WO2015124320A1 - Dynamisches speicherprogrammierbares steuergerät zum emulieren eines steuergerätes - Google Patents

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WO2015124320A1
WO2015124320A1 PCT/EP2015/000417 EP2015000417W WO2015124320A1 WO 2015124320 A1 WO2015124320 A1 WO 2015124320A1 EP 2015000417 W EP2015000417 W EP 2015000417W WO 2015124320 A1 WO2015124320 A1 WO 2015124320A1
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logic controller
virtual
dynamic
controller
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PCT/EP2015/000417
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Rainer Drath
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Abb Technology Ag
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
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    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
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    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/058—Safety, monitoring

Definitions

  • the invention relates to a dynamic programmable logic controller for use in a process control system, comprising at least one field-side I / O interface for controlling at least one field device, a writable data memory, at least one processor for executing software stored thereon and a programming interface for transmitting executable software via a programming station on the data memory.
  • the field of application of the invention extends to systems automated by computer programs, in particular process control systems, for example
  • a programming station generally exists on the user side, via which the control software can be transferred to the programmable logic controllers. This is necessary, for example, when setting up the automated system or when new requirements arise on the user side or on the process side,
  • the hardware of the new programmable logic controller such as its inputs and outputs or its processor architecture or memory structure, is not identical to the hardware of the old controller, it must be developed for this new programmable logic controller, a new control software that meets the requirements of the system is adjusted. Such a
  • Programmable logic controller is incorporated into the system during development, it can come during this development time to malfunction. This applies in particular even if, for example, a foreign control device from another manufacturer is used.
  • Soft-PLC systems in which a PLC is emulated on a PC, that is to say a virtual PLC, are generally known in the state of the art. Emulation is understood to be fundamentally the reproduction of a piece of information technology
  • the hardware of a physical device is modeled using other hardware or virtualization software.
  • a virtual device created in this way is of its internal functioning and of the
  • Interfaces to the outside indistinguishable from the physical device that underlies this virtual device.
  • these are not suitable as an equivalent replacement for a physical PLC module for several reasons.
  • software that emulates a physical PLC may be executed within a virtual real-time operating system, but in any case within a higher-level PC operating system.
  • this can have real-time extensions, it is nevertheless susceptible to system crashes due to the complex cooperation of many, even those not involved in the Soft-PLC components, which in turn would affect the soft PLC, which is why such systems are not used in safety-critical process control systems
  • a PC may have I / O interfaces through, for example, a slot PLC, its design typically is not suitable for use, for example, in a switch box.
  • DE 10 2008 016 048 A1 discloses a process control system in which the problem of integrating a foreign programmable logic controller is solved as follows.
  • a control unit between the programmable logic controller and the user page is inserted, which simulates a system-compatible programmable logic controller in the direction of the user side and on the other side with the foreign programmable logic controller
  • Controllers can be used with different hardware, and which allows the development of control software with minimal impact on the operation of the automated system.
  • Programmable logic controller are by the method in the
  • the invention includes the technical teaching that the at least one processor emulates the hardware of at least one underlying programmable logic controller, wherein the thus generated at least one virtual programmable logic controller has access to the at least one field-side I / O interface.
  • the advantage of the invention is that an exchange of virtual hardware can take place without physically interfering with the process control system and that old ones or obsolete hardware can be emulated by the programmable logic controller according to the invention for development purposes. If, for example, a physical control unit is to be used which cooperates with a specific actuator, then the architecture or the hardware of this physical control unit may be in the dynamic
  • Programmable controller can be virtualized without a physical control unit must be replaced.
  • Transfer programming interface to the data memory it is also possible to flexibly emulate a plurality of different physical control units in parallel, if appropriate, by transmitting virtualization software for their hardware.
  • an emulation may also be performed via the hardware of the dynamic programmable logic controller instead of via a virtualization software, which may be associated, for example, with advantages with regard to the computing speed of the virtual control device.
  • the dynamic programmable logic controller communicates via a terminal-side I / O interface with an operating and monitoring station to the programming of
  • control software that is adapted for use on the intended physical control device, on the virtual
  • this virtual control unit from the outside virtually indistinguishable and in particular equally functional as the physical template.
  • the same programming station can be used, which can also program the physical programmable controller.
  • the virtualization software and / or the control software of a virtual memory programmable run Control unit on a real-time operating system.
