WO2014029609A1 - Automatisierungssystem mit dezentralisierten steuerungsfunktionalitäten in e-/a-baugruppen - Google Patents

Automatisierungssystem mit dezentralisierten steuerungsfunktionalitäten in e-/a-baugruppen Download PDF

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control
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Axel Zindler
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an I / O module for an automation system and to an automation system having at least one I / O module connected or connected to the automation system via a communications network.
  • Automation systems - as components of a process control technology - are used to control technical processes, such as chemical processes, power generation processes or manufacturing processes.
  • Such an automation system for example, an automation system "SIMATIC S5" from Siemens AG, has as essential components one or - in the case of a decentralized or distributed control - several programmable control units, in the following only just control or controls, a man-machine -Interaction unit, HMI system for short - for example, a display, display, alarm and / or curve function, and field devices .
  • the task of the field devices is to capture or monitor process states of the process to be controlled - and
  • field devices can be sensors, buttons, motion detectors, but also electrical actuators and / or drives.
  • I / O means input / output means
  • E- / A-modules electronic I / O modules
  • the I / O modules which are usually constructed with signal converters and possibly simple processors on a microcontroller basis, are with the controller as well as - in the case of multiple controllers - the controllers with each other or even the controller or the controls with the HMI - System interconnected via a communication network and so can communicate with each other via the communication network, ie exchange data.
  • I / O modules can be grouped together, for example hierarchically, as a station and, as a grouped unit or station, are generally connected by means of a so-called bus interface module via the controller (control with (hierarchically) subordinate I / O modules). Modules or station) connected to the communication network.
  • the essential task of this bus interface module is to process the I / O module signals or data of the station I / O modules for the controller, whereby all signals or data of these I / O modules or the station be transferred to the controller as a whole in the cycle of the control. Also, the total processed in the bus interface module or transmitted via this E / A module signals can be provided there with a time stamp.
  • the control usually has a flow environment for processing tasks to be performed by it, such as (control) functions or features, the processes / systems to be controlled or controlled by it, as well as the
  • Transmission techniques generally communication systems as well as called bus systems, for data exchange between communication participants, as well as the components of the automation system, ie for use in automation systems, known.
  • Examples of such communication networks / systems are: fieldbus systems, such as Modbus, Profibus, Ethernet or FireWire, Industrial Ethernet or even PC-internal bus systems (PCI).
  • fieldbus systems such as Modbus, Profibus, Ethernet or FireWire, Industrial Ethernet or even PC-internal bus systems (PCI).
  • Input and output signals in controllers are usually read in or output in a predefinable processing cycle, for example 100 ms. If signals within such a cycle change-for example, in the case of a specific control function-such that a binary signal, for example, changes its state from 0 to 1 and back again from 1 to 0, then the controller would change this
  • the object underlying the invention is to provide an automation system with improved, more efficient signal / data processing with low processing power.
  • the object is achieved by an I / O module for an automation system and an automation system with at least one such via a communication network in the automation system connected or connected I / O module with the features according to the respective independent patent claim.
  • the I / O assembly has a processing unit that is set up or set up to perform a processing task, such as a particular function or feature, by the I / O assembly.
  • processor unit an integrated circuit in which a logic circuit is programmed or can be programmed to be understood (programmable / programmable logic device).
  • set-up or “processor unit that can be set up to carry out a processing task” can be understood as meaning that the processor unit or the integrated circuit or logic module can be programmed for this processing task or function / feature or for execution / execution of this processing task. "Established” or “designed to carry out a processing task” According to the invention, it is further provided that a runtime environment for the set-up processing task is implemented in the processor unit of the I / O subassembly.
  • the automation system has a communication network and at least one control unit connected to the communication network.
  • the automation system has an inventive I / O module connected to the communication network.
  • connection means that the inventive I / O module or the control unit according to the invention is connected to the communications network in such a way that the I / O module or control unit according to the invention transmits data to the communications network or to other communication subscribers connected to the communication network, in this case the control unit according to the invention or the inventive I / O subassembly, can be transmitted or received by the other communication subscribers.
  • the invention is based on the consideration that increasingly I / O modules are equipped not only with signal converters and simple processors on a microcontroller basis, but with increasingly powerful processors or circuits, such as FPGAs, which allow to integrate entire computer cores in a chip , This makes it possible, not only processing tasks, such as functions and / or features, but also shoreUm consultancyen for the features or features together with these - similar to an "embedded system" - outsource to the I / O assembly.
  • Such an I / O module according to the invention - with implemented drain environment and programmable or programmed (control) functions - can in principle the same (control) functions as a controller, or even a specific part of the control functions, such as the control, as well as other - on the drain environment, in particular in the case of a MaisUm faced a control, provided - functions of a controller, such as communication with other systems, such as the HMI system or other controls, perform / carry out ,
  • controller - can - in the same or almost the same scope and function of a controller - even on the same communication network - work or bus system, such as Ethernet, such as the controllers with each other, as well as with other systems, such as controllers and / or HMI system, communicate, ie
  • Input signals / signal sources and / or output signals / signal sinks as controllers process.
  • the invention also makes it possible to set cycle times for individual ones - connected directly to the communication network
  • I / O modules whose signal processing is expected to have fast signal changes (and must be considered / detected) will be "clocked” faster accordingly, and I / O modules whose signal processing will expect slower signal changes will slow down accordingly “clocked”. This ensures that only where fast cycle times are necessary are they realized.
  • the control unit is relieved and no longer has to be in a "too" fast cycle, as usual Controllers with original, subordinate I / O modules or stations are running.
  • Such an inventive I / O module which is now equipped with input and output signals in accordance with a control, in particular also makes possible functions, features and / or control functions which require a fast response to input signals, directly on the inventive device Execute I / O module. The control is thereby relieved.
  • controls can be saved, since functions that were otherwise performed in one of the control units according to the invention are outsourced to the invention I / O modules - and the corresponding loads of the original control unit - in particular in the case of fast cycles - no longer exists.
  • signals are provided with a time stamp on the I / O module - with the corresponding functionality there - they no longer have to be processed in the controller, but only in the HMI system, for example there (in curves, diagrams, o. ⁇ .) are displayed or displayed and / or archived or trigger an alarm there, these signals can be transmitted independently of the control to the HMI system - via the communication network - there.
  • Inventive I / O modules no longer have to be explicitly assigned to a controller (subordinate I / O module).
  • Inventive I / O modules allow - in their direct connection to the communication network - the transmission of (input) signals - directly or pre / processed - to several, other, connected to the communication network controls.
