Beschreibungdescription
Trainingssystem für ein Automatisierungssystem zur Steuerung eines technischen ProzessesTraining system for an automation system for controlling a technical process
Die Erfindung betrifft ein Trainingssystem für ein Automatisierungssystem zur Steuerung eines technischen Prozesses, insbesondere ein Schiffs-Automatisierungssystem, umfassend einen Prozesssimulator zur Simulation des technischen Prozes- ses und zur Erzeugung von Prozessdaten in Abhängigkeit von Steuerdaten und einen Steuerungssimulator zur Erzeugung der Steuerdaten für den Prozesssimulator und von Ausgabedaten für eine oder mehrere Ausgabekomponenten des Trainingssystems durch Simulation der Steuergeräte des Automatisierungssystems in Abhängigkeit von den Prozessdaten und von Eingabedaten von Eingabekomponenten des Trainingssystems.The invention relates to a training system for an automation system for controlling a technical process, in particular a ship automation system, comprising a process simulator for simulating the technical process and for generating process data as a function of control data and a control simulator for generating the control data for the process simulator and of output data for one or more output components of the training system by simulation of the controllers of the automation system in dependence on the process data and input data of input components of the training system.
Die wesentliche Aufgabe eines derartigen Trainingssystems besteht darin, Bedienpersonal (Anwender/Benutzer) hinsichtlich der Bedienabläufe im Automatisierungssystem zu trainieren. Beispielsweise werden derartige Trainingssysteme für das Training von Schiffspersonal am zentralen Automatisierungssystem eines Schiffes verwendet. Das zentrale Schiffs- Automationssystem dient zur Steuerung, Überwachung und Diag- nose der verschiedenen Einrichtungen an Bord eines Schiffes. Es soll einen sicheren Betrieb des Schiffes ermöglichen und dessen Einsatzbereitschaft gewährleisten.The essential task of such a training system is to train operating personnel (users / users) with regard to the operating sequences in the automation system. For example, such training systems are used for the training of ship personnel at the central automation system of a ship. The central ship automation system is used to control, monitor and diagnose the various facilities on board a ship. It should enable a safe operation of the ship and ensure its operational readiness.
Derartige Schiffs-Automatisierungssysteme werden, insbesonde- re bei Unterwasserschiffen, immer komplexer. Aus diesem Grund wird eine gute Ausbildung des Schiffspersonals immer wichtiger. Durch ein gezieltes Training kann sichergestellt werden, dass eine Bedienperson an Bord des Schiffes eine richtige Entscheidung auch in Notsituationen treffen wird. Durch ein
eingangs erläutertes Trainingssystem können gezielt bestimmte Szenarios immer wieder simuliert und trainiert werden, ohne das tatsächliche Automatisierungssystem dafür zu benötigen. Ein Trainingssystem für ein U-Boot-Automationssystem ist bei- spielsweise aus der DE 10 2004 040 496 Al bekannt.Such ship automation systems are becoming more and more complex, especially with underwater vessels. For this reason, a good training of the ship's personnel is becoming more and more important. Targeted training can ensure that an operator aboard the ship will make the right decision, even in emergency situations. Through a At the beginning of the training system explained, specific scenarios can be repeatedly simulated and trained without the need for the actual automation system. A training system for a submarine automation system is known, for example, from DE 10 2004 040 496 A1.
Das Training kann entweder an Bord des Schiffes (es handelt sich dann um ein sogenanntes „On-Board-Training System") oder an Land (als sogenanntes „Land Based Training System") statt- finden.The training can take place either aboard the ship (it is a so-called "on-board training system") or on land (as a so-called "land based training system").
