WO2000072097A2 - Verfahren zur erzeugung eines steuerbausteins und steuerbaustein - Google Patents

Verfahren zur erzeugung eines steuerbausteins und steuerbaustein Download PDF

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WO2000072097A2
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Helmut Simmerer
Bernd Lenhart
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for generating a control module of a process control system for controlling a system component and a control module produced by the method.
  • a digital control system in particular.
  • a system component is, for example, a valve or a motor.
  • a single system component usually interacts with a large number of other system components, and its operating state depends on the operating states of the other system components.
  • the control system With the help of the control system, the operating conditions are monitored and the system is controlled automatically or manually.
  • the data of the various system components is recorded and linked. Based on this data, a control command is then transmitted from the process control system to the respective system component, either based on a manual input command from the plant operating personnel or automatically.
  • control or function block is generally used in the control system, with which the individual data are recorded, evaluated and, if necessary, forwarded after their preparation.
  • control or function blocks are very extensive and complex. As the complexity increases, the internal functional processes of the individual control modules become less and less comprehensible. Due to the diverse interactions that must be observed, the creation of the control module is also very complex and therefore time-consuming. There is also the risk that errors will occur during the design and programming of the control module that are not recognized.
  • the invention has for its object to provide a method for generating a control module, in which the control module can be created with as little error as possible and has a simple structure that is easy to understand by the user. Furthermore, the invention is based on the object of specifying a control module produced by the method. According to the invention is assembled in the method for producing egg ⁇ nes control module of a process control system for controlling a plant component of the control module from a plurality of program modules, which a basic function formed for each case, and of which each program module represented by the respective basic function has a clearly defined interface with a specific interface type.
  • a first program module with a first interface is assigned to a second program module with a second interface, and a functional connection between the first and the second program module is only established if the first and the second interface have the same interface type, that is to say are compatible with one another .
  • a first essential aspect of the idea on which this is based is to break down the complex overall functionality of the control module into individual elementary basic functions, a separate program module being provided for each of these basic functions. Due to this modular structure of the functional sequences in the control module, its structure as a whole is very clear and can be easily surveyed by a user.
  • each program module has an interface clearly assigned to its basic function.
  • the first program module can therefore only be connected to the second program module if its interface is designed to be coupled to the basic function of the first program module.
  • Each basic function is assigned a specific interface that clearly differs from all other interfaces of the other basic functions. This ensures that only those program modules can be connected that are designed for a mutual functional connection.
  • the control module is composed of the individual program modules by an Therefore, errors that lead to a malfunction of the function of the control module are excluded.
  • the control module can thus be created in a simple manner.
  • control module is also understood to mean changes that have to be made to an already existing control module, for example, due to plant-specific requirements.
  • the main advantage of the method is that the necessary changes can be made simply by specifically selecting the program module to be changed.
  • the program module can either be changed or replaced by a system-specific program module.
  • the basic function of at least one of the program modules is preferably composed of a number of subfunctions in order to increase the clarity.
  • a “command formation *” control module is provided, in which the data coming in from different components is recorded, processed and evaluated.
  • the subfunctions are appropriately assigned to the different components.
  • the at least one program module has a number of interfaces that is the same as the number of subfunctions, each individual one of these interfaces being uniquely defined by the subfunction.
  • the program module “instruction formation ⁇ ” would therefore have a number of special interfaces. For example, it has an interface A for detecting the
  • Data from a device A and a further interface B ⁇ for collecting the data B from a device B can only be transmitted to the program module via the type A interface provided for it.
  • the functional connection between two program modules can therefore be compared to the connection of two pieces of the puzzle den:
  • Each piece of the puzzle has a certain geometric shape with bulges and recesses, into which only the corresponding counterpart can be inserted. It is not possible to join two puzzle pieces that do not belong together.
  • a program module divided into several subfunctions can be compared to a piece of a puzzle to which several other pieces of the puzzle can be added at the same time.
  • the interfaces of the program modules therefore represent the bulges and recesses at the program level.
  • the individual program modules are preferably selected from a library in order to generate the control module as simply and quickly as possible.
  • the library is, for example, a data store in which a large number of program modules with different functions are stored.
  • control module In order to provide the control module with only those functions that are required in the specific system, the necessary functionality of the control module is specified and the required program modules are selected on the basis of this specification.
  • the functionality is preferably specified by input from the user, specifically the functionality is queried by the user in the form of a query routine.
  • a screen-controlled dialog with the user is provided, in which the user is queried about the system components provided for the system.
  • the user enters the specifications of the respective system component in a corresponding dialog box.
  • the input of the user is preferably subjected to a plausibility check in order to prevent malfunctions from occurring in the assembled control module. If the plausibility check makes it necessary, such a program module is automatically selected, one for the Functionality of the control module has an essential basic function, but was not specified by the user.
  • the control module is composed of the program modules based on predetermined rules and in particular automatically.
  • a first rule is, for example, that a program module M is automatically selected when a program module N has been selected, or that the program module M is excluded when program module N has been selected.
  • a second rule can be seen in the fact that only interfaces with mutually adapted attributes are connected to each other. For example, the type and number of inputs and outputs of an interface and the data format of the data to be exchanged between two program modules are compared when two program modules are connected.
  • a third rule requires, for example, that an input module, via which inputs are transmitted to the control module, requires an output module, via which data is output from the control module.
  • a fourth rule can require that certain processing sequences of sequence processes, which are predetermined by causalities, be adhered to.
