DE19910544A1 - Verfahren zur impliziten Projektierung von Kommunikationsverbindungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur impliziten Projektierung von Kommunikationsverbindungen. Die Projektierung der Kommunikationsverbindungen geschieht in folgenden vier Schritten: DOLLAR A È Verschaltung der Automatisierungsobjekte DOLLAR A È Einstellen des Quality of Service (QoS) der Kommunikationsbeziehungen DOLLAR A È Zuordnung der Automatisierungsobjekte zu Geräten DOLLAR A È Einspielen der Automatisierungslösung in die Anlage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur impliziten Projek­ tierung von Kommunikationsverbindungen.

Ein derartiges Verfahren kommt insbesondere im Bereich der Automatisierungstechnik zum Einsatz. Eine Automatisierungslö­ sung besteht in der Regel aus einer Vielzahl von einzelnen Automatisierungsobjekten, die häufig eine hohe Abhängigkeit des Automatisierungsobjekts vom jeweils verwendeten Enginee­ ringsystem aufweisen. Dies hat zufolge, daß häufig Automa­ tisierungsobjekte eines Herstellers ein eigenes Engineering­ system erfordern und nicht in anderen Systemen mit Automati­ sierungsobjekten anderer Hersteller verwendbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Projektierung von Kommunikationsverbindungen innerhalb von Automatisie­ rungslösungen, insbesondere über Gerätegrenzen hinweg zu er­ möglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bisherige Lösungen eine Reihe von Nachteilen besitzen. Die bei der Er­ stellung der Automatisierungslösung verwendeten Automatisie­ rungsobjekte besitzen Ein- und Ausgänge, über die sie mit an­ deren Automatisierungsobjekten kommunizieren können. Mittels dieser Ein- und Ausgänge läßt sich zum Projektierungszeit­ punkt festlegen, welche Kommunikation zum Ablaufzeitpunkt der Automatisierungslösung stattfinden muß.

In existierenden Projektierungsystemen erfolgt die Projektie­ rung der Kommunikation pro Gerät. Innerhalb eines Geräts wer­ den Kommunikationsbeziehungen zwischen den Automatisierungs­ objekten des Geräts durch sogenannte Verschaltungen etab­ liert. Eine Verschaltung verbindet einen Ausgang eines Auto­ matisierungsobjekts mit einem Eingang eines Automatisierungs­ objekts im Engineering und legt so die zur Runtime stattfin­ dende Kommunikation fest. Ist eine geräteübergreifende Kom­ munikation notwendig, so muß diese mittels spezieller Kommu­ nikationsbausteine projektiert werden.

Diese Lösung besitzt folgende Nachteile:

• - Explizite Projektierung der Kommunikation: Geräteübergrei­ fende Kommunikation muß explizit projektiert werden. Dazu müssen geeignete Kommunikationsbausteine ausgewählt wer­ den. Diese müssen dann entsprechend parametriert und mit den eigentlichen Automatisierungsobjekten verschaltet wer­ den.
• - Festlegung der Geräte vor Erstellung der Automatisierungs­ lösung: Bevor mit der Entwicklung der Automatisierungslö­ sung begonnen werden kann, müssen zuerst die Geräte fest­ gelegt werden, auf denen später die projektierte Lösung ablaufen soll. Erst danach kann, jeweils auf einem Gerät, mit der Entwicklung der Lösung begonnen werden.
• - Aufwendige Änderung der Gerätezuordnung: Ist ein Gerät ausgewählt, so können die auf ihm projektierten Automati­ sierungsobjekte nicht ohne weiteres auf ein anderes Gerät übertragen werden.
• - Festlegung der Kommunikationsprotokolle: Durch die Verwen­ dung von bestimmten Kommunikationsbausteinen legt man sich automatisch auf ein bestimmtes Kommunikationsprotokoll fest.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird im Engineering die Au­ tomatisierungslösung sukzessive durch die Verwendung von Au­ tomatisierungsobjekten zusammengesetzt. Bei den Automatisie­ rungsobjekten handelt sich um eine Art von Bausteinen, die eine bestimmte Funktionalität besitzen. Die Automatisierungs­ objekte besitzen Ein- und Ausgänge mit deren Hilfe Werte für die Berechnungen vorgegeben werden können bzw. das Ergebnis der Berechnungen abgegriffenen werden kann.

