用于啟動工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)的方法以及現(xiàn)場設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于啟動工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)(2)的方法以及一種用于支持執(zhí)行該方法的現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)。為了能夠虛擬啟動至少一個現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)，提供FDI包(20，32)，其用戶界面插件(24，34)具有擴展件(30)，通過擴展件使得軟件工具(9)能夠訪問用于至少一個現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)的行為的模擬模型(33)。在虛擬啟動時，借助模擬模型(33)模仿現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)的行為。此外，借助過程模型(35)或者借助聯(lián)合模擬耦聯(lián)(36)與外部的過程模型的耦聯(lián)，能夠模擬被模仿的現(xiàn)場設(shè)備行為。因為通過現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)商提供具有FDI包(20，32)的模型(33，35)，所以可以期待實現(xiàn)準確的模擬從而最小化在啟動工業(yè)設(shè)備時的風(fēng)險。
【專利說明】
用于啟動工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)的方法以及現(xiàn)場設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的，用于啟動具有多個現(xiàn)場設(shè)備的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)的方法，這些現(xiàn)場設(shè)備為了數(shù)據(jù)通信而通過網(wǎng)絡(luò)相互連接，其中，通過軟件工具對位于自動化網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場設(shè)備進行配置和參數(shù)化。此外，本發(fā)明還涉及一種根據(jù)權(quán)利要求5所述的，用于支持執(zhí)行該啟動方法的現(xiàn)場設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)設(shè)備的使用周期的范疇中，該設(shè)備的自動化技術(shù)裝備的啟動階段特別重要。在啟動時產(chǎn)生的時間壓力和成本壓力是非常巨大的，因為很快就要開始實際的運行階段了，在實際的運行階段中，在設(shè)備上進行生產(chǎn)并且相應(yīng)的設(shè)備產(chǎn)生經(jīng)濟利益。在啟動階段，先前在工程階段中選擇的并且在設(shè)備規(guī)劃中安排好位置的自動化技術(shù)裝備的組件進入運行，這些組件例如是:存儲器可編程的控制系統(tǒng);所謂的控制器;輸入/輸出設(shè)備;所謂的遙控器1s;測量轉(zhuǎn)換器，例如用于通量測量、溫度測量、填充量測量或者壓力測量；以及調(diào)節(jié)機構(gòu)，例如調(diào)節(jié)閥和馬達，這些在本申請中統(tǒng)稱為現(xiàn)場設(shè)備?，F(xiàn)場設(shè)備通過用于數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)連接，其中經(jīng)常使用現(xiàn)場總線，其例如按照PROFIBUS，HART (Highway AddressabIeRemote Transducer)或者FF(Fieldbus Foundat1n)這些協(xié)議工作。在啟動階段中，現(xiàn)場設(shè)備的相應(yīng)功能、例如通過壓力測量轉(zhuǎn)換器提供對于壓力的測量值，在相應(yīng)的S C A D A系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisit1n)中，例如WinCC(Windows ControlCenter)，或者PLS(過程引導(dǎo)系統(tǒng))例如SniATIC PCS 7中也進入運行。