An ein derartiges Trainingssystem besteht die Anforderung, bei einem Training zu einem vorgebbaren Zeitpunkt eine Trainingssituation durch einen „Snapshot", d.h. eine Momentauf- nähme der zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Simulationsdaten einschließlich der auf den Ausgabekomponenten angezeigten Ausgabedaten, genauer analysieren zu können, und das Training zu einem vorgebbaren späteren Zeitpunkt ohne große Zeit- und Informationsverluste zum Zeitpunkt des Snapshots fortsetzen zu können.Such a training system has the requirement to be able to analyze a training situation more accurately during a training at a predeterminable time by a "snapshot", ie a snapshot of the simulation data present at that time, including the output data displayed on the output components, and the training to be able to continue at a predeterminable later time without much loss of time and information at the time of the snapshot.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Trainingssystem bereitzustellen, welches die vorgenannte Anforderung erfüllt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch ein Trainingssystem gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.It is an object of the present invention to provide a training system which meets the aforementioned requirement. The solution to this problem is achieved by a training system according to claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Durch eine Aufnahme der internen Zustandsdaten des Steuerungssimulators und des Prozesssimulators kann zum einen so- wohl ein Zustandsbild des Steuerungssimulators als auch einBy recording the internal state data of the control simulator and the process simulator, both a state image of the control simulator and a
Zustandsbild des Prozesssimulators kurz vor und/oder im Zeitpunkt des Snapshots (d.h. der Momentaufnahme) festgehalten werden. Zum anderen kann durch Aufnahme der Daten von dem Steuerungssimulator zu den Ausgabekomponenten und von den
Eingabekomponenten zu dem Steuerungssimulator ein Abbild des Datenverkehrs an der Schnittstelle zwischen Steuerungssimulator und Visualisierung kurz vor und/oder im Zeitpunkt des Snapshots festgehalten werden. Wesentlich hierbei ist, dass nicht nur die auf den Ausgabekomponenten angezeigten HMI-State image of the process simulator shortly before and / or at the time of the snapshot (ie the snapshot) are held. On the other hand, by recording the data from the control simulator to the output components and from the Input components to the control simulator an image of the traffic at the interface between control simulator and visualization are recorded just before and / or at the time of the snapshot. The important thing here is that not only the HMI displayed on the output components
Bilder, z.B. mittels eines Videoaufzeichnungsgerätes, aufgezeichnet werden, sondern dass direkt der Datenverkehr zwischen dem Steuerungssimulator und der Visualisierung festgehalten wird.Images, e.g. by means of a video recorder, but that the data traffic between the control simulator and the visualization is recorded directly.
Durch Einspielen der aufgenommenen Daten in die Ausgabekomponenten, den Steuerungs- und den Prozesssimulator kann die Trainingssitzung zu einem vorgebbaren späteren Zeitpunkt ohne Zeit- und Informationsverluste im Zeitpunkt des Snapshots fortgesetzt werden, denn durch das Einspielen der aufgenommen Daten wird das Trainingssystem in den gleichen Zustand wie im Zeitpunkt des Snapshots gebracht.By importing the recorded data into the output components, the control and the process simulator, the training session can be continued at a predeterminable later time without loss of time and information at the time of the snapshot, because by recording the recorded data, the training system is in the same state as brought in at the time of the snapshot.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Aufnahme- und Einspieleinrichtung zumindest eine Aufnahme- und Einspieleinheit für die Datenaufnahme und - einspielung und eine Steuereinheit zur Steuerung der Datenaufnahme und -einspielung, d.h. der Aktivierung und Deaktivierung der Datenaufnahme und -einspielung, auf.According to an advantageous embodiment of the invention, the recording and Einspieleinrichtung at least one recording and input unit for the data recording and - recording and a control unit for controlling the data recording and recording, i. activation and deactivation of data recording and recording.
Zur Steuerung der Datenaufnahme und -einspielung durch ein Lehrersystem ist die Steuereinheit von Vorteil mit dem Lehrersystem koppelbar.For controlling the data recording and recording by a teacher system, the control unit can be coupled with advantage by the teacher system.
Von Vorteil sind die Steuerungsgeräte in dem Steuerungssimulator durch eine Softwareemulation nachgebildet. Dies erlaubt eine Implementierung des Steuerungssimulators auf Standard- Computer Hardware, in der Fachliteratur häufig als COTS (= Commercial of the Shelf) -Hardware bezeichnet.
Bevorzugt ist das Lehrersystem zur Änderung von Werten interner Prozesszustandsdaten des Prozesssimulators unter Umgehung der Aufnahme- und Einspieleinrichtung direkt mit dem Prozess- Simulator koppelbar.Advantageously, the control devices in the control simulator are simulated by a software emulation. This allows implementation of the control simulator on standard computer hardware, often referred to in the literature as COTS (= Commercial of the Shelf) hardware. Preferably, the teacher system for changing values of internal process state data of the process simulator, bypassing the recording and input device directly coupled to the process simulator.
Ein lokales Vor-Ort-Bediengerät kann hierbei dadurch in das Trainingssystem eingebunden werden, dass es mit dem Prozesssimulator koppelbar ist.In this case, a local on-site operating device can be integrated into the training system in that it can be coupled to the process simulator.
Alternativ kann ein lokales Vor-Ort-Bediengerät dadurch in das Trainingssystem eingebunden werden, dass es in dem Prozesssimulator nachgebildet ist.Alternatively, an on-premises local operator can be incorporated into the training system by being replicated in the process simulator.
