CN114488965A - 核验待新集成的自动化***的过程模块的兼容性 - Google Patents

Abstract

检查待集成到自动化***中的新过程模块的兼容性。概言之，本发明涉及一种计算机实施的方法，用于检查待集成的新过程模块与用于控制自动化单元的过程模块的模块化网络中的至少一个另外的过程模块集成的兼容性。计算机实施方法包括以下方法步骤：‑获取待集成的新过程模块的第一过程模块描述；‑检索至少一个另外的过程模块的第二过程模块描述；以及‑通过对获取的第一过程模块描述和检索的第二过程模块描述执行功能性比较功能来核验兼容性。

Description

核验待新集成的自动化***的过程模块的兼容性

技术领域

本发明涉及检查待新集成的过程模块和至少一个另外的过程模块之间的兼容性。过程模块可以设计成要在过程模块的模块化网络中互连和/或已经在过程模块的模块化网络中互连并且用于控制和/或操作自动化***或自动化单元。

背景技术

自动化单元例如用于工业自动化、过程自动化和/或制造自动化，诸如制药工业、食品工业或饮料工业(灌装厂等)。例如，在自动化单元中，流体、尤其是过程流体的流动可以通过阀装置来控制。为此，模块化自动化单元可以由多个过程模块构成。因此，自动化单元的工厂部分可以设有用于特定过程步骤的一个或多个定义的功能。由于专业化程度的提高和自动化单元必须执行的特殊任务，单个过程模块的范围和自动化单元的整体范围都在不断增加。模块化允许更快地实施新功能或更快地更换故障的过程模块。然而，这可能导致将各个过程模块集成到自动化单元中变得更加复杂和广泛，特别是如果各个过程模块由不同的生产商提供或者各个过程模块的功能不同。此外，过程模块可能具有不同的硬件接口和通信协议来提供它们的功能，这可能使统一集成变得困难。过程模块的不同功能和特性使得难以在过程模块的模块化网络中无错误地实施过程模块。由于自动化单元的模块化结构，生产商可以为自动化单元的特定过程步骤提供具有定义功能的特定设备部件(过程模块)。

由于每个过程模块除其他外，都具有制造商特定的逻辑、编程和操作等，因此可能会出现问题。除了传输协议之外，过程模块生成的警报和消息以及所有控制参数的可视化也必须正确集成到过程控制级别，例如在控制***或MES(MES：制造执行***)中。MES是指靠近过程运行的多层制造管理***的一个级别。MES***提高了过程自动化水平，并能够对生产进行实时管理、指导、控制和/或监控。设备管理层/MES之下是过程管理层(SCADA)，再之下是现场层。因此，各个过程模块的信息技术集成并非易事。

为了将新的过程模块集成到自动化单元(例如设备、工厂或混合设备)中现有的或将要形成的过程模块网络中，也为了过程模块彼此之间的通信以及过程模块与自动化单元的通信，例如，使用了同时制定的通信标准OPC-UA(开放平台通信统一架构)。这种独立于制造商的标准化通信协议用于跨机器交换数据。OPC-UA架构是一种面向服务的架构(SOA)，其结构包括若干层。

通信技术由另一个标准，即模块类型包(MTP)补充，用于在过程工业的模块化生产环境中将过程模块控制集成到自动化单元中的数字描述。使用MTP标准，可以从功能上描述过程模块的属性，特别是以制造商和技术中立的方式。MTP标准使得可以以标准化方式传输自动化单元操作的所有必要信息，例如模块属性、状态描述、接口以及操作者界面的现象学描述，特别是操作者屏幕元素。

MTP基于自动化标记语言(AML)。AML可以理解为一种创建文件的语言。因此，AML是一种用于数据交换的格式，尤其是基于XML的格式。因此，形式化和/或机器可读形式的电子文件代表过程模块的功能描述或者是过程模块的功能描述并且从过程模块自动化的工程数据生成。它使任何“会说”MTP的更高级别的自动化***能够正确控制特定模块-例如，离心机、制粒机或均质机。

迄今为止，现有技术中已知的基于具有过程模块的MTP描述文件的实现的自动化单元的潜在弱点是无法追踪是否也根据标准创建了MTP描述文件，从而满足其要求。已知的现有技术方法提供通过其MTP描述文件将新的过程模块集成到自动化单元中。如果MTP描述文件(过程模块描述)偏离MTP标准，则在调试新集成的过程模块后可能导致整个自动化单元出错。此外，偏离MTP标准的MTP描述文件会使新过程模块的调试变得更加困难。在这两种情况下，由于待集成的MTP描述文件中的错误会影响整个自动化单元，因此在使用待集成的过程模块本身以及整个自动化单元时都会发生停机。