  • the program modules with their function-specific interfaces are an essential basis for the assembly of the control module based on fixed rules. They are particularly advantageous for automatic assembly. With automatic assembly, the user only has to enter the plant-specific data. The necessary overall functionality of the control module is determined on the basis of these inputs; the corresponding program modules are automatically selected and put together. The automatic generation of the control module saves a great deal of time compared to the manual generation of the control module. In addition, user-specific errors are excluded. At least the internal interfaces which are only effective within the control module are preferably standardized such that the data exchange between the program modules via these internal interfaces is unaffected by changes to the internal program sequence of a program module. The advantage of standardizing the interfaces is that the necessary plant-specific adaptations to individual program modules can be made easily. There is no danger that such changes will have a negative impact on the functional interaction of the individual program modules.
  • control module also has external interfaces via which it is connected to external components, for example to another control module, to the system component or also to a data line.
  • a device-specific device module is preferably selected as the program module.
  • the device module has, in particular, a device-specific interface; it is designed as a type of driver or communication module which enables the control module to communicate with the system component.
  • control module this is produced according to the invention using the method described above.
  • control module the same advantages and special configurations apply mutatis mutandis as with regard to the method.
  • 1 shows a control module composed of individual program modules
  • 2 shows a device-technical arrangement for performing the method for generating the control module
  • FIG. 3 shows a roughly simplified block diagram of a system.
  • a control module 1 has a plurality of program modules P1 to P10 which are functionally connected to one another.
  • the control module 1 is designed to control a system component 2, for example to control the drive of a motor.
  • the basic functions of the program modules P1, P2 and P3 are subdivided into several subfunctions, each of which is indicated by dashed lines. Only a single basic function is assigned to the remaining program modules P4 to P10.
  • the program modules P1 to P3 have several interfaces, and the program modules P4 to P10 each have only one interface.
  • the designation of the interfaces in FIG. 1 is explained further below. The definition of each
  • Interfaces are determined by the special basic function or the subfunction of the program module. For this purpose, certain interfaces are assigned to the interfaces, for example the type and number of inputs or outputs, the data format via which the program modules P1 to P10 communicate with one another, or also a data address assigned to the program module.
  • the program module Pl has, for example, the function “priorities and command formation *” as a basic function. This basic function is divided into several subfunctions. One of these is used to process operating commands. An interface PIA of the program module PI is assigned to this subfunction, via which it is connected to the program module P4 with the basic function “operating commands *”. For this purpose, the program module P4 has an interface P4A that matches the interface PIA. The two interfaces P4A and PIA have mutually corresponding attributes so that they are compatible with each other.
  • Each program module P1 to P10 is therefore assigned an interface type that is uniquely defined by the attributes of the respective basic or subfunction.
  • the interface types which can be clearly distinguished from one another are designated in FIG. 1 with letters A to N, the same letters denoting the same interface type. Interfaces with the same interface type refer to interfaces that have mutually corresponding attributes.
  • a type A interface PIA of the program module P1 can therefore only functionally connect to a corresponding type A interface P4A of another program module, for example the program module P4.
  • the program module P5 has an interface P5B which is designed for the functional connection with the corresponding interface P1B of the program module P1. Since the interface types A and B differ, the program module P5 with its interface P5B cannot be connected to the interface PIA. The same applies to all other program modules.
  • the program module P6 has, for example, the basic function “protection commands *, via which commands for protecting the system components are processed.
  • the associated type D interface like all other interfaces, has an output and an input.
  • the program module P2 has the basic function "Storage *" and is used to save commands before they are issued to the outside.
  • the command is issued via the program module P7 with the basic function "command output *.
  • the two program modules P2 and P7 are connected via the interface combination P2N - P7N.
  • the control module 1 for controlling the system component 2 is connected to the latter via the program module P7.
  • the program module P7 is designed in particular as a device-specific device module. It therefore prepares the commands issued by the program module P2 so that they can be executed by the system component 2. Its P2N interface can therefore be understood as an external interface to the specific device module.
  • the device module P7 thus ensures communication between the control module 1 and the system component 2. If the system component 2 is replaced, only the device module P7 needs to be adapted to the new system component 2, or the old device module P7 only needs to be replaced by a new one . The internal processes in control module 1 remain unaffected.
  • the commands are preferably output to a data bus 4 via the device module P7.
  • the commands are transmitted to the system component 2 via this data bus 4.
  • the data bus 4 is designed, for example, as a field bus, via which several different system components 2 are connected to one another.
  • the program module P3 has the basic function "capture messages *. In addition to recording messages from system components 2, it also serves to monitor them. It is connected to the program module Pl and the program module P2 for data exchange. In addition, it has interfaces P3K, P3L and P3M, via which it is connected to the program modules P8, P9 and P10.
  • the program module P8 has, for example, the basic function “recording feedback * and the program module P9 has the basic function“ recording switchgear *.
  • the feedback for example from the system component 2 is processed via the program module P8.
  • the messages from a switchgear 6 are processed.
  • the program module P10 is used, for example, to monitor and control at least one control lamp 8 of an operating or control screen 24 which can be viewed by the operator (cf. FIG. 3).
  • the program module P10 has the basic function “lamps *.
  • the internal program sequences of the individual program modules Pl to P10 are self-contained and do not interact directly with the internal program sequences of other program modules.
  • the individual program modules P1 to P10 can therefore be described as non-reactive. They only communicate with each other via their standardized interfaces. A change in the internal program flow of a program module P1 to P10 does not affect the interface function.
  • the functionality of the control module 1 is preferably first defined. This is done in particular through a dialog or a query with the user.