  • the emulation can also be performed directly on the hardware of the dynamic programmable logic controller, without an operating system as an intermediate layer.
  • a first programmable logic controller is virtualized on a optionally already built into the process control system dynamic programmable logic controller and provided with a control software adapted to this controller.
  • the dynamic programmable logic controller is then ideally complete
  • Programmable controller emulated and programmed via the programming interface. Meanwhile, during this process, which, as mentioned at the beginning, may take a long time to maintain the operation of the plant, the first virtual programmable logic controller continues to run. Only when the control software of the second virtual programmable logic controller is programmed satisfactory or ready, it can be used in parallel or instead of the first virtual field device permanently.
  • Control unit by a physical programmable logic controller which is based on the second virtual programmable logic controller, be replaced with the new control software.
  • This control software may also be held on the second virtual
  • the solution according to the invention can also be embodied as a computer program product which, when running on a processor of the inventive dynamic programmable logic controller, the processor instructs software, the associated erfindungsumble D5.
  • the invention relates to an above-described
  • Computer program product is stored retrievable.
  • Figure 1 is a programmable logic controller of the prior art during the control software development
  • Figure 2 shows a first embodiment of a dynamic programmable logic controller according to the invention during the
  • Figure 3 shows a second embodiment of a dynamic programmable logic controller according to the invention during the
  • a prior art process control system 1 consists of an operating and monitoring station 2, which is connected via a terminal bus 3 and via a terminal-side I / O interface 4 of a foreign physical network
  • programmable logic controller 5 is connected to the processor 6, the control software 7 is not adapted to the process control system.
  • the communication does not have to take place via a direct galvanic connection but can be mediated for example via elements not shown, including, for example, optocouplers or A / D converters.
  • a Programming interface 12 is provided which is connected to a programming station 13.
  • control software 7 Since the control software 7 has yet to be developed on this physical programmable controller 5 by the programming station 13 to be adapted to the requirements of the process control system, it may be possible failures and misconduct in the field and terminal side communication of the physical programmable logic controller 5 and the related field devices 11 and the control and monitoring station 2, here therefore shown with dashed lines.
  • Figure 2 shows how the programming of the foreign programmable logic controller 5 using the inventive dynamic
  • Programmable logic controller 14 can be completed.
  • the physical programmable logic controller 5 is a dynamic
  • Programmable controller 14 is used, on the data memory 28, a virtualization software 15 is stored, which is based on a physical, not shown, programmable logic controller whose hardware and control software 16 are adapted to the process control system.
  • Control software 16 is stored on the data memory 28.
  • the processor 27 generates a virtual first programmable logic controller 17 by executing the virtualization software 15. This includes a virtual memory
  • Control unit 14 error-free with the control and monitoring station 2 and the field devices 11 communicate. This communication is indistinguishable from that with the physical, underlying programmable logic controller and thus causes in particular no malfunction or failure.
  • the processor 6 executes a second virtualization software 20 on which the foreign physical control unit 5 is based and thereby generates a second virtual memory programmable controller 21. Its second virtual processor 22 executes the control software 7 stored on the second virtual volume 23, thus allowing its development by means of communication via the I / O interfaces 25, 26. Since the actual operation of the Process control system 1 is simultaneously secured via the first virtual programmable logic controller 17, produces this parallel development no
  • both virtual programmable logic controllers 17, 15 operate without errors. In this state, the process control system is fully functional. Now optionally the first virtual programmable logic controller 17 can be removed or deactivated, provided that the second virtual programmable logic controller 21 fulfills all desired functions. In addition, it is now possible, now the dynamic programmable logic controller 14 by the foreign physical
  • FIG. 3 shows how, in contrast to the exemplary embodiment in FIG. 2, the second virtualization software 20 is dispensed with.
  • the second virtualization software 20 is dispensed with.
  • the hardware of the dynamic programmable logic controller control software 24 executed directly on the processor 27 for development purposes, ie without a possibly computing speed inhibiting
  • Abstraction layer in the form of a virtualization. After this development, it is also possible to remove or disable the first virtual programmable logic controller 14.
  • the dynamic programmable logic controller is not limited to the preferred embodiments described above. On the contrary, modifications are conceivable which are included in the scope of protection of the following claims.