发明内容

基于此，本发明基于以下技术目的：在集成之前检查待集成到自动化单元中的过程模块的MTP描述文件是否与过程模块/自动化单元的形式描述相符，特别是是否与MTP标准相符并与现有过程模块兼容。

该目的通过独立权利要求的特征来解决，特别是通过计算机实施的方法、其用途、过程工业计算单元和计算机程序来解决。在从属权利要求和以下描述中描述了本发明的有利实施例。

根据第一方面，本发明因此涉及一种计算机实施的方法，用于检查要与至少一个另外的过程模块集成的新过程模块的兼容性。待集成的新过程模块和/或另外的过程模块可以旨在集成到用于控制自动化单元的过程模块的模块化网络中。优选地，计算机实现的过程包括以下过程步骤：

-获取待集成的新过程模块的第一过程模块描述；

-检索至少一个另外的过程模块的第二过程模块描述；以及

-通过对获取的第一过程模块描述和检索的第二过程模块描述执行功能性比较功能来核验兼容性。

优选地，例如，检查可以包括检查待集成的新过程模块与新过程模块待集成到的模块化网络中的至少一个其他过程模块的兼容性。根据本发明的一个实施例，还可以规定，检查新过程模块与预先确定的过程模块的选择或与模块化网络的每个过程模块的兼容性。

过程模块是具有在自动化单元(例如生产设备)中执行的特定功能的模块。在过程模块描述中表示该功能。例如，过程模块可以包括可以在模块化组合(modular compound)中实施的分配模块和/或反应器模块(例如，生物反应器模块)。此外，具有多个组件和模块的现有自动化***可以将考虑该多个组件和模块的功能，并将其考虑作为用于集成新过程模块和用于兼容性测试的单个模块。因此，过程模块应理解为标准化模块，其通过集成到一组现有过程模块中，通过所需功能补充或扩展该组或网络。这可以通过替换现有的过程模块来完成，例如通过用新版本替换旧版本，或者通过添加新的附加功能。因此，自动化***或单元可以根据预期用途和操作者的需要和要求而建立和扩展。在本发明的意义上的集成包括待集成到现有过程模块的网络中的模块的硬件技术和/或软件技术集成，从而形成共同起作用的技术单元。例如，可以将具有相应功能的库作为过程模块提供给控制器(例如作为阀岛模块化******的CPX控制器)，这提供了用于模块化自动化单元的MTP支持。

“另外的过程模块”可以是作为已经在过程模块的模块化网络中实现的现有过程模块的过程模块。然而，另外的过程模块也可以是这样的过程模块，其本身还不是组的组成部分，而是旨在在组中实施并且根据本发明预先检查兼容性。因此，可以检查过程模块彼此之间或过程模块之中的兼容性。

出于本发明的目的，兼容性意味着过程模块的互换性和/或过程模块的特性的兼容性和/或过程模块的特性的等效性，特别是对于特定任务(功能性)。如果待集成的过程模块满足用于控制自动化单元的过程模块的模块化网络的所有现有过程模块中的至少一个的所需要求，则称为与后者兼容。检查兼容性可以包括检查与过程模块/自动化单元的一般描述的一致性，例如预定义的标准，特别是与MTP标准的一致性。特别是，这涉及核验要检查的文件的句法属性和/或必须根据标准满足从而被视为MTP兼容的实际规范。因此，过程模块的功能或功能性可以以过程模块描述的形式表示，过程模块描述优选地是符合MTP标准的。

此外，为过程模块提供了单独的控制逻辑。相应服务(功能)形式的过程模块功能可以通过一种类型的通信接口提供，例如通过符合OPC UA标准的服务器。在这方面，过程模块方面的所有相关状态信息都可以传输到自动化***。也可以参数化和启动服务。

出于本发明的目的，第一过程模块描述的获取应理解为读取和/或评估(解析)待集成的过程模块的过程模块描述。过程模块描述可由待集成的过程模块自身提供，例如通过读取存储器。可替代地，可以通过与过程模块分离的外部存储器来提供和获取过程模块描述。获取可以包括将过程模块描述复制到另外的存储器，以便由具有对该存储器的访问权和/或经由接口读取的处理单元执行功能性比较功能。对于读取和/或评估(解析)，可以使用现有技术中已知的用于数据处理的方法和/或技术。

