-
Die Erfindung betrifft ein System
sowie ein Verfahren zur grafischen Erfassung von Systemanforderungen
und Spezifikationen in elektronisch auswertbarer Form.
-
Als Ausgangspunkt für die Automatisierung von
Anlagen oder Maschinen werden heutzutage vorwiegend technische Zeichnungen
genutzt. Die Zeichnungen sind aus Sicht des Maschinen- oder Anlagenbaues
bzw. der Verfahrenstechnik konzipiert. Bei einer zu entwickelnden
Automatisierungslösung werden
die zum System gehörenden
Anforderungen und Spezifikationen in der Regel auf Basis dieser Zeichnungen
formuliert. Beispielsweise werden Steuerungen für Not-Aus-Kreise, die Bildung
von zu einer Steuerung gehörenden
Komponentengruppe oder eine Netzwerktopologie auf Grundlage entsprechender
Zeichnungen entwickelt. Die Entwicklung erfolgt hierbei durch händische
Umsetzung aus der Zeichnung heraus, ohne dass spezielle Zeichnungselemente
mit einer Semantik behaftet sind, die für die Spezifikation einer Automatisierungslösung automatisch
genutzt werden kann. Die Umsetzung erfolgt vielmehr per Hand bzw.
verbal. Hierbei werden relevante Informationen, die aus der Zeichnung
entnehmbar sind, häufig
nur unvollständig übertragen. Aus
den technischen Zeichnungen können
die Information für
die Umsetzung einer Automatisierungslösung somit derzeit nicht direkt
verwendet werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
vereinfachte, layout-orientierte Erfassung von Anforderungen und
Spezifikationen für
ein Automatisierungssystem und eine Bereitstellung der Informationen
in elektronisch auswertbarer Form zu ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst, durch
ein System zur layout-orientierten
Erfassung von steuerungsrelevanten Informationen, mit ersten Mitteln
zur grafischen Beschreibung von aus einzelnen Komponenten bestehenden
Strukturen, zweiten Mitteln zum grafischen Etablieren mindestens
einer gerichteten Beziehung zwischen den Komponenten der beschriebenen
Strukturen und dritten Mitteln zur Spezifikation einer steuerungsrelevanten
Verschaltung der Komponenten in Abhängigkeit von den etablierten Beziehungen.
-
Diese Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein
Verfahren nach Anspruch 14.
-
Bei diesem Lösungsansatz wird steuerungsrelevante
Information grafisch und interaktiv direkt in technische Zeichnungen
integriert. Die Information wird durch vor- bzw. benutzerdefinierte
Elemente eingebracht. Hierbei wird eine verfahrenstechnische Aufgabe
mit Hilfe einer Zeichnung gelöst.
Eine komplexe Struktur, die aus einzelnen, beispielsweise physikalischen
Komponenten besteht, wird mit zeichnerischen Mitteln beschrieben.
Dabei werden die Komponenten in ihrer räumlichen Anordnung wiedergegeben.
Ein physikalisches Layout, also eine Beschreibung, beispielsweise
einer Fördereinrichtung, kann
auf diese Weise erzeugt werden. Die beteiligten Komponenten werden
anschließend
in Bezug zueinander gesetzt. Dies erfolgt ebenfalls auf grafische Weise,
indem beispielsweise ein Materialfluss in einer Fördereinrichtung
in die Struktur eingetragen wird.
-
In Abhängigkeit von der so definierten
gerichteten Beziehung zwischen den beteiligten Komponenten der komplexen
Struktur wird anschließend eine
Verschaltung, das heißt
eine steuerungsrelevante Verknüpfung,
der einzelnen Komponenten spezifiziert bzw. aufgebaut. In Abhängigkeit
von ihrer Lage innerhalb der komplexen Strukturen und in Abhängigkeit
von den gerichteten Beziehungen zu den benachbarten Elementen, werden die
einzelnen Komponenten auf diese Weise im Gesamtsystem verschaltet.
-
Vorteilhaft bei der Verwendung des
vorgestellten Systems ist die Tatsache, dass das Steuerungsverhalten
einzelner Komponenten im Zusammenhang mit ihrer Umwelt anhand von
Zeichnungen erfasst und spezifiziert werden kann. Ein Extrahieren steuerungsrelevanter
Informationen aus einer Zeichnung durch einen Entwickler einer Automatisierungslösung und
ein darauffolgendes Interpretieren dieser Informationen mitsamt
einer sich anschließenden Umsetzung
erübrigt
sich auf diese Weise. Die relevanten Informationen ergeben sich
durch die in der Grafik etablierten Beziehungen zwischen den einzelnen
beteiligten Komponenten. Die Spezifikation eines Steuerungsverhaltens
wird auf diese Weise enorm erleichtert und verbessert.
