WO2021212165A1 - Verfahren zur programmierung einer anlagensteuerung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Programmierung einer Anlagensteuerung mit mehreren, untereinander sowie mit Sensoren und / oder Aktoren verbundenen Steuereinheiten (6), wobei aus einem Komponentenvorlagenspeicher (1) mehrere Komponentenvorlagen (2) von Anlagenteilen abgerufen, daraus Komponenten (4) erstellt und in einer Anlagenbeschreibung (3) miteinander verknüpft werden, wobei je Komponente (4) der Anlagenbeschreibung (3) ein Komponentenprogrammcode an eine zugewiesene Steuereinheit (6) übertragen wird, beschrieben. Um ein derartiges Verfahren so auszugestalten, dass bei möglichst geringem Test- und Wartungsaufwand auch bei komplexen Anlagen eine einfache und zeiteffiziente Inbetriebnahme einer Anlagensteuerung ermöglicht wird, werden die Merkmale gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.

Description

Verfahren zur Programmierung einer Anlagensteuerung

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Programmierung einer Anlagen steuerung mit mehreren, untereinander sowie mit Sensoren und / oder Aktoren verbundenen Steuereinheiten, wobei aus einem Komponentenvorlagenspeicher mehrere Komponentenvorlagen von Anlagenteilen abgerufen, daraus Komponen ten erstellt und in einer Anlagenbeschreibung miteinander verknüpft werden, wo bei je Komponente der Anlagenbeschreibung ein Komponentenprogrammcode an eine zugewiesene Steuereinheit übertragen wird.

Stand der Technik

Im Rahmen von industriellen Automatisierungslösungen sind Verfahren der ein gangs geschilderten Art beispielsweise aus der EP 2533148 A1 bekannt. Kompo nenten können dabei Anlagenteile darstellen, wie beispielsweise Aktoren, die über Steuereinheiten der Anlagensteuerung auf Basis der Messwerte von Sensoren angesteuert werden. Zu diesem Zweck müssen zwischen den Steuereinheiten und den Sensoren bzw. Aktoren auf der einen und zwischen den Steuereinheiten un tereinander auf der anderen Seite eine Vielzahl von unterschiedlichen Steuer- und Sensordaten ausgetauscht werden, wobei zwischen den einzelnen Anlagenteilen in der Regel mehrere solcher Datenverbindungen erforderlich sind. So kann bei spielsweise im Falle einer Produktionsmaschine als Anlage diese mehrere Kom ponenten in Form von steuerbaren, jeweils zumindest einen Antrieb umfassenden Achsen aufweisen. Um dabei einen reproduzierbaren Produktionsablauf als Pro grammcode anzugeben, der beispielsweise durch eine Abfolge unterschiedlicher angetriebener Achsen bei jeweils bestimmten Drehzahlen als Komponentenbe schreibungen definiert ist, müssen die einzelnen Datenverbindungen der Kompo nenten zunächst miteinander verknüpft werden, wonach durch einen Codegenera- tor Komponentenprogrammcode erstellt und an die Anlagensteuerung übertragen wird. Nachteilig an den vorbekannten Verfahren ist allerdings, dass gerade bei komplexen Anlagen aufgrund der Vielzahl an Komponenten und der damit ver bundenen Vielzahl an Verknüpfungsmöglichkeiten eine vom Anwender mitunter schwer zu überblickende Menge an Verknüpfungen und Signalflüssen abgebildet werden muss, um daraus Programmcode erstellen zu können. Dies hat zur Folge, dass die Programmierung einer Anlagensteuerung komplex und fehleranfällig wird, weil das Erstellen der einzelnen Datenverbindungen zwischen den Kompo nenten jeweils händisch von Neuem vorgenommen werden muss, was die Test- und Wartbarkeit der gesamten Anlagensteuerung beeinträchtigt.