此外，为了本发明的目的，检索第二过程模块描述应理解为例如从存储器中读出现有过程模块描述。在此上下文中，检索第二过程模块描述包括至少读出存储在电子文件中的过程模块描述。检索用于检查要与其他和/或现有过程模块集成的新过程模块的兼容性。进一步/现有过程模块的过程模块描述可以经由中央存储器提供。可替代地，过程模块描述可以由过程模块本身分散提供。

此外，模块类型包(MTP)标准是在过程工业的模块化生产环境中将过程模块控制集成到过程控制级别的数字描述标准。该标准基于VDI/VDE/Namur准则2658。MTP标准标准化了过程模块的数字描述，包括操作屏幕形式的可视化，并实现了过程模块的互操作性。

出于本发明的目的，功能性比较功能应理解为这样一种功能，该功能提供过程模块描述、特别是待新集成的过程模块的描述文件与另外的过程模块的描述文件的电子或数字化和自动比较。描述文件以可处理或可编辑的方式存储过程模块描述。功能性比较功能可以用软件和/或硬件实现，并由处理器执行。特别地，功能性比较功能可以以自动化方式执行。比较是指一种方法，通过该方法可以检测要比较的过程模块描述的相等性和不相等性。根据对过程模块和/或自动化***的特定要求，相等性可以包括100％相等性或可选地要实现的相等性的阈值。功能性比较功能可以包括对两个或更多个电子文件的解析。在这点上，功能性比较功能读取例如所使用的数据类型、服务名称、参数、技术规范(值匹配)和/或数据流方向，并比较它们的相等性。此外可以规定，通过功能性比较功能附加地执行对描述文件的校验和的分析，以便识别相等性和不相等性。

本发明基于以下知识：需要检查新过程模块与用于控制自动化单元的的过程模块的模块化网络中的至少一个其他过程模块之间的兼容性。

当前已知的使用以MTP标准编码的过程模块描述将过程模块集成到现有过程模块的方法，在集成到过程模块的模块化组合中之前不提供过程模块描述的兼容性检查。

有利地，本发明涵盖过程模块描述，不仅用于与另一过程模块描述的兼容性的一般检查，而且用于与实际MTP标准的兼容性或符合性。此外，还核验了对MTP标准施加的要求。此外，本发明可以在MTP标准的上下文中核验过程模块描述的合理实现。有意义的实现的核验可以包括语义核验。除其他原因外，有意义的实现的核验很重要，因为仅核验与使用的MTP标准的句法兼容性不能确保用例的可用内部参考(或引用，referencing)。这是必要的，因为内部参考在MTP标准中是强制性的。内部参考是指指定元素彼此之间的关系的内部参考标识(参考ID)。通过这种方式，可以将相互参考的元素相互链接并处理或评估为相互属于。从句法的角度来看，参考ID可以指向任何其他元素。确保内部参考可用，确保参考有用并正确使用。例如，可以确保组件可视化中的阀门符号指向并访问正确的关联的数据实例。

进一步有利的是，两个过程模块之间的兼容性可以由本发明自动检查，特别是在它们被发布以在自动化***中实施之前。自动检查的一个决定性优势是，在过程模块产品组合的预期增加的情况下，可以在自动化***中实际实施之前自动生成兼容过程模块的预选。这使得过程模块的选择过程(最终仍应至少由集成商手动批准)显著提高了效率、速度和简单性。

在本发明的一个实施例中，将兼容性检查的结果提供给集成商(电子模块，例如控制站的组件)、计算单元的用户、特别是自动化单元的负责人和/或其他实体，在此基础上决定待集成的新过程模块是否可以/应该集成到自动化单元中，从而形成模块化网络或与具有现有过程模块的组合。

在本发明的替代实施例中，待集成的过程模块可以在功能尚未激活的硬件(电气和/或机械)和/或软件方面集成在自动化单元中。检查兼容性后，可以激活集成过程模块的功能。因此，防止了由于可能的不兼容或一致性而在自动化单元中发生故障。