  • a computer unit 10 is provided, which is connected to an input device 12, a display device 14 and a data memory forming a library 16.
  • a query routine is stored in the computer unit 10, in the course of which the user checks the desired functionality of the control module 1. is asked.
  • the user can communicate with the computer unit 10 via the display device 14, for example via a screen, and via the input device 12, for example via a keyboard.
  • a query or input mask is displayed on the display device 14, via which the user is prompted for input and for the definition of system-specific features. The user inputs the features via the input device 12.
  • the computer unit 10 On the basis of the overall functionality of the control module 1, which is determined on the basis of the user's input, the computer unit 10 automatically selects the necessary program modules from the library 16 and links them on the basis of the rules likewise stored in the computer unit 10. The applicant's entries are subjected to a plausibility check.
  • the computer unit 10 is designed in such a way that it recognizes incorrect or inadequate inputs and responds accordingly, for example by an error message or a new query.
  • Program modules that are necessary for the desired overall functionality of the control module 1, but have not been entered by the user, are automatically selected by the computer unit 10 from the library 16.
  • the library 16 comprises a large number of individual program modules for different requirements, so that the need to program a program module is avoided as far as possible in order to generate a special control module 1 adapted to a specific system component.
  • a plant 18, for example a plant for power generation has a control room 20 and a number of plant components 2A, 2B, only two of which are shown. These system components 2A, 2B and the control room 20 are connected to a control system 22 which has the control module 1 for controlling one of the system components 2A, 2B.
  • the leading technical system 22 connected to the system components 2A, 2B via a data bus 4.
  • the control room 20 has an operating or control screen 24, which comprises a number of control lamps 8.
  • the system 18 can be controlled and monitored via the control room 20.
  • control module 1 It is essential for the method for generating the control module 1 that the overall functionality of the control module 1 is divided into several basic and subfunctions, and that each basic function is processed by a program module P1 to P10.
  • the program modules P1 to P10 each have interfaces which are clearly defined by the basic or subfunctions and which can be distinguished from one another by interface types A to N. Due to the modular structure and the clearly defined interfaces, a rule-based and automatic generation of the control module 1 is possible in particular.

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Abstract

Bei dem Verfahren zur Erzeugung des Steuerbausteins (1) wird der Steuerbaustein (1) aus einer Anzahl von Programmodulen (P1 bis P10) zusammengesetzt, die für jeweils eine Grundfunktion ausgebildet sind. Jedes Programmodul (P1 bis P10) weist dabei eine Schnittstelle mit einem durch die jeweilige Grundfunktion eindeutig festgelegten Schnittstellentyp (A bis N) auf. Eine Funktionsverbindung zwischen zwei Programmodulen (P1, P4) wird nur dann aufgebaut, wenn die beiden Programmodule zueinander korrespondierende Schnittstellen (P1A, P4A) mit gleichem Schnittstellentyp (A) aufweisen. Das Verfahren erlaubt ein einfaches, schnelles und insbesondere ein auf Regeln basierendes automatisches Erzeugen des Steuerbausteins (1) eines leittechnischen Systems (22) für die Steue-rung einer Anlagenkomponente (2).

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erzeugung eines Steuerbausteins und Steuerbaustein
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Steuerbausteins eines leittechnischen Systems für die Steuerung einer Anlagenkomponente sowie einen durch das Verfahren hergestellten Steuerbaustein.
In einer industriellen Anlage, beispielsweise in einer Anlage zur Energieerzeugung, sind einzelne Anlagenkomponenten über ein insbesondere digitales leittechnisches System (Prozeßleitsystem) miteinander verbunden. Eine solche Anlagenkompo- nente ist beispielsweise ein Ventil oder ein Motor. Eine einzelne Anlagenkomponente steht dabei in der Regel in Wechselwirkung mit einer Vielzahl von weiteren Anlagenkomponenten, und ihr Betriebszustand ist abhängig von den Betriebszustän- den der weiteren Anlagenkomponenten. Mit Hilfe des leittech- nischen Systems werden die Betriebszustände überwacht, und die Anlage wird automatisch oder von Hand gesteuert. Zum Betrieb der Anlage ist es notwendig, daß die Daten der verschiedenen Anlagenkomponenten erfaßt und miteinander in Verbindung gesetzt werden. Ausgehend von diesen Daten wird dann, entweder basierend auf einem manuellen Eingabebefehl des Bedienpersonals der Anlage oder automatisch, ein Steuerbefehl vom Prozeßleitsystem an die jeweilige Anlagenkomponente übermittelt.
Für die Steuerung einer Anlagenkomponente wird im leittechnischen System in der Regel ein sogenannter Steuer oder Funktionsbaustein verwendet, mit dem die einzelnen Daten erfaßt, ausgewertet und nach ihrer Aufbereitung gegebenenfalls weitergeleitet werden.
Aufgrund der vielfältigen Wechselwirkungen der Anlagenkomponenten untereinander und der damit verbundenen umfangreichen Datenmengen sind die Steuer- oder Funktionsbausteine sehr umfangreich und komplex aufgebaut. Mit zunehmender Komplexität werden die internen Funktionsabläufe des einzelnen Steuerbausteins immer weniger nachvollziehbar. Aufgrund der vielfältigen Wechselwirkungen, die zu beachten sind, ist die Erstellung des Steuerbausteins ebenfalls sehr komplex und damit zeitaufwendig. Zudem besteht die Gefahr, daß bei der Konzeption und der Programmierung des Steuerbausteins Fehler auftreten, die nicht erkannt werden.