-
Eine vorteilhafte Ausbildung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die steuerungsrelevanten
Informationen zur Erfassung für
ein Automatisierungssystem einer prozess- und/ oder fertigungstechnischen
Anlage vorgesehen sind. Gerade bei der Konzeption komplexer industrieller
Anlagen kommt es darauf an, einen möglichst effizienten Entwurf
für die
Steuerungstechnik und das damit verbundene Steuerungsverhalten einer
Anlage zu entwerfen. Zeichnungen einer Anlagenstruktur müssen in
steuerungsrelevante Informationen übersetzt werden. Hierbei kann
es leicht zu einem Informationsverlust kommen bzw. in der Zeichnung
vorhandene Informationen können
vom Entwickler falsch interpretiert werden.
-
Das erfindungsgemäße System vereinfacht nun vor
allem die Erfassung steuerungsrelevanter Informationen für derart
komplexe Anlagen, da die Anlage, nachdem sie grafisch konzipiert
wurde, in Bezug auf ihr Steuerungsverhalten automatisch anhand der
Grafik auch spezifiziert werden kann. Sämtliche, in der Anlage verwendete
Komponenten, sind in der Grafik als Elemente repräsentiert
und ihr Verhalten in der Gesamtstruktur der Anlage kann auf Basis
der Grafik derart beschrieben werden, dass die Einbindung aller
Elemente in die Steuerung der Anlage genauestens spezifiziert werden
kann. Speziell für
den Entwurf komplexer Steuerungsaufgaben eignet sich das erfindungsgemäße System
in hohem Maße.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten in
einer Bibliothek als Typen mit typenabhängigen Eigenschaften und Datenschnittstellen ausgebildet
sind. Durch diese Ausbildung wird es einem Entwickler möglich, bestimmte,
wiederkehrende Elemente, beispielsweise einer Anlage, in der Bibliothek
abzulegen und ihnen spezielle Eigenschaften zuzuweisen. Beispielsweise
kann in der Bibliothek ein Förderband
oder ein Hubtisch abgelegt werden. Vom Benutzer können dann
Eigenschaften definiert werden, die für genau diese Elemente typisch
sind und immer wieder vorkommen. Hierbei können Eigenschaften sowohl vordefiniert
sein, als auch von einem Benutzer jeweils frei gestaltbar. Die Ausprägung und
Anzahl der benötigten
Datenschnittstellen der einzelnen Komponenten sind ebenfalls in
Zusammenhang mit den Typen in der Bibliothek hinterlegt. Die Datenschnittstellen
haben ebenfalls spezielle Eigenschaften, die abhängig sind von der jeweiligen Komponente.
Diese Ausbildung der Erfindung ermöglicht es, wiederkehrende Objekte
vorgefertigt zu hinterlegen und verringert somit den Aufwand bei
der Spezifikation einer Automatisierungslösung, da auf wiederverwendbare
Bausteine zurückgegriffen
werden kann und die Komponenten durch ihre speziellen Datenschnittstellen
bereits vorgegebene Verschaltungsmöglichkeiten aufweisen, so dass
einem Entwickler eine Vorauswahl von möglichen Kombinationen präsentiert
werden kann. Der Aufwand für
das Generieren einer Automatisierungslösung wird durch die Nutzung
der Komponentenbibliothek somit deutlich verringert.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung
der Komponenten über
die Datenschnittstellen vorgesehen ist. Eine derartige Verschaltung der
Komponenten über
die Datenschnittstellen ge währleistet,
dass nur solche Komponenten ausgewählt werden können, die
sich an eine bereits existierende Komponente bzw. deren Ports auch
anschließen
lassen. Die Verwendung der Datenschnittstellen für die Verschaltung gibt somit
eine Auswahl möglicher
Kombinationen vor, was einem Entwickler die Spezifikation einer
Automatisierungslösung
enorm erleichtert.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Etablierung der
gerichteten Beziehungen zwischen den Komponenten auf Basis eines
Materialflusses in einer prozess- und/oder fertigungstechnischen
Anlage vorgesehen ist. Um eine für
die Steuerung einer Anlage essessentielle Vorgänger/Nachfolgerbeziehung von
beteiligten Elementen zu etablieren, ist die Verwendung des Materialflusses
innerhalb einer Anlage eine ideale Lösung, da einem Bediener des
Systems der Materialfluss in seinem räumlichen Verhalten unmittelbar
klar ist. Es müssen
nicht auf akademische Weise die einzelnen Bauteile der Anlage in
Beziehung zueinander gesetzt werden, sondern das einfache grafische
Eintragen des Materialflusses in eine Zeichnung etabliert automatisch
die so wichtige Vorgänger-Nachfolgerbeziehung.