  • the invention allows that only more necessary signals or data, for example, only more changed signals or data, - must be transmitted from the I / O module according to the invention in the communication network - and no longer cyclically all input data, although these eg have not changed at all. If, for example, limit values are formed from analog signals, but the analog signals themselves are not required in the controller, then only the limit values must be output from the I / O module via the communication when limit value formation has taken place in the I / O module according to the invention - Network are transmitted to the controller.
  • the communication in the automation system can be further optimized in or by the invention so that binary values of the inventive I / O module only new - in or via the communication network - are transmitted when they change.
  • Changes to input signals occur, for example, in the power plant industry - based on the total operating time of such a power plant - rarely before, so that on average the entire communication load can be reduced at local automation systems according to the invention. Even for analog signals, such a communication
  • analog signals can only be transmitted by the I / O module according to the invention - into or via the communications network, if such changes by a predefinable amount, or after a parameterizable time.
  • the communication signals necessary for this purpose can be easily interposed between the I / O modules according to the invention, directly via the communications network between the electronic components. / A assemblies - exchanged, Since no extra I / O module communication is necessary or because the communication does not have to be first exchanged via the controller. If an I / O module is used in redundant mode, to minimize a switching gap of the output signals, all input signals must be exchanged with each other in the cycle.
  • Protocols such as Profinet define a so-called IRT channel, on which the data exchange in 250 us range is possible, so that even for such rapid transfers of the input signals for redundancy and cycle times in the one-digit millisecond range - by the invention - now Possibility of redundancy communication on the same bus exists.
  • distributed or decentralized systems - with distributed in the communication network according to the invention connected I / O modules - can be constructed by the invention - and thus allow a variety of applications.
  • the I / O modules according to the invention can thus be arranged in the vicinity of actual processes-independent of the controller or of the location of the controller-and at the same time enable rapid communication both between the I / O modules also between the I / O modules and controllers.
  • the invention and / or the further developments described can be realized-at least in part, as well as in the whole-both in software and in hardware, for example using a special electrical circuit. Furthermore, an implementation of the invention and / or a further development described - at least in part, as well as in the whole - possible by a computer-readable storage medium on which a computer program is stored, which performs the invention or training.
  • the processor unit is an ASIC, a CPLD or an FPGA.
  • the runtime environment is configured such that it functions as beispiels-, a communication function for communication of the
  • the drain environment to be implemented in the I / O assembly may be a run environment of a controller of the automation system. In this way, existing control functions are transferred to the I / O module in this process environment - and are available there for the I / O module - without having to program new or otherwise.
  • HMI system display, alarm, archive, curves
  • the processing task is a control or control part function to be configured or also a plurality of control functions, any other functionality or partial functionality and / or another application.
  • a function may be a static preparation of data or signals, such as formation of a (moving) average or a limit value formation.
  • I / O modules are connected to the communication network.
  • decentralized or distributed systems can be implemented in which
  • a modules - regardless of the location of the controller or of the locations of controllers in the communication network or in the automation system - are arranged in the vicinity of the actual process.
  • control units are connected to the communication network, whereby advantages of decentralized systems can be realized.
  • at least one connected to the communication network man-machine interaction unit (HMI system) may be provided.
  • Alarm, display, presentation and / or archiving functions as well as other operating functions can be provided by such an HMI system - for communication between human and system.
  • the communication network is a standardized fieldbus, for example a fieldbus, Profibus, Ethernet or FireWire, an Industrial Ethernet or even a PC-internal bus system (PCI).
  • PCI PC-internal bus system
  • a proprietary protocol can be implemented.
  • the automation system can be graphically configured.
  • SPPA-T3000 Siemens Power and Process Automation T3000
  • the functions to be configured or configured are then only a different execution environment than the control, namely the execution environment on an I / O module according to the invention to assign.
  • one or more field devices for example sensors, buttons, motion detectors, (electric) actuators or drives, are or are connected to the I / O module.
  • the I / O module with other I / O and / or controllers - all connected to the communication network - (time) are synchronized.
  • this can be done using a "precision time protocol.”
  • the "precision time protocol” can be used to synchronize clocks of the controller or the controllers and / or the I / O devices. Assemblies can be achieved in ranges of less than 1 millisecond to 100 microseconds. Synchronization can be used to ensure that the signals from the I / O modules are available to the controller in the controller at the start of the cycle.
  • transit times of signals in the communication network or in the bus are determined. This can be carried out particularly preferably using the "precision time protocol".
  • inventive I / O modules or the automation system according to the invention in particular as part of a process control system of a technical installation - in the field of power generation, i. used in power plants or in power plant controls.
  • a distribution of functions at the I / O module level is of great benefit.
  • the invention can also be used in the field of production processes or plants or even chemical plants.
  • FIG. 1 shows a sketch of a configuration of a process control system with a graphically configurable automation system.
  • exemplary embodiment Distributed controls by means of integration of the sequence system (execution environment) of a controller onto I / O modules
  • FIG. 1 shows a configuration of a process control system 12 with a graphically configurable automation system 1, in the following only automation system 1 or system 1, for a power plant control.
  • All components of this process control 12 or automation system 1 are networked via a standard Ethernet network 10, 6 with TCP / IP. Access to the process and the connection to the components or the communication 6 takes place via the PROFIBUS-DP fieldbus 10 or via Ethernet with real-time "component".
  • This graphically configurable automation system 1 (in short, only automation system 1) has a plurality of - decentralized or distributed - programmable control units 8, short controllers 8, on.
  • Each controller 8 is programmable for - to be configured - control functions 14 and has - there implemented - reliabilityUm concerning 13 for the configured functions 14. Furthermore, the ceremoniesUminabilityen 13 of the controls 8 additional functions / functionalities 15, as the communication 6 with other system components of the automation system 1, available.
  • the "interface" of the system 1 to the process represent field devices 11, such as drives, control elements and / or sensors, which detect and / or monitor process states of the process to be controlled, act on the process - and process-relevant information to the automation system 1 pass on .
  • connection 16 of the field devices 11 to the automation system 1 takes place by means of / via I / O modules 2.
  • the I / O modules 2 are each equipped with FPGAs 3, which make it possible to install functions, functionalities and / or features 5 to be configured on the I / O modules 2, and thus (control) functions, which would otherwise be performed by the controllers 8 to outsource to the I / O modules 2.
  • the-corresponding-drain environments 4 for the (outsourced) functions 5, which corresponding drain environments 13 are available from the controllers 8, are implemented.