Eine weitere Möglichkeit zur Einbindung eines lokalen Vor- Ort-Bediengerät besteht darin, dass es als graphische Bedienoberfläche auf einem separaten Computer des Trainingssystems nachgebildet ist.Another possibility for integrating a local on-site operating device is that it is modeled as a graphical user interface on a separate computer of the training system.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The invention and further advantageous embodiments of the invention according to features of the subclaims are explained in more detail below with reference to embodiments in the drawing. It shows:
FIG 1 eine prinzipielle Struktur eines Trainingssystems,1 shows a basic structure of a training system,
FIG 2 ein Beispiel für eine mögliche Hardwaresystemkonfiguration für das Trainingssystem von FIG 1, FIG 3 eine Einbindung eines dezentralen Bediengerätes durchFIG. 2 shows an example of a possible hardware system configuration for the training system of FIG. 1, FIG. 3 shows an integration of a decentralized operating device through
Kopplung mit dem Prozesssimulator, FIG 4 eine Einbindung eines dezentralen Bediengerätes durch eine Nachbildung im Prozesssimulator,FIG. 4 shows an integration of a decentralized operating device by a simulation in the process simulator, FIG.
FIG 5 eine Einbindung eines dezentralen Bediengerätes durch eine Nachbildung in einem separaten Computer.
Ein in FIG 1 gezeigtes Trainingssystem 1, beispielsweise für ein Schiffsautomatisierungssystem, umfasst einen Prozesssimulator 2, einen Steuerungssimulator 3, eine Visualisierung 4 als HMI-Schnittstelle (HMI = Human Machine Interface) mit Ausgabe- und Eingabekomponenten 5 bzw. 6, ein Lehrersystem 7 und eine Aufnahme- und Einspieleinrichtung 8.5 shows an integration of a decentralized operating device by a replica in a separate computer. A training system 1 shown in FIG. 1, for example for a ship automation system, comprises a process simulator 2, a control simulator 3, a visualization 4 as an HMI interface (HMI) with output and input components 5 and 6, a teacher system 7 and a recording and Einspieleinrichtung 8.
Durch den Prozesssimulator 2 wird der technische Prozess simuliert. Im Fall eines Schiffes lässt sich der technische Prozess in vereinfachter Form beispielsweise durch die Simu¬ lation von Antriebskomponenten wie „Ventile, Pumpen und Motoren", einfachen binären und analogen Prozesssignalen sowie peripheren Subsystemen wie „E-Anlage und Feuermeldesystem" beschreiben .The process simulator 2 simulates the technical process. In the case of a ship, the technical process in a simplified form can be described "valves, pumps and motors," simple binary and analog process signals and peripheral subsystems such as "E-conditioning and fire alarm system" for example by Simu ¬ lation of drive components such.
Funktionell lässt sich der Prozesssimulator 2 somit bei¬ spielsweise in drei Ebenen darstellen: a) Die Prozesssignalebene bildet alle Prozesssignale (Aktor- /Sensorsignale) im Simulator ab, die zwischen dem Steue- rungssimulator und dem realen Prozess über Prozessabbilder „Eingänge" und „Ausgänge" ausgetauscht werden. b) Die Ebene der Komponentensimulation bildet das Verhalten der elektrischen Antriebe von Motoren, Ventilen etc. mit entsprechenden Modellkomponenten nach. Die Befehle und Rückmeldungen der Antriebe kommen aus der Prozesssignal¬ ebene. Dieser Teil der Prozesssimulation ist anlagenspezifisch und beinhaltet die Nachbildung der Automatisierungs¬ komponenten Binärwert- und Analogwertverarbeitung, Ventile und Motoren. In der Komponentensimulation werden keine physikalischen Prozess simuliert, sondern nur die über das „Prozessabbild Eingänge" angekoppelten Antriebskomponenten" sowie einfache Binär- und Analogsignale. c) Die Ebene der technologischen Simulation simuliert das physikalische Verhalten des Prozesses.
Durch den Steuerungssimulator 3 werden die Steuergeräte (PLCs) des Automatisierungssystems, z.B. Steuerungen vom Typ „SIMATIC S7-300/400" der Anmelderin, nachgebildet. Dies er- folgt mit SoftPLC-Instanzen 9 (Embedded Systemen) die auf einen oder mehrere Computer des Trainingssystems 1 verteilt sein können. Die SoftPLC-Instanzen 9 führen die Original- Programme der Automatisierungsgeräte, beispielsweise die Original-Software der Steuerungen vom Typ „SIMATIC S7-300/400", des Automatisierungssystems, aus. Jede Instanz 9 hat eineFunctionally, the process simulator 2 can therefore represent at ¬ play in three levels: a) The process signal level forms all process signals (actuator / sensor signals) in the simulator from that between the control-simulator and the real process on the process images "inputs" and "outputs " be replaced. b) The level of the component simulation simulates the behavior of the electric drives of motors, valves etc. with corresponding model components. The commands and feedback of the drives come from the process signal ¬ level. This part of the process simulation is system-specific and involves the reproduction of the automation components ¬ binary value and analog processing, valves and motors. In the component simulation, no physical process is simulated, but only the drive components coupled via the "process input image" as well as simple binary and analogue signals. c) The level of technological simulation simulates the physical behavior of the process. The control devices (PLCs) of the automation system, eg controllers of the type "SIMATIC S7-300 / 400" by the applicant, are simulated by the control simulator 3. This is done with SoftPLC instances 9 (embedded systems) which are connected to one or more computers of the Training system 1. The SoftPLC instances 9 execute the original programs of the automation devices, for example the original software of the "SIMATIC S7-300 / 400" controllers of the automation system. Every instance 9 has one
Schnittstelle zur Visualisierung 4 und zum Prozesssimulator 2.Interface to the visualization 4 and to the process simulator 2.