  • the dynamic programmable logic controller it is possible for the dynamic programmable logic controller to have more than one processor, which for example can generate a plurality of virtual programmable logic controllers or instances thereof in parallel. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Die Erfindung betrifft ein dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) für den Einsatz in einem Prozessleitsystem (1), umfassend mindestens eine feldseitige E/A-Schnittstelle (26) zur Steuerung von mindestens einem Feldgerät (11), einen beschreibbaren Datenspeicher (28), mindestens einen Prozessor (27) zur Ausführung darauf gespeicherter Software sowie eine Programmierschnittstelle (29) zur Übertragung ausführbarer Software über eine Programmierstation (13) auf den Datenspeicher (28), wobei der mindestens eine Prozessor (27) die Hardware mindestens eines zugrundeliegenden speicherprogrammierbaren Steuergerätes (5) emuliert, wobei das hierdurch erzeugte mindestens eine virtuelle speicherprogrammierbaren Steuergerät (17) Zugriff auf die mindestens eine feldseitige E/A-Schnittstelle (26) besitzt. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Austausch von virtueller Hardware stattfinden kann, ohne physisch in das Prozessleitsystem einzugreifen, und dass alte bzw. veraltete Hardware durch das erfindungsgemäße dynamische speicherprogrammierbare Steuergerät zu Entwicklungszwecken emuliert werden kann.

Description

DYNAMISCHES SPEICHERPROGRAMMIERBARES STEUERGERÄT ZUM EMULIEREN EINES STEUERGERÄTES
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät für den Einsatz in einem Prozessleitsystem, umfassend mindestens eine feldseitige E/A- Schnittstelle zur Steuerung von mindestens einem Feldgerät, einen beschreibbaren Datenspeicher, mindestens einen Prozessor zur Ausführung darauf gespeicherter Software sowie eine Programmierschnittstelle zur Übertragung ausführbarer Software über eine Programmierstation auf den Datenspeicher.
Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf durch Computerprogramme automatisierte Anlagen, insbesondere Prozessleitsysteme, beispielsweise
Fertigungsanlagen in der Automobil- oder Nahrungsmittelindustrie. Solche Anlagen enthalten im Allgemeinen sogenannte Feldgeräte, die direkt in den Fertigungsprozess eingebunden sind, beispielsweise in Form von Motoren, Aktoren oder Sensoren. Zur Ansteuerung dieser Feldgeräte werden feldnahe Steuergeräte, beispielsweise speicherprogrammierbare Steuergeräte, eingesetzt, die darüber hinaus mit
Bedienelementen und Anzeigeelementen kommunizieren, über die ein Benutzer die Anlage steuern, regeln oder überwachen kann. Des Weiteren existiert im Allgemeinen auf der Benutzerseite eine Programmierstation, über die die Steuerungssoftware auf die speicherprogrammierbaren Steuergeräten übertragen werden kann. Dies ist beispielsweise erforderlich beim Aufbau der automatisierten Anlage oder wenn sich auf der Benutzerseite oder auf der Prozessseite neue Anforderungen ergeben,
beispielsweise aufgrund von Modernisierung oder aufgrund von Austausch alter gegen neuer Hardware oder weil neue Feldgeräte in den Prozess eingebunden werden. Ferner kann es wünschenswert sein, Steuergeräte komplett auszutauschen. Wenn die Hardware des neuen speicherprogrammierbaren Steuergerätes, beispielsweise seine Ein- und Ausgänge oder seine Prozessorarchitektur oder seine Speicherstruktur, nicht identisch ist zu der Hardware des alten Steuergerätes, so muss für dieses neue speicherprogrammierbare Steuergerät eine neue Steuerungssoftware entwickelt werden, die an die Anforderungen der Anlage angepasst ist. Ein solcher
Softwareentwicklungsprozess kann sehr zeitaufwendig sein, und da das
speicherprogrammierbare Steuergerät während der Entwicklung in die Anlage eingebunden ist, kann es während dieser Entwicklungszeit zu Betriebsstörungen kommen. Dies gilt insbesondere auch wenn beispielsweise ein fremdes Steuergerät eines anderen Herstellers eingesetzt wird.
