JP2012524354A - 自動化システムを制御する安全コントローラおよびユーザプログラムを生成する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも一部が各自のデータバス・インターフェース(46)を有しており、前記データバス・インターフェース(46, 46’, 46’’, 46’’’, 46’’’’)はそれぞれデータを送受信するように設計されている複数の制御コンポーネント(26)と、データ交換のために前記各自のデータバス・インターフェース(46, 46’, 46’’, 46’’’, 46’’’’)を介して前記複数の制御コンポーネント(26, 28, 80, 82, 90, 92)が接続されているデータバス(34, 116)と、アソシエーションデータ(120)に基づいて確認され、さらに前記構成データ(58)はデータバス(34, 116)または少なくとも1つのデータバス・インターフェース(46)の少なくとも1つの特性を判定する構成データ(58)を受信するように設計されている構成インターフェース(124, 130, 136)とを有する。
【選択図】図3
Description
前記安全コントローラの好適な応用分野は、機械の安全性の分野における緊急停止押しボタン、両手コントローラ、防護ドアスイッチまたはライトグリッドのモニタリングである。前記センサは、たとえば、操作中に人または有形財に危険が生じる機械を保護するために用いられる。防護ドアが開いているとき、または緊急停止押しボタンが操作されるとき、それぞれの信号が生成されて、入力信号として安全コントローラに供給される。それに応答して、安全コントローラは次にアクチュエータを使用して危険が生じている機械の部分を停止させる。
本発明の安全コントローラおよび本発明の方法は、通信関係を構成するために必要な構成データを前に判定したアソシエーションデータに基づいて自動的に確認するという発想に基づくとともに、さらにその構成インターフェースを介して前記構成データを安全コントローラに送信するという発想に基づいている。この構成は、安全コントローラ用のユーザプログラムを書き込むために使用するコンピュータプログラム、または構成用に特別にセットアップされている別のコンピュータプログラムのいずれかによって自動的に達成される。構成の当初ガイドラインはユーザプログラムまたは、たとえばユーザプログラムを生成するために行われる入力から導かれる。この場合、その意図はユーザプログラムのプログラマに通信関係の構成に関係する入力を行わせることであるが、プログラマは実際に構成を行う必要はない。これは前記コンピュータプログラムによって自動的に行われる。以下、「個々の制御コンポーネント間の通信関係の構成」という言葉の代わりに、略して「通信関係の構成」という言葉を使用する。
構成データは、データ交換に関係するデータバスのプロパティと、データ交換に関係する制御コンポーネントに内蔵されているデータバス・インターフェースのプロパティとの両方を判定するのが好ましい。これらはいくらか同じであっても、またはいくらか異なったプロパティでもよい。
本発明の改良形態では、ユーザプログラムは複数のプログラムモジュールから構成され、アソシエーションデータはプログラムモジュール・アソシエーションデータを含み、プログラムモジュール・アソシエーションデータは多数のプログラムモジュール・アソシエーションを表し、プログラムモジュール・アソシエーションはそれぞれがどの制御コンポーネントにそれぞれのプログラムモジュールが対応付けられているかを定義する。
第1の側面によると、個々のプログラムモジュールは、プログラムモジュールひいては前記プログラムモジュールによってそれぞれ定義されるユーザプログラムのサブセクションがその場で処理されるように、個々の制御コンポーネントに対応付けられている。これにより、個々の制御コンポーネント間のデータ交換が減少する。これに関連して、その場(in situ)とは、プログラムモジュールがそれを処理するために必要なデータが利用できる場所で処理されることを意味する。例として、センサのすぐ近くにある制御ユニットでは、アクチュエータ用の作動信号を確認するための入力信号として必要なセンサ信号をいう。このアソシエーションにより応答時間が短縮する。プログラムモジュールは、ユーザプログラムのライタによって個々の制御コンポーネントに対応付けられるのが好ましい。
本発明の別の改良形態では、ユーザプログラムは複数の制御命令を含んでおり、アソシエーションデータは多数の処理アソシエーションを表す処理アソシエーションデータを含み、処理アソシエーションは、制御命令の少なくとも一部について、個々の制御命令のための処理の順番を定義する。
この改良形態はまず、データ生成制御命令およびデータ消費制御命令に関して異なる仕様を考慮できるという利点を有する。次に、この改良形態はデータのフローの提示が確実にすべての中間ステップを網羅する。総体的に、この改良形態により、通信関係の包括的ひいては最適な構成を行うことができる。
この改良形態は、設備のオペレータが安全コントローラに求められる制御応答を規定でき、この制御応答が安全コントローラの特定の設計とは当初は独立しているという利点を有する。したがって所望の制御応答が安全コントローラの詳細を決定する。このため、例として、安全コントローラの個々のコンポーネントはこれに基づいて選択される。さらに、これは安全コントローラのデータ交換に関するガイドラインを生成する。そのため、設備の所有者のガイドラインは制御コンポーネントの技術的な詳細によって遵守できる。構成データは不変の、つまりはっきり規定された制御パラメータ値に基づいて確認される。制御パラメータ値は、たとえば、ユーザプログラムの生成中に定義できる。あるいは、制御パラメータ値を後まで定義しないことも実行可能である。