Die Visualisierung 4 kommuniziert über eine Kommunikations- Schnittstelle 10, vorzugsweise in Form einer gemeinsamenThe visualization 4 communicates via a communication interface 10, preferably in the form of a common
Speichernutzung („shared memory") , mit den Instanzen 9 des Steuerungssimulators 3.Memory usage ("shared memory") with the instances 9 of the control simulator 3.
Der Prozesssimulator 2 kommuniziert hierbei mit den Instan- zen 9 des Steuerungssimulators 3 über eine Kommunikationsschnittstelle 11, vorzugsweise ebenfalls in Form einer gemeinsamen Speichernutzung („shared memory") .In this case, the process simulator 2 communicates with the instances 9 of the control simulator 3 via a communication interface 11, preferably also in the form of a shared memory usage ("shared memory").
Bei der Visualisierung 4 mit den Ausgabe- und Eingabekompo- nenten 5 bzw. 6 kann es sich um die tatsächlichen Bedienstationen der Anlage, z.B. Bedienstationen im schiffstechnischen Leitstand, oder um Nachbildungen davon auf computerisierten Schülerarbeitsplätzen des Trainingssystems 1 handeln.The visualization 4 with the output and input components 5 and 6 can be the actual operating stations of the system, e.g. Operating stations in the ship's technical control station, or to act replicas thereof on computerized student workstations of the training system 1.
Der Prozesssimulator 2 erzeugt ein Prozessabbild in Form von Prozessdaten P, die an die Instanzen 9 des Steuerungssimulators 3 übergeben werden. Die Instanzen 9 des Steuerungssimulators 3 erzeugen wiederum zur Steuerung des Prozesses in Abhängigkeit von diesen Prozessdaten P und von Eingabedaten E,
die ihnen von der Visualisierung 4 übergeben werden, Steuerdaten S, die an den Prozesssimulator 2 übergeben werden. Der simulierte Prozess wird in Abhängigkeit von diesen Steuerdaten S gesteuert.The process simulator 2 generates a process image in the form of process data P, which are transferred to the instances 9 of the control simulator 3. The instances 9 of the control simulator 3 in turn generate for the control of the process as a function of these process data P and of input data E, which are passed to them from the visualization 4, control data S, which are passed to the process simulator 2. The simulated process is controlled in dependence on this control data S.
Neben den Steuerdaten S erzeugen die Instanzen 9 des Steuerungssimulators 3 auch Ausgabedaten A, die an die Ausgabekomponenten 5 der Visualisierung 4 übergeben und auf diesen Ausgabekomponenten 5 in Form eines Bildes zur Anzeige gebracht werden. Von den Bedienkomponenten 6 der Visualisierung 4 werden wiederum, ggf. als Rückmeldung auf zur Anzeige gebrachte Ausgabedaten A, von einem Benutzer, z.B. einem Schüler, eingegebene Eingabedaten E erfasst und an die Instanzen 9 des Steuerungssimulators 3 übergeben.In addition to the control data S, the instances 9 of the control simulator 3 also generate output data A, which are transferred to the output components 5 of the visualization 4 and displayed on these output components 5 in the form of an image. Of the operating components 6 of the visualization 4, in turn, if necessary in response to displayed output data A, are read by a user, e.g. a student, entered input data E and passed to the instances 9 of the control simulator 3.
Der simulierte Prozess selbst wird im Prozesssimulator 2 durch interne Prozesszustandsdaten PZ definiert. Dabei kann es sich beispielsweise um Werte von Zustandsparametern oder von Zeit- oder Stellgliedern (z.B. eine Ventilstellung beim Öffnen eines Ventils) handeln. Insgesamt geben die Zustands- daten PZ ein exaktes Abbild der Prozessmodellebene wieder.The simulated process itself is defined in the process simulator 2 by internal process state data PZ. These may be, for example, values of state parameters or of timers or actuators (e.g., a valve position when opening a valve). Overall, the state data PZ represent an exact replica of the process model level.