Im Stand der Technik allgemein bekannt sind Soft-SPS Systeme, bei denen auf einem PC eine SPS emuliert wird, also eine virtuelle SPS erzeugt wird. Unter Emulation versteht man informationstechnisch grundlegend die Nachbildung eines
zugrundeliegenden Systems oder dessen Funktionsweise durch ein anders
aufgebautes System. Eine solche Nachbildung wir dann als virtuell bezeichnet.
Beispielsweise wird die Hardware eines physischen Gerätes mit Hilfe einer anderen Hardware oder einer Virtualisierungssoftware nachgebildet. Idealerweise ist ein so erzeugtes virtuelles Gerät von seiner internen Funktionsweise und von den
Schnittstellen nach außen ununterscheidbar von dem physischen Gerät, das diesem virtuellen Gerät zugrundeliegt. Diese sind jedoch aus mehreren Gründen nicht als gleichwertiger Ersatz für ein physisches SPS Modul geeignet. Bei einer Soft-SPS wird eine Software, die eine physische SPS emuliert, gegebenenfalls innerhalb eines virtuellen Echtzeitbetriebssystems ausgeführt, allerdings jedem Fall innerhalb eines übergeordneten PC-Betriebssystems. Dieses kann zwar über Echtzeiterweiterungen verfügen, ist aber dennoch auch aufgrund der komplexen Zusammenarbeit vieler, auch an der Soft-SPS nicht beteiligter, Komponenten anfällig für Systemabstürze, welche wiederum die Soft-SPS mit betreffen würden, weshalb solche Systeme nicht in sicherheitskritischen Prozessleitsystemen eingesetzt werden. Ferner kann ein PC zwar beispielsweise durch eine Slot-SPS über E/A-Schnittstellen verfügen, ist von seiner Bauform aber typischerweise nicht geeignet, beispielsweise in einen Schaltkasten eingesetzt zu werden. Aus der DE 10 2008 016 048 A1 geht ein Prozessleitsystem hervor, in welchem das Problem der Einbindung eines fremden speicherprogrammierbaren Steuergerätes wie folgt gelöst wird. Hier wird eine Steuereinheit zwischen das speicherprogrammierbare Steuergerät und die Benutzerseite eingefügt, welches in Richtung der Benutzerseite ein systemkonformes speicherprogrammierbares Steuergerät simuliert und auf der anderen Seite mit dem fremden speicherprogrammierbaren Steuergerät
kommunizieren kann. Somit ist es möglich, die Feldgeräte, die mit dem fremden speicherprogrammierbaren Steuergerät zusammenarbeiten, benutzerseitig zu überwachen oder zu steuern oder zu regeln. Nachteilhaft an dieser Lösung ist, dass mit dem Steuerrechner eine zusätzliche Komponente in das System eingeführt werden muss, mit dem dazugehörigen Wartungs- und Platzbedarf.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein speicherprogrammierbares Steuergerät zu schaffen, welches stellvertretend für speicherprogrammierbare
Steuergeräte mit unterschiedlicher Hardware eingesetzt werden kann, und welches die Entwicklung von Steuerungssoftware bei möglichst geringer Beeinträchtigung des Betriebs der automatisierten Anlage ermöglicht.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem speicherprogrammierbaren Steuergerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Der Betrieb und die Programmierung eines solchen
speicherprogrammierbaren Steuergerätes werden durch die Verfahren in den
Ansprüchen 9 bis 12 beschrieben. Ein Prozessleitsystem, das ein solches
speicherprogrammierbares Steuergerät einsetzt, wird in Anspruch 8 beschrieben und hinsichtlich eines hiermit im Zusammenhang stehenden Computerprogrammprodukts sowie eines Datenträgers wird auf die Ansprüche 13 beziehungsweise 4 verwiesen.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der mindestens eine Prozessor die Hardware mindestens eines zugrundeliegenden speicherprogrammierbaren Steuergerätes emuliert, wobei das hierdurch erzeugte mindestens eine virtuelle speicherprogrammierbaren Steuergerät Zugriff auf die mindestens eine feldseitige E/A- Schnittstelle besitzt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Austausch von virtueller Hardware stattfinden kann, ohne physisch in das Prozessleitsystem einzugreifen, und dass alte beziehungsweise veraltete Hardware durch das erfindungsgemäße speicherprogrammierbare Steuergerät zu Entwicklungszwecken emuliert werden kann. Soll beispielsweise ein physisches Steuergerät eingesetzt werden, das mit einem bestimmten Aktor zusammenarbeitet, so kann die Architektur beziehungsweise die Hardware dieses physischen Steuergerätes in dem dynamischen
speicherprogrammierbaren Steuergerät virtualisiert werden, ohne dass ein physisches Steuergerät ausgewechselt werden muss.