別の改良形態では、考慮する制御パラメータは次の制御パラメータのうちの少なくとも1つであってもよい。すなわち、応答時間を表す第1制御パラメータ、サイクル時間を表す第2制御パラメータ、およびサンプリングレートを表す第3制御パラメータ。
応答時間は、安全コントローラの全体の応答時間であってもよい。あるいは、安全コントローラが生み出す個々の安全機能の応答時間であってもよい。このように、安全コントローラがモニタリングする個々の設備の部分について異なる応答時間を確立することが可能である。
別の改良形態では、構成データは多数のデータ処理特性図に基づいても確認される。
別の改良形態では、アソシエーションデータ、とくにプログラムモジュール・アソシエーションデータは、多数のデータ処理特性図に基づいて確認される。
構成データの冗長記憶は、各構成データを二重化することによって達成される。二重化された構成データはさらに、とくにオリジナルの構成データと二重化された構成データとをそれぞれ別々のデータメモリに記憶させるという条件で、データメモリに個別に分配する。この手段は安全コントローラの可用性を増大させ、そのため制御される設備の可用性を増大させる。たとえば、非安全関連の制御コンポーネントが故障した場合、そのデータメモリに記憶されていた構成データは、別のデータメモリにも記憶されているため、引き続き利用可能である。
この改良形態は、構成データの分配のために、安全コントローラに追加ユニットを設ける必要がないという利点を有する。構成データは安全コントローラにどんな形であれ存在しているデータメモリのうちの1つによって分配される。これにより、安全コントローラの安価な作成が可能になる。好ましくは、これは供給される構成データを少なくとも1つの他のデータメモリに転送する、または別のデータメモリに記憶されている構成データを要求するように設計されているデータメモリの少なくとも1つに関わる。これにより、構成データを個々のデータメモリにフレキシブルに分配できる。これはさらに、構成データをデータメモリに任意に分配することも可能にする。
この改良形態は、構成データを分配基準に従い目標を定めてデータバスおよびデータバス・インターフェースに割り当てることができるという利点を有する。構成データはその場で処理できるため、とくに応答時間が短縮される。
あるいは、たとえば、処理アソシエーションによって関係付けられている複数のデータ生成制御命令について、共通の有効期間を規定することも可能である。
待機時間データは、データ消費制御命令に関する。この場合も、データ消費制御命令ごとに個別の待機期間を定義するのが好ましい。有効時間データに関係するステートメントに従い、複数のデータ消費制御命令について共通の待機期間を規定することもできる。別の観点では、待機期間は、データ生成制御命令が別の制御命令で処理または消費されるデータを提供するのに必要な期間と考えることもできる。
データフレーム割当データは、イーサネット(登録商標)ベースのフィールドバス、とくに、出願人に属すると考えられるSafetyNet p(登録商標)通信モデルに基づいて機能するデータバスシステムの使用を可能にする。このようなデータバスシステムの場合、データバスに接続されている第1制御コンポーネントが複数のデータフィールドを有するデータフレームを生成する。他のすべての制御コンポーネントに、送信データを充填するべき少なくとも1つのデータフィールドが明確に割り当てられる。データフレームは、ある制御コンポーネントから次の制御コンポーネントに出力データフレームとして送られて、各制御コンポーネントは割り当てられているデータフィールドに送信データを充填する。最後の制御コンポーネントは、戻りデータフレームとしてデータフレームを一連の制御コンポーネントに返す。この場合、制御コンポーネントは戻りデータフレームのデータフィールドから関係のない送信データを読み取り、それぞれのデータフィールドは制御コンポーネントに個々に割り当てられている。
本発明の安全コントローラおよび本発明の方法を使用すると、通信関係を自動的に包括的に構成できる。これは、個々の制御コンポーネントの入力マップおよび出力マップを構成するステップと、個々の入力マップと個々の出力マップとを対応付けるステップと、制御コンポーネント、とくにそれぞれに内蔵されるデータバス・インターフェース、およびデータバスのための構成データを確認するステップとに関わる。
制御される設備で実行させるアプリケーションは、標準制御タスクおよび安全制御タスクの両方を含むプロセスということもできる。
本発明の実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に説明する。
設備10は複数の設備コンポーネント12を備える。この実施形態では、これは取付ステーション14、ハンドリングステーション16、テストステーション18、搬送ユニット20、および包装・パレット梱包ステーション22である。さらに、安全コントローラは全体を参照番号24で表される。
