CN107450980A - 运行自动化装置的方法以及自动化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行自动化装置(1)的方法，该自动化装置包括至少一个用于控制技术过程的真实的自动化设备(2)、用于操作和观察待控制的技术过程的操作站、工程规划***(6)和虚拟的自动化设备(12至14)，其分别模仿真实的自动化设备的功能并且存储在服务器(10)上。通过合适的措施尤其简化了自动化设备(1)的起动运行，其中通过将虚拟的控制装置或者虚拟的自动化设备(12至14)合适地分布到服务器(10、22)上尽可能确保了自动化装置(1)的实时特性。

Description

运行自动化装置的方法以及自动化装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行自动化装置的方法，其包括至少一个用于控制技术过程的真实的自动化设备、用于操作和观察待控制的技术过程的操作站、工程规划***和虚拟的自动化设备，其分别模仿真实的自动化设备的功能并且存储在服务器上。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的自动化装置。
背景技术
在自动化技术中，总是常常使用模拟，其设置用于对用于自动化设备(存储器可编程控制器，PLCs)的控制程序进行测试、用于自动化构件的迁移或者用于虚拟的起动运行。为此，通常对自动化构件以及过程进行模型化并将其在计算机或者服务器上虚拟运行。
然而为了能够从这样的模拟中获得对于真实的自动化构件的推断，需要注意这类模拟必须满足的一定的边界条件。因此在自动化技术的范畴中有意义的是，在实时以及事件的确定性方面的特性与自动化装置的真实的自动化构件一致。当所有的自动化构件(控制装置、分散的***组件、I/O模块、执行元件、传感器、通信模块和过程)被虚拟地构建，那么毫无问题地能够以确定的方式脱离实时特性并且对虚拟的自动化构件的模拟被“停止”，从而确保确定性。在混合配置的范畴中，也就是在不仅包括真实的而且还包括虚拟的自动化构件或者模拟自动化设备的自动化装置中，实时故障是不允许的，因为实时的自动化构件由于识别出的循环时间故障或者实时故障的原因会马上受到干扰并且对故障进行报告。自动化装置的无干扰的起动运行(在虚拟的自动化设备根据最终满意的模拟而被真实的自动化设备取代之前，在自动化装置中连续地运行虚拟自动化设备)由于虚拟的构件的有故障的实时特性的原因而变得不可能。
发明内容
因此，本发明的目的在于给出一种开头所述类型的方法，其尤其简化了自动化装置的运行。此外提供了一种自动化装置，其适于执行该方法。
有利的是，通过将虚拟的控制装置或者虚拟的自动化设备(模拟自动化设备)适当地分布到服务器上尽可能实现了自动化装置的实时特性，其中此外确保了成本理想的“模拟分布”。仅仅必须提供对于该“模拟分布”而言必要的硬件(服务器、计算机)。此外，通过该实时特性或者通过自动化装置的实时能力尽可能确保了，通过迟些时候应用真实的自动化设备替代虚拟的自动化设备能够无干扰地开始生产。
本发明基于这样的构思，即测定服务器的负荷程度(计算负荷)或者负载，这通过对虚拟的自动化设备(模拟自动化设备)的负荷程度或者负载进行检测来实现。对于该负荷程度或者负载达到或者超过一个阈值的情况，实现了将一个或者多个虚拟的自动化设备转移到一个或者多个另外的服务器上。在此，该阈值被如下地选择，即从而确保了自动化装置的实时特性。每个自动化设备或者每个虚拟的自动化设备都具有***功能，其中通过工程规划***并通过这些***功能之一(接下来描述为监控和控制***功能)对过程对象进行配置以及也许可能进行参数化，并且此外通过该监控和控制***功能在相应的自动化设备和相应的虚拟自动化设备的负载程度方面对另外的***功能进行监控。
第一配置数量的过程对象代表相应的自动化设备和相应的虚拟自动化设备在过程控制方面的负载(计算负荷)，第二配置数量的过程对象代表该设备相关于在自动化设备和操作站之间的通信的负载，并且第三配置数量的过程对象代表在真实的和虚拟的自动化设备之间的通信方面的负载。
通过该***功能中的另外一个(接下来描述第一***功能(Processing))由于对第一配置数量的过程对象进行处理(该过程对象设置用于控制在相应的自动化设备和虚拟的自动化设备上的技术过程)在该设备上产生计算负荷。该过程对象例如以APL典型的(Advanced Process Library“高级过程库”)计算操作来处理。
