用于擴展自動化裝置的方法以及自動化裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于擴展具有至少一個現場設備(9)的自動化裝置(1)的方法。該方法提出措施，借助該措施簡化了對具有另外的現場設備(9r)的自動化裝置(1)的擴展，其中，在擴展期間不會干擾地影響過程控制。本發明還涉及一種用于執行該方法的自動化裝置。
【專利說明】
用于擴展自動化裝置的方法以及自動化裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及一種用于擴展具有現場設備的自動化裝置的方法，其中，自動化裝置 具有至少一個自動化設備和至少一個現場設備，該至少一個自動化設備和該至少一個現場 設備連接到通訊連接，并且其中，自動化裝置還通過用于實現自動化任務的工程方法如下 地進行設計，即至少一個自動化設備在過程控制期間處理包括多個控制模塊的設計的控制 程序。此外，本發明涉及一種用于執行該方法的自動化裝置。
【背景技術】
[0002] 由西門子目錄"過程控制系統SH1ATIC PCS 7,2014/15版，第4章"公開了一種自動 化裝置的工程系統，其設計用于，不僅對自動化裝置的硬件自動化組件而且對軟件自動化 組件進行設計，其中尤其在"自動化工程"的范疇中，使用者設置或者設計用于控制技術過 程或者待控制的設備的控制程序。
[0003] 這種類型的設備通常不是靜態的生產設施，其被一次性地規劃、配置和投入運行 并隨后就不再改變。更確切地說，該設備經受持續的改變和匹配以便對生產進行優化和擴 展。為此通常需要的是，在自動化裝置中也接入以另外的現場設備形式的新的接近過程的 自動化組件。這種接入如下地實現，即這些現場設備通過總線與自動化設備或者與自動化 設備的控制裝置通訊地連接，并且為了驅控這些現場設備而相應地補充具有相應的控制模 塊的控制程序或者自動化軟件。在這種擴展的范疇中值得期望的是，生產-例如用于制造合 成樹脂、顏料或者肥料的生產-不被干擾地影響。這意味著，自動化裝置的已經存在的自動 化組件在運行期間或者在接入新的現場設備期間必須不受生產運行的基本限制地繼續運 行，因為每種限制或者甚至生產停止(設備停機)通常導致經濟上的損失。
[0004] 自動化設備或者通訊連接的存在的功率儲備是否足夠在其啟動期間進行說明，以 便能夠在沒有這種限制的情況下將新的現場設備投入運行。不稀奇的是，這種啟動導致設 備的停機并因此導致生產停止，因為為了在自動化設備的預設的處理周期或者在自動化裝 置的通訊網絡的預設的通訊周期的范疇中實現任務的功率儲備不足。
[0005] 為了減小新的現場設備在啟動期間的易受干擾性，能夠在對自動化裝置進行擴展 的計劃的范疇中對控制裝置和通訊網絡的功率儲備進行評估。在此，除了明確的事實、如自 動化組件的或總線參與者的最大數量和關于內存分配的控制軟件的最大規模和處理運行 時間或者處理周期之外，設計者的長年的經驗也尤其發揮重要的作用。由于這種評估或者 假設的原因，啟動從未沒有剩余風險地實現。這種剩余風險可以通過構建相應的"影子設備 或者自動化裝置"來避免，以便預先測試功能性和啟動。這意味著大量的物料和人力成本， 其中，用于對擴展進行提前準備的影子設備此外通常也僅僅代表設備的模擬并且不代表精 確的復制。

【發明內容】

[0006] 因此，本發明的目的在于提出一種開頭所述類型的方法，借助該方法簡化了對自 動化裝置的擴展。此外提出了適用于執行該方法的自動化裝置。