Die Spezifikation einer Automatisierungslösung wird durch diese vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung enorm erleichtert.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Materialfluss
entgegengesetzter Informationsfluss zwischen den Komponenten vorgesehen
ist. Ein dem Materialfluss entgegengesetzter rückwärtsgerichteter Informationsfluss
zwischen den beteiligten Komponenten garantiert auf vorteilhafte
Weise eine Möglichkeit
der Rückverfolgung
innerhalb des Systems. Eine Vorgänger-Komponente
weiß jederzeit,
ob ihre Nachfolger-Komponente über
genügend
Aufnahmekapazität
für das
weiterzuleitende Material verfügt, bzw.
ob der Platz für
das nächste
Fertigungsstück auch
bereits wieder frei ist. Fertigungsrelevante Daten können außerdem durch
diesen Informationsfluss auf einfache Art erhoben werden und eine
Materialverfolgung, die beispielsweise im Zusammenhang mit einem
Trackingsystem auf der MES-Ebene (Manufacturing Execution Systems)
erfolgt, wird somit gewährleistet.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Etablierung der
gerichteten Beziehungen zwischen Datenschnittstellen benachbarter
Komponenten aus dem Abstand der Komponenten voneinander und vorliegenden
Informationen zu der Datenschnittstellen vorgesehen ist. Die räumliche
Lage von Komponenten im grafischen Layout kann auf diese weise vorteilhaft
für den
Aufbau bzw. die Spezifikation der Verschaltung der Komponenten untereinander
genutzt werden. Die Beziehungen zwischen den Datenschnittstellen
bzw. Ports zweier oder mehrerer benachbarter Komponenten kann auf
Basis der geometrischen Information, z.B. Position im Layout, zusammen
mit einem vorgebbaren Schwellwert für die Definition der im System
bzw. dem Layout benötigten Nähe der Komponenten
zueinander und spezifischen Informationen zu den Ports automatisch
abgeleitet werden. Zu den Port-Informationen gehören hier beispielsweise Angaben
zum Typ oder zur Richtung des Datenflusses (IN/OUT). Sind die entsprechenden
Informationen vorhanden, so kann ein Anwender des Systems die Beziehung
und damit die Verschaltung auf einfache Weise etablieren, indem
die Komponenten, beispielsweise mittels einer Maus, auf der Oberfläche eines
Bildschirms in die entsprechenden Positionen zueinander gebracht
werden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Typen- und/oder Instanzen-
und/ oder Ortsinformationen zu den Komponenten zur Verwendung aus
dem grafischen Layout vorgesehen sind. Eine spezifische Beschreibung
der verwendeten Komponenten, wie beispielsweise Hubtischen oder
Förderbändern, wird aus
dem grafischen Layout bereits ermöglicht. Diese Informationen
können
auf vorteilhafte Weise dann für die
Verwendung von beispielsweise Instandhaltungsmanagementsystemen
genutzt werden. Einem Instandhaltungsmanagementsystem kann hierbei
eine Ortsinforma tion auf der grafischen Basis zugeführt werden.
Die Information zu den beteiligten Komponenten muss nicht extra
in ein derartiges System eingegeben werden. Eine Nutzung weiterführender
Informationssysteme, wie beispielsweise auch Anlageninformationssysteme
wird auf diese Weise deutlich erleichtert und auch finanziell einfacher
umsetzbar.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass vierte Mittel zum
layout-orientierten Hinzufügen
weiterer Eigenschaften zu Komponenten vorgesehen sind. Einem Entwickler
wird hierdurch ermöglicht,
weitere Attribute, beispielsweise über ein gesondertes Eingabefeld
auf der Bedienoberfläche
des Systems, in der Grafik einer speziellen Komponente bereits hinzuzufügen. Diese
Eigenschaften können
z. B. Funktionen wie "schalte
rauf" oder "schalte runter" sein, die durch den
Entwickler auf der grafischen Ebene einer Komponente bereits hinzugefügt werden.
