EP2100198A1 - Steuerungssystem sowie verfahren zur konfiguration eines steuerungssystems - Google Patents

Steuerungssystem sowie verfahren zur konfiguration eines steuerungssystems

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EP2100198A1
EP2100198A1 EP07847979A EP07847979A EP2100198A1 EP 2100198 A1 EP2100198 A1 EP 2100198A1 EP 07847979 A EP07847979 A EP 07847979A EP 07847979 A EP07847979 A EP 07847979A EP 2100198 A1 EP2100198 A1 EP 2100198A1
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EP
European Patent Office
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service
control system
flexible
sub
software components
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07847979A
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English (en)
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Inventor
Armando Walter Colombo
Martin Feike
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Schneider Electric Automation GmbH
Original Assignee
Schneider Electric Automation GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Automation GmbH filed Critical Schneider Electric Automation GmbH
Publication of EP2100198A1 publication Critical patent/EP2100198A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F8/00—Arrangements for software engineering
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/23—Pc programming
    • G05B2219/23261—Use control template library
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/33—Director till display
    • G05B2219/33055—Holon, agent executes task and cooperates with other, distributed control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/33—Director till display
    • G05B2219/33063—Generic coordination, master agent to data manager agent to tasks to active agent

Definitions

  • the invention relates to a control system with service-oriented architecture for a flexible production plant, comprising a data communication system for the exchange of data coupled, decentralized, distributed devices with at least one software component and electrical and / or mechanical components as well as a A method of configuring a control system by developing and implementing service oriented software components as part of a service oriented architecture for distributed distributed devices in flexible manufacturing facilities.
  • the European Integrated Project SOCRADES will develop methods, technologies and tools to model, design and implement networked systems provided by intelligent, embedded devices.
  • SOCRADES The aim of this project (SOCRADES) is the development of so-called “middleware” technologies, ie application-independent technologies that offer services to mediate between applications.
  • based architectures SOA
  • wired and wireless network technologies as well as having an open interface.
  • software components should contain device-specific functionalities.
  • the object of the present invention is to refine a control system and a method for configuring a control system in such a way that it can be configured with little effort in the event of changes in the production plant or different production scenarios
  • the software component is derived from a process or sub-process of a PPR model of the flexible production system, each software component derived from the process or sub-process control logic, a flexible interface for the Having access to resources represented in the PPR model as well as a communication interface for integration into the service-oriented architecture.
  • each of the software components having control logic derived from the sub-process, a flexible interface for accessing resources represented in the PPR model, and a communications interface for integration into the service-oriented architecture , Presentation and analysis of different production scenarios as Client-server architecture,
  • the method steps are carried out in a virtual development environment.
  • control logic of a standardized software component is used for one production process, such.
  • B. developed a clamping sequence for fixing sheets to be welded.
  • a component-based engineering approach is therefore expediently geared to the manufacturing process. This engineering process provides the functional elements to professionally use the service-oriented architecture.
  • resources such. As actuators, sensors, controls and electrical and / or mechanical components but also information and people necessary.
  • the resources themselves are represented as a virtual model in such a way that their physical behavior is reproduced as expediently as possible.
  • the reference to the resources is determined by the PPR model.
  • the services as part of a combination of mechatronics, communication and intelligence are integrated into an overall concept, which assumes all control tasks.
  • a service-oriented architecture they are preferably implemented as a web service.
  • a model of a life cycle for the production plant is developed based on the standardized software components. It should be noted that it is not only for a specific target scenario that a draft is but that changing framework conditions are integrated into the planning approach.
  • Another method step is characterized by the fact that different production scenarios are displayed as a client-server architecture and analyzed virtually.
  • the aim here is that in practice no reprogramming of the production plant must be carried out if the general conditions change.
  • different variants can simply be generated by a new client-server architecture.
  • Another preferred method step provides that the developed software components and the associated client-server architecture are implemented at different aggregation levels.
  • the web services can in turn call up further web services.
  • a library of generic web services is to be generated.