通过该***功能中的另外一个(接下来被描述为第二***功能(在自动化设备和操作站之间的通信；AS-OS通信))，在相应的自动化设备和相应的虚拟的自动化设备上由于对第二配置数量的过程对象的处理而产生计算负荷，该计算负荷对于通过操作站对相应的设备进行操作和观察来说是重要的。该过程对象的处理因此对于在相应的设备和操作站之间产生通信负荷来说是重要的。
另外的***功能(接下来被描述为第三***功能(在自动化设备之间的通信))处理第三配置数量的过程对象。由此在相应的设备上产生计算负荷，该计算负荷由于在设备(在真实的自动化设备、真实的和虚拟的自动化设备之间以及在真实的和虚拟的自动化设备之间)之间的通信或者数据交换的原因而产生。该***功能因此实现了加载所限定设备的限定数量的过程对象并且反向地将其也传输到该设备中(在其中也处理过程对象的循环中)。例如由此能够在自动化装置的运行期间在设备之间实现了控制装置决定的或者设备决定的CFC规划布线。
由于设备(自动化设备和虚拟的自动化设备)设置用于实现不同的(子)自动化任务的原因，在自动化设备和虚拟的自动化设备中存储的、已配置的过程对象是不同的。例如在真实的自动化设备上连接有用于监控锅炉的温度的传感器和执行元件，另外的自动化设备或者虚拟的自动化设备利用另外的合适的真实或者虚拟的自动化构件监控电机的转数。
如所述的那样，通过工程规划***以及监控和控制***功能对过程对象进行配置以及也许进行参数化，并且此外，通过该监控和控制***功能在相应的自动化设备和相应的模拟自动化设备的负载程度方面对另外的***功能进行监控。在此，操作员可以通过在操作站上的适当输入在自动化装置的运行期间在线地对第一、第二和第三***功能的过程对象进行参数化或者修改。例如，可以对相应的真实和虚拟的自动化设备上的第一、第二和第三数量的过程对象进行设定或者修改。此外，过程对象的参数被传输给操作站并且在操作站上进行视觉化，其中根据该显示能够识别和判断出真实的和虚拟的自动化设备的相应的负载程度。例如，在操作站上显示自动化设备的用于在自动化设备和操作站之间的通信(AS-OS通信)的发送和/或接收缓冲器和/或循环的操作单元的当前的预留时间(循环时间监控)或者另外的操作单元的其余重要相关的事件(事件监控单元)。通过这种类型的输出或者显示识别出过高的、导致实时故障的负载程度的可能起因(发送和/或接收缓冲器满了)，由此提供证明，即必须将一个或者多个虚拟的自动化设备分配到另外的服务器上以便减载。例如最早具有实时故障的虚拟的自动化设备被转移到另外的服务器上并且在那里被执行。
在本发明的一个设计方案中提出，对于通过监控和控制***功能在至少一个真实的自动化设备上识别出负荷程度达到或者超过一个阈值的情况，真实的自动化设备的多个过程对象为了进行处理而被转移到另外的真实的自动化设备上。由此对至少一个真实的自动化设备进行减载并且确保实时特性。
附图说明
下面根据在其中示出了本发明的实施例的附图对本发明、其设计方案和优点进行进一步说明。
图中以简化的形式示出
图1至3中的自动化装置。
具体实施方式
在图1至3中示出的相同的部分具有相同的参考标号。
在图1中以1标示了自动化装置，其具有真实的自动化设备2，真实的自动化设备经由现场总线3与分散的***设备4连接。该分散的***设备4配备有接口组件并且配备有多个过程输入和过程输出组件，其中在相应的过程输入组件上连接有传感器并且在相应的过程输出组件上连接有执行元件。在当前的实例中，出于简化的原因仅仅示出了真实的自动化构件(自动化设备2、分散的***设备4、…)的真实配置5。通常，这种类型的自动化装置具有多个这样的自动化构件，以用于控制技术过程或者用于实现自动化任务。自动化装置1此外包括用于对自动化装置1进行规划、配置和参数化的工程规划***6以及操作站7，操作站为操作员实现了对过程的舒适和可靠的观察和引导；操作员在需要时能够控制性地对过程运行进行干预，这意味着，操作员能够操作和观察待由自动化装置1控制的技术过程。操作员能够借助于客户端8通过终端总线9对工程规划***6的规划软件和/或对操作站7的操作和观察软件进行读取和/或写入访问，其中客户端通常是操作站7和/或工程规划***6的组成部分。