Vorzugsweise wird die dazu nötige Virtualisierungssoftware über die
Programmierschnittstelle auf den Datenspeicher übertragen. In diesem Fall lassen sich so flexibel mehrere verschiedene physische Steuergeräte gegebenenfalls auch parallel emulieren, indem eine Virtualisierungssoftware für deren Hardware übertragen wird. Alternativ lässt sich eine Emulation auch statt über eine Virtualisierungssoftware auch über die Hardware des dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes durchführen, was beispielsweise mit Vorteilen bezüglich der Rechengeschwindigkeit des virtuellen Steuergerätes verbunden sein kann.
Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme kommuniziert das dynamische speicherprogrammierbare Steuergerät über eine terminalseitige E/A-Schnittstelle mit eine Bedien- und Beobachtungsstation, um die Programmierung der
Steuerungssoftware oder der Virtualisierungssoftware zu vereinfachen und / oder um die mit dem dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerät kommunizierenden Feldgeräte zu überwachen oder durch menschlichen Eingriff zu regeln.
Bevorzugterweise kann dann genau die Steuerungssoftware, die für den Einsatz auf dem vorgesehenen physischen Steuergerät angepasst ist, auf dem virtuellen
Steuergerät installiert werden, so dass dieses virtuelle Steuergerät von außen quasi ununterscheidbar und insbesondere gleichermaßen funktionsfähig ist wie die physische Vorlage. Um diese Steuerungssoftware auf das virtuelle Steuergerät zu übertragen, kann bevorzugterweise die gleiche Programmierstation verwendet werden, die auch die physischen speicherprogrammierbaren Steuergeräte programmieren kann.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung laufen die Virtualisierungssoftware und / oder die Steuerungssoftware eines virtuellen speicherprogrammierbaren Steuergerätes auf einem Echtzeitbetriebssystem. Alternativ kann die Emulation auch direkt auf der Hardware des dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes durchgeführt werden, ohne einem Betriebssystem als Zwischenschicht.
In einem die Erfindung betreffenden Verfahren wird auf einem optional bereits in das Prozessleitsystem eingebauten dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerät ein erstes speicherprogrammierbares Steuergerät virtualisiert und mit einer an dieses Steuergerät angepassten Steuerungssoftware versehen. Dadurch ist dann das dynamische speicherprogrammierbare Steuergerät idealerweise komplett
austauschbar mit dem ersten speicherprogrammierbaren Steuergerät.
Um nun ein weiteres, neues speicherprogrammierbares Steuergerät zu schaffen, das gegebenenfalls neuen Anforderungen der Anlage entspricht, wird ein zweites speicherprogrammierbares Steuergerät auf dem dynamischen
speicherprogrammierbaren Steuergerät emuliert und über die Programmierschnittstelle programmiert. Um während dieses Vorgangs, der, wie zu Beginn erwähnt, lange Zeit in Anspruch nehmen kann, den Betrieb der Anlage aufrechtzuerhalten, läuft das erste virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät unterdessen weiter. Erst wenn die Steuerungssoftware des zweiten virtuellen speicherprogrammierbaren Steuergerätes zufriedenstellend beziehungsweise fertig programmiert ist, kann es parallel oder anstelle des ersten virtuellen Feldgerätes permanent eingesetzt werden.
Gleichermaßen kann dann auch das dynamische speicherprogrammierbare
Steuergerät durch ein physisches speicherprogrammierbares Steuergerät, welches dem zweiten virtuellen speicherprogrammierbaren Steuergerät zugrundeliegt, mit der neuen Steuerungssoftware ausgetauscht werden.
Diese Steuerungssoftware kann außerdem statt auf dem zweiten virtuellen
speicherprogrammierbaren Steuergerät auch direkt auf dem dynamischen
speicherprogrammierbaren Steuergerät entwickelt werden, so dass dieses selbst als speicherprogrammierbares Steuergerät wirkt, ohne die Abstraktion durch die
Virtualisierung, die beispielsweise Leistungseinbußen verursachen kann.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch als Computerprogrammprodukt verkörpern, welches, wenn es auf einem Prozessor des erfindungsgegenständlichen dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes läuft, den Prozessor softwaremäßig anleitet, die zugeordneten erfindungsgegenständlichen
Verfahrensschritte durchzuführen.