Darstellung der Erfindung

Es besteht somit ein Bedarf ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so aus zugestalten, dass bei möglichst geringem Test- und Wartungsaufwand auch bei komplexen Anlagen eine einfache und zeiteffiziente Programmierung einer Anla gensteuerung ermöglicht wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Komponentenvorlagen Funktionsbeschreibungen und Schnittstellenbeschreibungen mit ein oder mehre ren Anschlussbeschreibungen zum Datenaustausch aufweisen, die erstellten Komponenten den Schnittstellenbeschreibungen entsprechende Schnittstellen umfassen und zusammenpassende Schnittstellen unterschiedlicher Komponenten über Komponentenverbindungen verbunden werden, wobei für jede Komponente der Anlagenbeschreibung eine Steuereinheit der Anlagensteuerung ausgewählt wird, wonach durch einen Codegenerator aus der Funktionsbeschreibung der Komponentenvorlage der Komponente und aus den verbundenen Schnittstellen ein an die Steuereinheit und die mit ihr verbundenen Sensoren und / oder Aktoren angepasster Komponentenprogrammcode erzeugt und an die ausgewählte Steu ereinheit übertragen wird.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass für eine reduzierte Programmie rungsdauer und einen geringen Test- und Wartungsaufwand nicht nur die Funktio- nen der Steuereinheiten und der darauf implementierten Komponenten zu wieder verwendbaren Funktionsbeschreibungen abstrahiert und im Komponentenvorla- genspeicher abgespeichert werden, sondern dass diese Funktionen auch eine In teraktion mit den Anschlüssen der Steuereinheiten erfordern. Um die Zuweisung dieser in der Regel nur primitive Datentypen übertragende Anschlüsse zueinander und zu dem die Funktionen abbildenden Teil des Komponentenprogrammcodes zu erleichtern, werden im Sinne der Erfindung die einzelnen Anschlüsse zu An schlussbeschreibungen abstrahiert und in komplexe Funktionalitäten abbildende Schnittstellenbeschreibungen zusammengefasst, die gemeinsam mit den Funkti onsbeschreibungen für jede Komponentenvorlage im Komponentenvorlagenspei cher abgespeichert werden. Für die Programmierung einer Anlagensteuerung werden dann diese Komponentenvorlagen aus dem Komponentenvorlagenspei cher abgerufen und aus jeder Komponentenvorlage ein oder mehrere Komponen ten mit Schnittstellen erstellt, die in einer Anlagenbeschreibung miteinander über Komponentenverbindungen verknüpft werden. Dabei wird jeder Komponente eine physische Steuereinheit zugewiesen, wobei eine Steuereinheit grundsätzlich auch mehrere Komponenten umfassen kann. Jede Komponentenverbindung bildet da bei vorzugsweise die vollständige Kommunikation zwischen zwei Komponenten ab, die über mehrere physische Anschlüsse der ausgewählten Steuereinheit ab laufen kann. Ausgehend von einer solchen Anlagenbeschreibung wird sodann für jede Komponente mithilfe eines Codegenerators ein Komponentenprogrammcode für die der Komponente zugewiesene Steuereinheit erstellt, der sowohl die Funkti onsbeschreibung, als auch die in der Anlagenbeschreibung definierten, mit Kom ponentenverbindungen verbundenen Schnittstellen in einem von der Steuereinheit ausführbarem Programmcode abbildet. Ein solcher Programmcode kann bei spielsweise dem EN-Standard 61131 entsprechen. Nachdem ein solcher Pro grammcode auf der Ebene der Steuereinheiten eine der Erfindung entsprechende Abstraktion der Anschlüsse zu Schnittstellen von sich aus nicht unterstützt, wird vorgeschlagen, dass der Codegenerator im Rahmen der Erzeugung des Kompo nentenprogrammcodes sowohl Codeartefakte für die Schnittstellen, als auch Codeartefakte für die Anschlüsse der Schnittstellen erstellt, wobei die Codearte fakte für die Schnittstellen ein gemeinsames Ansprechen mehrerer Anschlüsse er lauben. Zufolge dieser Maßnahme können auch die der Funktionsbeschreibung entsprechenden Codeartefakte auf die Codeartefakte für die Schnittstellen zugrei fen, sodass die Funktionsbeschreibungen einen geringeren und somit leichter wartbaren Komplexitätsgrad aufweisen. Beispielsweise können der analoge Vor gabewert für einen Stellzylinder und der analoge Messwert eines Inkrementalge bers, der den Stellweg des Stellzylinders aufnimmt, als zwei Anschlüsse zu einer gemeinsamen Schnittstelle zusammengefasst werden, die die Funktionalität des Stellzylinders für eine Komponente bzw. für deren Funktionsbeschreibung zur Ver fügung stellt.

Obwohl die Funktionsbeschreibungen grundsätzlich ebenfalls abstrakt gehalten und erst durch den Codegenerator in Programmcode übersetzt werden können, ergibt sich eine besonders zuverlässige Programmierung, wenn die Funktionsbe schreibungen der Komponentenvorlagen Funktionsprogrammcode aufweisen, der für die aus der Komponentenvorlage erzeugten Komponenten durch den Codege nerator anhand der verbundenen Schnittstellen vor der Übertragung an die aus gewählte Steuereinheit in Komponentenprogrammcode übersetzt wird. Dies be deutet, dass der Funktionsprogrammcode bereits direkt von der ausgewählten Steuereinheit ausführbar ist, wobei für unterschiedliche Steuereinheiten auch ent sprechend abweichender Funktionsprogrammcode mit der Funktionsbeschreibung abgespeichert sein kann. Wie bereits oben ausgeführt, wird dieser Funktionspro grammcode vor der Übertragung an die Steuereinheit nur insofern übersetzt, als dass die im Funktionsprogrammcode aufgerufenen Codeartefakte für die Schnitt stellen gemeinsam mit den Codeartefakten für die Anschlüsse durch den Codege nerator erzeugt und gemeinsam mit dem Funktionsprogrammcode als Komponen tenprogrammcode ausgegeben wird. Auf diese Weise kann der Funktionspro grammcode bereits auf der Zielplattform getestet werden, ohne dass dieser jedes Mal neu generiert werden müsste.