  • the automation system 1 can be graphically configured, only the functions 5 to be configured-in the configuration of the system 1-instead of the execution environments 13 of the controllers 8-can be assigned to the execution environment 4 of corresponding target I / O modules 2, which then the outsourced functions 5 can perform.
  • All other functions 7, such as the communication with the HMI system 9 or the communication with the drain environments 13, 4 of the controllers 8 or the other I / O modules 2 are already available in the run-off environment 4 of the respective I / O module 2, "out of the box” is available - and thus no longer need to be re-programmed or otherwise programmed.
  • Assembly 2 provided with a time stamp.
  • the I / O modules 2 are thus - as the controllers 8 and the HMI system 9 each connected directly to the network 10 - able to act in scope and function, as the controls 8 and 5 to process functions and in the system 1 on the same bus system 10 as the controllers and the HMI system to communicate with each other 6 as well as with the HMI system 9 and the controllers 8.
  • the controls 8 are thus relieved in large parts, the signals no longer need to be processed in the controls 8, but are processed directly in the I / O modules 2 and then in the HMI system 9.
  • the machining cycle in the controls 8 and the I / O modules 2 are - individually for each component according to the fastest expected signal change required there - set.
  • turbine control and regulation assemblies 2 require faster cycle times than "downstream" controllers 8 because of their rapid signal changes, which, for example, need only respond to signal changes, thus eliminating the need, as usual -
  • Entire component complexes, such as a controller and its subordinate I / O modules, are driven after the fastest cycle of a component / I / O module, but each component, ie controller 8 and I / O module 2 , can drive according to their own or individual cycle. This also relieves the control 8, they no longer need to run in a "too fast for them" cycle of an I / O module 2. So that the signals from the I / O modules 2 at the beginning of cycle of the controls 8 in the 8, the I / O modules 2 and controllers 8 are synchronized with each other in terms of time, this being done by means of the "precision time protocol".
  • the transit times of the signals on the bus 10 are also determined so that the I / O modules 2 can send their data packets in good time before the start of the cycle so that the signals are available at the beginning of the cycle of the controllers 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine E-/A-Baugruppe (2) für ein Automatisierungssystem (1) sowie ein Automatisierungssystem (1) mit einem Kommunikationsnetzwerk (10) und zumindest einer an das Kommunikationsnetzwerk (10) angebundenen Steuerungseinheit (8). Die erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe (2) weist eine Prozessoreinheit (3) auf, die zu einer Durchführung einer Verarbeitungsaufgabe (5) durch die E-/A-Baugruppe (2) einrichtbar oder eingerichtet ist. Weiter ist bei der erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppe (2) vorgesehen, dass eine Ablaufumgebung (4) für die eingerichtete Verarbeitungsaufgabe (5) in die Prozessoreinheit (3) implementiert ist. Bei dem erfindungsgemäßen Automatisierungssystem (1) ist an das Kommunikationsnetzwerk (10) zumindest eine erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe (2) angebunden.

Description

Beschreibung
Automatisierungssystem mit dezentralisierten Steuerungsfunk- tionalitäten in E-/A-Baugruppen
Die Erfindung betrifft eine E-/A-Baugruppe für ein Automatisierungssystem sowie ein Automatisierungssystem mit zumindest einer über ein Kommunikationsnetzwerk in das Automatisierungssystem ein- bzw. angebundenen E-/A-Baugruppe .
Automatisierungssysteme - als Bestandteile einer Prozessleit- technik - werden verwendet zur Steuerung technischer Prozesse, wie beispielsweise chemischer Prozesse, Energieerzeugungsprozesse oder Fertigungsprozesse.
Ein solches Automatisierungssystem, beispielsweise ein Automatisierungssystem „SIMATIC S5" der Firma Siemens AG, weist als wesentliche Komponenten eine oder - im Falle einer dezentralen bzw. verteilten Steuerung - mehrere programmierbare Steuerungseinheiten, kurz im Folgenden auch nur Steuerung bzw. Steuerungen, eine Mensch-Maschine-Interaktions-Einheit, kurz HMI-System - für beispielsweise eine Anzeige-, Darstel- lungs-, Alarm- und/oder Kurvenfunktion, und Feldgeräte auf. Aufgabe der Feldgeräte ist es, Prozesszustände des zu steuernden Prozesses zu erfassen oder zu überwachen - und prozessrelevante Informationen an eine übergeordnete, in der Regel programmierbare Steuerung weiterzugeben bzw. prozessrelevante Informationen von der Steuerung zu übernehmen. Feldge- räte können zum Beispiel Sensoren, Taster, Bewegungsmelder, aber auch elektrische Aktoren und/oder Antriebe sein.
Eine Verbindung zwischen einem solchen Feldgerät und der (übergeordneten, programmierbaren) Steuerung erfolgt unter Verwendung sogenannter Eingabe-/Ausgabemittel (auch I-/0- Mittel) , die im Folgenden kurz als elektronische E-/A- Baugruppen bzw. als E-/A-Baugruppen, bezeichnet werden sollen . Die E/A-Baugruppen, die in der Regel mit Signalwandlern und gegebenenfalls einfachen Prozessoren auf Mikrocontrollerbasis aufgebaut sind, sind mit der Steuerung wie auch - im Falle von mehreren Steuerungen - die Steuerungen untereinander oder auch die Steuerung bzw. die Steuerungen mit dem HMI -System über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden und können so über das Kommunikationsnetzwerk miteinander kommunizieren, d.h. Daten austauschen.
E/A-Baugruppen können dabei, beispielsweise hierarchisch gegliedert, als Station zusammengefasst sein und werden - als gruppierte Einheit bzw. Station - in der Regel mittels einer sogenannten Busanschaltbaugruppe über die Steuerung (Steue- rung mit (hierarchisch) unterlagerten E-/A-Baugruppen bzw. Station) am Kommunikationsnetzwerk angebunden.
Wesentliche Aufgabe dieser Busanschaltbaugruppe ist die Aufbereitung der E-/A-Baugruppensignale bzw. -daten der Stati- ons-E-/A-Baugruppen für die Steuerung, wobei alle Signale bzw. Daten dieser E-/A-Baugruppen bzw. der Station gesamthaft im Zyklus der Steuerung an die Steuerung übertragen werden. Auch können die gesamthaft in der Busanschaltbaugruppe aufbereiteten bzw. über diese übertragenen E-/A-Baugruppensignale dort mit einem Zeitstempel versehen werden.