現(xiàn)場設(shè)備的相應(yīng)功能在自動化項目中的這種集成需要巨大的人工耗費。此外，真正的功能迄今在真正開始運行時僅伴隨著一定的故障風(fēng)險地有效。在過程自動化中，例如在制造氨時存在巨大的爆炸風(fēng)險，或者在生產(chǎn)自動化中，例如可能在成品汽車的自動化技術(shù)設(shè)備真正啟動之前因為生產(chǎn)故障導(dǎo)致停機。為了避免這些危險，越來越多地希望進行虛擬啟動，為此必須存在設(shè)備過程的模擬模型和自動化技術(shù)裝備的組件的模擬模型。雖然已經(jīng)有各種各樣的工程工具支持自動化網(wǎng)絡(luò)啟動，例如SIMATIC PDM(Process Device Manager)，在自動化網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)場設(shè)備為了數(shù)據(jù)通信而相互連接，然而現(xiàn)場設(shè)備在真實的過程條件下啟動的問題原則上還是沒有得到解決。雖然已經(jīng)有各種各樣的方案對過程及設(shè)備行為進行模擬，然而這些方案僅僅以建立子模型為基礎(chǔ)，而子模型只能表現(xiàn)真實情況的一個片段。工程工具的使用者通常在對于模型的相應(yīng)應(yīng)用而言所必需的性能和準確性方面設(shè)置模型，并且此外僅僅覆蓋對于其相應(yīng)的模擬所必需的功能。
[0003]用于模擬在工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場設(shè)備的方法已經(jīng)由DE102 45 176 Al中公知。通過模擬，在那里應(yīng)確保為特殊的現(xiàn)場設(shè)備設(shè)置的功能組塊也可以加載到該現(xiàn)場設(shè)備中并且在其中順暢的運行。虛擬的現(xiàn)場設(shè)備劃分級成存儲器管理，處理器管理和通信端口。因此尤其是將現(xiàn)場設(shè)備的處理器功率和存儲器空間引入到模擬中，從而確保在將控制策略加載到真實的現(xiàn)場設(shè)備上時，真實設(shè)備的相應(yīng)的存儲器空間和相應(yīng)的處理器功率足以能夠執(zhí)行控制策略。
[0004]長久以來，EDDL(ElectronicDevice Descript1n Language)和FDT/DTM(FieldDevice Tool/Device Type Manager)是兩個用于集成現(xiàn)場設(shè)備的基本方法。在FDI(FieldDevice Integrat1n)理念中將所述兩種方法的優(yōu)點統(tǒng)一到一個解決方案中，該理念在Hans-Georg KumpfmiilIer和Roland Lange的文章《FDI Device Integrat1n-Best ofboth Worlds》中得以描述，以ATP版本公開，6/2010，16到19頁。FDI基本理念定義了組件:FDI包，F(xiàn)DI服務(wù)器和FDI客戶端。FDI包由設(shè)備生產(chǎn)商提供，并且包含所有對于設(shè)備集成所需要的信息。設(shè)備定義包括管理信息以及設(shè)備模型。該設(shè)備模型的一致性保護以及與設(shè)備的通信邏輯經(jīng)由運營邏輯(Business Logic)進行。描述設(shè)備參數(shù)和設(shè)備功能的展示是用戶界面說明的任務(wù)。FDI包的這些組成部分用EDDL描述。此外，操作表面的部分也可以作為編程的組件被集成、即作為所謂的用戶界面插件(UIPs)被集成，其基本理念等同于roT/DTM理念。FDI服務(wù)器引進Π)Ι設(shè)備包。FDI包的設(shè)備定義和運營邏輯經(jīng)由EDD解釋器實施。編程的用戶界面插件由服務(wù)器僅進行管理，卻不被實施。其根據(jù)客戶的詢問被傳送到客戶。FDI客戶端實現(xiàn)通往用戶的端口。這種客戶端-服務(wù)器-方案在此既允許將客戶端分配到不同的計算器上，也允許多個客戶端能夠協(xié)調(diào)一致地并且授權(quán)地訪問一個共同的信息模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于以下目的，實現(xiàn)一種用于啟動工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)的方法以及一種用于在執(zhí)行該方法時進行支持的現(xiàn)場設(shè)備，利用它們降低用于啟動的耗費以及降低在工業(yè)設(shè)備的隨后運行階段中發(fā)生故障的風(fēng)險。