在本发明的优选实施例中，第一和/或第二过程模块描述包括自动化标记语言格式的描述文件，特别是符合MTP标准。过程模块描述表示用于自动化单元中操作的控制逻辑信息。

自动化标记语言(AutomationML)格式是一种基于可扩展标记语言(XML)的中性数据格式，用于为自动化单元存储和交换计划数据。以AutomationML格式提供的过程模块描述可以使控制逻辑信息和/或工程数据的交换在用于不同工业过程应用(例如，用于可编程逻辑控制器(PLC)编程或用于机器人控制)的工程工具的异构用户工具环境中更加高效和简化。AutomationML数据交换格式在IEC 62714-1:2018标准中标准化。使用AutomationML格式，过程模块可以被描述为具有不同方面的对象。一个对象可以包含另外的对象，并且它本身可以是更高级别过程模块的一部分。因此，AutomationML格式可用于描述具有不同细节级别的过程模块的层次结构。

在本发明的另一个优选实施例中，检查兼容性包括语义检查。语义检查可用于确定待集成的新过程模块提供的功能是否与至少一个另外的过程模块的要求相匹配，反之亦然。在此，需要由过程模块或待集成的新过程模块提供的功能与待集成的新过程模块或另外的过程模块的要求相匹配。根据MTP标准，在过程模块描述中存储和指定过程模块的功能。特别是，指定了必要的接口及其接口行为。如果语义检查确定要特别集成的新过程模块的功能不满足(现有)其他过程模块的要求，反之亦然，则兼容性检查的结果是否定的。因此，即使在可能的集成之前，也可以有效地确定错误是预期的还是可能发生的，或者错误是否被避免。同样，可能会出现现有的过程模块不能满足待集成的新过程模块的功能要求的情况。在这方面，如果需待集成新过程模块的功能，则可以提供现有过程模块的更新。

在本发明的另外的优选实施例中，待集成的新过程模块和/或至少一个另外的过程模块提供警报管理作为功能。警报管理是指对每个过程模块或作为过程模块上级***的自动化单元的警报进行***管理，以保证自动化单元相应操作者的可用性。警报可以定义为需要自动化单元操作者立即响应的事件。可以为每个过程模块配置隔离的单独警报。警报管理的关键是将所有警报记录在相应的数据库中，可用于统计评估和错误最小化。此外，还可以根据获得的特征值(警报率、警报次数、警报峰值等)来评估警报***的质量，并采取适当的措施。对发生的警报的分析可以成为有效减少警报的基础。因此，在模块化网络中协同互连的过程模块必须具有相应相同和/或兼容的警报管理***。如果通过核验确定警报管理不兼容，集成可能会导致错误。根据本发明，避免了这种情况。

在本发明的另一优选实施例中，待新集成的过程模块和/或至少一个另外的过程模块提供防护方法和/或安全方法作为功能。在本发明的意义上，过程模块的所有与安全操作和/或过程模块的安全操作以及因此与事故的预防相关的功能都被分配给防护方法。过程模块的所有与过程模块保护以及因此与犯罪预防相关的功能都将分配给安全方法。因此，防护程序和安全程序的各自目标可能部分地相互矛盾。在防护程序中，在具有潜在危险的过程模块和/或自动化单元中实现功能，以保护人员和/或环境免受伤害。关于安全方法，重点不是保护人员(操作者)免受过程模块和/或自动化单元的影响，而是反过来：尝试防止过程模块和/或自动化单元受到损坏或防止相关防护功能被关闭。因此，模块化网络中连接的过程模块必须具有相应相同和/或兼容的防护程序和安全程序。如果通过检查确定另外的过程模块和待集成的新过程模块的防护程序和安全程序彼此不兼容，则集成可能导致错误。优选地，执行适当的错误处理，例如以输出错误报告的形式。不兼容性可以通过错误报告输出或显示。

在本发明的另一优选实施例中，待集成的新过程模块和/或至少一个另外的过程模块提供过程控制和/或过程方法作为功能。DIN EN ISO 9001规定了过程控制对过程监控的规范。在过程控制范围内，将使用过程关键数据来确保按照规范实现计划的结果。通过有针对性的过程控制，可以确保过程程序的可重复稳定性。对自动化单元和/或组合的另外的过程模块的监控(例如，通过合适的传感器技术)旨在识别整个自动化单元结构的有效性，并基于获得的信息进一步开发自动化单元。为了实施整体过程控制，自动化单元中使用的过程模块必须相互兼容。这有利地通过检查相应的过程模块来实现。此外，可以实现仅集成与自动化单元的过程方法兼容的过程模块。