Aber auch eine Anpassung eines bestehenden Steuerbausteins an eine spezielle Anlage erfordert eine Vielzahl von Einstellungen und Parametereingaben. Erst dann kann der vorhandene Steuerbaustein in das Prozeßleitsystem der speziellen Anlage integriert werden. Die komplexen Abhängigkeiten innerhalb des Steuerbausteins und seine Funktionen können von einem Anwender nur schwer überschaut werden. Der Änderungsaufwand am bestehenden Steuerbaustein ist daher sehr hoch und zeitaufwendig. Die Auswirkungen von Änderungen am Steuerbaustein, also an bestimmten Schaltungen oder Programmabläufen, sind zudem nur schwer vorherzusehen. Der Steuerbaustein wird oftmals auch nicht optimal eingesetzt, so daß einige seiner Funktionen ungenutzt bleiben. Meist sind Steuerbausteine absichtlich mit sehr vielen Funktionen ausgestattet, um möglichst viele Anforderungen abdecken zu können. Dies erfordert eine hohe Rechenleistung, selbst wenn für eine spezielle Anlage die Vielzahl der Funktionen nicht notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines Steuerbausteins anzugeben, bei dem der Steuerbaustein mit geringem Aufwand möglichst fehlerfrei erstellt werden kann und einen einfachen, vom Anwender überschaubaren Aufbau aufweist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen nach dem Verfahren hergestellten Steuerbau- stein anzugeben. Gemäß der Erfindung wird bei dem Verfahren zur Erzeugung ei¬ nes Steuerbausteins eines leittechnischen Systems für die Steuerung einer Anlagenkomponente der Steuerbaustein aus einer Anzahl von Programmodulen zusammengesetzt, die für je- weils eine Grundfunktion ausgebildet sind, und von denen jedes Programmodul eine durch die jeweilige Grundfunktion eindeutig festgelegte Schnittstelle mit einem bestimmten Schnittstellentyp aufweist. Dabei wird ein erstes Programmodul mit einer ersten Schnittstelle einem zweiten Programmodul mit einer zweiten Schnittstelle zugeordnet, und es wird eine Funktionsverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Programmodul nur dann hergestellt, wenn die erste und die zweite Schnittstelle den gleichen Schnittstellentyp aufweisen, also miteinander kompatibel sind.
Ein erster wesentlicher Aspekt der hier zugrundeliegenden Idee besteht darin, die komplexe Gesamtfunktionalität des Steuerbausteins in einzelne elementare Grundfunktionen aufzugliedern, wobei für jede einzelne dieser Grundfunktionen ein eigenes Programmodul vorgesehen ist. Durch diesen modularen Aufbau der Funktionsabläufe im Steuerbaustein ist dessen Aufbau als Ganzes sehr übersichtlich und kann von einem Anwender leicht überblickt werden.
Ein zweiter wesentlicher Aspekt der hier zugrundeliegenden Idee ist darin zu sehen, daß jedes Programmodul eine seiner Grundfunktion eindeutig zugeordnete Schnittstelle aufweist. Das erste Programmodul kann mit dem zweiten Programmodul also nur dann verbunden werden, wenn dessen Schnittstelle zur An- kopplung an die Grundfunktion des ersten Programmoduls ausgebildet ist. Jeder Grundfunktion ist eine spezifische Schnittstelle zugeordnet, die sich von allen anderen Schnittstellen der anderen Grundfunktionen eindeutig unterscheidet. Dadurch ist gewährleistet, daß nur solche Programmodule miteinander verbunden werden können, die für eine gegenseitige Funktionsverbindung ausgelegt sind. Bei der Zusammensetzung des Steuerbausteins aus den einzelnen Programmodulen durch einen An- wender sind daher Fehler, die zu einer Störung der Funktionsweise des Steuerbausteins führen, ausgeschlossen. Damit kann der Steuerbaustein in einfacher Weise erstellt werden.
Unter Erstellung oder Erzeugung des Steuerbausteins werden hier auch Änderungen verstanden, die beispielsweise aufgrund von anlagenspezifischen Anforderungen an einem bereits bestehenden Steuerbaustein vorgenommen werden müssen. Der wesentliche Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß die notwendigen Änderungen durch gezielte Auswahl des zu ändernden Programmoduls einfach vorgenommen werden können. Dabei kann das Programmodul entweder geändert oder durch ein anlagenspezifi- sches Programmodul ersetzt werden.
Bevorzugt ist die Grundfunktion zumindest eines der Programmodule aus einer Anzahl von Subfunktionen zusammengesetzt, um die Übersichtlichkeit zu erhöhen. Beispielsweise ist ein Steuerbaustein „Befehlsbildung* vorgesehen, in dem die von unterschiedlichen Komponenten eingehenden Daten erfaßt, bear- beitet und ausgewertet werden. Die Subfunktionen sind in zweckdienlicher Weise den verschiedenen Komponenten zugeordnet .
Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn das zumindest eine Pro- grammodul eine der Anzahl der Subfunktionen gleiche Anzahl von Schnittstellen aufweist, wobei jede einzelne dieser Schnittstellen durch die Subfunktion eindeutig festgelegt ist. Das genannte Programmodul „Befehlsbildungλ würde also eine Anzahl von speziellen Schnittstellen aufweisen. Bei- spielsweise weist es eine Schnittstelle A zum Erfassen der
Daten aus einem Gerät A und eine weitere Schnittstelle BΛ zum Erfassen der Daten B aus einem Gerät B auf. Dabei können die Daten vom Gerät A nur über die für sie vorgesehene Schnittstelle des Typs A an das Programmodul übermittelt werden.