[0006]為了實現(xiàn)該目的，用于啟動工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)的新方法具有在權(quán)利要求1中所述的特征，用于支持執(zhí)行該方法的新現(xiàn)場設(shè)備具有在權(quán)利要求5中提供的特征。在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的有利的改進方案。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是，由于在用于軟件工具的FDI包的用戶界面插件的擴展件中提供了用于現(xiàn)場設(shè)備的行為的模擬模型，能夠以特別簡單的方式訪問模擬模型，其中軟件工具用于由用戶啟動工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)。模擬模型由現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)商建立，并且從而-正如基于其通過生產(chǎn)商的建立而可以期待的-具有特別高的質(zhì)量和可靠性。通過用戶界面插件的這種擴展，現(xiàn)在即使在集成現(xiàn)場設(shè)備時也支持其虛擬啟動。由于如今的現(xiàn)場設(shè)備的復(fù)雜性，在真正的，集成到工業(yè)設(shè)施中的現(xiàn)場設(shè)備在緊接在啟動階段后的生產(chǎn)時用于運行階段中之前，虛擬啟動是一種有意義并且有必要的做法。在現(xiàn)場設(shè)備在相應(yīng)的自動化解決方案的意義上正確工作之前，通常必須在現(xiàn)場設(shè)備處設(shè)定幾百個參數(shù)。為了使錯誤參數(shù)化及其后果最小化，因此非常有利的是，現(xiàn)場設(shè)備分別根據(jù)一個正確的、由生產(chǎn)商提供的模擬模型虛擬地運行，其中，模擬模型有利地在現(xiàn)場設(shè)備的相應(yīng)roi包中作為用戶界面插件的擴展件提供。
[0008]另一個優(yōu)點是，作為用戶界面插件的擴展件實現(xiàn)的模擬模型具有平臺不相關(guān)性。為了實現(xiàn)用戶界面插件，也就是使用了微軟.net技術(shù)。這種技術(shù)在所有當前的基于PC的windows版本中都存在。它利用一種中間語言，使得一次生成的且翻譯成中間語言的.net成分能夠在所有的windows版本上運行。經(jīng)由對模擬模型進行訪問的軟件工具的.net運行時間環(huán)境確保對于運行系統(tǒng)的抽象化。此外，F(xiàn)DI以有利的方式具體規(guī)定了用戶界面插件的變體的使用。不同的變體在此不僅可以在支持的運行系統(tǒng)方面而且在支持的用戶環(huán)境方面有區(qū)別。因此，模擬模型的一種變體可以是通過在個人電腦(PC)上的軟件工具的應(yīng)用，另一種是在手持設(shè)備上運行的軟件工具中的應(yīng)用。用戶界面插件的多種變體可以在一個PDI包中提供。軟件工具作為roi客戶端僅僅訪問模擬模型的最適合其運行環(huán)境的變體。在有時候通過軟件工具修改模擬模型時，此外還以有利的方式通過在FDI服務(wù)器中可使用的運營邏輯確保相應(yīng)模擬模型的一致性。當僅允許認證后的FDI包并且因此僅允許認證后的模擬模型時，能進一步改進在啟動時進行模擬的質(zhì)量。
[0009]在本發(fā)明的一種特別有利的改進方案中，用戶界面插件的擴展件以如下方式構(gòu)成，即，使得用于啟動自動化網(wǎng)絡(luò)的軟件工具除了用于現(xiàn)場設(shè)備的行為的模擬模型以外還能夠附加地訪問用于過程或者子過程的模擬模型。用于現(xiàn)場設(shè)備的被模擬的行為的、借此可獲得的激勵以有利的方式有助于工業(yè)設(shè)備的更加接近現(xiàn)實的模擬。
[0010]在此，用于該過程的模擬模型可以包含預(yù)制的激勵模式，其在相應(yīng)的用戶界面插件中本身作為擴展件存在。從中能夠以有利的方式選出適合當前應(yīng)用的模式，例如在現(xiàn)場設(shè)備是壓力測量轉(zhuǎn)換器時讓壓力以正弦形式或者陡坡形式變化。
[0011]作為激勵模式的替代或者附加，也可以通過聯(lián)合模擬耦聯(lián)實現(xiàn)對用于過程或者子過程的模擬模型的訪問，通過聯(lián)合模擬耦聯(lián)將沒有存放在用戶界面插件中的過程模型連接到用于現(xiàn)場設(shè)備行為的模型上。以有利的方式，由此也能夠利用更加廣泛的過程模型來用于對被模擬的現(xiàn)場設(shè)備行為進行激勵。例如對于西門子的、用于虛擬啟動工業(yè)設(shè)備的模擬工具SMIT，已經(jīng)存在廣泛的、用于過程的模擬模型，這些模擬模型能夠明顯擴展模擬可行性。