図2は、ハンドリングステーション16とそれに対応付けられている制御コンポーネントとをより詳細に示している。この場合、制御ユニット28’は、セーフティクリティカルなアプリケーションおよびプロセスを制御するために必要なフェイルセーフ性を得るために2チャンネルの冗長設計になっている。
非安全関連の制御命令である現行標準制御命令74の取り扱いは、第1非安全関連データ78を第1プロセッサ40とデータバス・インターフェース46との間で交換することに関わる。例として、第1プロセッサ40には、非安全関連センサ80’が生成する非安全関連制御入力信号48の瞬時値が供給される。非安全関連センサ80’は、たとえば、閉ループ駆動制御に必要なキャプチャ入力変数のようなセンサである。
「データ生成制御命令」または「データ消費制御命令」という言葉をしかるべきときに使用する場合、これはいずれの場合も、安全制御命令または標準制御命令のいずれを含んでもよい。
第1手順を第1矢印シーケンス122で示している。これは、構成データ58およびアソシエーションデータ120の両方を、たとえばケーブルで、コンピュータ110からこのために提供されている第1構成インターフェース124を介して制御ユニット28に配置されているデータメモリ52に転送することに関わる。この場合、分配ユニットは安全コントローラ24に配置されているデータメモリである。制御ユニット28に配置されているデータメモリ52は、データパケット56,56’,56’’,56’’’,56’’’’,118を、アソシエーションデータ120に含まれているプログラムモジュール・アソシエーションデータに従って個々のデータメモリ52,52’,52’’,52’’’,52’’’’およびデータバス・マネージャ116に分配する。このために、前記データメモリ52はそれに供給される構成データ58を、少なくとも1つの他のデータメモリまたはデータバス・マネージャ116に転送できるように設計されている。
グラフィカル・ユーザ・インターフェース150は、複数の所定の設備ソフトウェアコンポーネント154を図示記号の形で含む設備ソフトウェアコンポーネントフィールド152を含む。ユーザプログラムおよびひいてはプログラムデータは、複数の設備ソフトウェアコンポーネントを提供することによって書き込み/生成される。このために、グラフィカル・ユーザ・インターフェース150は第1コンポーネントフィールド156を含む。提供されるべき設備ソフトウェアコンポーネントが選択されて、矢印158で示すように第1コンポーネントフィールド156に転送される。そのため第1コンポーネントフィールド156は複数の提供される設備ソフトウェアコンポーネント160を含む。提供される設備ソフトウェアコンポーネント160の論理の組み合わせがコンポーネントのサブプログラムを書き込む。この目的のために、これら設備ソフトウェアコンポーネントの論理入力および論理出力は、複数の接続部162で示しているように互いに接続されている。所定の設備ソフトウェアコンポーネントの選択に加えて、新規設備ソフトウェアコンポーネント164で示すように、新たな設備ソフトウェアコンポーネントを書き込むことも可能である。個々のソフトウェアコンポーネントは、それ自体が別のソフトウェアコンポーネントを含んでいない要素コンポーネントとして知られるものであってもよい。あるいは、それ自体が別のソフトウェアコンポーネントを含むグループコンポーネントとして知られるものであってもよい。要素コンポーネントは複数のアスペクトブロックを含む。これらアスペクトブロックのそれぞれが複数の異なる制御アスペクトの1つに対応付けられており、これら制御アスペクトのそれぞれは安全コントローラの別々のサブアスペクトを表す。この場合、設備ソフトウェアコンポーネントは、設備ソフトウェアコンポーネントを表す設備コンポーネントにとって重要なすべてのアスペクトブロックを含む。要素コンポーネントと比較して、グループコンポーネントはアスペクトブロックの他に、要素コンポーネントまたはグループコンポーネントの形態であってもよいソフトウェアコンポーネントを追加で含む。グループコンポーネントの使用により、複数の階層レベルを有するユーザプログラムを書き込むことができる。提供される設備ソフトウェアコンポーネント160のそれぞれは、ユーザプログラム全体を構築するプログラムモジュールの1つを表す。好ましくは、様々な制御アスペクトは次の制御アスペクトであってもよい。つまり、標準制御アスペクト、安全制御アスペクト、診断アスペクト、視覚化アスペクト、エントリ制御アスペクト、冷却アスペクト、アクセス認証アスペクト、保守アスペクト、ロッキングアスペクト、手動操作アスペクトまたはデータ管理アスペクト。
これは、第1コンポーネントフィールド156に関連して説明されたコンポーネントのサブプログラムの生成と、アスペクトフィールド166に関連して説明されたアスペクトのサブプログラムの生成と、場合によってはアスペクトブロックに含まれている機能プログラムの生成とに関わる。さらなるステップにおいて、機能全体のアプリケーションはさらに、デバイス構成に、つまり制御ユニット、センサおよびアクチュエータである複数の制御コンポーネントに分割される。この場合、安全コントローラ内で個々の制御コンポーネント間でのデータ交換に必要な通信関係は自動的に確認される。