In diesem Zusammenhang gehört auch ein computerlesbares Medium zum
Gegenstand der Erfindung, auf dem ein vorstehend beschriebenes
Computerprogrammprodukt abrufbar gespeichert ist.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
Figur 1 ein speicherprogrammierbares Steuergerätes nach dem Stand der Technik während der Steuerungssoftwareentwicklung, und
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes während der
Steuerungssoftwareentwicklung, und
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes während der
Steuerungssoftwareentwicklung.
Gemäß Figur 1 besteht ein Prozessleitsystem 1 des Standes der Technik aus einer Bedien- und Beobachtungsstation 2, die über einen Terminalbus 3 und über eine terminalseitigen E/A-Schnittstelle 4 eines fremden physischen
speicherprogrammierbaren Steuergerätes 5 mit dessen Prozessor 6 verbunden ist, dessen Steuerungssoftware 7 nicht an das Prozessleitsystem angepasst ist. Eine in der Entwicklung befindliche Steuerungssoftware 7, die auf dem Datenspeicher 8 gespeichert ist, wird von dem Prozessor 6 ausgeführt, welcher außerdem über eine zweite feldseitige E/A-Schnittstelle 9 über einen Feldbus 10 mit den Feldgeräten 11 kommuniziert. Die Kommunikation muss dabei nicht über eine direkte galvanische Verbindung stattfinden sondern kann beispielsweise über nicht dargestellte Elemente, einschließlich beispielsweise Optokoppler oder A/D-Wandler vermittelt werden. Ferner ist an dem physischen speicherprogrammierbaren Steuergerät 5 eine Programmierschnittstelle 12 vorgesehen, die mit einer Programmierstation 13 verbunden ist.
Da die Steuerungssoftware 7 auf diesem physischen speicherprogrammierbaren Steuergerät 5 durch die Programmierstation 13 erst noch entwickelt werden muss, um an die Anforderungen des Prozessleitsystems angepasst zu sein, kommt es gegebenenfalls zu Ausfällen und Fehlverhalten in der feld- und terminalseitigen Kommunikation des physischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes 5 und den in Verbindung stehenden Feldgeräten 11 und der Bedien- und Beobachtungsstation 2, hier daher mit gestrichelten Linien dargestellt.
Figur 2 zeigt wie die Programmierung des fremden speicherprogrammierbaren Steuergerätes 5 mit Hilfe des erfindungsgemäßen dynamischen
speicherprogrammierbaren Steuergerätes 14 vollzogen werden kann. Hier ist ausgehend von der in Figur 1 dargestellten Situation an Stelle des physischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes 5 ein dynamisches
speicherprogrammierbares Steuergerät 14 eingesetzt, auf dessen Datenspeicher 28 eine Virtualisierungssoftware 15 gespeichert ist, welcher ein physisches, nicht dargestelltes, speicherprogrammierbares Steuergerät zugrundeliegt, dessen Hardware und Steuerungssoftware 16 an das Prozessleitsystem angepasst sind. Diese
Steuerungssoftware 16 ist auf dem Datenspeicher 28 gespeichert. Der Prozessor 27 erzeugt durch Ausführen der Virtualisierungssoftware 15 ein virtuelles erstes speicherprogrammierbares Steuergerät 17. Dieser umfasst einen virtuellen
Datenspeicher 19, auf welchem die Steuerungssoftware 16 gespeichert ist, und einen virtuellen Prozessor 18, der somit die Steuerungssoftware 16 ausführen kann. Da das virtuelle erste speicherprogrammierbare Steuergerät 17 Zugriff auf die E/A- Schnittstellen 25, 26 besitzt, kann das dynamische speicherprogrammierbare
Steuergerät 14 fehlerfrei mit der Bedien- und Beobachtungsstation 2 sowie den Feldgeräten 11 kommunizieren. Diese Kommunikation ist dabei ununterscheidbar von der mit dem physischen, zugrundeliegenden speicherprogrammierbaren Steuergerät und bewirkt somit insbesondere keine Fehlfunktionen oder Ausfälle.