Die Steuerung weist in der Regel eine AblaufUmgebung für durch sie auszuführende Verarbeitungsaufgaben, wie (Steue- rungs- ) Funktionen oder Features, - der durch sie zu steuern- den bzw. gesteuerten Prozesse/Anlagen - auf sowie auch die
AblaufUmgebung selbst andere Funktionen/Funktionalitäten, wie eine Kommunikation der Steuerung mit anderen Steuerungen und/oder dem HMI -System in dem Kommunikationsnetzwerk, zur Verfügung stellt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene standardisierte Kommunikationsnetzwerke und dortige Kommunikations- bzw.
Übertragungstechniken, im Allgemeinen Kommunikationssysteme wie auch Bussysteme genannt, zum Datenaustausch zwischen Kommunikationsteilnehmern, wie auch den Komponenten des Automatisierungssystem , d.h. für einen Einsatz in Automatisierungssystemen, bekannt.
Beispiele für solche Kommunikationsnetzwerke/ -Systeme sind: Feldbussysteme, wie zum Beispiel Modbus, Profibus, Ethernet oder FireWire, Industrial Ethernet oder auch PC-interne Bussysteme (PCI) .
Ein- und Ausgabesignale bei Steuerungen werden üblicherweise in einem vorgebbaren Bearbeitungszyklus, beispielsweise 100 ms, eingelesen bzw. ausgegeben. Verändern sich Signale innerhalb eines solchen Zyklus - beispielsweise bei einer bestimm- ten Steuerungsfunktion - derart, dass ein zum Beispiel binäres Signal einmal seinen Zustand von 0 nach 1 und wieder (zurück) von 1 auf 0 wechselt, würde die Steuerung diesen
(schnellen) Signalwechsel nicht erkennen. Um derartige schnelle, d.h. Zykluszeiten unterschreitende, Signalwechsel erkennen zu können, muss die Zykluszeit der Steuerung bis mindestens auf den schnellsten zu erwarteten Signalwechsel herabgesetzt werden. Sind diese Steuerungen mit ihnen unterlagerten E-/A-
Baugruppen bzw. Station in das Kommunikationsnetzwerk bzw. Bussystem des Automatisierungssysteme eingebunden, werden deren Eingangs- bzw. Ausgangsignale immer in diesem jeweiligen schnellsten Zyklus der Steuerungen eingelesen.
D.h., es werden für - an sich - wenige Signale, die schnell eingelesen bzw. ausgegeben werden müssen, grundsätzlich alle Signale einer Steuerung und ihrer unterlagerten E-/A- Baugruppen nach der schnellen Zykluszeit bearbeitet bzw.
übertragen.
Dieses erfordert eine hohe Rechenleistung bei den Steuerungen wie auch bei dem Gesamtsystem und mindert dessen Effizienz. Λ
Ferner sind im Stand der Technik sogenannte Laufzeitumgebun- gen oder Ausführungsumgebungen oder auch seltener Ablaufumgebungen bekannt. Diese sind Computerprogramme, die gemeinsam mit Anwendungsprogrammen, auch Applikationen genannt, die nicht direkt mit einem Betriebssystem kommunizieren können, ausgeführt werden und diese damit auf dem jeweiligen Computer lauffähig, also ausführbar machen, indem sie zwischen Anwendungsprogramm und Betriebssystem vermitteln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Automatisierungssystem mit verbesserter, effizienterer Signal- /Datenverarbeitung bei geringer Rechenleistung zu schaffen. Die Aufgabe wird durch eine E-/A-Baugruppe für ein Automatisierungssystem sowie ein Automatisierungssystem mit zumindest einer solchen über ein Kommunikationsnetzwerk in das Automatisierungssystem ein- bzw. angebundenen E-/A-Baugruppe mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentan- spruch gelöst.
Die E-/A-Baugruppe weist eine Prozessoreinheit auf, die zu einer Durchführung einer Verarbeitungsaufgabe, beispielsweise einer bestimmten Funktion oder eines bestimmten Features, durch die E-/A-Baugruppe eingerichtet oder einrichtbar ist.
Dabei kann unter „Prozessoreinheit" ein integrierter Schaltkreis, in dem eine logische Schaltung programmiert ist oder programmiert werden kann, verstanden werden (programmier- ter/programmierbarer Logikbaustein) .
Unter „einrichtbar" bzw. „zu einer Durchführung einer Verarbeitungsaufgabe einrichtbare Prozessoreinheit" kann verstanden werden, dass die Prozessoreinheit bzw. der integrierte Schaltkreis bzw. Logikbaustein für diese Verarbeitungsaufgabe bzw. Funktion/Feature bzw. zur Durchführung/Ausführung dieser Verarbeitungsaufgabe programmierbar ist. „Eingerichtet" bzw. „zu einer Durchführung einer Verarbeitungsaufgabe eingerich- tete Prozessoreinheit" kann dann als entsprechend (fertig) programmierte Prozessoreinheit bzw. integrierter Schaltkreis bzw. Logikbaustein verstanden werden. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass eine Ablaufumgebung für die eingerichtete Verarbeitungsaufgabe in die Prozessoreinheit der E-/A-Baugruppe implementiert ist.
Das Automatisierungssystem weist ein Kommunikationsnetzwerk sowie zumindest eine an das Kommunikationsnetzwerk angebundene Steuerungseinheit auf.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass das Automatisierungssystem eine an das Kommunikationsnetzwerk angebundene erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe aufweist.
Dabei kann unter „angebunden" verstanden werden, dass die erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe bzw. die erfindungsgemäße Steuereinheit derart mit dem Kommunikationsnetzwerk verbunden ist, dass die erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe bzw. die erfindungsgemäße Steuereinheit Daten in das Kommunikationsnetzwerk bzw. zu anderen an das Kommunikationsnetzwerk angebundenen Kommunikationsteilnehmern, hier die erfindungsgemäße Steuereinheit bzw. die erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe, übertragen bzw. von den anderen Kommunikationsteilnehmern empfangen kann .
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass zunehmend E-/A-Baugruppen nicht nur mit Signalwandlern und einfachen Prozessoren auf Mikrocontrollerbasis ausgestattet werden, sondern mit immer leistungsfähigeren Prozessoren bzw. Schaltkreisen, wie FPGAs, die es erlauben, ganze Rechnerkerne in einen Chip zu integrieren. Hierdurch wird es möglich, nicht nur Verarbeitungsaufgaben, wie Funktionen und/oder Features, sondern auch AblaufUmgebungen für die Funktionen bzw. Features zusammen mit diesen - ähnlich einem „eingebetteten System/embedded System" - auf die E-/A-Baugruppe auszulagern.