[0007] 本發明提出一種用于擴展具有至少一個現場設備的自動化裝置的方法，其中，自 動化裝置具有至少一個自動化設備和至少一個現場設備，該至少一個自動化設備和該至少 一個現場設備連接到通訊連接，并且通過用于實現自動化任務的工程方法如下地進行設 計，即至少一個自動化設備在過程控制期間處理包括多個控制模塊的設計的控制程序，其 中，設計至少一個代表真實現場設備的虛擬現場設備和用于驅控虛擬現場設備的控制模 塊，測定當前的通訊負荷，該當前的通訊負荷包括通過過程控制的通訊和通過在虛擬現場 設備與至少一個自動化設備的設計的擴展模塊之間的通訊而引起的負荷，檢測至少一個自 動化設備的當前的控制負荷，該當前的控制負荷包括通過過程控制和通過對設計的控制模 塊的處理而引起的負荷，和如果為了將真實現場設備連接到總線而通過使用者激活控制模 塊，則根據當前的通訊負荷和當前的控制負荷將設計的控制模塊接入到控制程序中。
[0008] 本發明還提出一種用于執行該方法的自動化裝置，其具有至少一個自動化設備和 至少一個現場設備，該至少一個自動化設備和該至少一個現場設備連接到通訊連接，并且 通過用于實現自動化任務的工程方法如下地進行設計，即至少一個自動化設備在過程控制 期間處理包括多個控制模塊的設計的控制程序，其中，在連接到通訊連接的設計的通訊參 與者中存儲至少一個代表真實現場設備的設計的虛擬現場設備，通訊參與者測定當前的通 訊負荷，該當前的通訊負荷包括通過過程控制的通訊和通過在虛擬現場設備與至少一個自 動化設備的設計的擴展模塊之間的通訊而引起的負荷，在擴展模塊中存儲用于驅控虛擬現 場設備的設計的控制模塊，擴展模塊檢測至少一個自動化設備的當前的控制負荷，該當前 的控制負荷包括通過過程控制和通過對控制模塊的處理而引起的負荷，和擴展模塊構造用 于，如果使用者為了將真實現場設備連接到總線而激活控制模塊，則根據當前的通訊負荷 和當前的控制負荷將設計的控制模塊接入到控制程序中。
[0009] 有利的是，實現了用于自動化裝置的擴展的安全的和以分級的方式提升能力的 "壓力測試"，其中可以放棄"影子自動化裝置"，并且確保避免自動化裝置的停機和因此的 生產停止。使用者可以設計多個虛擬的現場設備，其分別代表真實的現場設備以及模擬真 實的現場設備。這些虛擬的現場設備順序地連接到自動化裝置或者激活，其中在接通虛擬 的現場設備之后首先檢測自動化裝置的當前的通訊負荷和當前的控制負荷。對于當前的通 訊負荷沒有超過通訊負荷極限并且當前的控制負荷沒有超過控制負荷極限的情況，使用者 最終可以為自動化裝置擴展真實的現場設備，真實現場設備通過接通的虛擬現場設備進行 模擬。接下來能夠接通另外的虛擬現場設備以便再次檢驗，自動化裝置是否能夠擴展與虛 擬現場設備相應的真實現場設備。始終為使用者顯示出當前的通訊負荷和控制負荷有多 高，從而使得自動化裝置能類似于"順勢療法的盒子(hcmidopathischenDosen)"地(通過 相應地添加一個另外的虛擬現場設備）引導至通訊和控制負荷極限處。
[0010] 然而，如果當前的通訊負荷或當前的控制負荷超過了相應的負荷極限，那么在接 通虛擬現場設備之后，就不能擴展存在的具有真實現場設備的自動化裝置，真實現場設備 通過接通的虛擬現場設備進行模擬。在該種情況中，必須首先擴展存在的具有一個或者多 個自動化設備和/或通訊部件的自動化裝置。
[0011]在本發明的設計方案中，實現了遠程處理。在操縱和觀察設備上為使用者顯示當 前的通訊負荷和當前的控制負荷，其中，如果當前的通訊負荷和當前的控制負荷沒有超過 相應的負荷極限，那么使用者能夠經由操縱和觀察設備激活控制模塊。
【附圖說明】
[0012]根據示出本發明的實施例的附圖，接下來對本發明、其設計方案以及優點進行進 一步闡釋。
[0013] 在簡化圖中示出
[0014]圖1示出自動化裝置的組成部分，以及
[0015]圖2示出通訊負荷和控制負荷在操縱和觀察設備上的顯示。
【具體實施方式】
