerkzeug und einem virtuellen Feldgerät VF als Upload bzw. Download übertragen werden. D. h. in ein virtuelles Feldgerät VF können Funktionsblöcke geladen werden und die Konfigurierdaten des virtuellen Feldgerätes VF per Bedienwerkzeug eingestellt werden. Das virtuelle Feldgerät VF verhält sich wie ein reales Feldgerät F, das z. B. Funktionsblöcke einer Kontrollstrategie ausführt bzw. Anweisungen der im Feldgerät geladenen Firmenware ausführt.
  • Mit Hilfe derartiger virtueller Feldgeräte kann eine Kontrollstrategie in einfacher Weise getestet werden. Hierzu werden die realen Feldgeräte, die an einen Feldbus angeschossen sind, als virtuelle Feldgeräte nachgebildet. Der Speicherplatz sowie die Rechenleistung des jeweiligen Mikroprozessors werden entsprechend nachgebildet. Nach dem erstellen einer Kontrollstrategie wird die Kontrollstrategie auf die virtuellen Feldgeräte übertragen und entsprechend getestet. Nach dem Übertragen, ist leicht festzustellen, ob der Speicherplatz bzw. die Prozessorleistung des virtuellen Feldgerätes ausreicht, um die für dieses Feldgerät vorgesehenen Aufgaben zu erfüllen.
  • Ist ersichtlich, dass die Kontrollstrategie für die virtuellen Feldgeräte geeignet ist, wird die Kontrollstrategie auf die realen Feldgeräte übertragen. Nach der Übertragung ist sichergestellt, dass der Speicherplatz so wie die Prozessorleistung des jeweiligen realen Feldgerätes ausreicht um die Kontrollstrategie durchführen zu können.
  • Weiterhin können durch ein virtuelles Feldgerät die Funktionalität eines realen Feldgerätes erweitert werden. Dafür wird ein reales Feldgerät F mit einem virtuellen Feldgerät VF kombiniert. Das System aus realem und virtuellen Feldgerät bildet ein Kombifeldgerät, das eine eigene Geräteidentifikation und einen eigenen Gerätenamen aufweist. Denkbar ist die Funktionalität eines Feldgerätes um zusätzliche Diagnosenfunktionen bzw. zusätzliche Funktionsblöcke oder weitere Funktionsblockfähigkeiten zu erweitern. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Einführung einer neuen Kontrollstrategie erheblich einfacher. Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch der teilweise vorgeschrieben FAT-Test (Factory Acceptance Test) vereinfacht bzw. vollständig umgangen werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Simulation eines Feldgerätes in einem Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät als virtuelles Feldgerät VF1, VF2, VF3, VF4, VF5 in einem Software-Code beschrieben ist, der auf einer Komponente des Netzwerks abläuft und der das Verhalten und die Funktionalität des Feldgerätes VF1, VF2, VF3, VF4, VF5 so beschreibt, dass es von einem herkömmlichen Bedienwerkzeug wie ein reales an das Netzwerk angeschlossenes Feldgerät bedient werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Software-Code in einer Komponente des Netzwerkes (Feldgerät F, Gateway G oder Steuereinheit WS) abläuft.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Feldgerät VF1, VF2, VF3, VF4, VF5 ein Speichermanagement SM, ein Prozessormanagement PM und eine Feldbusschnittstelle KS aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherplatz des Speichermanagements SM und/oder die Rechengeschwindigkeit bzw. die Prozessorperformance des Prozessormanagements PM einstellbar sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Feldgerät VF1, VF2, VF3, VF4, VF5 eine Function Block Application FBA, eine Function Block FB Shell und einen Function Block FB Stack aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Funktionsblöcke und/oder Konfigurierdaten zwischen Bedienwerkzeug und virtuellen Feldgerät als Upload oder Download übertragen werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Feldgerät VF1, VF2, VF3, VF4, VF5 sich wie ein reales Feldgerät verhält, das bestimmte Aufgaben, wie z.B. Funktionsblöcke, Anweisungen aus der Firmware oder Kommunikation ausführt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalität eines realen Feldgerätes durch die Kombination mit einem virtuellen Feldgerät erweitert wird, wobei das System aus realem und virtuellem Feldgerät ein Kombi-Feldgerät bildet, das für das Bedienwerkzeug als einheitliches Feldgerät mit einer Geräteidentifikation und einem Gerätenamen erscheint.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Funktionalität z.B. Diagnosefunktionen, zusätzliche Funktionsblöcke oder erweiterte Funktionsblockfähigkeiten betrifft.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrollstrategie mit virtuellen Feldgeräten VF1, VF2, VF3, VF4, VF5 und mit einem virtuellen Gateway VG3 getestet wird und dass nach erfolgreichem Test, die Kontrollstrategie in die entsprechenden realen Geräte geladen wird.
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