Die Funktionsverbindung zwischen zwei Programmodulen kann daher mit der Verbindung von zwei Puzzlestücken verglichen wer- den: Jedes Puzzlestück hat eine bestimmte geometrische Form mit Auswölbungen und Ausnehmungen, in die nur das entsprechende Gegenstück eingefügt werden kann. Ein Zusammenfügen zweier nicht zusammengehörender Puzzleteile ist nicht möglich. Ein in mehrere Subfunktionen aufgeteiltes Programmodul ist mit einem Puzzlestück zu vergleichen, an das gleichzeitig mehrere andere Puzzlestücke angefügt werden können. Die Schnittstellen der Programmodule stellen daher auf programmtechnischer Ebene die Auswölbungen und Ausnehmungen dar.
Für ein möglichst einfaches und rasches Erzeugen des Steuerbausteins werden die einzelnen Programmodule bevorzugt aus einer Bibliothek ausgewählt. Die Bibliothek ist beispielsweise ein Datenspeicher, in dem eine Vielzahl von Programmo- dulen mit unterschiedlichen Funktionen abgelegt sind.
Um den Steuerbaustein möglichst nur mit denjenigen Funktionen auszustatten, die in der spezifischen Anlage erforderlich sind, wird die notwendige Funktionalität des Steuerbausteins vorgegeben, und die erforderlichen Programmodule werden anhand dieser Vorgabe ausgewählt.
Die Funktionalität wird bevorzugt durch eine Eingabe des Anwenders vorgegeben, und zwar wird die Funktionalität insbe- sondere in Form einer Abfrageroutine vom Anwender abgefragt. Hierzu ist beispielsweise ein bildschirmgesteuerter Dialog mit dem Anwender vorgesehen, bei dem der Anwender über die für die Anlage vorgesehenen Anlagenkomponenten abgefragt wird. Der Anwender gibt hierzu in ein entsprechendes Dialog- feld die Spezifikationen der jeweiligen Anlagenkomponente ein.
Die Eingabe des Anwenders wird bevorzugt einer Plausibili- tätsprüfung unterzogen, um zu verhindern, daß beim zusammen- gesetzten Steuerbaustein Funktionsstörungen auftreten. Falls es die Plausibilitätsprüfung erforderlich macht, wird ein solches Programmodul automatisch ausgewählt, das eine für die Funktionalität des Steuerbausteins wesentliche Grundfunktion aufweist, die aber vom Anwender nicht vorgegeben wurde.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Steu- erbaustein aus den Programmodulen, basierend auf vorgegebenen Regeln und insbesondere automatisch, zusammengesetzt. Eine erste Regel besteht beispielsweise darin, daß ein Programmodul M automatisch ausgewählt wird, wenn ein Programmodul N ausgewählt wurde, oder auch, daß das Programmodul M ausge- schlössen ist, wenn Programmodul N ausgewählt wurde. Eine zweite Regel ist darin zu sehen, daß nur Schnittstellen mit einander angepaßten Attributen miteinander verbunden werden. Beispielsweise wird hierzu die Art und Anzahl der Eingänge und Ausgänge einer Schnittstelle sowie das Datenformat der auszutauschenden Daten zwischen zwei Programmodulen beim Verbinden zweier Programmodule abgeglichen. Eine dritte Regel verlangt beispielsweise, daß ein Eingabemodul, über das Eingaben an den Steuerbaustein übermittelt werden, ein Ausgabe- odul erfordert, über das Daten vom Steuerbaustein ausgegeben werden. Und eine vierte Regel kann verlangen, daß bestimmte, durch Kausalitäten vorgegebene Bearbeitungsreihenfolgen von Ablaufprozessen eingehalten werden.
Die Programmodule mit ihren funktionsspezifischen Schnitt- stellen sind eine wesentliche Grundlage für das auf festen Regeln basierende Zusammensetzen des Steuerbausteins. Insbesondere für das automatische Zusammensetzen sind sie von großem Vorteil. Beim automatischen Zusammensetzen muß der Anwender nur die anlagenspezifischen Daten eingeben. Anhand dieser Eingaben wird die notwendige Gesamtfunktionalität des Steuerbausteins ermittelt; die entsprechenden Programmodule werden automatisch ausgewählt und zusammengesetzt. Die automatische Erzeugung des Steuerbausteins bietet eine sehr große Zeitersparnis im Vergleich zur manuellen Erzeugung des Steuerbau- steins. Zudem sind anwenderspezifische Fehler ausgeschlossen. Bevorzugt sind zumindest die nur innerhalb des Steuerbausteins wirksamen internen Schnittstellen derart standardisiert, daß der Datenaustausch zwischen den Programmodulen über diese internen Schnittstellen von Änderungen am internen Programmablauf eines Programmoduls unbeeinflußt ist. Der Vorteil der Standardisierung der Schnittstellen liegt darin, daß notwendige anlagenspezifische Anpassungen an einzelne Programmodule ohne weiteres vorgenommen werden können. Dabei besteht keine Gefahr, daß solche Änderungen sich auf das funk- tionelle Zusammenwirken der einzelnen Programmodule untereinander negativ auswirken.
Neben den internen weist der Steuerbaustein auch externe Schnittstellen auf, über die er mit externen Komponenten ver- bunden ist, beispielsweise mit einem weiteren Steuerbaustein, mit der Anlagenkomponente oder auch mit einer Datenleitung.