  • FIG. 1 shows a service-oriented architecture of a control system for a flexible production plant
  • 2 shows a process graph of a virtual model of the production plant and web services derived therefrom; 3 is a flowchart for creating a model of a life cycle for the production plant and
  • Fig. 4 schematic representation of a client-server architecture at different aggregation levels.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a control system 10 in service-oriented architecture for decentralized, distributed devices such as control units 12, 14, 16 in the form of programmable logic controllers (PLC, mini-PLC) or intelligent modules, as well as electrical and / or mechanical components 18 , 20, 22 in the form of transport systems, motors or sensors of a production plant 24.
  • PLC programmable logic controller
  • mini-PLC mini-PLC
  • electrical and / or mechanical components 18 , 20, 22 in the form of transport systems, motors or sensors of a production plant 24.
  • the devices 12, 14, 16, which are referred to as “devices” in FIG. 1, can be designed as a programmable logic controller (PLC), mini-PLCs distributed in the production plant 24, or intelligent control modules in the form of intelligent actuators or sensors Devices 12, 14, 16 are coupled to each other via a data communication system 26 for exchanging data, wherein the data communication system 26 may be formed as a wired bus system or wireless radio system.
  • PLC programmable logic controller
  • mini-PLCs distributed in the production plant 24 or intelligent control modules in the form of intelligent actuators or sensors
  • Devices 12, 14, 16 are coupled to each other via a data communication system 26 for exchanging data, wherein the data communication system 26 may be formed as a wired bus system or wireless radio system.
  • the devices 12, 14, 16 each have physical inputs or outputs 28, 30, 32 for controlling actuators or for acquiring sensor data.
  • One or more software components 34 - 44 are implemented in the devices 12, 14, 16, via which different services (services) such as, for example, diagnosis, data access or also control processes are provided and called up.
  • services such as, for example, diagnosis, data access or also control processes are provided and called up.
  • each of the devices (devices) 12, 14, 16 forms a service as a combination of mechatronics, communication and intelligence, which are integrated into an overall concept, which takes over all control tasks.
  • at least one software component is designed as a web service.
  • the service-oriented architecture enables equal communication between the devices 12, 14, 16 without the need for a hierarchy concept.
  • FIG. 2 outlines the engineering process for flexible production facilities based on a service-oriented architecture.
  • the production plant 24 is represented by a PPR model containing product, process and resource information.
  • the production process may be represented by a process graph 48 in which sub-processes 50, 52, 54 are included.
  • Each sub-process 50, 52, 54 contains logic information, i. H. the timing of actions, including information about what resources are needed to perform each sub-process.
  • the decisive design step is the adoption of this information for the development of services.
  • the software components 34, 40, 42 of the devices 12, 14, 16 numbered in FIG. 1, which assume control processes, are each derived from one of the sub-processes 50, 52, 54.
  • Each software component of a sub-process includes a control logic 56 that is developed for each one manufacturing process, such as sub-process 52, and derived from process graph 48. Since the processing of the sub-process 52 requires resources in the form of the electrical or mechanical components 18, 20, 22 such as sensors, motors and transport systems, a flexible interface 54 is implemented in which resource-specific data is allocated.
  • the resources 18, 20, 22 themselves are represented in the virtual engineering environment (PPR model) in such a way that their physical behavior is reproduced as expediently as possible, for example the time consumption for a movement process.
  • PPR model virtual engineering environment
  • the standardized software components 34, 40, 42 are equipped with communication interfaces 60, 62.
  • the communication interface 60 is implemented as a web service-based technology. mented and enables communication with other services and thus integration into an overall concept. Via the interface 62, resources 18, 20, 22 can be activated or their states can be queried.
  • a model of a life cycle for the production plant is developed based on the software components.
  • a time sequence of a plant life cycle is shown in FIG.
  • a demand definition of the production plant such as its production capacity, is carried out.
  • various variants are planned for the flexible operation of the production plant.
  • the PPR model of the production plant accompanies the plant throughout its entire life cycle.
  • the PPR model contains virtual mappings of equipment and components of the production plant that contain the software components as a module.