図5は単一の処理チェーンにおける2つの終了サイクル210,212を示しており、処理アソシエーションの順番を文字列aからxで示している。信号処理チェーンは、複数のユニットに関わる複数の制御命令を含む。これらのユニットは「I/O」で示される入出力機器、「PLC」で示される制御ユニット、および「NM SNET」で示されるデータバス・マネージャである。これらのユニットは異なる関連優先度を有し、最上位の優先度を「Prio1」で示し、最下位の優先度を「Prio3」で示している。優先度が「Prio3」より低いが、以下の考察では重要ではない別の制御命令は「アイドル」で示している。図5からわかるように、データバス・マネージャNM SNETはこの場合入出力機器によって提供されるデータを待たなければならない。制御ユニットは入出力機器およびデータバス・マネージャの両方を待たなければならない。入出力機器は、前の終了サイクルで制御ユニットが生成するデータを待つ。
この実施例では、制御ユニット28’’’’および入出力機器232は1つの物理的なユニットを形成するため、構成データは同期データを一切含んでいない。単一の処理チェーン用の考慮中のデータ生成制御命令およびデータ消費制御命令が安全コントローラ内の複数の制御コンポーネントに分割されている場合、ハンドリングアソシエーションデータに基づいて同期データも自動的に確認される。
そのため、アソシエーションデータに基づいて構成データを包括的に確認できる。
図6aおよび図6bに関連して説明するメカニズムは、ユーザプログラムのライタが制御ユニット28’’’の確定サイクル時間をいったん規定してしまうと、コンピュータプログラム114によって自動的に、つまりひとりでに実行される。制御ユニット28’’’と対話する他の制御コンポーネントからの構成データは、制御ユニット28’’’の確定サイクル時間に基づいて自動的に確認される。自明なことに、このメカニズムは、プログラムモジュールに含まれている制御命令など、他の制御命令に適用できる。そのため、構成データは個々のプログラムモジュールに合わせた方法で確認できる。あるいは、このメカニズムをユーザプログラム内のすべての制御命令に一度限り適用することも考えられる。
前述のメカニズムは、リアルタイムデータの送信に使用される通信関係を構成するために使用されるのが好ましい。
Claims (15)
- 実行させるユーザプログラムに従い自動化設備(10)を制御する安全コントローラであって、
制御コンポーネント(26)の少なくとも一部が各自のデータバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)を有し、前記データバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)がそれぞれデータを送受信するように設計されている、複数の制御コンポーネント(26)と、
データ交換のために、前記複数の制御コンポーネント(26,28,80,82,90,92)が前記各自のデータバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)を介して接続されているデータバス(34,116)と、
アソシエーションデータ(120)に基づいて確認され、前記データバス(34,116)および/または少なくとも1つのデータバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)の少なくとも1つの特性を判定する構成データ(58)を受信するように設計されている構成インターフェース(124,130,136)と、
を有する安全コントローラ。 - 前記ユーザプログラムは複数のプログラムモジュールから構築されており、前記アソシエーションデータはプログラムモジュール・アソシエーションデータを含み、前記プログラムモジュール・アソシエーションデータは多数のプログラムモジュール・アソシエーション(194,196)を表し、前記プログラムモジュール・アソシエーション(194,196)はそれぞれがどの制御コンポーネント(26)に前記各自のプログラムモジュールを対応付けるかを定義することを特徴とする、請求項1に記載の安全コントローラ。
- 前記ユーザプログラムは複数の制御命令(E1,E2,K1,K2)を含み、前記アソシエーションデータ(120)は処理アソシエーションデータを含み、前記処理アソシエーションデータは多数の処理アソシエーション(238,240,242,244)を含み、前記処理アソシエーション(238,240,242,244)は、前記制御命令(E1,E2,K1,K2)の少なくとも一部について、前記個々の制御命令(E1,E2,K1,K2)の処理の順番を定義することを特徴とする、請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の安全コントローラ。
- 前記複数の制御命令(E1,E2,K1,K2)は複数のデータ生成制御命令(E1,E2)と、複数のデータ消費制御命令(K1,K2)とを含み、前記処理アソシエーションデータの確認はデータ消費制御命令(K1,K2)が関わるかまたはデータ生成制御命令(E1,E2)が関わるかを考慮することを特徴とする、請求項3に記載の安全コントローラ。
- 前記構成データ(58)は多数の所定の制御パラメータ値にも基づいて確認されることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の安全コントローラ。
- 考慮される前記制御パラメータは、応答時間を表す第1制御パラメータ、サイクル時間を表す第2制御パラメータ、およびサンプリングレートを表す第3制御パラメータのうちの少なくとも1つであることを特徴とする、請求項5に記載の安全コントローラ。