Das automatisierungstechnische Verhalten der einzelnen Komponenten
wird auf diese Weise einfacher bereits im grafischen Layout erfasst
und für
die Verwendung einer Automatisierungslösung zur Verfügung gestellt.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein layout-orientiertes
Zusammenfügen
von Komponenten zu Gruppen vorgesehen ist. Vorteilhafte ist auch, dass
eine Layout-orientierte Zuweisung einer übergeordneten Semantik zu den
Gruppen vorgesehen ist. Mehrere Komponenten können beispielsweise im Zusammenhang
mit einer gewissen Funktion in Verbindung stehen. So gibt es beispielsweise
sogenannte "Emergency
Areas", die einheitlich
abgeschaltet werden müssen.
Ebenso können
mehrere Komponenten einer bestimmten Steuerung zugewiesen werden
oder mehrere Komponenten können
einem bestimmten Bereich zugewiesen werden, in dem ein System zum
Bedienen und Beobachten (B&B-System
bzw. HMI, Human Machine Interface) verwendet wird.
-
Das Zusammenfügen von Komponenten zu Gruppen
erleichtert die Zuweisung beispielsweise zu einer Steuerung oder
einem HMI. Hierbei können
die Gruppen sich beliebig überlappen.
Das heißt,
eine Komponente kann mit anderen Komponenten einem bestimmten Controller
zugewiesen werden, aber sie wird mit wiederum anderen Komponenten
auf einem B&B-System
optisch mit ihren Daten repräsentiert. Den
Gruppen kann hierbei jeweils ein einheitliches Verhalten in Form
einer Funktion zugewiesen werden. Diese Ausbildung ermöglicht eine
einfache Strukturierung der Anlage und eine einfache Abbildung der
daraus resultierenden Automatisierungslösung. Eine durchgängige Entwicklung
des gesamten Automatisierungskonzeptes einer Anlage wird auf diese
Weise enorm vereinfacht.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuordnung von
Elementen zur Eingrenzung erlaubter Wertebereiche und/oder Attribute
zu Komponenten und/oder funktionalen Gruppen und/oder Datenschnittstellen
vorgesehen ist. Durch das Einfügen derartiger „Constraint
Elemente", welche
die möglichen
Interaktionen zwischen Datenschnittstellen, Komponenten oder funktionalen
Gruppen einengen bzw. limitieren können, kann die Gültigkeit
von Beziehungen definiert werden. Dies ermöglicht zum Einen die Validierung
der etablierten Beziehungen, indem sich automatisch nur die Komponenten
ausgewählt werden,
die sich an eine bereits existierende Komponente bzw. deren Schnittstellen
ohne Verletzung der „Constraints" anschließen lassen.
Zum Anderen können
daraus Informationen abgeleitet werden, wie z.B. ob die maximale
Anzahl von Port-Verbindungen an einem Multi-Port erreicht ist, oder
ob beispielsweise die Summe der Verbraucher den zulässigen maximalen
Strom übersteigt.
Möglich
ist durch die Einführung virtueller
Komponenten mit entsprechenden „Constraints" auch die Überprüfung einzuhaltender
Randbedingungen einzuführen.
So kann z.B. eine Schwelle definiert werden für die maximalen Kosten über alle
verwendeten Komponenten.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein layout-orientiertes
Generieren einer Netzwerkkonfiguration zur Kommunikation der Komponenten
einer prozess- und/oder fertigungstechnischen Anlage vorgesehen
ist. Sind die einzelnen Komponenten in Beziehung zueinander gesetzt,
und sind auf Basis von zu Gruppen kombinierten Komponenten höherwertige automatisierungsrelevante
Einheiten definiert worden, so kann eine Vernetzung der beteiligten
Komponenten auf der grafischen Ebene direkt erfolgen. Die Netztopologie
muss nicht extra entwickelt werden. Sie ergibt sich vielmehr automatisch
aus der Lage der Komponenten und den zwischen den Komponenten definierten
Beziehungen. Eine einfache Konzeption und Spezifikation der benötigten Netzwerktopologie
ist auf diese Weise möglich.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung des Systems zum Erfassen steuerungsrelevanter
Informationen,
-
2 eine
schematische Darstellung einzelner Komponenten mit ihren gerichteten
Beziehungen und Eigenschaften,
-
3 eine
schematische Darstellung der grafischen Wiedergabe einer Teilanlage.