Eine solche erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe - mit implemen- tierter AblaufUmgebung und programmierbaren bzw. programmierten (Steuerungs- ) Funktionen - kann so prinzipiell dieselben (Steuerungs- ) Funktionen, wie eine Steuerung, oder auch nur einen bestimmten Teil der Steuerungsfunktionen, wie die Steuerung, abarbeiten sowie auch andere - über die Ablaufumge- bung, insbesondere im Falle einer AblaufUmgebung einer Steuerung, zur Verfügung gestellte - Funktionen einer Steuerung, wie eine Kommunikation mit anderen Systemen, wie dem HMI- System oder anderen Steuerungen, aus-/durchführen . Solche erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppen - mit implementierter AblaufUmgebung, insbesondere aus einer Steuerung, und programmierbaren bzw. programmierten (Steuerungs- ) Funktionen
- können so - im gleichen bzw. annähernd selben Umfang und Funktion einer Steuerung - auch am selben Kommunikationsnetz - werk bzw. Bussystem, beispielsweise Ethernet, wie die Steuerungen untereinander, wie auch mit den anderen Systemen, wie Steuerungen und/oder HMI -System, kommunizieren, d.h.
Eingangsignale/Signalquellen und/oder Ausgangssignale/Signalsenken wie Steuerungen verarbeiten.
Durch die Erfindung wird es weiter möglich, Zykluszeiten für einzelne - unmittelbar ans Kommunikationsnetzwerk angebundene
- E-/A-Baugruppen nach dortigen Anforderungen individuell festzulegen. E-/A-Baugruppen, bei deren Signalverarbeitungen schnelle Signalwechsel zu erwarten sind (und berücksichtigt/erkannt werden müssen) , werden entsprechend schneller „getaktet"; E-/A-Baugruppen, bei deren Signalverarbeitungen langsamere Signalwechsel zu erwarten sind, werden entsprechend langsamer „getaktet". So wird erreicht, dass nur mehr dort, wo schnelle Zykluszeiten notwendig sind, diese auch realisiert sind. Die Steuereinheit wird entlastet und muss nicht mehr in einem „zu" schnellen Zyklus, wie sonst bei Steuerungen mit ursprünglichen, unterlagerten E-/A-Baugruppen bzw. Stationen, laufen.
Auch ermöglicht eine solche erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe, die nun - entsprechend einer Steuerung - mit Ein- und Aus- gangssignalen ausgestattet ist, insbesondere Funktionen, Features und/oder Steuerfunktionen, welche eine schnelle Reaktion auf Eingangsignale erfordern, direkt auf der erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppe abzuarbeiten. Die Steuerung wird dadurch entlastet.
Auch können, insbesondere bei komplexen Automatisierungssystemen mit mehreren dezentralen Steuereinheiten, Steuerungen eingespart werden, da Funktionen, welche sonst in einer der Steuereinheiten ausgeführt wurden, erfindungsgemäß auf die erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppen ausgelagert werden - und die entsprechenden Belastungen der ursprünglichen Steuereinheit - insbesondere im Fall von schnellen Zyklen - nicht mehr gegeben ist.
Werden Signale - bei entsprechender dortiger Funktionalität - auf der E-/A-Baugruppe mit einem Zeitstempel versehen - und müssen nicht mehr in der Steuerung, sondern nur im HMI-System verarbeitet werden, beispielsweise dort (in Kurven, Diagram- men, o.ä.) angezeigt bzw. dargestellt und/oder archiviert werden bzw. dort einen Alarm auslösen, können diese Signale unabhängig von der Steuerung an das HMI-System - über das Kommunikationsnetzwerk - dorthin übertragen werden. Erfindungsgemäße E-/A-Baugruppen müssen auch nicht mehr explizit einer Steuerung zugeordnet sein (unterlagerte E-/A- Baugruppe) . Erfindungsgemäße E-/A-Baugruppen ermöglichen - bei deren unmittelbarer Anbindung an das Kommunikationsnetzwerk - die Übertragung von (Eingangs- ) Signalen - direkt oder vor-/bearbeitet - an mehrere, andere, an das Kommunikations- netzwerk angebundene Steuerungen. Weiterhin ermöglicht die Erfindung, dass nur mehr notwendige Signale bzw. Daten, beispielsweise nur mehr geänderte Signale bzw. Daten, - von der erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppe in das Kommunikationsnetzwerk - übertragen werden müssen - und nicht mehr zyklisch alle Eingangsdaten, obwohl diese sich z.B. gar nicht geändert haben. Werden beispielsweise Grenzwerte aus Analogsignalen gebildet, die Analogsignale selbst aber nicht in der Steuerung benötigt, so müssen - bei erfolgter Grenz - wertbildung in der erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppe - nur die Grenzwerte - von der E-/A-Baugruppe über das Kommunikations- netzwerk an die Steuerung übertragen werden.
Die Kommunikation im Automatisierungssystem kann bei bzw. durch die Erfindung weiter so optimiert werden, dass Binär- werte von der erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppe nur dann neu - in bzw. über das Kommunikationsnetzwerk - übertragen werden, wenn sich diese ändern.
Änderungen an Eingangssignalen kommen beispielsweise in der Kraftwerksindustrie - bezogen auf die Gesamtbetriebszeit einer solchen Kraftwerksanlage - selten vor, sodass im Mittel die gesamte Kommunikationslast bei dortigen erfindungsgemäßen Automatisierungssystemen gesenkt werden kann. Auch für Analogsignale ist eine solche Kommunikations-
/Übertragungsoptimierung durch die Erfindung entsprechend möglich. Beispielsweise können von der erfindungsgemäßen E- /A-Baugruppe Analogsignale nur dann - in bzw. über das Kommunikationsnetzwerk - übertragen werden, wenn sich ein solcher um einen vorgebbaren Betrag verändert, bzw. nach einer parametrierbaren Zeit.