[0016]在圖1中，利用1表示借助在此沒有示出的工程系統進行設計的自動化裝置1。其在 本實施例中包括自動化設備2、0S客戶端或者0S操作者系統的操縱和觀察設備3,其此外具 有在此沒有示出的0S服務器、分散的周邊設備4以及通訊參與者5。自動化設備2通過通訊連 接6與0S客戶端3通訊，并且通過另外的通訊連接7與分散的周邊設備4和通訊參與者5通訊， 其中通訊連接6,7設計為總線連接。多個現場設備9(執行器，傳感器)連接到總線7和/或連 接到與分散的周邊設備4連接的另外的總線8上，其中在過程控制期間，也就是在自動化設 備2的運行期間，現場設備9借助控制模塊進行驅控。控制模塊是控制程序的組成部分，控制 程序根據待解決的自動化任務在工程期間通過工程方法來設計和設置。
[0017]用于設置控制程序的已知的工程或者工程方法以在工程系統上運行的連續功能 圖（CFC)編輯器和順序功能圖（SFC)編輯器為基礎。
[0018] 使用者借助CFC編輯器從預先制造的模塊中根據待解決的自動化任務來圖形化地 設置用于自動化設備2的控制程序，并且為此從可用的模塊儲備中選擇模塊，例如調節器模 塊或者計時器模塊，例如通過Drag&Drop將模塊布置在功能規劃（例如CFC規劃）中，并且通 過鼠標點擊來彼此連接。在使用者在功能規劃中設置了所用的功能之后，工程系統通過自 動化設備2產生可讀的CFC功能，其加載到自動化設備2中并且在該處在過程控制的范疇中 為了解決自動化任務而進行處理。
[0019] 此外，使用者借助SFC編輯器以通常的方式和方法圖形化地設置流程控制（SCF)， 其通常包括多個步進鏈，其又具有多個配方元素以及轉換，例如以配方操作或者配方功能 的形式的配方元素，例如給料、加熱或者攪拌。工程系統從流程控制中通過自動化設備2產 生能夠處理的(SFC)目標，其對工程系統進行編譯并且加載到自動化設備2中。
[0020] 在過程控制期間，也就是在自動化設備2的運行中，在(SFC)目標和CFC功能之間的 相互作用和關聯通過過程值和控制信號(SFC數據)實現，其中還為操作者在0S客戶端3上示 出步進鏈。操作者由此可以觀察，步進鏈的哪個配方元素剛好被處理。步進鏈的每個步驟都 對應確定的動作，其對CFC功能進行參數化并激活，其中對此設置對應的控制信號。過程值 包括過程輸入值(實際值），其由傳感器輸送給自動化設備2并且自動化設備2將其傳輸給0S 服務器以存儲在過程映像中，以及包括過程輸出值(額定值），其由0S服務器輸送給自動化 設備2以驅控執行器。
[0021] 在本實施例中假設的是，在自動化設備2中存儲有設計的控制程序10 ( S F C s， CFCs)，并且自動化設備2為了過程控制剛好對控制程序10進行處理。為了在過程控制期間 能為自動化裝置1在對過程控制沒有干擾的影響的情況下擴展一個或者多個真實的現場設 備9r，在通訊參與者5中為這些現場設備9r中的每一個存儲一個通過工程系統設計的虛擬 的現場設備5v，并且此外在自動化設備2中存儲擴展模塊11，其為了每個虛擬的現場設備5v 具有用于驅控虛擬的現場設備5v的設計的控制模塊10s。虛擬的現場設備5v代表真實的現 場設備，并且設計用于模擬真實的現場設備。擴展模塊11還配備有OS接口 12,以便在擴展模 塊11和OS客戶端3之間交換信息，其中，使用者一方面能夠通過在OS客戶端3處的相應的輸 入來引入對自動化裝置1的擴展，并且另一方面OS客戶端3為使用者顯示當前的通訊負荷和 控制負荷。此外，使用者能夠通過在OS客戶端3處的另外的輸入來激活相應的控制模塊10s， 以便使擴展模塊11根據當前的通訊負荷和控制負荷將相應的控制模塊l〇s接入到控制程序 10中。