-
1 zeigt
eine beispielhafte Ausführung des
Systems zur 1ayout-orientierten Erfassung von steuerungsrelevanten
Informationen. Im System wird mit Hilfe erster Mittel 1 eine
grafische Beschreibung, beispielsweise einer aus einzelnen Komponenten 21
1..j bestehenden Anlage, erstellt. Die Komponenten 21
1..j werden aus einer Menge von in einer
Bibliothek 25 hinterlegten Komponenten 21
1..n ausgewählt. Hierbei werden die ausgewählten Komponenten 21
1..j zur grafischen Beschreibung der Anlagenstrukturen 22 genutzt,
wodurch eine komplexe Anla ge grafisch zusammengestellt werden kann.
Mit Hilfe der zweiten Mittel 2 werden zwischen den ausgewählten Komponenten 21
1..j gerichtete Beziehungen 23 grafisch
beschrieben, so dass sie im Layout hinterlegt sind. Mittels dritter
Mittel 3 wird die Spezifikation einer Verschaltung 24 zwischen
den ausgewählten
Komponenten 21
1..j generiert. Die
Verschaltung 24 erfolgt in Abhängigkeit von den gerichteten
Beziehungen 23 über
Datenschnittstellen 26. Auf diese Weise werden die Komponenten 21
1..j datentechnisch in Beziehung zueinander
gesetzt.
-
Der Vorteil der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausbildung
des Systems besteht darin, dass Teile einer Anlage, hier als Menge
beliebiger Komponenten 21
1..n repräsentiert,
auf einfache Weise grafisch in Beziehung zueinander gesetzt werden können. Ihre
datentechnischen Schnittstellen 26 können durch Definition gerichteter
Beziehungen 23 anhand des Layout miteinander verknüpft und
direkt in steuerungsrelevante Informationen umgesetzt werden.
-
Hierbei besitzen die Komponenten 21
1..n jeweils eine eindeutige Kennung und
eine Typen-Information. Den Komponenten 21
1..n können beliebig
viele Eigenschaften, sogenannte Attribute, zugeordnet werden. In 2 sind die Eigenschaften
der Komponenten 21
1..n durch Symbole
unterschiedlicher Form repräsentiert.
Eigenschaften bzw. Attribute von Komponenten 21
1..n können
hierbei sowohl klassische Daten-Typen wie beispielsweise "Integer" oder "Real" sein, es können aber
auch Strukturen wie "Felder" bzw. "Arrays" sein. Als Attribute
können
auch Anzahlen von Datenschnittstellen 26, sogenannte Ports
zugeordnet sein. Ebenfalls ist es möglich, als Attribute Links
auf weitere Elemente, wie beispielsweise Dateien oder Einträge in anderen
Dokumenten zu definieren. Hierbei kann einem sogenannten Link-Attribut
eine definierte Zugriffsschnittstelle (z.B. in Form einer DLL) zugewiesen
werden. Eine derartige Zugriffsschnittstelle ermöglicht den Zugriff auf Daten
in einem referenzierten Element, beispielsweise einem Excel-File.
-
Mit Hilfe der Attribute kann Komponenten 21
1..n eine Semantik 32 zugeordnet
werden. Einer Komponente 21
i innerhalb
einer Anlage kann z.B. zugewiesen werden, dass es sich bei ihr um
ein Förderelement
oder einen Hubtisch handelt. Einem Attribut kann ebenfalls eine
Regel zugewiesen werden, welche beschreibt, wie ein bestimmter Attributwert
sich aus anderen Attributen ableiten lässt. Neben den Attributen besitzen
die Komponenten 21
1..n eine beliebige
Anzahl von Ports bzw. Datenschnittstellen 26. Komponenten,
die Ports bzw. Datenschnittstellen 26 mit gleichem Aufbau
haben, können über diese Schnittstellen
miteinander verbunden werden. Bei dem Aufbau eines Ports ist die
Anzahl und der Typ der jeweiligen Attribute, die den Port beschreiben,
relevant. Einzelnen Attributen eines Ports bzw. dem gesamten Port
kann eine Verbindungsrichtung im Sinne von In/Out zugeordnet werden.