Das eigentliche Erstellen der Automatisierungslösung erfolgt durch das Verschalten der entsprechenden Ein- und Ausgänge der Automatisierungsobjekte. Diese Verschaltungen legen dann die Kommunikation fest, die zur Laufzeit auf der Anlage stattfindet. Der Inhalt der Kommunikation ist beliebig. Dabei kann es sich beispielsweise um Daten oder Ereignisse handeln. In dem nachfolgenden Bild sind die Verschaltungen zwischen den Ein- und Ausgängen der Automatisierungsobjekte AO1, AO2, AO3 und AO4 durch Linien dargestellt.

Bei einer Verschaltung handelt es sich um ein eigenständiges Objekt, das eindeutig eine Kommunikationsbeziehung zwischen zwei Automatisierungsobjekten festlegt. Dazu wird für die Datenquelle ein Verweis auf den entsprechenden Ausgang eines Automatisierungsbausteins und für die Datensenke ein Verweis auf den entsprechenden Eingang eines Automatisierungsbau­ steins verwaltet. Die Verschaltungsobjekte sind auch unab­ hängig von den Automatisierungsobjekten, was sich darin äußert, daß die Einrichtung einer Verschaltung keinerlei Än­ derungen in den verschalteten Automatisierungsobjekten hat.

Da die Automatisierungsobjekte in diesem Schritt unabhängig sind von Geräten, entfällt hier die Unterscheidung von gerä­ teinterner und geräteübergreifende Kommunikation.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielle Darstellung zur Projektierung durch Verschaltungen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Projektierung des sogenannten "Quality of Service (QoS)",

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Zuordnung der Au­ tomatisieungsobjekte zu Geräten und

Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung zum Einspielen einer Automatisierungslösung in eine Automatisierungsan­ lage.

Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung zur Projektierung durch Verschaltungen. Im Engineering wird die Automatisie­ rungslösung sukzessive durch die Verwendung von Automatisie­ rungsobjekten zusammengesetzt. Bei den Automatisierungsobjek­ ten handelt sich um eine Art von Bausteinen, die eine be­ stimmte Funktionalität besitzen. Die Automatisierungsobjekte besitzen Ein- und Ausgänge mit deren Hilfe Werte für die Be­ rechnungen vorgegeben werden können bzw. das Ergebnis der Be­ rechnungen abgegriffenen werden kann.

Das eigentliche Erstellen der Automatisierungslösung erfolgt durch das Verschalten der entsprechenden Ein- und Ausgänge der Automatisierungsobjekte. Diese Verschaltungen legen dann die Kommunikation fest, die zur Laufzeit auf der Anlage stattfindet. Der Inhalt der Kommunikation ist beliebig. Dabei kann es sich beispielsweise um Daten oder Ereignisse handeln. In dem nachfolgenden Bild sind die Verschaltungen zwischen den Ein- und Ausgängen der Automatisierungsobjekte AO1, AO2, AO3 und AO4 durch Linien dargestellt.

Bei einer Verschaltung handelt es sich um ein eigenständiges Objekt, das eindeutig eine Kommunikationsbeziehung zwischen zwei Automatisierungsobjekten festlegt. Dazu wird für die Datenquelle ein Verweis auf den entsprechenden Ausgang eines Automatisierungsbausteins und für die Datensenke ein Verweis auf den entsprechenden Eingang eines Automatisierungsbau­ steins verwaltet. Die Verschaltungsobjekte sind auch unab­ hängig von den Automatisierungsobjekten, was sich darin äußert, daß die Einrichtung einer Verschaltung keinerlei Än­ derungen in den verschalteten Automatisierungsobjekten hat. Da die Automatisierungsobjekte in diesem Schritt unabhängig sind von Geräten, entfällt hier die Unterscheidung von gerä­ teinterner und geräteübergreifende Kommunikation.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Projektierung des sogenannten "Quality of Service (QoS)". Für die etablier­ ten Verschaltungen läßt sich zusätzlich der Quality of Ser­ vice der Kommunikationsbeziehung einstellen. Ein Beispiel ist die Einstellung der Zykluszeit, mit der bei der Datenquelle auf Änderungen geprüft wird. Ist die Zykluszeit relativ lang, so bedeutet dies, daß relativ wenig Kommunikation zwischen den Automatisierungsobjekten stattfindet. Daher ist eine Ver­ teilung auf verschiedene Geräte eher unkritisch, da die er­ zeugte Netzlast niedrig ist.