  • the advantage of the invention in the planning phase is that a production system can be represented virtually with “intelligent” models of devices and components, the "intelligence" of the modules used being adapted by planning different variants for the flexible operation due to different framework conditions can. From such a PPR model, taking into account the plant life cycle in changing conditions can Then a control program for the actual plant control can be derived.
  • the invention offers the advantage that devices in the form of programmable logic controllers, robot controllers or the like can be flexibly adapted to changing production conditions, without the need for time-consuming reprogramming.
  • FIG. 4 shows that different production scenarios can be represented in the form of a client-server architecture and analyzed virtually.
  • a product 64 is transported on a pallet.
  • the unit of product and pallets is hereinafter referred to as "client.”
  • a service 66 such as "transport demand” is requested via the data transmission medium 20.
  • the request is forwarded to the device 12 as motor control of a transport structure, which in turn reports a service request 68 to the device 14 such as control of a transfer station.
  • the device 14 calls the general service 70 "transport system", which ultimately provides the required transport capacity for transporting the product.
  • the architecture shown in FIG. 4 also shows that a stepless transition from a central control to decentralized control components 12, 14, 16 can be performed.
  • the web services used can in turn call other web services 72. These requests can be made over a global network 74 such as the Internet.
  • Web services can be integrated into the IT landscape of a company. For example, a connection to an MES 76 (Manufacturing Execution System) can be established to retrieve specific routing information.
  • MES 76 Manufacturing Execution System

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungssystem mit Service orientierter Architektur für eine flexible Produktionsanlage, umfassend über ein Datenkommunikationssystem zum Austausch von Daten miteinander gekoppelte, dezentrale, verteilte Geräte mit zumindest einer Software-Komponente sowie elektrische und/oder mechanische Komponenten sowie auf ein durch Entwicklung und Implementierung von Service orientierten Software-Komponenten als Bestandteile einer Service orientierten Architektur für dezentrale, verteilte Geräte in flexiblen Produktionsanlagen. Um zu erreichen, dass das Steuerungssystem bei Veränderungen in der Produktionsanlage bzw. unterschiedlichen Produktionsszenarien mit geringem Aufwand konfigurierbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Software-Komponente aus einem Prozess oder Teilprozess eines PPR-Modells der flexiblen Produktionsanlage abgeleitet ist, wobei jede Software-Komponente eine aus dem Prozess oder Teilprozess abgeleitete Steuerungslogik, eine flexible Schnittstelle für den Zugriff auf in dem PPR-Modell repräsentierte Ressourcen sowie eine Kommunikationsschnittstelle zur Integration in die Service orientierte Architektur aufweist.

Description

Steuerungssystem sowie Verfahren zur Konfiguration eines Steuerungs Systems
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungs System mit Service orientierter Architektur für eine flexible Produktionsanlage, umfassend über ein Datenkommunikationssys- tem zum Austausch von Daten miteinander gekoppelte, dezentrale, verteilte Geräte mit zumindest einer Software-Komponente sowie elektrische und/oder mechanische Komponenten sowie auf ein Verfahren zur Konfiguration eines Steuerungssystems durch Entwicklung und Implementierung von Service orientierten Software-Komponenten als Bestandteile einer Service orientierten Architektur für dezentrale, verteilte Geräte in flexiblen Produktionsanlagen.
In der Zukunft der Automatisierungstechnik gibt es einen Wechsel von zentralen Steuerungen hin zu kleinen intelligenten elektronischen Geräten bzw. Komponenten, die in flexiblen Produktionssystemen eingesetzt werden sollen. Diese Technologie erfordert ein neues Engineering Verfahren.
Aus dem Bereich der ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning-Systeme) hat sich der Ansatz einer Service orientierten Architektur sehr erfolgreich etabliert, um verschiedene Services zur IT-Unterstützung verschiedener Geschäftsprozesse miteinander zu verbinden. Ein Beispiel ist in Lalanda P.; Bellissard, L; Balter, R.: „Asynchronous mediation for integrating business and operational processes"; IEEE; Jan.-Feb. 2006; Internet Computing, Volume: 10, Issue: 1, Seiten 56 - 64, beschrieben. Dieser Ansatz ist bisher nicht in der Steuerungs- und Automatisierungstechnik bekannt.