Diese Verbindungsrichtung kann unidirektional im Sinne eines „Entweder-Oder" ausgebildet sein,
wenn ein Förderelement nur
eine Förderrichtung
hat. Die Verbindung kann aber auch bidirektional im Sinne eines „Sowohl
als auch" ausgebildet
sein, wenn ein Förderelement
zwei Förderrichtungen
(Vor/Zurück;
Hoch/Runter) aufweist. Der Port kann dabei als IN und Out definiert werden,
um beide Richtungen zuzulassen oder einem grafischen Port als Repräsentant
ist ein logischer IN-Port und ein logischer OUT-Port zugewiesen.
Es können
auch Multi-Ports definiert werden, die mit mehr als einem anderen
Port verbunden werden können.
-
Wird den für die Beschreibung ausgewählten Komponenten 21
1..j mit Hilfe der zweiten Mittel zum grafischen
Etablieren einer gerichteten Beziehung 23 eine Richtung
derart zugewiesen, dass jede Komponente 21
i einen
definierten Vorgänger
und einen definierten Nachfolger erhält, so können die beteiligten Komponenten 21
1..j über
ihre vorhandenen Ports bzw. Datenschnittstellen 26 miteinander
verschaltet werden. Allein durch das grafische Anordnen der Komponenten 21
1..j, die ihre steuerungsrelevante Individualinformation
in Form ihrer Eigenschaften und ihrer Datenschnittstellen 26 bereits
beinhal ten, kann also eine Automatisierungslösung spezifiziert werden. Hierbei
sind die einzelnen Komponenten 21
1..j als
Objekte zu betrachten, die im Gesamtsystem der Anlage in Abhängigkeit
von ihren Nachbarn bestimmte Eigenschaften ausprägen. Die für die Spezifikation der Steuerung
relevanten Informationen können
somit direkt aus der Lage der einzelnen Komponenten 21
1..j in der grafischen Repräsentation
entnommen werden.
-
2 stellt
eine beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung dar, in der die Beziehungen 23 zwischen den
ausgewählten
Komponenten 21
1..j mit Hilfe eines
Materialflusses 27 etabliert werden. Hierbei erfolgt die
Verbindung von Ports bzw. Datenschnittstellen 26 auf grafische
Weise. Es wird einfach entlang des Materialflusses 27,
wie er in einer Anlage geplant ist, eine Verbindungslinie zwischen
den grafisch repräsentierten
Ports gezogen. Wird ein Materialfluss 27 für die Etablierung
der Verbindung benutzt, so ist die Verbindung automatisch gerichtet.
Die Verbindung kann ebenfalls erfolgen, indem die Komponenten 21
1..j einfach entsprechend platziert werden, so
dass Ports bzw. Datenschnittstellen 26 zu den Nachbarelementen
bzw. Komponenten 21
1..j automatisch
aufgebaut werden, falls die Elemente sich in einer definierten Entfernung
zueinander befinden. Ein dem Materialfluss 27 entgegengesetzter
Informationsfluss 28 wird durch das System automatisch
etabliert. Der Informationsfluss 28 läuft entlang der aufgebauten
Datenschnittstellen 26 zwischen den Komponenten 21
1..j.
-
Zu den Komponenten 21
1..j existiert jeweils eine Information,
die den Typ der jeweiligen Komponente 21
i beschreibt,
aber auch ihre Identität
sowie ihre Eigenschaften, beispielsweise die Anzahl der Datenschnittstellen 26 sowie
deren Eigenschaften. Hierbei kann eine Komponente 21
i auch eine weitere Komponente 21
i,1, in Form einer Eigenschaft, enthalten.
Eine Schachtelung von Komponenten derart, dass Komponenten aus anderen
Komponenten bestehen können,
wird durch diese Ausbildung ermöglicht.
Beispielsweise können
hierdurch Einbaukompo nenten, wie etwa Schaltschränke oder Racks im Layout der
Anlage realisiert werden. Eine übergeordnete
Komponente besitzt dementsprechend auch übergeordnete Eigenschaften.
-
Die grafischen Repräsentanten
der Komponenten 21
1..n können beispielsweise
in 2D- oder auch in 3D-Form vorliegen und sie besitzen allgemeine
Eigenschaften der Komponenten 21
1..n,
die sie repräsentieren,
d.h. sie haben eine bestimmte Position, eine Ausrichtung, eine Größe und eine
spezifische Form. Neben Typ, Identität und Ort 29 kann
einer Komponente 21
i auch eine
Menge weiterer Eigenschaften 30 zugewiesen werden. Diese
zusätzlichen Eigenschaften 30 können den
Komponenten 21
1..n vordefiniert
zugewiesen werden, so dass sie in der Komponentenbibliothek 25 zur
Verfügung
stehen. Ebenso können
jedoch vom Anwender Eigenschaften mit Hilfe spezieller Eingabefenster
jederzeit eingegeben und den Komponenten 21
1..n zugewiesen werden.