In Bild 2 wird für die Verschaltung zwischen Automatisie­ rungsobjekt AO2 und AO3 eine Zykluszeit von 20 Millisekunden eingestellt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Zuordnung der Automatisierungsobjekte zu Geräten. Nach der Erstellung der Automatisierungslösung erfolgt eine Zuordnung der Automati­ sierungsobjekte zu Geräten. Bei den Geräten handelt es sich um Repräsentanten realer Geräte der Anlage (wie speicher­ programmierbare Steuerungen oder Antriebe) in der Projektie­ rungsumgebung. Die Projektierung der Geräte und der zugehöri­ gen Netze erfolgt separat. Die Repräsentanten der Geräte in der Projektierungsumgebung genügen dabei einem einheitlichen Gerätemodell und bilden so eine Abstraktion der realen Gerä­ te.

Für jedes Automatisierungsobjekt wird nun festgelegt, auf welchen Gerät das Automatisierungsobjekt später in der Anlage ausgeführt werden soll. In einem graphischen Editor kann dies beispielsweise mittels Drag ans Drop implementiert werden. Erst durch die Zuordnung wird festgelegt, welche Verschal­ tungen geräteübergreifende und welche geräteinterne Kommuni­ kation repräsentieren. In Bild 3 resultiert aus der Zuordnung der Automatisierungsobjekte AO1 und AO2 zu G1 und AO3 und AO4 zu G2, daß die Kommunikation sowohl zwischen AO1 und AO2 als auch zwischen AO3 und AO4 geräteintern ist, während die Kom­ munikation zwischen AO1 und AO3 sowie AO2 und AO4 geräteüber­ greifend ist.

In einer effektiven Implementierung der Zuordnung können die Daten der Geräte (und Netze) und der etwaige vorgegebene Quality of Services benutzt werden, um eine erste Plausibili­ tätsprüfung bezüglich etwaiger Echtzeitanforderungen an die Automatisierungslösung durchzuführen.

Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Darstellung zum Einspielen einer Automatisierungslösung in eine Automatisierungsanlage. Die soweit projektierte Automatisierungslösung wird im letz­ ten Schritt in die reale Anlage eingespielt. Dieser Vorgang wird mit Download bezeichnet. Der Download wird aus der Pro­ jektierungsumgebung heraus angestoßen und wird für jedes Ge­ rät, genauer den Repräsentanten des Geräts, in der Projektie­ rungsumgebung durchgeführt. Jeder Geräterepräsentant kennt sein reales Gegenstück in der Anlage und kann mit ihm über die Kommunikationsverbindung der Projektierungsumgebung zur Anlage kommunizieren. Im ersten Schritt werden für jeden Ge­ räterepräsentanten die ihm zugeordneten Automatisierungs­ objekte die entsprechenden Gegenstücke im physikalischen Ge­ rät erzeugt. Im Fall eines freiprogrammierbaren Geräts bedeu­ tet dies, daß ein entsprechendes Stück Code in das Gerät ge­ spielt wird. Für ein Gerät mit fester Funktionalität wird das entsprechende Laufzeitgegenstück des Automatisierungsobjekts im physikalischen Gerät identifiziert. Im zweiten Schritt werden die durch die Verschaltungen beschriebenen Kommunika­ tionsbeziehungen etabliert. Dabei erfolgt eine Erweiterung der Adressierung der Quelle und Senke einer Kommunikationsbe­ ziehung um entsprechende Identifier der Ein- und Ausgänge der Laufzeitautomatisierungsobjekte. Solch ein Identifier setzt sich aus den Identifiern des physikalischen Geräts, des Lauf­ zeitautomatisierungsobjekts und des Ein- bzw. Ausgangs zusam­ men. Dazu ist ein gemeinsames Gerätemodell der Laufzeitumge­ bung notwendig. Jeder Geräterepräsentant teilt nun seinem physikalischen Gegenstück die angereicherten Verschaltungen seiner Automatisierungsobjekte mit. Aufbauend auf der Ver­ schaltungsinformation etabliert dann jedes Gerät seine inter­ nen und externen Kommunikationsbeziehungen. Dazu wird die an­ gereicherte Information der Verschaltungen benutzt. Bei einer effizienten Implementierung kann die Tatsache ausgenutzt wer­ den, daß jedes Gerät nur die Kommunikationsbeziehungen etab­ lieren muß, bei denen es als Quelle (oder alternativ als Sen­ ke) auftritt.