[0012]在本發(fā)明的一種特別有利的構(gòu)造方案中，以模擬模型進行擴展的roi包已經(jīng)屬于現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)商的供應(yīng)范圍。在此優(yōu)選地，它以電子可讀的形式存放在現(xiàn)場設(shè)備的存儲器中，并且/或者以分開傳輸?shù)奈募峁缤ㄟ^從生廠商的服務(wù)器上經(jīng)授權(quán)下載。
【附圖說明】
[0013]下面借助示出了本發(fā)明的實施例的附圖更詳盡地闡述本發(fā)明以及各種構(gòu)造方案和優(yōu)點。
[0014]圖中示出:，
[0015]圖1是工業(yè)設(shè)備的框圖，
[0016]圖2是roi包的構(gòu)造，以及
[0017]圖3是roi包的UML(統(tǒng)一建模語言)分級圖表。
【具體實施方式】
[0018]在圖1中示出了一種自動化技術(shù)設(shè)備，其中借助自動化網(wǎng)絡(luò)2控制過程I。在自動化網(wǎng)絡(luò)2中，工程站3，roi服務(wù)器4和現(xiàn)場設(shè)備5，6和7為了數(shù)據(jù)通信而通過基于以太網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)8相互連接。因為roi方案是總線中立的，所以數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)8可以是任意的，例如具有卩如？181^，？1?0?1肥1'，說1?1'或者??協(xié)議?，F(xiàn)場設(shè)備5，6和7是貼近過程的組件，例如存儲器可編程的控制系統(tǒng)，其通常被稱為控制器，用于獲取在待自動化的過程I中的物理變量、例如壓力的測量轉(zhuǎn)換器，或用于依據(jù)獲取的物理變量影響過程I的調(diào)節(jié)機構(gòu)、例如調(diào)節(jié)閥。在啟動時，通過軟件工具9對位于自動化網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場設(shè)備進行配置和參量化。針對現(xiàn)場設(shè)備5，6和7，在roi服務(wù)器4上分別存放了FDI包，在工程站3上運行的軟件工具9可以作為roi客戶端訪問roi包的信息內(nèi)容。在FDI包中，正如后面還要進一步詳盡闡述的那樣，存放有用于現(xiàn)場設(shè)備5，6，和7的行為的模型以及用于過程的子方面的模型，這些模型對于軟件工具9是可訪問的。為了將可能在過程技術(shù)設(shè)備的運行階段中出現(xiàn)的風(fēng)險保持得盡可能少，在運行階段之前的啟動階段中通過軟件工具9根據(jù)這些模型執(zhí)行模擬。因此，虛擬地并且不包含真正運行的過程I地進行啟動。
[0019]在圖1中為了更好地示出，軟件工具9作為在工程站3上的方塊繪出。不能理解成該軟件工具9只能在計算單元上運行。顯然，軟件工具9在實際中可以劃分成多個不同的子任務(wù)，這些子任務(wù)然后可以在不同的、也稱為站的計算單元上運行。
[0020]根據(jù)圖2所示的roi包20以公知的方式包含設(shè)備定義21，用戶界面說明22和運營邏輯23(Business Logic)，其相應(yīng)于FDI方案。在用戶界面插件24中存放了一個由相應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備的生產(chǎn)商建立的、用于現(xiàn)場設(shè)備的行為的模擬模型。該模型不能通過用戶改變并且因此應(yīng)是正確的。附加地，在用戶界面插件24中提供了用于過程模擬的不同模型，通過這些模型能夠制造用于現(xiàn)場設(shè)備的行為模型的激勵。