-
Vorteilhaft bei der in 2 dargestellten Ausführung der
Erfindung ist vor allem, dass die einzelnen Elemente bzw. Komponenten 21
1..j, aus denen eine Anlage besteht, auf
einfache Weise miteinander in Beziehung gesetzt werden können. Die
Komponenten 21
1..j sind entweder
grafisch derart angeordnet, dass sie über eine definierte Entfernung
zu benachbarten Objekten Verbindung aufnehmen und eine Verschaltung
auf Basis dieser räumlichen
Nähe erfolgen
kann. Andererseits ist es möglich,
die Verschaltung zwischen den Komponenten 21
1..j dadurch zu
realisieren, dass die Komponenten 21
1..j in
eine gerichtete Beziehung 23 zueinander gesetzt werden, indem
ein Anwender des Systems, beispielsweise durch Eintragen eines Materialflusses 27 eine
unidirektionale Verbindung zwischen den beteiligten Komponenten 21
1..j aufbaut. Über die jeweiligen Datenschnittstellen 26 wird
dann eine Verknüpfung
der Komponenten 21
1..j realisiert
und ein Datentransfer zwischen den Komponenten 21
1..j ermöglicht.
-
Vorteilhaft ist hierbei, dass der
Materialfluss 27 einem Informationsfluss 28 zwischen
den Komponenten 21
1..j entgegengesetzt
ist. Dies ist beispielsweise günstig,
wenn der Materialfluss 27 innerhalb der Anlage im Rahmen
eines MES-Systems nachvollzogen werden soll. Der entgegengerichtete
Informationsfluss 28 ist essentiell für das reibungslose Funktionieren
der Komponenten 21
1..j im Gesamtsystem.
Er stellt sicher, dass eine Komponente 21
i weiß, in welchem
Status sich ihre Nachfolgerkomponente 21
i+1 befindet
und ob beispielsweise ein Material weitergereicht werden kann.
-
Jede Komponente ist innerhalb des
Systems als Objekt repräsentiert,
welches Eigenschaften, wie beispielsweise Typ, Identität, Ort 29,
aber auch benutzerdefinierte bzw. funktionsabhängige Eigenschaften 30 beinhaltet.
Das Verhalten der jeweiligen Komponenten ist somit schon innerhalb
der grafischen Darstellung dahingehend dokumentiert, dass bei einer
Verknüpfung
der Datenschnittstellen 26 automatisch die steuerungsrelevanten
Informationen der einzelnen Komponenten erfasst werden können und
in Beziehung zueinander gesetzt werden können. Auf diese Weise wird
automatisch bei Aneinanderfügen
der Komponenten 21
1..j bzw. Eintragen
des Materialflusses 27 die steuerungsrelevante Information
erfasst und steht für
die Spezifikation einer Automatisierungslösung des grafisch dargestellten
Systems vorteilhaft für
den Entwickler zur Verfügung.
-
3 zeigt
eine beispielhafte Ausführung des
Systems zur 1ayout-orientierten Erfassung von steuerungsrelevanten
Informationen, bei den Komponenten 21
1..i zu
Gruppen 31 zusammengefasst werden. Den Gruppen 31 kann
hierbei eine übergeordnete
Semantik 32 zugewiesen werden. Nach Abschluss der Konfiguration
einer Anlage auf grafische Weise kann mit Hilfe des Systems eine
Netzwerkkonfiguration 33 grafisch etabliert werden.
-
Bei der Erstellung der Kommunikationsnetze 33 werden
grafische Beziehungen zwischen den Kommunikations-Komponenten, beispielsweise
einem Profibus, und den Steuerungskomponenten, beispielsweise einer
SPS, aufgebaut. Dieser Aufbau erfolgt über Datenschnittstellen/Ports 26 bzw.
deren grafische Repräsentanten.
Die Etablierung erfolgt auf Basis eines Informationsflusses 28 oder
Energieflussbeziehungen. Neben dem Materialfluss 27 lassen
sich somit beliebige andere Informations-, Energie- oder Stoffflüsse im Rahmen
des erfindungsgemäßen Systems
grafisch und damit auch datentechnisch erfassen.