[0022] 自動化裝置1的擴展以如下的方式和方法實現，即使用者首先通過如下方式選擇 設計的虛擬現場設備5v中的一個，即使用者例如選擇或者標記出與現場設備5v對應的并且 在0S客戶端3上顯示的圖標。基于該選擇，擴展模塊11的實施部件13與該虛擬的、在通訊參 與者5中存儲的現場設備5v進行通訊，其中，通訊參與者5對當前的通訊負荷進行確定和存 儲。通訊負荷包括通過在虛擬現場設備5v與實施部件13之間的通訊和通過過程控制的通訊 引起的負荷。表達"通過過程控制的通訊引起的負荷"理解為在處理控制程序10期間的通訊 連接7的負荷，在該期間自動化設備2與真實的現場設備9通訊。通過通訊參與者5檢測通訊 負荷的方式，不會附加地給自動化設備2加負荷。擴展模塊11讀出在通訊參與者5中存儲的 當前的通訊負荷，并將其通過0S接口 12傳輸給0S客戶端3,其為使用者顯示當前的通訊負 荷。對于當前的通訊負荷達到或者超過了預設的通訊負荷極限的情況，借助顯示或者在0S 客戶端上的報告告知使用者，當前的具有對應于虛擬現場設備5v的真實現場設備9r的自動 化裝置1不能進行擴展，除非為自動化裝置1擴展另外的通訊部件(總線連接，開關，…）。
[0023] 相反，對于當前的通訊負荷沒有超過預設的通訊負荷極限的情況，實施部件13自 動地激活控制模塊l〇s，以便驅控選出的虛擬現場設備5v。在該驅控期間，擴展模塊11檢測 自動化設備2的控制負荷，控制負荷包括通過過程控制和通過對用于驅控選出的虛擬現場 設備5v的控制模塊10s的處理引起的負荷，其中這兩種負荷對自動化設備2的處理周期產生 影響。在此，表達"通過過程控制引起的負荷"理解為在處理控制程序10期間自動化設備2的 負荷。為了顯示當前的控制負荷，擴展模塊11將當前的控制負荷同樣通過0S接口與12傳輸 給0S客戶端3,由此為使用者除了顯示當前的通訊負荷外還顯示自動化裝置1的當前的控制 負荷。對于當前的控制負荷沒有達到或者超過預設的控制負荷極限的情況，擴展模塊11將 控制模塊l〇s接入到控制程序10中，如果使用者為了將真實的現場設備9r連接到總線上而 激活控制模塊l〇s的話。通過使用者的激活借助在0S客戶端3處的合適的輸入實現，在客戶 端上為使用者除了顯示當前控制負荷之外還顯示控制負荷極限。在使用者激活了控制模塊 l〇s之后，對應于虛擬現場設備5v的真實現場設備9r能夠連接到總線8。然而對于當前的控 制負荷到達或者超過預設的控制負荷極限的情況，擴展模塊11閉鎖控制模塊l〇s，這意味著 其并不接入到控制程序10中。在該種情況中也為使用者顯示出，不能為現有的自動化裝置1 擴展現場設備。自動化裝置的擴展只有當其擴展了另外的自動化設備時才是可行的，由此 控制負荷可以分配到多個自動化設備上。
[0024]自動化裝置1能夠以所描述的方式和方法擴展另外的現場設備。為此，首先接通虛 擬的現場設備中的另外一個并再次檢驗，自動化裝置1是否能夠擴展相應于虛擬現場設備 中的另外一個的真實現場設備。為此一直為使用者顯示當前的通訊負荷和控制負荷的情 況，從而使自動化裝置1能夠類似于"順勢療法的盒子"地引導至通訊和控制負荷極限處。
[0025]接下來參考圖2,在該圖中在0S客戶端上示出了自動化裝置的當前的控制負荷14 以及當前的通訊負荷15。借助于(SFC)步進鏈16的能夠通過使用者激活的相應的步驟，使用 者以分級的方式提高了自動化裝置的自動化設備的控制負荷以及自動化裝置的通訊負荷， 其中使用者獲知的是，在負載的"以分級的方式"提高或者在過程控制或處理控制程序期間 接通四個虛擬現場設備17，18,19,20的范疇中，控制負荷14還總是處于控制負荷極限21之 下，并且通訊負荷15還總是處于通訊負荷極限22之下。這意味著，通過四個虛擬現場設備模 擬的四個真實現場設備能夠連接到自動化裝置，而自動化裝置不必擴展另外的自動化設備 和另外的通訊部件。
【主權項】