[0021]圖3示出了一個UML分級圖表，用于說明傳統(tǒng)用戶界面插件31的擴展件20，擴展件形成了常規(guī)roi包32的一個組成部分。以現(xiàn)場設(shè)備行為模型33進行擴展的用戶界面插件34在此繼承了常規(guī)用戶界面插件31的所有重要特征和方法。因為在所示實施例中，現(xiàn)場設(shè)備的操作表面在虛擬啟動時應(yīng)當具有和常規(guī)啟動時一樣的顯示圖像。存放在ΠΠ包32的用戶界面插件34中的模型33用于在自動化網(wǎng)絡(luò)啟動時模擬現(xiàn)場設(shè)備行為。為了在模擬現(xiàn)場設(shè)備行為時產(chǎn)生激勵，一方面可使用可模擬的過程模型35，它同樣設(shè)置在用戶界面插件34的擴展件30中，另一方面可使用聯(lián)合模擬耦聯(lián)36，它使得能夠連接外部的過程模型或者外部的模擬器。聯(lián)合模擬耦聯(lián)36例如可以經(jīng)由OPC耦聯(lián)37或者經(jīng)由共享內(nèi)存38來連接一個外部的、用于過程模擬的模擬器。由此能夠?qū)⒏嗟牟⑶铱赡芊秶浅V泛的過程模型引入到模擬中。在現(xiàn)場設(shè)備行為模型33方面，過程模型35和聯(lián)合模擬耦聯(lián)36具有同一個端口。
[0022]下面再次簡短地總結(jié)通過本發(fā)明實現(xiàn)的優(yōu)點:
[0023]-能夠在真實的條件下預(yù)先測試安裝的自動化技術(shù)組件，在此稱其為現(xiàn)場設(shè)備，
[0024]-最小化在真正啟動工業(yè)設(shè)備時的臨界狀態(tài)，
[0025]-用于模擬設(shè)備行為的模型來自生產(chǎn)商，因此應(yīng)是正確的，
[0026]-過程模塊可以耦聯(lián)到PLS和SCADA功能上，
[0027]-不需要改變PLS或SCADA，因此簡單地轉(zhuǎn)用到現(xiàn)有的工程系統(tǒng)中，以及
[0028]-在啟動時持續(xù)使用現(xiàn)場設(shè)備模型。
【主權(quán)項】
1.一種用于啟動具有多個現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)(2)的方法，所述現(xiàn)場設(shè)備為了進行數(shù)據(jù)通信而通過網(wǎng)絡(luò)(8)相互連接，其中，通過軟件工具(9)對位于所述自動化網(wǎng)絡(luò)(2)中的所述現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)進行配置和參數(shù)化，其特征在于，提供FDI包(20，32)，所述Π)Ι包的用戶界面插件(24，34)具有擴展件(30)，通過所述擴展件使得所述軟件工具(9)能夠訪問用于至少一個所述現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)的行為的模擬模型(33)，以及，通過所述軟件工具(9)虛擬啟動至少一個所述現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)，其中，借助所述模擬模型(33)模仿所述現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)的行為。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過所述用戶界面插件(34)的所述擴展件(30)使得所述軟件工具(9)能夠附加地訪問用于過程(I)的模擬模型(35)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述用于過程(I)的模擬模型(35)包含預(yù)制的激勵模式并且存放在所述用戶界面插件(34)中。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，通過聯(lián)合模擬耦聯(lián)(36)實現(xiàn)對所述用于過程(I)的模擬模型的訪問，通過所述聯(lián)合模擬耦聯(lián)將沒有存放在所述用戶界面插件(34)中的過程模型連接到用于現(xiàn)場設(shè)備行為的模型(33)上。5.—種用于支持執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法的現(xiàn)場設(shè)備，其特征在于，所述現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)配有ΠΠ包(20，32)，所述^)1包的用戶界面插件(34)具有擴展件(30)，通過所述擴展件使得軟件工具(9)能夠訪問用于所述現(xiàn)場設(shè)備(5，6，7)的行為的模擬模型(33)。
【文檔編號】G05B19/418GK105940355SQ201580006374
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年2月12日
【發(fā)明人】本杰明·盧茨, 霍爾格·拉丘特, 斯特凡·龍德, 格里特·沃爾夫
【申請人】西門子公司