客户端8因此在本实例中不仅代表OS(操作站)客户端而且还代表ES(工程规划***)客户端。工程规划***6、操作站7、服务器10和自动化设备2连接至另外的总线、所谓的设施总线11。服务器10代表模拟服务器，在其上储存有虚拟的自动化设备12、13、14。这些虚拟的自动化设备12至14代表真实的自动化设备并且以软件技术实现。换而言之，真实的自动化设备的功能和作用方式通过虚拟的自动化设备12至14来模仿，其中此外服务器模仿虚拟的分散式***设备以及传感器和执行元件，这些部件与模拟自动化设备12至14作用连接，这在附图中被标记为虚拟配置15。由于自动化装置1不仅配备有真实的自动化构件而且还配备有虚拟的自动化构件的原因，该自动化装置1展示了一种混合配置，其在起动运行的范畴中或者在设施扩展或者自动化装置的扩展的范畴中必须满足实时的要求。
为了尤其在自动化装置的起动运行的范畴中满足该要求，每个真实的和虚拟的自动化设备2、12至14都具有多个***功能。通过被描述为监控和控制***功能的***功能并通过工程规划***6能够对过程对象进行配置以及参数化，其中此外通过该监控和控制***功能在控制运行期间在相应的自动化设备和相应的虚拟的自动化***的负荷程度方面对另外的***功能进行监控。过程对象在工程规划阶段根据待实现的自动化任务以及待实现的模拟的自动化任务确定，其中，待实现的自动化任务通常根据规划、招标等等来预设。
第一数量的这些过程对象配置用于过程控制，其中这些过程对象被存储在真实的自动化设备2和虚拟的自动化设备12至14上。这些自动化设备2、12至14中的每一个都实现自动化任务的或者模拟的自动化任务的一部分，由此在不同的自动化设备2、12至14上配置的和存储的过程对象是不同的。第二数量的过程对象被配置用于在相应的自动化设备2、12至14和操作站7、8之间的通信，并且第三数量的过程对象被配置用于在自动化设备2、12至14之间的通信。
在图2中示出了用于自动化装置1的真实的自动化设备2和虚拟的自动化设备12的***功能16至19，其中，***功能16被设计成监控和控制***功能，并且其中假设将虚拟的自动化设备12至14放置和存储在服务器10上。通过箭头20在图2中指明了相应的自动化设备2、12与OS站7、9的通信，并且通过箭头21指明了在自动化设备2、12、…之间的通信。
通过***功能17(在自动化设备和操作站之间的通信；AS-OS通信)在相应的自动化设备2、12至14上由于对(AS-OS通信)过程对象的处理产生计算负载，其对于通过操作站对相应的设备2、12至14进行的操作和观察来说是至关重要的。
通过***功能18(在自动化设备2、12至14之间的通信；AS-AS通信)在相应的设备上处理AS-AS通信过程对象。由此，在相应的设备2、12至14上产生计算负载，其由于在设备之间的通信或者数据交换的原因产生。
通过***功能19(处理)由于对设置用于在相应的自动化设备2、12至14上对技术(子)过程进行控制的过程对象的处理在设备上产生计算负载。此外，借助于OS客户端8展示了***功能17至19的负荷程度或者负载，负荷程度或者负载通过***功能16(监控和控制)来监控。在本实施例中，在OS客户端8上显示出真实的自动化设备2的和虚拟的自动化设备12的相应的***功能17(AS-OS通信)的负荷程度。当然，也能够在OS客户端8上示出另外的***功能18、19的负载。对于虚拟的自动化设备12的***功能16识别出***功能17的负荷程度或者负载达到或者超过一个阈值且由此超过了自动化装置1的所预设的处理循环或者不再能确保自动化装置1的实时特性的情况，虚拟的自动化设备12转移到另外的服务器22(图3)上。当然，当***功能16识别出***功能18或19的负荷程度或者负载达到或者超过一个阈值时，虚拟的自动化设备12也被转移到另外的服务器22上；因为在这种类型的过载中，也不再确保自动化装置1的实时特性。
虚拟的自动化设备12至14的转移能够通过过载的虚拟的自动化设备12至14的***功能16来实现。***功能16自动地转移过载的自动化设备12至14，其中为此该***功能16和服务器22配备有合适的“转移”软件。当然，该转移也能够通过工程规划***6实现，其中，***功能16为工程规划***6指出过载，工程规划***6基于该过载实现到服务器22上的迁移。
通过描述的措施实现了虚拟的自动化设备的“校准”，其中接下来的措施是有利的：