Ferner ist ein wichtiger Trend im Entwurf neuer Produkte und deren Produktionsanlagen- planung die durchgängige ganzheitliche Betrachtung des Produktlebenszyklus, der z. Zt. bei vielen Unternehmen unter dem Stichwort „digitale Fabrik" vorangetrieben wird. In diesem Zusammenhang hat sich als Datenmodell die Verknüpfung der zentralen Typen Produkt, Prozess und Ressource (PPR-Modell) durchgesetzt. Produktionsanlagen müssen - analog zu Produkten - ebenfalls unter dem Aspekt des Lebenszyklus betrachtet werden, da sonst keine Flexibilität der Anlage garantiert werden kann.
Dabei stehen nicht mehr fixe Kennzahlen der Anlage im Fokus, wie z. B. eine bestimmte Ausbringung, sondern die Fähigkeit einer Produktionsanlage, sich auf unterschiedliche Situationen einzustellen. Diese Fähigkeit wird durch flexible, rekonfigurierbare Komponenten gewährleistet.
Verschiedene Produktionsanlagen für unterschiedliche Produktionsszenarien können nicht auf realen Anlagen entwickelt werden. Der Aufbau entsprechender Anlagen, um diese Produktionsszenarien zu untersuchen, ist zu kostspielig. Deshalb ist eine virtuelle Entwicklungsumgebung notwendig. Dabei handelt es sich um ein Software-Programm, mit dem Produkte, Prozesse und Ressourcen der Produktionsanlage virtuell abgebildet werden können. Mit einer derartigen Entwicklungsumgebung können Produktionsanlagen virtuell getestet werden.
Diverse Forschungsobjekte (s. u.) untersuchen die Einsatzmöglichkeit , Service orientierte Architektur auf dezentrale, verteilte Geräte und Komponenten in flexiblen Produktionsanlagen anzuwenden, wobei allerdings bisher eine konkrete Lösung zur Entwicklung von Service-Bausteinen bzw. Web-Service basierten Technologien nicht angegeben werden konnte.
Im Rahmen des europäischen „Integrated Project SOCRADES" werden Methoden, Technologien und Tools zum Modellieren, Design und Implementieren von vernetzten Systemen entworfen, die von intelligenten, eingebetteten Geräten zur Verfügung gestellt werden.
Ziel dieses Projekts (SOCRADES) ist die Entwicklung von so genannten „middlewa- re"-Technologien, d. h. anwendungsunabhängigen Technologien, die Dienstleistungen zur Vermittlung zwischen Anwendungen anbieten. Diese sollen auf einer Service ori- entierten Architektur (SOA) basieren und drahtgebundene und drahtlose Netzwerktechnologien einschließen sowie ein offenes Interface aufweisen. Ferner sollen derartige Software-Komponenten gerätespezifische Funktionalitäten enthalten.