Werden - aufeinander aufbauende - Funktionen, Features oder andere Funktionalitäten auf verschiedene erfindungsgemäße E- /A-Baugruppen verteilt, können die dazu notwendigen Kommunikationssignale auf einfache Weise zwischen den erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppen - unmittelbar über das Kommunikations- netzwerk zwischen den E-/A-Baugruppen - ausgetauscht werden, da keine extra E-/A-Baugruppen-Kommunikation notwendig wird bzw. da die Kommunikation nicht erst über die Steuerung ausgetauscht werden muss. Wird eine E-/A-Baugruppe im Redundanzbetrieb eingesetzt, sind zur Minimierung einer Umschaltlücke der Ausgangssignale alle Eingangssignale untereinander im Zyklus auszutauschen. Protokolle, wie Profinet, definieren einen sogenannten IRT-Kanal, auf dem der Datenaustausch im 250 us Bereich möglich ist, so- dass auch für derartig schnelle Übertragungen der Eingangssignale für die Redundanz und Zykluszeiten im einstelligen Millisekunden-Bereich - durch die Erfindung - nun die Möglichkeit einer Redundanzkommunikation auf demselben Bus besteht .
Insbesondere verteilte bzw. dezentrale Systeme - mit verteilt im Kommunikationsnetz angebunden erfindungsgemäßen E-/A- Baugruppen - können durch die Erfindung aufgebaut werden - und ermöglichen so vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Bei- spielsweise lassen sich die erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppen damit in der Nähe von tatsächlichen Prozessen - unabhängig von der Steuerung bzw. vom Ort der Steuerung - anordnen - und ermöglichen gleichzeitig eine schnelle Kommunikation sowohl zwischen den E-/A-Baugruppen als auch zwischen den E-/A- Baugruppen und Steuerungen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf die erfindungsgemäße E-/A-Baugruppe sowie auf das erfindungsgemäße Automatisierungssystem.
Die Erfindung und/oder die beschriebenen Weiterbildungen kön- nen - zumindest teilweise, wie auch im Gesamten - sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden . Ferner ist eine Realisierung der Erfindung und/oder einer beschriebenen Weiterbildung - zumindest teilweise, wie auch im Gesamten - möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder die Weiterbildung ausführt.
Auch können die Erfindung und/oder die beschriebenen Weiterbildungen - zumindest teilweise, wie auch im Gesamten - durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein
Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder die Weiterbildungen ausführt. Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Prozessoreinheit ein ASIC, ein CPLD oder ein FPGA ist.
Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass die AblaufUmgebung derart eingerichtet ist, dass sie Funktionen, wie beispiels- weise eine Kommunikationsfunktion für die Kommunikation der
E-/A-Baugruppe mit anderen, in das Kommunikationsnetzwerk an- /einbindbare bzw. an-/eingebunden Komponenten, zur Verfügung stellt . Zweckmäßigerweise kann die in der E-/A-Baugruppe zu implementierende AblaufUmgebung eine AblaufUmgebung einer Steuerungs- einheit des Automatisierungssystems sein. Damit werden - in dieser AblaufUmgebung bereits vorhandene Funktionalitäten der Steuerung - auf die E-/A-Baugruppe transferiert - und stehen dort für die E-/A-Baugruppe - ohne neu oder anders programmiert werden zu müssen - zur Verfügung.
Besonders bevorzugt können zu projektierende - und auf die E- /A-Baugruppe auszulagernde (Steuer- ) Funktionen - als die Ver- arbeitungsaufgaben - auf der E-/A-Baugruppe bzw. in die dortige Prozessoreinheit programmiert werden, wohingegen alle anderen Funktionen, wie beispielsweise die Kommunikation mit einem HMI -System (Anzeige, Alarm, Archiv, Kurven) oder die Kommunikation mit anderen AblaufUmgebungen in anderen Steuerungen und/oder erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppen des Kommunikationsnetzwerks bzw. des Automatisierungssystems, in der dortigen AblaufUmgebung der E-/A-Baugruppe schon zur Verfü- gung stehen, „out of the box" verfügbar sind und nicht neu oder anders programmiert werden müssen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungsaufgabe eine - zu projektierende - Steuerungs- bzw. Steuerungsteil - funktion oder auch mehrere Steuerungsfunktionen, eine beliebige andere Funktionalität bzw. Teilfunktionalität und/oder eine sonstige Applikation ist. Beispielsweise kann eine solche Funktion eine statische Aufbereitung von Daten bzw. Signalen, wie eine Bildung eines (gleitenden) Durchschnitts oder eine Grenzwertbildung, sein.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass mehrere von den E-/A-Baugruppen an das Kommunikations- netzwerk angebunden sind. Besonders bevorzugt lassen sich so dezentrale bzw. verteilte Systeme realisieren, bei denen E-
/A-Baugruppen - unabhängig vom Ort der Steuerung bzw. von den Orten von Steuerungen in dem Kommunikationsnetzwerk bzw. in dem Automatisierungssystem - in der Nähe des tatsächlichen Prozesses angeordnet sind.
Auch kann vorgesehen sein, dass mehrere von den Steuerungseinheiten an das Kommunikationsnetzwerk angebunden sind, wodurch sich Vorteile dezentraler Systeme realisieren lassen. Auch kann zumindest eine an das Kommunikationsnetzwerk angebundene Mensch-Maschine-Interaktions-Einheit (HMI-System) vorgesehen sein. Alarm-, Anzeige-, Darstellungs- und/oder Archivierungsfunktionen wie auch andere Bedienfunktionen können durch ein solches HMI-System - zur Kommunikation zwischen Mensch und System - zur Verfügung gestellt werden.
Besonders bevorzugt ist das Kommunikationsnetzwerk ein standardisierter Feldbus, beispielsweise ein Feldbus, Profibus, Ethernet oder FireWire, ein Industrial Ethernet oder auch ein PC-internes Bussystem (PCI) . Auch kann ein proprietäres Protokoll implementiert sein. Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Automatisierungssystem graphisch projektierbar ist. Hier, beispielsweise bei einem „Siemens Power und Prozess Automation T3000 (SPPA-T3000) , sind die - zu projektierenden bzw. projektierten - Funktionen dann nur einer anderen AblaufUmgebung als der der Steuerung, nämlich der AblaufUmgebung auf einer erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppe, zuzuordnen. Alle anderen Funktionen, wie Kommunikation mit dem HMI -System (Anzeige, Alarm, Archiv, Kurve) oder Kommunikation mit AblaufUmgebungen in anderen Steuerungen oder erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppen stehen in der AblaufUmgebung dieser E-/A-Baugruppe schon zur Verfügung und sind „out of the box" verfügbar. D.h., sie müssen nicht neu oder anders projektiert werden.