Zum externen Datenaustausch des Steuerbausteins mit der Anlagenkomponente wird als Programmodul vorzugsweise ein geräte- spezifisches Gerätemodul ausgewählt. Das Gerätemodul weist insbesondere eine gerätespezifische Schnittstelle auf; es ist als eine Art Treiber- oder Kommunikationsmodul ausgestaltet, welches die Kommunikation des Steuerbausteins mit der Anlagenkomponente ermöglicht.
Zur Lösung der auf den Steuerbaustein bezogenen Aufgabe wird dieser gemäß der Erfindung nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Im Hinblick auf den Steuerbaustein gelten sinngemäß die gleichen Vorteile und besonderen Ausgestaltun- gen wie im Hinblick auf das Verfahren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in sche- matischer Darstellung:
FIG 1 einen aus einzelnen Programmodulen zusammengesetzten Steuerbaustein, FIG 2 eine gerätetechnische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung des Steuerbausteins und
FIG 3 ein grob vereinfachtes Blockbild einer Anlage.
Gemäß Figur 1 weist ein Steuerbaustein 1 mehrere Programmodule Pl bis P10 auf, die miteinander in Funktionsverbindung stehen. Der Steuerbaustein 1 ist zur Steuerung einer Anla- genkomponente 2, beispielsweise zur Antriebssteuerung eines Motors, ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel sind die Grundfunktionen der Programmodule Pl, P2 und P3 in mehrere Subfunktionen unterteilt, die jeweils durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Den restlichen Programmodulen P4 bis P10 ist jeweils nur eine einzige Grundfunktion zugeordnet.
Die Programmodule Pl bis P3 besitzen mehrere Schnittstellen, und die Programmodule P4 bis P10 besitzen jeweils nur eine Schnittstelle. Die Bezeichnung der Schnittstellen in Figur 1 wird weiter unten erläutert. Die Definition der einzelnen
Schnittstellen ist durch die spezielle Grundfunktion oder die Subfunktion des Programmoduls festgelegt. Den Schnittstellen werden hierzu bestimmte programmtechnische Attribute zugewiesen, wie beispielsweise die Art und die Anzahl der Ein- oder Ausgänge, das Datenformat, über das die Programmodule Pl bis P10 miteinander kommunizieren, oder auch eine dem Programmodul zugeordnete Datenadresse.
Das Programmodul Pl besitzt beispielsweise als Grundfunktion die Funktion „Prioritäten und Befehlsbildung* . Diese Grundfunktion ist in mehrere Subfunktionen unterteilt. Eine hiervon dient der Verarbeitung von Bedienbefehlen. Dieser Subfunktion ist eine Schnittstelle PIA des Programmoduls Pl zugeordnet, über die dieses mit dem Programmodul P4 mit der Grundfunktion „Bedienbefehle* in Verbindung steht. Hierzu weist das Programmodul P4 eine zu der Schnittstelle PIA passende Schnittstelle P4A auf. Die beiden Schnittstellen P4A und PIA haben die zueinander korrespondierenden Attribute, so daß sie miteinander kompatibel sind.
Jedem Programmodul Pl bis P10 ist also ein der jeweiligen Grund- bzw. Subfunktion eindeutig durch die Attribute festgelegter Schnittstellentyp zugeordnet. Die untereinander eindeutig unterscheidbaren Schnittstellentypen sind in Figur 1 mit Buchstaben A bis N bezeichnet, wobei gleiche Buchstaben den gleichen Schnittstellentyp bezeichnen. Unter Schnittstellen mit gleichem Schnittstellentyp werden hierbei Schnittstellen bezeichnet, die zueinander korrespondierende Attribute aufweisen. Eine Typ-A-Schnittstelle PIA des Programmoduls Pl kann also nur mit einer korrespondierenden Typ-ASchnittstelle P4A eines anderen Programmoduls, beispielsweise des Programmoduls P4, in Funktionsverbindung treten. Gleiches gilt für das Programmodul P5 mit der Grundfunktion „Automa- tikbefehle* , über das automatisch vom Prozeßleitsystem veran- laßte Befehle gebildet und ausgegeben werden. Das Programmodul P5 weist eine Schnittstelle P5B auf, die für die Funkti- onsverbindung mit der korrespondierenden Schnittstelle P1B des Programmoduls Pl ausgebildet ist. Da sich die Schnittstellentypen A und B unterscheiden, kann das Programmodul P5 mit seiner Schnittstelle P5B nicht mit der Schnittstelle PIA verbunden werden. Analoges gilt für alle weiteren Programmo- dule.
Es ist nicht erforderlich, daß an jeder Schnittstelle PIA bis P1H des Programmoduls Pl ein Programmodul angeschlossen ist. Je nachdem, welche Funktionalität der Steuerbaustein 1 insge- samt aufweisen muß, können einige Subfunktionen des Programmoduls Pl unbenutzt bleiben. Einige Schnittstellen, im Ausführungsbeispiel sind dies die Schnittstellen P1C und P1E, bleiben dann unbelegt. Sie sind beispielsweise zur Kommunikation mit einem weiteren Steuerbaustein ausgebildet, und an ihnen kann nachträglich ohne Probleme ein zur Kommunikation mit dem weiteren Steuerbaustein ausgebildetes Programmodul angeschlossen werden. Die Schnittstellen P1C und P1E sind da- her als externe Schnittstellen anzusehen, die im Steuerbaustein 1 keine Innenwirkung entfalten.