Die durch die Instanzen 9 des Steuerungssimulators 3 nachgebildete Signalebene wird durch interne Steuerungszustandsda- ten SZ der Instanzen 9 definiert. Insgesamt geben die Steue- rungszustandsdaten SZ ein exaktes Abbild der Signalebene wieder .The signal level reproduced by the instances 9 of the control simulator 3 is defined by internal control state data SZ of the instances 9. Overall, the control state data SZ reproduce an exact image of the signal level.
Das Lehrersystem 7 dient der Steuerung der Trainingsabläufe und der Analyse der Trainingsergebnisse durch einen Lehrer.The teacher system 7 serves to control the training sequences and the analysis of the training results by a teacher.
Um eine Übung nachvollziehen und analysieren zu können, soll zu einem vorgebbaren Zeitpunkt ein sogenannter „Snapshot", d.h. eine Momentaufnahme, der zu diesem Zeitpunkt vorliegen-
den Simulationsdaten einschließlich der auf der Visualisierung angezeigten Ausgabedaten aufgenommen werden können und ein Training zu einem späteren Zeitpunkt zum Zeitpunkt des Snapshots fortgeführt werden können.In order to be able to understand and analyze an exercise, a so-called "snapshot", ie a snapshot, which is available at this time the simulation data including the output data displayed on the visualization can be recorded and a training can be continued at a later time at the time of the snapshot.
Für die Erzeugung der „Snapshots" nimmt die Aufnahme- und Einspieleinrichtung 8 die Ausgabedaten A, die Eingabedaten E und die internen Zustandsdaten des Steuerungssimulators und des Prozesssimulators SZ bzw. PZ zusammen mit einem Zeitstem- pel auf und speichert diese ab.For the generation of the "snapshots", the recording and input device 8 records the output data A, the input data E and the internal state data of the control simulator and the process simulator SZ or PZ together with a time stamp and stores them.
Diese Daten können nun an das Lehrersystem 7 übergeben und dort analysiert werden. Soll die Trainingssitzung zum Zeitpunkt des Snapshots wieder fortgesetzt werden, so spielt die Aufnahme- und Einspieleinrichtung 8 die aufgenommenen Ausgabedaten A in die Ausgabekomponenten 5, die aufgenommenen Eingabedaten E und internen Zustandsdaten des Steuerungssimulators SZ in den Steuerungssimulator 3 und die internen Zustandsdaten des Prozesssimulators PZ in den Prozesssimulator 2 ein.These data can now be transferred to the teacher system 7 and analyzed there. If the training session is to be continued at the time of the snapshot, the recording and input device 8 plays the recorded output data A into the output components 5, the inputted input data E and internal state data of the control simulator SZ into the control simulator 3 and the internal state data of the process simulator PZ in FIG the process simulator 2 a.
Durch das Einspielen der aufgenommenen Daten in die Ausgabekomponenten 5, den Steuerungssimulator 3 und den Prozesssimulator 2 kann die Trainingssitzung zum Zeitpunkt des Snapshots ohne Zeit- und Informationsverluste genau in dem Zeitpunkt der Unterbrechung weitergeführt werden. Durch das Einspielen der aufgenommen Daten werden der Prozesssimulator 2, der Steuerungssimulator 3 und die Ausgabe- und Eingabekomponenten 5 bzw. 6 in den gleichen Zustand wie im Zeitpunkt des Snapshots gebracht.By importing the recorded data into the output components 5, the control simulator 3 and the process simulator 2, the training session can be continued at the time of the snapshot without any loss of time and information exactly at the time of interruption. By importing the recorded data, the process simulator 2, the control simulator 3 and the output and input components 5 and 6 are brought into the same state as at the time of the snapshot.
Die Aufnahme- und Einspieleinrichtung 8 kann hierbei derart ausgebildet sein, dass die Aufnahme der Ausgabedaten A und der Eingabedaten E mit einer höheren Frequenz als die Aufnah-
me der internen Steuerungszustandsdaten SZ und der internen Prozesszustandsdaten PZ erfolgt. Beispielsweise erfolgt die die Aufnahme der Ausgabedaten A und der Eingabedaten E jede Sekunde und die Aufnahme der internen Steuerungszustandsdaten SZ und der internen Prozesszustandsdaten PZ nur alle 5 Sekunden. Dies führt zwar zu geringen Verzögerungen beim Fortsetzen der Trainingssitzung zum Zeitpunkt des Snapshots, dafür ist aber das abzuspeichernde Datenvolumen wesentlich geringer, da der Umfang der abzuspeichernden Ausgabedaten A und Eingabedaten E wesentlich geringer ist als der Umfang der abzuspeichernden internen Steuerungszustandsdaten SZ und internen Prozesszustandsdaten PZ.The recording and input device 8 can in this case be designed such that the recording of the output data A and the input data E at a higher frequency than the recording the internal control state data SZ and the internal process state data PZ takes place. For example, the recording of the output data A and the input data E every one second and the recording of the internal control state data SZ and the internal process state data PZ are performed only every 5 seconds. Although this leads to low delays in continuing the training session at the time of the snapshot, but the data volume to be stored is much lower, since the extent of the stored output data A and input data E is much lower than the extent of the stored internal control state data SZ and internal process state data PZ.