1. 一種用于擴展具有至少一個現場設備(9)的自動化裝置（1)的方法，其中，所述自動 化裝置(1) 具有至少一個自動化設備(2)和所述至少一個現場設備(9)，所述至少一個自動化設備 和所述至少一個現場設備連接到通訊連接(7，8 )，并且 通過用于實現自動化任務的工程方法如下地進行設計，即所述至少一個自動化設備 (2)在過程控制期間處理包括多個控制模塊的設計的控制程序(10)， 其特征在于， 設計至少一個代表真實現場設備(9r)的虛擬現場設備(5v)和用于驅控所述虛擬現場 設備(5v)的控制模塊(10s)， 測定當前的通訊負荷，所述當前的通訊負荷包括通過所述過程控制的通訊和通過在所 述虛擬現場設備(5v)與所述至少一個自動化設備(2)的設計的擴展模塊(11)之間的通訊而 引起的負荷， 檢測所述至少一個自動化設備（2)的當前的控制負荷，所述當前的控制負荷包括通過 所述過程控制和通過對設計的所述控制模塊(l〇s)的處理而引起的負荷，和 如果為了將所述真實現場設備（9r)連接到總線而通過使用者激活所述控制模塊 (l〇s)，則根據所述當前的通訊負荷和所述當前的控制負荷將設計的所述控制模塊（10s)接 入到所述控制程序(10)中。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在操縱和觀察設備（3)上為使用者顯示所 述當前的通訊負荷和所述當前的控制負荷，并且經由所述操縱和觀察設備(3)激活所述控 制模塊。3. -種自動化裝置，所述自動裝置 具有至少一個自動化設備(2)和至少一個現場設備(9)，所述至少一個自動化設備和至 少一個現場設備連接到通訊連接(7,8)，并且 通過用于實現自動化任務的工程方法如下地進行設計，即所述至少一個自動化設備 (2)在過程控制期間處理包括多個控制模塊的設計的控制程序(10)， 其特征在于， 在連接到所述通訊連接(7,8)的設計的通訊參與者（5)中存儲至少一個代表真實現場 設備(9r)的設計的虛擬現場設備(5v)， 所述通訊參與者（5)測定當前的通訊負荷，所述當前的通訊負荷包括通過所述過程控 制的通訊和通過在所述虛擬現場設備(5v)與所述至少一個自動化設備(2)的設計的擴展模 塊(11)之間的通訊而引起的負荷， 在所述擴展模塊（11)中存儲用于驅控所述虛擬現場設備（5v)的設計的控制模塊 (l〇s)， 所述擴展模塊（11)檢測所述至少一個自動化設備（2)的當前的控制負荷，所述當前的 控制負荷包括通過所述過程控制和通過對所述控制模塊(l〇s)的處理而引起的負荷，并且 所述擴展模塊（11)構造用于，如果使用者為了將所述真實現場設備(9r)連接到總線而 激活所述控制模塊（l〇s)，則根據所述當前的通訊負荷和所述當前的控制負荷將設計的所 述控制模塊(l〇s)接入到所述控制程序(10)中。4. 根據權利要求3所述的自動化裝置，其特征在于，所述自動化裝置（1)配備有操縱和 觀察設備(3)，以用于顯示所述當前的通訊負荷和所述當前的控制負荷，并且用于激活所述 控制模塊(l〇s)。
【文檔編號】G05B19/418GK106054762SQ201610224048
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月12日 公開號201610224048.X, CN 106054762 A, CN 106054762A, CN 201610224048, CN-A-106054762, CN106054762 A, CN106054762A, CN201610224048, CN201610224048.X
【發明人】奧利弗·德魯默, 克里斯蒂安·黑克, 羅爾夫·克勞斯, 本杰明·盧茨, 赫里特·沃爾夫
【申請人】西門子公司