Das Programmodul P6 besitzt beispielsweise die Grundfunktion „Schutzbefehle*, über die Befehle zum Schutz der Anlagenkomponente verarbeitet werden. Die zugehörige Schnittstelle des Typs D weist ebenso wie in der Regel alle anderen Schnittstellen einen Aus- und einen Eingang auf. Das Programmodul P2 besitzt die Grundfunktion „Speicherung* und dient der Spei- cherung von Befehlen, bevor sie nach außen abgegeben werden. Die Befehlsausgabe erfolgt dabei über das Programmodul P7 mit der Grundfunktion „Befehlsausgabe* . Hierzu stehen die beiden Programmodule P2 und P7 über die Schnittstellenkombination P2N - P7N in Verbindung. Über das Programmodul P7 ist der Steuerbaustein 1 zur Steuerung der Anlagenkomponente 2 mit dieser verbunden.
Das Programmodul P7 ist hierfür insbesondere als ein gerätespezifisches Gerätemodul ausgestaltet. Es bereitet also die vom Programmodul P2 abgegebenen Befehle auf, so daß sie von der Anlagenkomponente 2 ausgeführt werden können. Seine Schnittstelle P2N kann daher als externe Schnittstelle zu dem spezifischen Gerätemodul aufgefaßt werden. Das Gerätemodul P7 sorgt also für die Kommunikation zwischen Steuerbaustein 1 und Anlagenkomponente 2. Wird die Anlagenkomponente 2 ausgetauscht, so braucht lediglich das Gerätemodul P7 an die neue Anlagenkomponente 2 angepaßt zu werden, oder es braucht lediglich das alte Gerätemodul P7 durch ein neues ersetzt zu werden. Die internen Abläufe im Steuerbaustein 1 bleiben da- von unberührt.
Die Ausgabe der Befehle über das Gerätemodul P7 erfolgt bevorzugt an einen Datenbus 4. Über diesen Datenbus 4 werden die Befehle an die Anlagenkomponente 2 übermittelt. Der Da- tenbus 4 ist beispielsweise als Feldbus ausgebildet, über den mehrere verschiedene Anlagenkomponenten 2 miteinander in Verbindung stehen. Das Programmodul P3 besitzt die Grundfunktion „Erfassen Meldungen* . Es dient neben der Erfassung von Meldungen von Anlagenkomponenten 2 auch deren Überwachung. Es steht zum Datenaustausch mit dem Programmodul Pl und dem Programmodul P2 in Verbindung. Zusätzlich weist es Schnittstellen P3K, P3L und P3M auf, über die es mit den Programmodulen P8, P9 bzw. P10 in Verbindung steht. Das Programmodul P8 weist beispielsweise die Grundfunktion „Erfassung Rückmeldungen* und das Programmodul P9 weist die Grundfunktion „Erfassung Schaltanlage* auf. Über das Programmodul P8 werden demnach die Rückmeldungen, beispielsweise von der Anlagenkomponente 2, verarbeitet. Und im Programmodul P9 werden die Meldungen aus einer Schaltanlage 6 verarbeitet. Das Programmodul P10 dient beispielsweise zur Überwachung und Steuerung mindestens einer Kontrollampe 8 eines vom Bediener einzusehenden Bedien- oder Kontrollschirms 24 (vergl. Figur 3). Das Programmodul P10 besitzt die Grundfunktion „Lampen* .
Die internen Programmabläufe der einzelnen Programmodule Pl bis P10 sind in sich abgeschlossen und üben keine unmittelbare Wechselwirkung mit den internen Programmabläufen von weiteren Programmodulen aus. Die einzelnen Programmodule Pl bis P10 können daher als rückwirkungsfrei bezeichnet werden. Sie kommunizieren nur über ihre standardisierten Schnittstel- len miteinander. Eine Änderung am internen Programmablauf eines Programmoduls Pl bis P10 beeinflußt die Schnittstellenfunktion nicht.
Bei dem Verfahren zur Erzeugung des Steuerbausteins 1 wird bevorzugt zunächst die Funktionalität des Steuerbausteins 1 festgelegt. Dies erfolgt insbesondere über einen Dialog oder eine Abfrage mit dem Anwender. Hierzu ist gemäß Figur 2 eine Rechnereinheit 10 vorgesehen, die mit einem Eingabegerät 12, einem Anzeigegerät 14 und einem eine Bibliothek 16 bildenden Datenspeicher verbunden ist. In der Rechnereinheit 10 ist eine Abfrageroutine abgelegt, in deren Verlauf der Anwender über die gewünschte Funktionalität des Steuerbausteins 1 ab- gefragt wird. Hierzu kann der Anwender mit der Rechnereinheit 10 über das Anzeigegerät 14, beispielsweise über einen Bildschirm, und über das Eingabegerät 12, beispielsweise über eine Tastatur, kommunizieren. Auf dem Anzeigegerät 14 wird eine Abfrage- oder Eingabemaske angezeigt, über die der Anwender zur Eingabe und zur Definition von anlagenspezifischen Merkmalen aufgefordert wird. Der Anwender gibt die Merkmale über das Eingabegerät 12 ein.
Anhand der Gesamtfunktionalität des Steuerbausteins 1, die aufgrund der Eingaben des Anwenders ermittelt wird, wählt die Rechnereinheit 10 aus der Bibliothek 16 automatisch die notwendigen Programmodule aus und verknüpft diese auf Basis der ebenfalls in der Rechnereinheit 10 abgelegten Regeln. Die Eingaben des Anmelders werden dabei einer Plausibilitätsprü- fung unterzogen. Die Rechnereinheit 10 ist derart ausgelegt, daß sie fehlerhafte oder unzulängliche Eingaben erkennt und entsprechend darauf reagiert, beispielsweise durch eine Fehlermeldung oder eine erneute Abfrage. Programmodule, die für die gewünschte Gesamtfunktionalität des Steuerbausteins 1 notwendig sind, jedoch vom Anwender nicht eingegeben wurden, werden von der Rechnereinheit 10 automatisch aus der Bibliothek 16 mit ausgewählt.