Damit die Komplexität einer Anlagenbeschreibung und damit die benötigte Zeit für die Programmierung verringert werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschla gen, dass die Komponentenvorlagen Parameterbeschreibungen und die Kompo nenten den Parameterbeschreibungen entsprechende, vorgegebene Parameter umfassen, die gemeinsam mit dem Komponentenprogrammcode an die ausge- wählten Steuereinheiten übertragen werden. Dadurch können einzelne Kompo nentenvorlagen für eine größere Anzahl von unterschiedlichen Anlagenteilen ver wendet werden, wobei im Rahmen der Erstellung der Anlagenbeschreibung nur einige wenige Parameter angepasst werden müssen. Solche Parameter können beispielsweise der maximale Stellweg eines Zylinders, die verwendete Motortype oder die Information sein, ob ein Hydraulikzylinder oder ein Lineartrieb angesteu ert wird. Die Parameter können entweder unmittelbar an den Komponentenpro grammcode eingebettet werden, oder aber als gesonderter Datensatz an die aus gewählte Steuereinheit übermittelt werden.

Die Parameter können aber auch dazu verwendet werden, dass der Codegenera tor den Komponentenprogrammcode anhand der vorgegebenen Parameter vor der Übertragung an die ausgewählte Steuereinheit anpasst. So können beispiels weise je nach angesteuertem Antrieb Teile des Funktionsprogrammcodes deakti viert bzw. aktiviert werden.

Zwar können für die Anlagenbeschreibung unterschiedliche Datenformate gewählt werden, für die Abbildung der Komponenten und der Komponentenverbindungen ergibt sich aber eine besonders effiziente Datenspeicherung, wenn die Anlagen beschreibung einen Graph bildet, dessen Knoten Komponenten sind, die über je weils eine zwischenliegende Kante miteinander verknüpft sind. Die Kante stellt dabei eine Komponentenverbindung dar, wobei das Vorsehen lediglich einer Komponentenverbindung zwischen zwei Komponenten eine besonders einfache Synchronisation des Datenaustausches innerhalb einer Komponente ermöglicht. Wären nämlich mehrere Komponentenverbindungen zwischen zwei Komponenten zulässig, so müsste der Datenaustausch zwischen beiden Komponentenverbin dungen abgestimmt werden, damit eine zuverlässige Steuerung durch die Steuer einheiten möglich ist.

Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zei gen Fig. 1 eine schematische Übersicht des Komponentenvorlagenspeichers, der An lagenbeschreibung, des Codegenerators, der einzelnen Steuereinheiten und der mit diesen verbundenen Aktoren und Sensoren und Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Komponentenvorlagenspeicher 1 vorgesehen, in dem einzelne Komponentenvorlagen 2 abgelegt sind. Diese Kom ponentenvorlagen 2 umfassen sowohl eine Funktionsbeschreibung als auch eine Schnittstellenbeschreibung, wie dies symbolisch in der Fig. 1 dargestellt ist. Aus diesen Komponentenvorlagen 2 werden in einer Anlagenbeschreibung 3 Kompo nenten 4 erzeugt, die im Rahmen der Anlagenbeschreibung 3 über Komponenten verbindungen 5 miteinander verbunden werden. Die Anlagenbeschreibung 3 ist vorzugsweise als Graph abgebildet, dessen Knoten die Komponenten 4 und des sen Kanten die Komponentenverbindungen 5 bilden.

Wie oben im Detail ausgeführt wird, ist jeder Komponente 4 eine Steuereinheit 6 zugeordnet, wobei auch mehrere Komponenten 4 jeweils einer Steuereinheit 6 zugeordnet werden können. Über einen Codegenerator 7 wird aus jeder Kompo nente Komponentenprogrammcode erzeugt, der in Folge an die zugeordnete Steuereinheit 6 übertragen wird. In Fig. 1 werden exemplarisch einige Anschlüsse 8 bezeichnet.