a)首先将虚拟的自动化设备“放置”在服务器上，
b)通过实施相应的监控和控制***功能对在相应的虚拟自动化设备上的相应的另外的***功能的实施进行监控，
c)在虚拟的自动化设备之一的循环时间故障或者在过小的循环时间预留时将该虚拟的自动化设备迁移到另外的服务器上，
d)重复步骤b)和c)，直至达到自动化装置的实时能力。
如果达到自动化装置的实时能力，那么该虚拟的自动化设备就可以通过真实的自动化设备取代。

Claims (6)

1.一种用于运行自动化装置(1)的方法，所述自动化装置包括至少一个用于控制技术过程的真实的自动化设备(2)、用于操作和观察待控制的技术过程的操作站(7)、工程规划***(6)和虚拟的自动化设备(12至14)，所述虚拟的自动化设备分别模仿真实的所述自动化设备的功能并且存储到服务器(10)上，其中，所述自动化设备(2)和所述虚拟的自动化设备(12至14)分别包括***功能(16至19)，并且其中
通过所述工程规划***(6)和通过所述***功能中的一个***功能(16)对用于另外的***功能(17-19)的过程对象进行配置，并且通过所述一个***功能(16)在相应的自动化设备(2、12至14)的负荷程度方面对所述另外的***功能(17-19)进行监控，
通过所述另外的***功能(17-19)
对相应的自动化设备(2、12至14)上的第一配置数量的过程对象进行处理，
在相应的自动化设备(2、12至14)与所述操作站(7、8)之间交换第二配置数量的过程对象，
在相应的自动化设备(2、12至14)与另外的自动化设备(2、12至14)之间交换第三配置数量的过程对象，
对于通过所述一个***功能(16)在所述虚拟的自动化设备(12至14)中的一个虚拟的自动化设备上识别出相应的所述另外的***功能(17至19)达到或者超过一个阈值的情况，该虚拟的自动化设备被转移到另外的服务器(22)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于通过所述一个***功能(16)在至少一个所述真实的自动化设备(2)上识别出所述负荷程度达到或者超过一个阈值的情况，至少一个所述真实的自动化设备(2)的多个过程对象为了进行处理而被转移到另外的真实的自动化设备上。
3.一种自动化装置，具有至少一个用于控制技术过程的真实的自动化设备(2)、用于操作和观察待控制的技术过程的操作站(7、8)、工程规划***(6)和虚拟的自动化设备(12至14)，所述虚拟的自动化设备分别模仿所述真实的自动化设备的功能并且存储在服务器(10)上，其中，所述真实的自动化设备(2)和所述虚拟的自动设备(12至14)分别包括***功能(16至19)，并且其中
所述工程规划***(6)和所述***功能中的一个***功能(16)设计用于对过程对象进行配置，并且所述一个***功能(16)进一步设计用于在相应的自动化设备(2、12至14)的负荷程度方面对另外的***功能(17-19)进行监控，
所述另外的***功能(17-19)设计用于
对相应的自动化设备(2、12至14)上的第一配置数量的过程对象进行处理，
在相应的自动化设备(2、12至14)与所述操作站(7、8)之间交换第二配置数量的过程对象，
在相应的自动化设备(2、12至14)与另外的自动化设备(2、12至14)之间交换第三配置数量的过程对象，
所述自动化装置(1)设计用于，对于通过所述一个***功能(16)在所述虚拟的自动化设备(12至14)中的一个虚拟的自动化设备上识别出相应的所述另外的***功能(17至19)达到或者超过一个阈值的情况，将该虚拟的自动化设备被转移到另外的服务器(22)上。
4.根据权利要求3所述的自动化装置，其特征在于，所述自动化装置(1)进一步设计用于，对于通过所述一个***功能(16)在至少一个所述真实的自动化设备(2)上识别出所述负荷程度达到或者超过一个阈值的情况，至少一个所述真实的自动化设备(2)的多个过程对象为了进行处理而被转移到另外的真实的自动化设备上。
5.一种虚拟的自动化设备，所述虚拟的自动化设备设置用于根据权利要求3或4所述的自动化装置。
6.一种自动化设备，所述自动化设备设置用于根据权利要求3或4所述的自动化装置。
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