Ferner kann auch vorgesehen sein, dass an die E-/A-Baugruppe ein oder mehrere Feldgeräte, beispielsweise Sensoren, Taster, Bewegungsmelder, (elektrische) Aktoren oder Antriebe, angebunden ist bzw. sind.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die E-/A-Baugruppe mit anderen E-/A- und/oder Steuerungen - alle angebunden an das Kommunikationsnetz - (zeitlich) synchronisiert werden. Besonders bevorzugt kann dies unter Verwendung eines „precision time protocol" erfolgen. Insbesondere bei Zyklen im zwei- bis dreistelligen Millisekundenbereich kann mit dem „precision time protocol" eine Synchronisation von Uhren der Steuerung bzw. der Steuerungen und/oder der E-/A- Baugruppen auf Bereiche unter 1 Millisekunde bis 100 Mikrose- kunden erreicht werden. Über die Synchronisation kann erreicht werden, dass dann die Signale von den E-/A-Baugruppen zu Zyklusbeginn der Steuerung in der Steuerung bereitstehen. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass Laufzeiten von Signalen in dem Kommunikationsnetz bzw. in dem Bus ermittelt werden. Dieses kann besonders bevorzugt unter Verwendung des „precision time protocol" erfolgen.
Über die LaufZeitenermittlung kann erreicht werden, dass die - an das Kommunikationsnetzwerk des erfindungsgemäßen Automatisierungssystems angebundene - erfindungsgemäße E-/A- Baugruppe bzw. - im Falle mehrerer an das Kommunikationsnetz angebundenen - erfindungsgemäßen E-/A-Baugruppen Daten bzw. Datenpakete rechtzeitig vor Zyklusbeginn in dem Automatisierungssystem bzw. in dem Kommunikationsnetzwerk des Automatisierungssystems (ver- ) senden, damit zu Zyklusbeginn der Steuerung im Automatisierungssystem die Signale in der Steuerung zur Verfügung stehen.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden erfindungsgemäße E-/A-Baugruppen bzw. das erfindungsgemäße Automatisierungssystem - insbesondere als Teil eines Prozessleit- Systems einer technischen Anlage - im Bereich der Energieerzeugung, d.h. bei Kraftwerken bzw. bei Kraftwerkssteuerungen, eingesetzt. Vor allem im Bereich solcher Kraftwerkssteuerungen und -regelungen, die sehr kurze Zykluszeiten erfordern, wie zum Beispiel an Turbinensteuerungen und -regelungen, wird einer Verteilung der Funktionen auf E-/A-Baugruppenebene von großem Vorteil.
Auch im Bereich von Fertigungsprozessen bzw. -anlagen oder auch chemischen Anlagen lässt sich die Erfindung einsetzen.
Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammenge- fasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. In einer Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.
Es zeigt:
FIG 1 eine Skizze einer Konfiguration eines Prozessleit- systems mit einem graphisch projektierbaren Automatisierungssystem. Ausführungsbeispiel: Verteilte Steuerungen mittels Integration des AblaufSystems (Ablaufumgebung) einer Steuerung auf E- /A-Baugruppen
FIG 1 zeigt eine Konfiguration eines Prozessleitsystems 12 mit einem graphisch projektierbaren Automatisierungssystem 1, kurz im Folgenden nur Automatisierungssystem 1 bzw. System 1, für eine Kraftwerkssteuerung.
Alle Komponenten dieses Prozessleit- 12 bzw. Automatisie- rungssystems 1 sind via einem Standard-Ethernet-Netzwerk 10, 6 mit TCP/IP vernetzt. Der Zugriff auf den Prozess und die Anbindung an die Komponenten bzw. die Kommunikation 6 erfolgen über den PROFIBUS-DP-Feldbus 10 oder über Ethernet mit Real Time „Komponente".
Dieses graphisch projektierbare Automatisierungssystem 1 (kurz nur Automatisierungssystem 1) weist mehrere - dezentrale bzw. verteilte - programmierbare Steuerungseinheiten 8, kurz Steuerungen 8, auf.
Jede Steuerung 8 ist für - zu projektierende - Steuerungsfunktionen 14 programmierbar und besitzt eine - dort implementierte - AblaufUmgebung 13 für die projektierten Funktionen 14. Weiterhin stellen die AblaufUmgebungen 13 der Steue- rungen 8 zusätzliche Funktionen/Funktionalitäten 15, wie die Kommunikation 6 mit anderen Systemkomponenten des Automatisierungssystems 1, zur Verfügung. Die Bedienung des Automatisierungssystem 1 erfolgt über HMI- Systeme 9, deren eines FIG 1 zeigt und welche jeweils die Funktionen Bedienen, Diagnose, Archiv, Alarm und Engineering zur Verfügung stellen.
Die „Schnittstelle" des Systems 1 zum Prozess stellen Feldgeräte 11, wie Antriebe, Stellelemente und/oder Sensoren, dar, welche Prozesszustände des zu steuernden Prozesses erfassen und/oder überwachen, auf den Prozess einwirken - und prozess- relevante Informationen an das Automatisierungssystem 1 weitergeben .
Die Anbindung 16 der Feldgeräte 11 an das Automatisierungssystem 1 erfolgt mittels/über E-/A-Baugruppen 2.
Die E-/A-Baugruppen 2 sind jeweils mit FPGAs 3 bestückt, welche es ermöglichen, auf den E-/A-Baugruppen 2 - zu projektierende - Funktionen, Funktionalitäten und/oder Features 5 zu installieren und so (Steuerungs- ) Funktionen, welche sonst von den Steuerungen 8 ausgeführt werden würden, auf die E-/A- Baugruppen 2 auszulagern.
Auch werden auf den E-/A-Baugruppen 2 bzw. in die dortigen FPGAs 3 die - entsprechenden - AblaufUmgebungen 4 für die (ausgelagerten) Funktionen 5, welche entsprechenden Ablaufumgebungen 13 aus den Steuerungen 8 zur Verfügung stehen, implementiert .
Da das Automatisierungssystem 1 graphisch projektierbar ist, sind - bei der Projektierung des Systems 1 - so nur die zu projektierenden Funktionen 5 - anstelle der AblaufUmgebungen 13 der Steuerungen 8 - der AblaufUmgebungen 4 entsprechender Ziel-E-/A-Baugruppen 2 zuzuordnen, welche dann die ausgelagerten Funktionen 5 durchführen können.
Alle anderen Funktionen 7, wie die Kommunikation mit dem HMI- System 9 oder die Kommunikation mit den AblaufUmgebungen 13, 4 der Steuerungen 8 oder der anderen E-/A-Baugruppen 2 stehen in der AblaufUmgebung 4 der jeweiligen E-/A-Baugruppe 2 dann schon zur Verfügung, sind „out of the box" verfügbar - und brauchen so nicht mehr neu oder anders programmiert werden. Auch werden die Signale auf der jeweiligen E-/A-Baugruppe 2 mit einem Zeitstempel versehen.