Um nun die Steuerungssoftware 7 für das fremde physische speicherprogrammierbare Steuergerät 5 zu entwickeln, führt der Prozessor 6 eine zweite Virtualisierungssoftware 20 aus, der das fremde physische Steuergerät 5 zugrunde liegt, und erzeugt dadurch ein zweites virtuelles speicherprogrammierbares Steuergerät 21. Dessen zweiter virtueller Prozessor 22 führt die auf dem zweiten virtuellen Datenträger 23 gespeicherte Steuerungssoftware 7 aus, und erlaubt es somit deren Entwicklung mithilfe der Kommunikation über die E/A-Schnittstellen 25, 26. Da der eigentliche Betrieb des Prozessleitsystems 1 gleichzeitig über das erste virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät 17 gesichert ist, produziert diese parallele Entwicklung kein
Fehlerverhalten und keinen Ausfall. Ist der Entwicklungsprozess abgeschlossen, arbeiten beide virtuelle speicherprogrammierbare Steuergeräte 17, 15 fehlerfrei. In diesem Zustand ist das Prozessleitsystem voll funktionsfähig. Nun kann optional das erste virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät 17 entfernt oder deaktiviert werden, sofern das zweite virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät 21 alle gewünschten Funktionen erfüllt. Außerdem ist es jetzt möglich, nun das dynamische speicherprogrammierbare Steuergerät 14 durch das fremde physische
speicherprogrammierbare Steuergerät 5 mit der neuen Steuerungssoftware 7 zu ersetzen. Während dieses Verfahrens kommt es insbesondere zu keinem Zeitpunkt zu Fehlverhalten oder zu Ausfällen des Prozessleitsystems 1.
In Figur 3 ist dargestellt, wie im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 auf die zweite Virtualisierungssoftware 20 verzichtet wird. Hier wird eine weitere, mit der Hardware des dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes kompatible Steuerungssoftware 24 direkt auf dessen Prozessor 27 zu Entwicklungszwecken ausgeführt, also ohne eine möglicherweise rechengeschwindigkeitshemmende
Abstraktionsschicht in Form einer Virtualisierung. Nach dieser Entwicklung ist es ebenfalls möglich, das erste virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät 14 zu entfernen beziehungsweise zu deaktivieren.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise möglich, dass das dynamische speicherprogrammierbare Steuergerät über mehr als einen Prozessor verfügt, die beispielsweise parallel mehrere virtuelle speicherprogrammierbare Steuerungen oder Instanzen davon erzeugen können. Bezugszeichenliste
1 Prozessleitsystem
2 Bedien- und Beobachtungsstation
3 Terminalbus
4 terminalseitige E/A-Schnittstelle von 5
5 physisches speicherprogrammierbares Steuergerät
6 Prozessor von 5
7 Steuerungsprogramm für 5
8 Datenspeicher von 5
9 feldseitige E/A-Schnittstelle von 5
10 Feldbus
1 1 Feldgeräte
12 Programmierschnittstelle
13 Programmierstation
14 dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät
15 erste Virtualisierungssoftware
16 erste Steuerungssoftware
17 erstes virtuelles speicherprogrammierbares Steuergerät
18 erster virtueller Prozessor
19 erster virtueller Datenspeicher
0 zweite Virtualisierungssoftware
1 zweites virtuelles speicherprogrammierbares Steuergerät 2 zweiter virtueller Prozessor
3 zweiter virtueller Datenspeicher
4 weitere Steuerungssoftware
5 terminalseitige E/A-Schnittstelle von 14
6 feldseitige E/A-Schnittstelle von 14
7 Prozessor von 14
8 Datenspeicher von 14
9 Programmierschnittstelle von 14

Claims

Patentansprüche . Dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) für den Einsatz in einem Prozessleitsystem (1), umfassend mindestens eine feldseitige E/A-Schnittstelle (26) zur Steuerung mindestens eines Feldgerätes (11), einen beschreibbaren
Datenspeicher (28), mindestens einen Prozessor (27) zur Ausführung darauf gespeicherter Software sowie eine Programmierschnittstelle (29) zur Übertragung ausführbarer Software über eine Programmierstation (13) auf den Datenspeicher (28),
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Prozessor (27) die Hardware mindestens eines zugrundeliegenden speicherprogrammierbaren Steuergerätes (5) emuliert, wobei das hierdurch erzeugte mindestens eine virtuelle speicherprogrammierbaren Steuergerät (17) Zugriff auf die mindestens eine feldseitige E/A-Schnittstelle (26) besitzt.
2. Dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf dem Datenspeicher (28) mindestens eine Virtualisierungssoftware (15) gespeichert ist, welche von dem Prozessor (28) interpretierbare Anweisungen zur Emulation der Hardware des mindestens einen zugrundeliegenden
speicherprogrammierbaren Steuergerätes (5) enthält, zur Erzeugung des virtuellen speicherprogrammierbaren Steuergerätes (17).
3. Dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Kommunikation mit einer Bedien- und Beobachtungsstation (2)
mindestens eine terminalseitige E/A-Schnittstelle (25) vorgesehen ist, auf die das mindestens eine virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät (17) Zugriff hat.
4. Dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät (14) eine Steuerungssoftware (16) ausführt, die mit der mindestens einen E/A-Schnittstelle (25; 26) des dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes (14) zusammenarbeitet, um die Funktionsweise eines speicherprogrammierbaren Steuergerätes durch das dynamische speicherprogrammierbare Steuergerät (14) zu emulieren.
5. Dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungssoftware (16), die das mindestens eine virtuelle
speicherprogrammierbare Steuergerät (17) ausführt, für den Betrieb des
mindestens einen zugrundeliegenden speicherprogrammierbaren Steuergerätes (5) vorgesehen ist, um dessen Funktionsweise durch das mindestens eine virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät (17) und durch das dynamische
speicherprogrammierbare Steuergerät (14) zu emulieren.
6. Dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Prozessor (27) ein Echtzeitbetriebssystem ausführt.
7. Dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der virtuelle Prozessor (18) von mindestens einem virtuellen
speicherprogrammierbaren Steuergerät (17) ein Echtzeitbetriebssystem ausführt.
8. Prozessleitsystem (1) zur automatisierten Steuerung eines Prozesses,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein darin enthaltenes speicherprogrammierbares Steuergerät als dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät (14) nach einem der vorherigen Ansprüche ausgebildet ist.
9. Verfahren um in einem Prozessleitsystem (1) ein dynamisches
speicherprogrammierbares Steuergerät (14) nach den Ansprüchen 1-7 zu betreiben, dadurch gekennzeichnet,
dass ein speicherprogrammierbares Steuergerät (5) aus dem Prozessleitsystem (1) entfernt und durch das dynamische speicherprogrammierbare Steuergerät (14) ersetzt wird, wobei hierdurch die Hardware des speicherprogrammierbaren
Steuergerätes (5) emuliert wird, wobei durch das hierdurch erzeugte virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät (17) die für das speicherprogrammierbare Steuergerät (5) vorgesehene Steuerungssoftware (16) ausgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich die Hardware eines weiteren speicherprogrammierbaren
Steuergerätes emuliert wird, wobei durch das hierdurch erzeugte virtuelle speicherprogrammierbare Steuergerät (21) eine auf dem Datenspeicher (28) gespeicherte Steuerungssoftware (17) ausgeführt wird, die über die
Programmierschnittstelle (29) und die Programmierstation (13) an die Hardware des virtuellen speicherprogrammierbaren Steuergerätes (21) und an das
Prozessleitsystem (1) angepasst wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach Beendigung der Entwicklung das erste virtuelle
speicherprogrammierbare Steuergerät (14) entfernt oder deaktiviert wird, und / oder ein speicherprogrammierbares Steuergerät (5) an Stelle des dynamischen speicherprogrammierbaren Steuergerätes (4) in das Prozessleitsystem (1) eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich eine auf dem Datenspeicher (28) gespeicherte Steuerungssoftware (24) ausgeführt wird, die über die Programmierschnittstelle (29) und die
Programmierstation (13) an die Hardware des dynamischen
speicherprogrammierbaren Steuergerätes (14) und an das Prozessleitsystem (1) angepasst wird.
13. Computerprogrammprodukt für ein dynamisches speicherprogrammierbares Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welcher nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 betreibbar ist, wobei die Routine zur Erzeugung des virtuellen speicherprogrammierbaren Steuergerätes durch entsprechende in einer Software hinterlegte Steuerungsbefehle umgesetzt ist.
14. Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13.
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