Ein Engineering-Verfahren zur Entwicklung einer Service orientierten Architektur für dezentrale, verteilte Komponenten in flexiblen Produktionssystemen sowie eine Struktur der Software-Komponenten als Service orientiertes Modul ist bisher nicht bekannt.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Steuerungssystem und ein Verfahren zur Konfiguration eines Steuerungs Systems derart weiterzubilden, dass dieses bei Veränderungen in der Produktionsanlage bzw. unterschiedlichen Produktions Szenarien mit geringem Aufwand konfigurierbar
Die Aufgabe wird durch ein Steuerungs System erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Software-Komponente aus einem Prozess oder Teilprozess eines PPR-Modells der flexiblen Produktionsanlage abgeleitet ist, wobei jede Software-Komponente eine aus dem Prozess oder Teilprozess abgeleitete Steuerungslogik, eine flexible Schnittstelle für den Zugriff auf in dem PPR-Modell repräsentierte Ressourcen sowie eine Kommunikationsschnittstelle zur Integration in die Service orientierte Architektur aufweist.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren erfindungs gemäß dadurch gelöst, dass folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
Erstellen eines PPR-Modells der flexiblen Produktionsanlage unter Berücksichtigung von Produkt-, Prozess- und Ressource-Informationen, Zerlegung eines in dem PPR-Modell enthaltenen Produktionsprozesses in Teilprozesse,
Entwicklung der Software-Komponenten auf der Grundlage der Teilprozesse, wobei jede der Software-Komponenten eine aus dem Teilprozess abgeleitete Steuerungslogik, eine flexible Schnittstelle für den Zugriff auf in dem PPR- Modell repräsentierte Ressourcen sowie eine Kommunikations Schnittstelle zur Integration in die Service orientierte Architektur aufweist, Darstellung und Analyse unterschiedlicher Produktionsszenarien als Client-Server- Architektur,
Implementierung der Software-Komponenten und der zugehörigen Client-Server- Architektur in das Steuerungs System.
Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte in einer virtuellen Entwicklungsumgebung durchgeführt.
Die Steuerungslogik einer standardisierten Software-Komponente wird für jeweils einen Fertigungsprozess, wie z. B. eine Spannfolge zum Fixieren von zu verschweißenden Blechen entwickelt. Für die Anlagenplanung hat sich in der Praxis die Zerlegung in Teilprozesse durchgesetzt, die als Leitfaden für ein Steuerungsprogramm eingesetzt wird. Ein auf Komponenten basierender Engineering-Ansatz ist daher zweckmäßigerweise auf den Fertigungsprozess auszurichten. Dieses Engineering-Verfahren stellt die funktionellen Elemente zur Verfügung, damit die Service orientierten Architektur fachgerecht eingesetzt werden kann.
Für die Bearbeitung eines Prozesses sind verschiedene Ressourcen, wie z. B. Aktoren, Sensoren, Steuerungen sowie elektrische und/oder mechanische Komponenten aber auch Informationen und Menschen notwendig. Die Ressourcen selbst sind als virtuelles Modell so repräsentiert, dass deren physikalisches Verhalten möglichst zweckmäßig wiedergegeben wird. Bei der Entwicklung der oben beschriebenen Software, im Weiteren auch Services genannt, ist der Bezug zu den Ressourcen durch das PPR-Modell festgelet.
Die Services als Bestandteil einer Kombination aus Mechatronik, Kommunikation und Intelligenz werden in ein Gesamtkonzept integriert, welches alle Steuerungsaufgaben übernimmt. Im Falle einer Service orientierten Architektur werden sie vorzugsweise als Web-Service implementiert.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird aufbauend auf den standardisierten Software- Komponenten ein Modell eines Lebenszyklus für die Produktionsanlage entwickelt. Dabei ist zu beachten, dass nicht nur für ein spezifisches Zielszenario ein Entwurf er- stellt wird, sondern dass sich verändernde Rahmenbedingungen in den Planungsansatz integriert werden.
Ein weiterer Verfahrens schritt zeichnet sich dadurch aus, dass unterschiedliche Produktionsszenarien als Client-Server-Architektur dargestellt und virtuell analysiert werden. Ziel ist es dabei, dass in der Praxis keine Nachprogrammierung der Produktionsanlage durchgeführt werden muss, wenn sich die Rahmenbedingungen verändern. Im Gegensatz zur konventionellen Vorgehensweise können bei der hier eingesetzten Service orientierten Architektur verschiedene Varianten einfach durch eine neue Client-Server- Architektur generiert werden.
Ein weiterer bevorzugter Verfahrensschritt sieht vor, dass die entwickelten Software- Komponenten und die zugeordnete Client-Server- Architektur auf verschiedenen Aggregationsebenen implementiert werden.