In unserem Beispiel werden die Automatisierungsobjekte AO1 und AO2 auf das Gerät physikalischen RG1 als Laufzeitauto­ matisierungsobjekte RAO1 und RAO2 und AO3 und AO4 auf dem Ge­ rät RG2 als RAO3 und RAO4 etabliert. Dann wird die Verschal­ tungsinformation wie beschrieben um entsprechende Informatio­ nen über die Laufzeitumgebung angereichert. Für die Kommuni­ kationsbeziehung zwischen AO1 und AO3 sind dies die Identi­ fier von RG1, RAO1, des Ausgangs von RAO1 für die Quelle so­ wie RG2, RAO3 und der Eingang von RAO3 für die Senke. Mit dieser Information kann dann die entsprechende Kommunika­ tionsbeziehung zwischen RAO1 auf dem Gerät RG1 und RAO3 auf dem Gerät RG2 aufgebaut werden.

Die Entwicklung der Automatisierungsfunktionalität wird ent­ koppelt von den zu verwendenden Automatisierungsgeräten. Da­ durch wird nicht mehr unterschieden zwischen der Projektie­ rung von Kommunikation zwischen Automatisierungsobjekten in­ nerhalb eines Geräts und auf verschiedenen Geräten. Im Falle der geräteübergreifenden Kommunikation muß dabei sicherge­ stellt werden, daß die Echtzeitanforderungen der Anwendung eingehalten werden. Kommunikationsbeziehungen zwischen Auto­ matisierungsobjekten werden uniform mittels Verschaltungen projektiert. Den Verschaltungen kann ein bestimmter Quality of Service zugeordnet werden, mittels dem für die Kommunika­ tionsbeziehung bestimmte zu erfüllende Eigenschaften festge­ legt werden können. Insbesondere im Falle einer geräteüber­ greifenden Kommunikationsbeziehung kann der Quality of Ser­ vice benutzt werden, um zu prüfen, ob die Kommunikationsbe­ ziehung durch die betroffenen Geräte eingerichtet (und ge­ währleistet) werden kann.

Dieser Ansatz bietet die folgenden Vorteile:

• - Einheitliche Projektierung mittels Verschaltung: Die Pro­ jektierung der Kommunikation zwischen Automatisierungsob­ jekten erfolgt auf einheitliche Weise. Der Fall der gerä­ teübergreifenden Kommunikation ist nicht mehr gesondert zu behandeln. Des weiteren kann die Projektierung unabhängig vom Inhalt der Kommunikation erfolgen (z. B. Daten oder Ereignisse).
• - Geringerer Aufwand bei Projektierung: Im Fall einer gerä­ teübergreifenden Projektierung entfällt die Verwendung und Projektierung spezieller Kommunikationsbausteine.
• - Flexiblere Gerätezuordnung: Automatisierungsobjekte können nun jederzeit einem Gerät zugeordnet werden beziehungswei­ se kann die Zuordnung einfach geändert werden.
• - Änderungsfreundlichkeit: Durch den expliziten Vorgang der Zuordnung von Automatisierungsobjekten zu Geräten ist die Verwendung anderer Zielsysteme/Bussysteme wesentlich ver­ einfacht.

Claims (1)

1. Verfahren zur impliziten Projektierung von Kommunikations­ verbindungen. Die Projektierung der Kommunikationsverbin­ dungen geschieht in folgenden vier Schritten:

   • - Verschaltung der Automatisierungsobjekte
   • - Einstellen des Quality of Service (QoS) der Kommunika­ tionsbeziehungen
   • - Zuordnung der Automatisierungsobjekte zu Geräten
   • - Einspielen der Automatisierungslösung in die Anlage