Die E-/A-Baugruppen 2 sind damit - wie die Steuerungen 8 und das HMI -System 9 jeweils unmittelbar ans Netzwerk 10 angebun- den - in der Lage, in Umfang und Funktion, wie die Steuerungen 8 zu agieren bzw. Funktionen 5 abzuarbeiten und im System 1 am selben Bussystem 10, wie die Steuerungen und das HMI - System, untereinander - wie auch mit dem HMI -System 9 und den Steuerungen 8 - zu kommunizieren 6.
Die Steuerungen 8 werden so in weiten Teilen entlastet, müssen die Signale nicht mehr in den Steuerungen 8 verarbeitet werden, sondern werden unmittelbar in den E-/A-Baugruppen 2 und weiter dann im HMI-System 9 verarbeitet.
Der Bearbeitungszyklus in den Steuerungen 8 und den E-/A- Baugruppen 2 werden - individuell für die jeweilige Komponente nach dortig erforderlichem schnellstem zu erwartendem Signalwechsel - festgelegt. E-/A-Baugruppen 2 für Turbinensteue- rungen und -regelungen erfordern beispielsweise - aufgrund dortiger schnellen Signaländerungen - schnellere Zykluszeiten als - „nachgelagerte" - Steuerungen 8, welche beispielsweise nur mehr auf Signaländerungen reagieren müssen. Somit brauchen nicht mehr - wie sonst üblich - ganze Komponentenkomplexe, wie eine Steuerung und deren unterlagerte E- /A-Baugruppen, nach dem schnellstem Zyklus einer Komponen- te/E-/A-Baugruppe gefahren werden, sondern jede Komponente, d.h. Steuerung 8 und E-/A-Baugruppe 2, kann nach ihrem eige- nen bzw. individuellen Zyklus fahren. Auch hierdurch werden die Steuerungen 8 entlastet, brauchen sie nicht mehr in einem „für sie zu schnellen" Zyklus einer E-/A-Baugruppe 2 laufen. Damit die Signale von den E-/A-Baugruppen 2 zu Zyklusbeginn der Steuerungen 8 in den Steuerungen 8 bereitstehen, werden die E-/A-Baugruppen 2 und Steuerungen 8 zeitlich aufeinander synchronisiert. Dies erfolgt mittels des „precision time protocol " .
Mittels dieses „precision time protocol" werden auch die Laufzeiten der Signale auf dem Bus 10 ermittelt, sodass die E-/A-Baugruppen 2 ihre Datenpakete rechtzeitig vor Zyklusbeginn senden können, damit so zu Zyklusbeginn der Steuerungen 8, die Signale zur Verfügung stehen.
Vor allem im Bereich einer solchen Kraftwerkssteuerung und - regelung, die sehr kurze Zykluszeiten erfordern, wie zum Beispiel an Turbinensteuerungen und -regelungen, ist die Vertei- lung der Funktionen auf die E-/A-Baugruppenebene bzw. auf die E-/A-Baugruppen 2 von großem Vorteil.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. E-/A-Baugruppe (2) für ein Automatisierungssystem (1) mit einer Prozessoreinheit (3), die zu einer Durchführung einer Verarbeitungsaufgabe (5) durch die E-/A-Baugruppe (2) eingerichtet oder einrichtbar ist,
gekennzeichnet durch
eine in die Prozessoreinheit (3) implementierte Ablaufumgebung (4) für die eingerichtete Verarbeitungsaufgabe (5) .
2. E-/A-Baugruppe (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Prozessoreinheit (3) ein ASIC, ein CPLD oder ein FPGA ist.
3. E-/A-Baugruppe (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die AblaufUmgebung (4) derart eingerichtet ist, dass sie
Funktionen (7) , insbesondere eine Kommunikationsfunktion (7) für die Kommunikation (6) der E-/A-Baugruppe (2) mit anderen, in ein Kommunikationsnetzwerk (10) anbindbare Komponenten (2, 8, 9), zur Verfügung stellt.
4. E-/A-Baugruppe (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsaufgabe (5) eine Steuerungsfunktion ist.
5. Automatisierungssystem (1) mit einem Kommunikationsnetzwerk (10) und zumindest einer an das Kommunikationsnetzwerk (10) angebundenen Steuerungseinheit (8)
gekennzeichnet durch zumindest eine an das Kommunikations- netzwerk (10) angebundenen E-/A-Baugruppe (2) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche.
6. Automatisierungssystem (1) nach mindestens dem oranstehenden Anspruch, mit mehreren solchen, jeweils an das Kommunikationsnetzwerk (10) angebundenen E-/A-Baugruppen (2) .
7. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 5 oder 6, mit mehreren solchen, jeweils an das Kommunikationsnetzwerk (10) angebundenen Steuerungseinheiten (8) .
8. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 5 - 7, mit zumindest einer an das Kommunikationsnetzwerk (10) angebundenen Mensch-Maschine- Interaktions-Einheit (HMI-System) (9) .
9. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 5 - 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsnetzwerk (10) ein Bus, insbesondere ein standardisierter Feldbus, ist.
10. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 5 - 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Automatisierungssystem (1) graphisch projektierbar ist.
11. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 5 - 10,
mit zumindest einem Feldgerät (11) , welches an die E-/A- Baugruppe (2) angebunden ist
12. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 5 - 11,
dadurch gekennzeichnet, dass an das Kommunikationsnetzwerk (10) angebundene Komponenten (2, 8, 9), insbesondere E-/A- Baugruppen (2), Steuerungseinheiten (8) und/oder ein HMI- System (9) , insbesondere unter Verwendung eines „precision time protocol", zeitlich synchronisiert sind.
13. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der oranstehenden Ansprüche 5 - 12,
dadurch gekennzeichnet, dass Laufzeiten von Daten in dem Kommunikationsnetzwerk (10) , insbesondere unten Verwendung eines „precision time protocol", ermittelt werden.
14. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 5 - 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die in die Prozessoreinheit (3) implementierte AblaufUmgebung (4) eine AblaufUmgebung (13) der Steuerungseinheit (8) ist.
15. Automatisierungssystem (1) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 5 - 14,
eingesetzt, insbesondere in einem Prozessleitsystem (12) , zu einer Prozesssteuerung, insbesondere eines Energieerzeugungs- Prozesses oder Fertigungsprozesses.
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