- 前記構成データ(58)は多数のデータ処理特性図にも基づいて確認されることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の安全コントローラ。
- 前記アソシエーションデータ(120)、とくに前記プログラムモジュール・アソシエーションデータは、前記多数のデータ処理特性図に基づいて確認されることを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の安全コントローラ。
- 前記制御コンポーネント(26)の少なくとも一部は各自のデータメモリ(52,52’,52’’,52’’’,52’’’’)を有しており、前記データメモリ(52,52’,52’’,52’’’,52’’’’)のそれぞれがそれに供給される各自のデータを記憶するように設計されており、前記安全コントローラ(24)は分配ユニット(52,128)も有しており、前記分配ユニット(52,128)は前記データバス(34,116)を介して前記構成データ(58)の少なくとも一部を前記制御コンポーネント(26,28,80,82,90,92)の少なくとも一部に分配するように設計されていることを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の安全コントローラ。
- 前記構成データ(58)の少なくとも一部は前記データメモリ(52,52’,52’’,52’’’,52’’’’)に冗長的に記憶されていることを特徴とする、請求項9に記載の安全コントローラ。
- 前記分配ユニット(52,128)は前記データメモリ(52)のうちの1つであることを特徴とする、請求項9または請求項10に記載の安全コントローラ。
- 前記構成データ(58)は複数のデータブロック(56,56’,56’’,56’’’,56’’’’)に分割されており、少なくとも1つのデータブロック(118)は前記データバスに対応付けられ、前記残りのデータブロック(56,56’,56’’,56’’’,56’’’’)はそれぞれが前記データバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)のうちの少なくとも1つに対応付けられていることを特徴とする、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の安全コントローラ。
- 前記構成データ(58)は、
生成されるデータが有効な有効期間を表す有効期間データ、および/または
データ消費制御命令(K1,K2)がそれによって消費されることになるデータを待つ待機期間を表す待機期間データ、および/または
複数の制御命令(E1,E2,K1,K2)の基準である終了サイクル時間を表す終了サイクル時間データ、および/または
前記制御コンポーネント(26,28,80,82,90,92)を同期させることのできる同期データ、および/または
前記制御コンポーネント(26,28,80,82,90,92)のうちの少なくとも1つについて、それによって送信されることになるデータおよびそれによって受信されることになるデータのために前記制御コンポーネント(26,28,80,82,90,92)に割り当てられる前記データバス(34,116)のために規定されるデータフレーム内のデータフィールドを定義する多数のデータフレーム割当を表す、データフレーム割当データを、
含むことを特徴とする、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の安全コントローラ。 - 安全コントローラ(24)が複数の制御コンポーネント(26)から構築されて、データバス(34,116)を含んでおり、前記制御コンポーネント(26)の少なくとも一部が各自のデータバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)を有しており、前記データバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)はそれぞれデータを送受信するように設計されており、前記複数の制御コンポーネント(26,28,80,82,90,92)はデータ交換のために前記各自のデータバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)を介して前記データバス(34,116)に接続されている、その上で実行させるユーザプログラムに従って自動化設備(10)を制御するように設計されている前記安全コントローラ(24)のためのユーザプログラムを生成する方法であって、前記方法は、
アソシエーションデータ(120)を確認するステップと、
構成データ(58)は前記データバス(34,116)および/または少なくとも1つのデータバス・インターフェース(46,46’,46’’,46’’’,46’’’’)の少なくとも1つの特性を判定する、前記アソシエーションデータ(120)に基づいて前記構成データ(58)を確認するステップと、
を含む方法。 - コンピュータプログラム(114)をコンピュータ(110)上で実行したときに、請求項14の方法を行うためのプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
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