Für die Aufnahme und das spätere Einspielen der Ausgabedaten A und der Eingabedaten E hat die Aufnahme- und Einspieleinrichtung 8 Zugriff auf die Kommunikationsschnittstelle 10 zwischen dem Steuerungssimulator 3 und der Visualisierung 4.For recording and later loading the output data A and the input data E, the recording and input device 8 has access to the communication interface 10 between the control simulator 3 and the visualization 4.
Die Aufnahme und das spätere Einspielen der internen Prozess- zustandsdaten SZ, PZ erfolgt über eine, bevorzugt als Remote Interface ausgebildete, Kommunikationsschnittstelle 12 zwischen der Aufnahme- und Einspieleinrichtung 8 und dem Prozesssimulator 2.The recording and later loading of the internal process state data SZ, PZ takes place via a communication interface 12, preferably designed as a remote interface, between the recording and input device 8 and the process simulator 2.
Die Aufnahme und das spätere Einspielen der internen Steuerungszustandsdaten SZ in den Steuerungssimulator 3 erfolgt über den Prozesssimulator 2 und somit über die Kommunikationsschnittstelle 11 zwischen Steuerungssimulator 3 und Prozesssimulator 2 und die Schnittstelle 12 zwischen der Aufnah- me- und Einspieleinrichtung 8 und dem Prozesssimulator 2.Recording and later loading of the internal control state data SZ into the control simulator 3 takes place via the process simulator 2 and thus via the communication interface 11 between the control simulator 3 and the process simulator 2 and the interface 12 between the recording and input device 8 and the process simulator 2.
Im Detail weist die Aufnahme- und Einspieleinrichtung 8 eine Steuereinheit 13 zur Steuerung der Datenaufnahme und
-einspielung, eine erste Aufnahme- und Einspieleinheit 14 zur Aufnahme der Ausgabedaten A und der Eingabedaten E und eine zweite Aufnahme- und Einspieleinheit 15 zur Aufnahme der internen Steuerungszustandsdaten SZ und der internen Prozesszu- Standsdaten PZ auf, wobei die Steuereinheit 13 kommunikativ mit den Aufnahme- und Einspieleinheiten 14, 15 verbunden ist. Die Steuereinheit 13 und die zweite Aufnahme- und Einspieleinheit 15 können hierbei auch zu einer einzigen Einheit 16 zusammengefasst sein.In detail, the recording and input device 8, a control unit 13 for controlling the data recording and recording, a first recording and input unit 14 for receiving the output data A and the input data E and a second recording and input unit 15 for receiving the internal control state data SZ and the internal process status data PZ, wherein the control unit 13 communicates with the recording - And Einspieleinheiten 14, 15 is connected. The control unit 13 and the second recording and input unit 15 may in this case also be combined into a single unit 16.
Die Steuereinheit 13 kommuniziert mit dem Lehrersystem 7 über eine Kommunikationsschnittstelle 17, vorzugsweise eine UDP- Schnittstelle mittels UDP-Telegrammen . Die Steuerung des Prozesssimulators 2 und der Aufnahme- und Einspielfunktionen durch das Lehrersystem 7 erfolgt über diese Schnittstelle 17. Die Befehle des Lehrersystems 7 werden in der Steuereinheit 13 ausgewertet und entsprechend umgesetzt. Die Steuereinheit 13 steuert hierfür die Bereiche des Prozesssimulators 2 an, die für die Umsetzung der Befehle notwendig sind. Von dem Prozesssimulator 2 erhaltene Rückmeldungen über die Ausführung der Befehle leitet die Steuereinheit 13 an das Lehrersystem 7 weiter.The control unit 13 communicates with the teacher system 7 via a communication interface 17, preferably a UDP interface by means of UDP telegrams. The control of the process simulator 2 and the recording and recording functions by the teacher system 7 via this interface 17. The commands of the teacher system 7 are evaluated in the control unit 13 and implemented accordingly. The control unit 13 controls for this purpose the areas of the process simulator 2, which are necessary for the implementation of the commands. Feedback received by the process simulator 2 on the execution of the commands passes the control unit 13 to the teacher system 7 on.
So kann von einem Lehrer über das Lehrersystem 17 ein Befehl „Snapshot-Aufnähme" an die Steuereinheit 13 gegeben werden, worauf diese die Aufnahme eines Snapshots auslöst. Nach Analyse der aufgenommenen Daten kann der Lehrer über das Lehrersystem 7 einen Befehl „Fortsetzen des Trainings zum Zeitpunkt des Snapshots" an die Steuereinheit 13 geben, worauf diese durch Einspielen der aufgenommenen Daten in die verschiedenen Komponenten des Trainingssystems die Fortsetzung des Trainings anstößt.