Dadurch wird erreicht, dass ein stufenloser Übergang von einer zentralen Steuerung auf dezentrale Steuerungskomponenten durchgeführt werden kann. Dabei können die Web- Services ihrerseits wieder weitere Web-Services aufrufen. In einem weiteren Schritt soll vorzugsweise eine Bibliothek generischer Web-Services erzeugt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1: eine Service orientierte Architektur eines Steuerungssystems für eine flexible Produktionsanlage,
Fig. 2: einen Prozessgraph eines virtuellen Modells der Produktionsanlage und daraus abgeleitete Web-Services, Fig. 3: ein Ablaufdiagramm zur Erstellung eines Modells eines Lebenszyklus für die Produktionsanlage und
Fig. 4: schematische Darstellung einer Client-Server-Architektur auf verschiedenen Aggregationsebenen.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Steuerungs System 10 in Service orientierter Architektur für dezentrale, verteilte Geräte wie Steuereinheiten 12, 14, 16 in Form von speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS, Mini-SPS) oder intelligenten Modulen sowie elektische und/oder mechanische Komponenten 18, 20, 22 in Form von Transportsystemen, Motoren oder Sensoren einer Produktionsanlage 24.
Die Geräte 12, 14, 16, die in Fig. 1 als „Devices" bezeichnet sind, können als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), in der Produktionsanlage 24 verteilte Mini-SPS oder intelligente Steuerungsmodule in Form von intelligenten Aktoren oder Sensoren ausgerichtet sein. Die Geräte 12, 14, 16 sind über ein Datenkommunikationssystem 26 zum Austausch von Daten miteinander gekoppelt, wobei das Datenkommunikationssystem 26 als drahtgebundenes Bus-System oder drahtloses Funksystem ausgebildet sein kann.
Ferner weisen die Geräte 12, 14, 16 jeweils physikalische Ein- bzw. Ausgänge 28, 30, 32 zur Steuerung von Aktoren bzw. zur Erfassung von Sensordaten auf.
In den Geräten 12, 14, 16 sind ein oder mehrere Software-Komponenten 34 - 44 implementiert, über die unterschiedliche Dienste (Services) wie beispielsweise Diagnose, Datenzugriff oder aber auch Steuerungsabläufe bereitgestellt und aufgerufen werden.
Insgesamt bildet also jedes der Geräte (Devices) 12, 14, 16 einen Service als Kombination aus Mechatronik, Kommunikation und Intelligenz, die in einem Gesamtkonzept integriert werden, welches alle Steuerungsaufgaben übernimmt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Service orientierten Architektur ist zumindest eine Software-Komponente als Web-Service ausgebildet. Die Service orientierte Architektur ermöglicht eine gleichberechtigte Kommunikation zwischen den Geräten 12, 14, 16 ohne dass ein Hierarchie-Konzept notwendig ist.
Die Fig. 2 skizziert das Engineering-Verfahren für flexible Produktionsanlagen auf der Basis einer Service orientierten Architektur.
Die Produktionsanlage 24 wird mittels eines PPR-Modells dargestellt, welches Produkt- , Prozess- und Ressource-Informationen enthält. Der Produktionsprozess kann durch einen Prozessgraph 48 dargestellt werden, in dem Teilprozesse 50, 52, 54 enthalten sind. Jeder Teilprozess 50, 52, 54 enthält neben Logik-Informationen, d. h. der zeitlichen Abfolge von Aktionen, auch Informationen darüber, welche Ressourcen zur Durchführung des jeweiligen Teilprozesses benötigt werden. Entscheidender Design- Schritt ist die Übernahme dieser Informationen für die Entwicklung der Services.