Die Bibliothek 16 umfaßt eine Vielzahl von einzelnen Programmodulen für unterschiedliche Anforderungen, so daß zur Erzeugung eines speziellen, an eine bestimmte Anlagenkomponente angepaßten Steuerbausteins 1 die Notwendigkeit der Programmierung eines Programmoduls möglichst entfällt.
Gemäß Figur 3 weist eine Anlage 18, beispielsweise eine Anlage zur Energieerzeugung, eine Leitwarte 20 und eine Anzahl von Anlagenkomponenten 2A, 2B auf, von denen nur zwei dargestellt sind. Diese Anlagenkomponenten 2A, 2B sowie die Leit- warte 20 stehen mit einem leittechnischen System 22 in Verbindung, welches den Steuerbaustein 1 zur Ansteuerung einer der Anlagenkomponenten 2A, 2B aufweist. Hierzu ist das leit- technische System 22 über einen Datenbus 4 mit den Anlagenkomponenten 2A, 2B verbunden. Die Leitwarte 20 weist einen Bedien- oder Kontrollschirm 24 auf, der eine Anzahl von Kontrollampen 8 umfaßt. Über die Leitwarte 20 kann die Anlage 18 gesteuert und überwacht werden.
Für das Verfahren zur Erzeugung des Steuerbausteins 1 ist wesentlich, daß die Gesamtfunktionalität des Steuerbausteins 1 in mehrere Grund- und Subfunktionen aufgeteilt ist, und daß jede Grundfunktion von einem Programmodul Pl bis P10 bearbeitet wird. Die Programmodule Pl bis P10 weisen dabei jeweils durch die Grund- bzw. Subfunktionen eindeutig festgelegte Schnittstellen mit untereinander unterscheidbaren Schnittstellentypen A bis N auf. Aufgrund des modularen Aufbaus und der eindeutig festgelegten Schnittstellen ist insbesondere ein auf Regel basierendes und automatisches Erzeugen des Steuerbausteins 1 möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung eines Steuerbausteins (1) eines leittechnischen Systems (22) für die Steuerung einer Anlagen- komponente (2), wobei der Steuerbaustein (1) aus einer Anzahl von Programmodulen (Pl bis PIO) zusammengesetzt wird, die für jeweils eine Grundfunktion ausgebildet sind, und von denen jedes Programmodul (Pl bis PIO) eine durch die jeweilige Grundfunktion eindeutig festgelegte Schnittstelle (PIA, P4A; P1B, P5B;...) mit einem Schnittstellentyp (A bis N) aufweist, wobei ein erstes Programmodul (Pl) mit einer ersten Schnittstelle (PIA) einem zweiten Programmodul (P4) mit einer zweiten Schnittstelle (P4A) zugeordnet wird, und wobei eine Funktionsverbindung zwischen dem ersten Programmodul (Pl) und dem zweiten Programmodul (P4) dann hergestellt wird, wenn die erste Schnittstelle (PIA) und die zweite Schnittstelle (P4A) vom gleichen Schnittstellentyp (A) sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Grundfunktion zu- mindest eines der Programmodule (Pl bis P10) aus einer Anzahl von Subfunktionen zusammengesetzt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das zumindest eine Programmodul (Pl bis P10) eine der Anzahl der Subfunktionen gleiche Anzahl von Schnittstellen (PIA ... P10M) aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Programmodule (Pl bis P10) aus einer Bibliothek (16) ausgewählt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Funktionalität des Steuerbausteins (1) vorgegeben wird, und bei dem der Steuerbaustein (1) anhand der Vorgabe dieser Funktionalität die Programmodule (Pl bis P10) auswählt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Funktionalität durch eine Eingabe des Anwenders vorgegeben wird, die insbe- sondere vom Anwender im Laufe einer Abfrageroutine abgefragt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Eingabe des Anwenders einer Plausibilitätsprüfung unterzogen wird, und bei dem ein solches Programmodul (Pl bis PIO) automatisch ausgewählt wird, das eine für die Funktionalität des Steuer- bausteins (1) wesentliche Grundfunktion aufweist, welche vom Anwender nicht vorgegeben wurde.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Steuerbaustein (1) aus den Programmodulen (Pl bis PIO), basierend auf vorgegebenen Regeln und insbesondere automatisch, zusammengesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die nur innerhalb des Steuerbausteins (1) wirksamen internen Schnittstellen (PIA, P1B, ... ) standardisiert sind, so daß der Datenaustausch zwischen den Programmodulen (Pl bis PIO) in- nerhalb des Steuerbausteins (1) von Änderungen am internen
Programmablauf eines Programmoduls (Pl bis P10) unbeeinflußt ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum externen Datenaustausch des Steuerbausteins (1) mit der Anlagenkomponente (2), insbesondere zum externen Datenaustausch über einen Datenbus (4), als Programmodul (P7) ein gerätespezifisches Gerätemodul ausgewählt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus den Programmodulen (Pl bis P10) zumindest ein Programmodul mit einer der Grundfunktionen „Bedienbefehle*, „Automatikbefehle*, „Schutzbefehle*, „Befehlsbildung*, „Speicherung*, „Befehlsausgabe*, „Erfassung Meldungen* und „Lampen* ausgewählt wird.
12. Steuerbaustein (1), hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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