Folgende weitere Funktionalitäten eines Lehrersystems sind durch die Steuereinheit 13 ausführbar und dort über das Lehrersystem 7 anstoßbar:Thus, a teacher can be given a command "Snapshot Capture" to the control unit 13 via the teacher system 17, whereupon this initiates taking a snapshot After analyzing the recorded data, the teacher can use the teacher system 7 to issue a command "Resume the training for the snapshot." Time of the snapshot "to the control unit 13, whereupon this by starting the recorded data in the various components of the training system initiates the continuation of the training. The following additional functionalities of a teacher system can be executed by the control unit 13 and can be abutted there via the teacher system 7:
- Malfunctions (spezielle Fehler, die von dem Lehrersystem während einer Übung eingespielt werden)- Malfunctions (special errors that are imported by the teacher system during an exercise)
- Szenarien (Zusammenstellung von Ereignissen im Vorfeld einer Trainingssitzung)- scenarios (compilation of events in the run-up to a training session)
- Aufnahme/Wiedergabe (Aufnehmen und Abspielen von Sitzungen mit der Möglichkeit, eine Sitzung fortzusetzen) - Schülerbewertungen- Record / Play (record and play sessions with the option to continue a session) - Student ratings
Zur Änderung von Werten interner Zustandsdaten des Prozesssimulators (2) unter Umgehung der Aufnahme- und Einspieleinrichtung (8) ist das Lehrersystem (7) über eine weitere Kom- munikationsschnittstelle 18, vorzugsweise ebenfalls eine UDP- Schnittstelle, direkt mit dem Prozesssimulator (2) koppelbar. Über diese Schnittstelle 18 können auf direktem Weg zwischen dem Prozesssimulator 2 und dem Lehrersystem 7 Modell- und Simulationsdaten ausgetauscht werden. Auf diese Weise ist es möglich, dass ein Lehrer über das Lehrersystem 7 Simulationsdaten direkt manipulieren kann. Der Datenaustausch zwischen dem Lehrersystem 7 und dem Prozesssimulator 2 wird dabei über einen I/O-Server 19 gesteuert. So kann ein Lehrer beispielsweise im Prozesssimulator 2 den Wert eines Öldrucks ändern. Der Prozesssimulator 2 rechnet diesen Wert entsprechend dem Gebertyp in einen entsprechenden Rohwert um. Eine betroffene SoftPLC-Instanz 9 des Steuerungssimulators 3 führt zyklisch das Originalsteuerprogramm des Automatisierungssystems aus und liest dabei diesen Rohwert ein. Das Steuerprogramm er- kennt eine Messwertänderung (und ggf. einen Alarm) und überträgt die aktuellen Prozesszustände an die Visualisierung 4, woraufhin die Prozessbilder auf den entsprechenden Ausgabekomponenten 5 aktualisiert werden.
FIG 2 zeigt eine mögliche Hardwaresystemkonfiguration für das Trainingssystem 1 von FIG 1. Ein Trainingssystem 20 umfasst mehrere Schülerarbeitsplätze 21 in Form eines PCs oder Notebooks, einen Prozesssimulationsrechner 22 zur Prozesssimula- tion, einen Emulationsrechner 23 zur Simulation der Steuerung, und einen Lehrerarbeitsplatz 24 in Form eines PC oder Notebooks. Der Prozesssimulationsrechner 22 und der Emulationsrechner 23 können auch in einem einzigen Rechner zusammen- gefasst sein. Die Arbeitsplätze 21, 24 und die Rechner 22, 23 können über einen Kommunikationsbus 25 miteinander kommunizieren .In order to change values of internal status data of the process simulator (2), bypassing the recording and input device (8), the teacher system (7) can be coupled directly to the process simulator (2) via a further communication interface 18, preferably also a UDP interface , Via this interface 18 model and simulation data can be exchanged directly between the process simulator 2 and the teacher system 7. In this way it is possible for a teacher to manipulate simulation data directly via the teacher system 7. The data exchange between the teacher system 7 and the process simulator 2 is controlled via an I / O server 19. For example, a teacher may change the value of oil pressure in process simulator 2. The process simulator 2 converts this value into a corresponding raw value according to the encoder type. An affected SoftPLC instance 9 of the control simulator 3 cyclically executes the original control program of the automation system and reads in this raw value. The control program recognizes a change in the measured value (and possibly an alarm) and transmits the current process states to the visualization 4, whereupon the process images are updated to the corresponding output components 5. FIG. 2 shows a possible hardware system configuration for the training system 1 of FIG. 1. A training system 20 comprises a plurality of student workstations 21 in the form of a PC or notebook, a process simulation computer 22 for process simulation, an emulation computer 23 for simulation of the controller, and a teacher workstation 24 in the form a PC or notebook. The process simulation computer 22 and the emulation computer 23 can also be combined in a single computer. The workstations 21, 24 and the computers 22, 23 can communicate with each other via a communication bus 25.