Die in Fig. 2 beschriebenen Software-Komponenten 34, 40, 42 der in Fig. 1 bezifferten Geräte 12, 14, 16, welche Steuerungsabläufe übernehmen, werden jeweils aus einem der Teilprozesse 50, 52, 54 abgeleitet. Jede Software-Komponente eines Teilprozess enthält eine Steuerungslogik 56, die für jeweils einen Fertigungsprozess, wie beispielsweise Teilprozess 52 entwickelt und aus dem Prozessgraph 48 abgeleitet wird. Da für die Bearbeitung des Teilprozesses 52 Ressourcen in Form der elektrischen bzw. mechanischen Komponenten 18, 20, 22 wie Sensoren, Motoren und Transportsysteme notwendig sind, wird eine flexible Schnittstelle 54 implementiert, in welcher Ressourcespezifische Daten zugeordnet werden. Die Ressourcen 18, 20, 22 selbst sind in der virtuellen Engineering-Umgebung (PPR-Modell) so repräsentiert, dass deren physikalisches Verhalten möglichst zweckmäßig wiedergegeben wird, wie beispielsweise der Zeitverbrauch für einen Bewegungsprozess.
Schließlich sind die standardisierten Software-Komponenten 34, 40, 42 mit Kommunikationsschnittstellen 60, 62 ausgestattet. Die Kommunikations Schnittstelle 60 ist im Falle der Service orientierten Architektur als Web-Service basierte Technologie imple- mentiert ist und ermöglicht die Kommunikation mit anderen Services und somit eine Integration in ein Gesamtkonzept. Über die Schnittstelle 62 können Ressourcen 18, 20, 22 angesteuert bzw. deren zustände abgefragt werden.
Auf diese Weise werden aus sämtlichen Teilprozessen des gesamten Prozessablaufs Software-Komponenten 34, 40, 42 abgeleitet, die sodann in das Gesamtsystem 10 der Service orientierten Architektur implementiert werden können.
Um eine möglichst standardisierte Software-Komponente zu erhalten, in der sich verändernde Rahmenbedingungen der Produktionsanlage berücksichtigt sind, wird aufbauend auf den Software-Komponenten ein Modell eines Lebenszyklus für die Produktionsanlage entwickelt. Ein zeitlicher Ablauf eines Anlagen-Lebenszyklus ist in Fig. 3 dargestellt. Zunächst wird eine Bedarfsdefinition der Produktionsanlage wie beispielsweise deren Förderkapazität durchgeführt. Auf dieser Grundlage erfolgt die Planung verschiedener Varianten für den flexiblen Betrieb der Produktionsanlage. Das PPR-Modell der Produktionsanlage begleitet die Anlage während ihres gesamten Lebenszyklus. Das PPR-Modell enthält virtuelle Abbildungen von Geräten und Komponenten der Produktionsanlage, in denen die Software-Komponenten als Modul enthalten sind.
Auf der Grundlage derartiger Module erfolgt sodann der Aufbau eines virtuellen Modells mit flexibler Anpassung an verschiedene Rahmenbedingungen, wobei die Teilprozesse und somit die Steuerungslogik der Software-Komponenten ständig angepasst werden. Um die Flexibilität der Software-Komponenten zu erhöhen, werden in der Steuerlogik mehrere Varianten von Teilprozessen implementiert, z. B. Spannen eines Bleches mit unterschiedlicher Spannkonfiguration.
Der Vorteil der Erfindung zeichnet sich in der Planungsphase dadurch aus, dass ein Produktionssystem virtuell mit „intelligenten" Modellen von Geräten und Komponenten dargestellt werden kann, wobei die „Intelligenz" der verwendeten Module durch Planung verschiedener Varianten für den flexiblen Betrieb aufgrund verschiedener Rahmenbedingungen angepasst werden kann. Aus einem derartigen PPR-Modell unter Berücksichtigung des Anlagen-Lebenszyklus bei veränderten Rahmenbedingungen kann sodann auch ein Steuerungsprogramm für die tatsächliche Anlagensteuerung abgeleitet werden.
Auf der Hardware-Ebene bietet die Erfindung den Vorteil, dass Geräte in Form von speicherprogrammierbaren Steuerungen, Robotersteuerungen oder dergleichen flexibel an sich ändernde Produktionsbedingungen anpassbar sind, ohne dass es einer aufwändigen Neuprogrammierung bedarf.