-
In 3 ist
dargestellt, wie Komponenten 21
1..i sich
zu funktionalen Gruppen 31 zusammenfassen lassen. In der
grafischen Repräsentation
erfolgt dies durch Bildung einer Selektionsmenge und der Auswahl
einer funktionalen Gruppe 31, beispielsweise in einem Tree-View
und der Ausführung
einer Menge von Operationen, beispielsweise hinzufügen/entfernen.
Auf diese Weise können
Komponenten 21
1..i zu einer Gruppe 31 hinzugefügt oder
entfernt werden. Komponenten 21
1..j,
funktionalen Gruppen 31 und Datenschnittstellen 26 können dabei
sogenannte "Constraint
Elemente" zugeordnet
werden. Hierbei handelt es sich um Elemente, die Zwänge ausüben, derart,
dass beispielsweise die Gültigkeit von
Wertebereichen einzelner Merkmale bzw. Attribute definiert wird.
-
Die Zuweisung einer übergeordneten
Semantik 32 (PLC-Area 32a, HMI-Area 32b)
zu spezifischen Gruppen 31 hat den Vorteil, dass eine Menge von
Komponenten 21
1..i mit einer übergeordneten
Eigenschaft belegt werden kann. Beispielsweise können mehrere Komponenten 21
1..i derart zusammengefasst werden, dass
sie im Rahmen eines B&B-Systems 40 repräsentiert
werden, um auf der Anlage bzw. dem Shop-Floor für einen Bediener der Anlage 41 visualisiert
zu werden. Desgleichen können
Komponenten 21
1..i zusammengefasst
werden, um sie einer Steuerung (SPS, PLC) 42 zuzuweisen.
Ebenso können
spezielle Schaltkreise realisiert werden, die beispielsweise ein
Not-Ein/Aus im Rahmen einer "Emergency
Area" repräsentieren.
Gruppen 31 können
beliebig zusammengestellt werden und eine Komponente 21
i kann einer beliebigen Zahl von Gruppen 31 zugeordnet
werden.
-
Ein höherwertiges Verhalten der beteiligten Komponenten 21
1..i kann somit auf einfache Weise aus dem
grafischen Layout abgeleitet werden und die dazu benötigten automatisierungsrelevanten
Informationen werden automatisch zur Verfügung gestellt. Desgleichen
kann eine Netzwerktopologie 33 auf einfache Weise realisiert
werden. Die Auslegung des zu spezifizierenden Netzwerkes ergibt
sich automatisch aus den Beziehungen 23 der Komponenten 21
1..j zueinander. Die Frage, welche Datenverbindung
verwendet werden soll, beispielsweise ein Bussystem 33a oder
ein Ethernet 33b , kann anhand der vorliegenden automatisierungsrelevanten
Informationen im grafischen System bereits spezifiziert werden. Ebenso
kann beispielsweise die redundante Auslegung von Datenübertragungsvorrichtungen
anhand der zugrundeliegenden Information konzipiert werden, da sich
aus dem Layout eindeutig ergibt, welche Bereiche der konzipierten
Anlage sicherheitsrelevant sind und somit über eine redundante Datenübertragungsvorrichtung
verfügen
müssen.
-
Insgesamt erleichtert die in 3 dargestellte Gruppierung
der Komponenten 21
1..j zu höherwertigen
Einheiten die Konzeption der Automatisierungslösung der Anlage auf einfache
Weise, da den höherwertigen
Einheiten jeweils eine übergeordnete
Semantik 32, Zugehörigkeit
zu eine Steuerung oder einem B&B-System, zugewiesen
werden und eine Strukturierung grafisch auf Basis des Anlagenlayouts durch
den Entwickler erfolgen kann.
-
Zusammenfassend betrifft die Erfindung
ein System sowie ein Verfahren zur grafischen Erfassung von Systemanforderungen
und Spezifikationen in elektronisch auswertbarer Form. Elemente
einer Anlage werden grafisch durch auswählbare Komponenten 21 repräsentiert.
Die Komponenten 21 werden grafisch in eine Beziehung 23 zueinander
gebracht und eine steuerungsrelevante Verschaltung 24 wird
auf Basis der etablierten Beziehung 23 automatisch spezifiziert
und in elektronischer Form bereitgestellt.