Die Visualisierung (HMI) 4 von FIG 1 ist auf allen Schülerarbeitsplätzen 21 installiert. Die SoftPLC-Instanzen 9 von FIG 1 laufen auf dem Emulationsrechner 23. Auf dem Lehrerarbeitsplatz 24 steht das Lehrersystem 7 von FIG 1 zur Verfügung.The visualization (HMI) 4 of FIG. 1 is installed on all student workstations 21. The SoftPLC instances 9 of FIG. 1 run on the emulation computer 23. The teacher's workstation 24 of FIG. 1 is available on the teacher's workstation 24.
Ein Bestandteil einer Automatisierungsanlage, insbesondere eine schiffstechnischen Automatisierungsanlage, sind dezen- trale Vor-Ort-Bediengeräte (LOP = Local Operator Panel) . Die Einbindung derartiger Bediengeräte in die Simulation kann unterschiedliche realisiert werden. Bevorzugt erfolgt die Kommunikation zwischen einem derartigen Bediengerät und den SoftPLCs jedoch über den Prozesssimulator.A component of an automation system, in particular a ship automation system, are decentralized local operator panels (LOP). The integration of such operator panels in the simulation can be realized differently. However, the communication between such an operator panel and the SoftPLCs preferably takes place via the process simulator.
Bei einem in FIG 3 dargestellten Trainingssystem 30 wird als Vor-Ort-Bediengerät 31 das Originalgerät benutzt und der Prozesssimulationsrechner 22 ist mit dem Bediengerät 31 über ein zusätzliches Interface 32 mit einer Busschnittstelle, bei- spielsweise einer Profibusschnittstelle, gekoppelt. Der Prozesssimulationsrechner 22 steuert über das Interface 32 die ein- und ausgehenden Daten. Die Funktion und Bedienung des Bediengerätes 31 ist identisch mit dem Originalgerät.
Bei einem in FIG 4 dargestellten Trainingssystem 40 ist das Bediengerät in dem Prozesssimulationsrechner 22 nachgebildet und läuft auf einem separaten Rechner 41. Es wird hierbei die grundsätzliche Funktion des Bediengerätes im Prozesssimulati- onsrechner 22 nachgebildet. Das Bediengerät kann dann direkt auf die SoftPLCs im Emulationsrechner 23 zugreifen und die benötigten Daten direkt aus den Datenbausteinen der SoftPLCs auslesen. Zusätzlich kann das Bediengerät mit auf den Prozesssimulationsrechner 22 integriert werden.In a training system 30 shown in FIG. 3, the original device is used as the on-site operating device 31, and the process simulation computer 22 is coupled to the operating device 31 via an additional interface 32 with a bus interface, for example a Profibus interface. The process simulation computer 22 controls the incoming and outgoing data via the interface 32. The function and operation of the operating device 31 is identical to the original device. In a training system 40 shown in FIG. 4, the operating device is simulated in the process simulation computer 22 and runs on a separate computer 41. In this case, the basic function of the operating device is simulated in the process simulation computer 22. The HMI device can then access the SoftPLCs in the emulation computer 23 directly and read the required data directly from the data blocks of the SoftPLCs. In addition, the HMI device can be integrated with the process simulation computer 22.
Eine weitere, in FIG 5 dargestellte, Möglichkeit besteht darin, dass das Bediengerät in einem Trainingssystem 50 als graphische Bedienoberfläche auf einem separaten Rechner 51 nachgebildet ist. Das Erscheinungsbild für den Bediener ent- spricht vorzugsweise dem des Originalgerätes. Die Bedienung erfolgt über Eingabegeräte (z.B. einer Maus) oder direkt über einen Touchscreen. Die Funktionalität des Bediengerätes ist in einer Programmierhochsprache (z.B. JAVA oder C++) umgesetzt. Die Kommunikation mit dem Trainingssystem erfolgt über den Prozesssimulationsrechner 22 mittels UPD oder OPC.
A further possibility, illustrated in FIG. 5, is that the operating device is simulated in a training system 50 as a graphical user interface on a separate computer 51. The appearance for the operator preferably corresponds to that of the original device. Operation is via input devices (for example a mouse) or directly via a touch screen. The functionality of the HMI device is implemented in a programming language (for example JAVA or C ++). The communication with the training system takes place via the process simulation computer 22 by means of UPD or OPC.