Fig. 4 zeigt, dass unterschiedliche Produktions Szenarien in Form einer Client-Server- Architektur dargestellt und virtuell analysiert werden können. In der Produktionsanlage 24 wird beispielsweise ein Produkt 64 auf einer Palette transportiert. Die Einheit aus Produkt und Paletten wird im Folgenden als „Client" bezeichnet. Über das Datenübertragungsmedium 20 wird ein Service 66 wie „Transportbedarf" angefragt. Die Anfrage wird dem Gerät 12 wie Motorsteuerung einer Transportstruktur zugeleitet, welche wiederum eine Serviceanfrage 68 an das Gerät 14 wie Steuerung einer Umsetzstation meldet. Schließlich ruft das Gerät 14 den allgemeinen Service 70 „Transportsystem" auf, der letztendlich die geforderte Transportkapazität zum Transport des Produktes bietet.
Die in Fig. 4 dargestellte Architektur zeigt auch, dass ein stufenloser Übergang von einer zentralen Steuerung auf dezentrale Steuerungskomponenten 12, 14, 16 durchgeführt werden kann. Dabei können die verwendeten Web-Services ihrerseits wieder weitere Web-Services 72 aufrufen. Diese Anfragen können über ein globales Netzwerk 74 wie Internet erfolgen. Web Services können in die IT Landschaft eines Unternehmens integriert werden. Beispielsweise kann eine Verbindung zu einem MES 76 (Manufacturing Execution System) aufgebaut werden, um spezielle Routing-Informationen abzurufen.

Claims

PatentansprücheSteuerungssystem sowie Verfahren zur Konfiguration eines Steuerungs Systems
1. Steuerungs System mit Service orientierter Architektur für eine flexible Produktionsanlage, umfassend über ein Datenkommunikations System zum Austausch von Daten miteinander gekoppelte, dezentrale, verteilte Geräte mit zumindest einer Software-Komponente sowie elektrische und/oder mechanische Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Software-Komponente aus einem Prozess oder Teilprozess eines PPR- Modells der flexiblen Produktionsanlage abgeleitet ist, wobei jede Software- Komponente eine aus dem Prozess oder Teilprozess abgeleitete Steuerungslogik, eine flexible Schnittstelle für den Zugriff auf in dem PPR-Modell repräsentierte Ressourcen sowie eine Kommunikations schnittsteile zur Integration in die Service orientierte Architektur aufweist.
2. Steuerungs System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations Schnittstelle als Web-Service basierte Technologie implementiert ist.
3. Steuerungs System nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Software-Komponenten und die zugeordnete Client-Server-Architektur auf verschiedenen Aggregationsebenen implementiert sind.
4. Steuerungs System nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Software-Komponenten als Web-Service eine Bibliothek generischer Web-Services bilden.
5. Steuerungs System nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Software-Komponente als Web-Service ausgebildet ist.
6. Verfahren zur Konfiguration eines Steuerungssystems durch Entwicklung und Implementierung von Service orientierten Software-Komponenten als Bestandteile einer Service orientierten Architektur für dezentrale, verteilte Geräte in flexiblen Produktionsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
Erstellen eines PPR-Modells der flexiblen Produktionsanlage unter Berücksichtigung von Produkt-, Prozess- und Ressource-Informationen, Zerlegung eines in dem PPR-Modell enthaltenen Produktionsprozesses in Teilprozesse,
Entwicklung der Software-Komponenten auf der Grundlage der Teilprozesse, wobei jede der Software-Komponenten eine aus dem Teilprozess abgeleitete Steuerungslogik, eine flexible Schnittstelle für den Zugriff auf in dem PPR-Modell repräsentierte Ressourcen sowie eine Kommunikationsschnittstelle zur Integration in die Service orientierte Architektur aufweist,
Darstellung und Analyse unterschiedlicher Produktionsszenarien als Client-Server- Architektur,
Implementierung der Software-Komponenten und der zugehörigen Client- Server- Architektur in das Steuerungssystem.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte in einer virtuellen Entwicklungsumgebung durchgeführt werden.
EP07847979A 2006-12-08 2007-12-07 Steuerungssystem sowie verfahren zur konfiguration eines steuerungssystems Withdrawn EP2100198A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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