Dieser Komponentenprogrammcode umfasst Codeartefakte, die aus der Funkti onsbeschreibung der Komponentenvorlage 2 der jeweiligen Komponente 4 er zeugt werden und Codeartefakte, die aus den über Komponentenverbindungen 5 verbundenen Schnittstellen der jeweiligen Komponente 4 erzeugt wurden. Darüber hinaus umfasst der Komponentenprogrammcode auch Codeartefakte, die die ein zelnen Anschlüsse 8 der Steuereinheiten 6 mit den Codeartefakten der Schnitt stellen im Sinne einer Glue-Logic verbinden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren für die Programmierung einer Anlagensteue rung umfasst mehrere, in der Fig. 2 in einer bevorzugten Ausführungsform darge stellte Schritte. Zunächst werden Komponentenvorlagen aus dem Komponenten vorlagenspeicher abgerufen (9) und aus jeder Komponentenvorlage ein oder meh- rere Komponenten mit Schnittstellen erstellt, die in einer Anlagenbeschreibung miteinander über Komponentenverbindungen verknüpft werden (10). Dabei wird jeder Komponente eine physische Steuereinheit zugewiesen, wobei eine Steuer einheit grundsätzlich auch mehrere Komponenten umfassen kann. Jede Kompo nentenverbindung bildet dabei vorzugsweise die vollständige Kommunikation zwi- sehen zwei Komponenten ab, die über mehrere physische Anschlüsse der ausge wählten Steuereinheit ablaufen kann. Ausgehend von einer solchen Anlagenbe schreibung wird sodann für jede Komponente mithilfe eines Codegenerators ein Komponentenprogrammcode für die der Komponente zugewiesene Steuereinheit erstellt (11, 12, 13), der sowohl die Funktionsbeschreibung, als auch die in der An- lagenbeschreibung definierten, mit Komponentenverbindungen verbundenen

Schnittstellen in einem von der Steuereinheit ausführbarem Programmcode abbil det. Beispielsweise können der analoge Vorgabewert für einen Stellzylinder und der analoge Messwert eines Inkrementalgebers, der den Stellweg des Stellzylin ders aufnimmt, als zwei Anschlüsse zu einer gemeinsamen Schnittstelle zusam- mengefasst werden, die die Funktionalität des Stellzylinders für eine Komponente bzw. für deren Funktionsbeschreibung zur Verfügung stellt. Danach wird der jewei lige Programmcode auf die einzelnen Steuereinheiten übertragen (14, 15, 16).

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Programmierung einer Anlagensteuerung mit mehreren, un tereinander sowie mit Sensoren und / oder Aktoren verbundenen Steuereinhei ten (6), wobei aus einem Komponentenvorlagenspeicher (1) mehrere Komponen tenvorlagen (2) von Anlagenteilen abgerufen, daraus Komponenten (4) erstellt und in einer Anlagenbeschreibung (3) miteinander verknüpft werden, wobei je Kompo nente (4) der Anlagenbeschreibung (3) ein Komponentenprogrammcode an eine zugewiesene Steuereinheit (6) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponentenvorlagen (2) Funktionsbeschreibungen und Schnittstellenbeschrei bungen mit ein oder mehreren Anschlussbeschreibungen zum Datenaustausch aufweisen, die erstellten Komponenten (4) den Schnittstellenbeschreibungen ent sprechende Schnittstellen umfassen und zusammenpassende Schnittstellen un terschiedlicher Komponenten (4) über Komponentenverbindungen (5) verbunden werden, wobei für jede Komponente (4) der Anlagenbeschreibung (3) eine Steu ereinheit (6) der Anlagensteuerung ausgewählt wird, wonach durch einen Code generator (7) aus der Funktionsbeschreibung der Komponentenvorlage (2) der Komponente (4) und aus den verbundenen Schnittstellen ein an die Steuereinheit (6) und die mit ihr verbundenen Sensoren und / oder Aktoren angepasster Kom ponentenprogrammcode erzeugt und an die ausgewählte Steuereinheit (6) über tragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Funktions beschreibungen der Komponentenvorlagen (2) Funktionsprogrammcode aufwei sen, der für die aus der Komponentenvorlage (2) erzeugten Komponenten (4) durch den Codegenerator (7) anhand der verbundenen Schnittstellen vor der Übertragung an die ausgewählte Steuereinheit (6) in Komponentenprogrammcode übersetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponentenvorlagen (2) Parameterbeschreibungen und die Komponenten (4) den Parameterbeschreibungen entsprechende, vorgegebene Parameter umfas- sen, die gemeinsam mit dem Komponentenprogrammcode an die ausgewählten Steuereinheiten (6) übertragen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Codegene rator (7) den Komponentenprogrammcode anhand der vorgegebenen Parameter vor der Übertragung an die ausgewählte Steuereinheit (6) anpasst.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagenbeschreibung (3) einen Graph bildet, dessen Knoten Komponen ten (4) sind, die über jeweils eine zwischenliegende Kante miteinander verknüpft sind.