在本发明的另一优选实施例中，待集成的新过程模块和/或至少一个另外的过程模块提供维护和诊断程序作为功能。通过使用维护和诊断程序，可以优化使用的过程模块和/或自动化单元作为一个整体的经济效率、操作安全性和环境兼容性。维护和诊断程序包括作为诊断的检查，通常伴随着紧随其后的维护或修理。为了实现整体维护和诊断功能，自动化单元中使用的过程模块必须相互兼容。这有利地通过检查相应的过程模块来实现。此外，可以实现仅集成与自动化单元的过程方法兼容的过程模块。

在本发明的另一优选实施例中，待集成的新过程模块和/或至少一个另外的过程模块提供通信方法作为功能。通信方法包括过程模块彼此之间和/或与自动化单元的通信。特别地，通信方法包括经由人机界面(HMI)的人机通信。每个过程模块可以具有一个或多个用于相应通信的接口。只有相应的接口相互兼容，才能保证通信。因此，模块化网络中互连的过程模块必须使用相应相同和/或兼容的通信方法和/或具有兼容的通信接口。如果通过核验确定通信方式不兼容，则集成可能会导致错误。此外，可以指出和识别不兼容性，特别是对于HMI中的操作方面的不兼容性。因此，根据本发明，甚至可以在安装和/或实施之前有利地避免错误，这将导致安装后故障排除的长时间和高成本。

在本发明的另一优选实施例中，检查兼容性包括检查要与模块化网络的至少一个另外的过程模块的物理和/或技术特性集成的新过程模块的物理和/或技术特性。优选地，在本发明的上下文中，物理和/或技术特性包括所使用硬件的硬件特性。所使用的硬件可用于检查另外的过程模块与待集成的新过程模块的兼容性。为此，存储在过程模块描述中的硬件规格被记录或检索，并通过功能性比较功能相互比较。

在本发明的另一个实施例中，检查兼容性包括检查化学特性。例如，过程模块根据其功能具有过程流体和/或相应的过程流体由过程模块混合在一起。通过在一组现有的过程模块中包含一个新的过程模块或检查与另外的过程模块的兼容性，可以检查相应的过程流体的兼容性、混合反应或不需要的反应。例如，可以检查过程模块是否使用了酸。因此，必须首先提供水组分，然后可以安装酸组分以最小化/避免对操作者的不希望的反应、损害和/或风险/伤害。因此，兼容性检查确定是否提供了水组分，然后才会释放酸组分。因此，即使在实施和调试之前，也可以防止对机器和人员造成的可能损害。

在本发明的另一优选实施例中，检查兼容性包括检查过程模块的物理接口的类型和/或数量。为了过程模块彼此之间以及与自动化单元的通信，过程模块的物理接口必须设计为相互兼容并按照相同的标准设计。这可以实现无差错的通信。此外，过程模块必须具有相同数量的正确的物理接口。

在本发明的另一个优选实施例中，检查兼容性包括检查组件和/或过程模块中使用的材料。就本发明而言，材料核验是指规范在材料流动和/或组件的物理特性和/或它处理的材料方面的兼容性。因此，材料测试不必总是与所用组件本身的材料有关。例如，可以测试对粘度、温度和/或压力的限制。

在本发明的另一个优选实施例中，检查包括检查所用材料的弹性，特别是关于电源、流量、缓冲容量、温度和/或施加的压力。

在本发明的另一个优选实施例中，检查兼容性包括检查气动特性和/或液压特性和/或电气特性。例如，可以检查流量和/或流速。此外，可以提供，检查气动导管和/或液压导管的性质，例如管道的粗度。

在本发明的另一个优选实施例中，待集成的新过程模块的物理特性是通过模拟(或仿真，simulation)获得的。优选地，待集成的新过程模块的物理特性通过基于功能模型接口(FMI)的模拟来捕获。功能模型接口(FMI)是一个独立的行业标准。该标准定义了用于开发网络物理***的计算机模拟的标准化接口。一个优点是给出了仿真模型接口的标准化描述。例如，文件提供了模型接口的变量和函数的标准化描述。该模型可以作为开源代码、不可查看和封闭的二进制文件提供，或者通过使用其他工具传递模拟值来提供。因此，可以轻松提供不同开发工具中模型的模型交换和协同仿真。FMI简化了特定建模任务的工具的使用以及不同开发阶段中模型的一致重用。在基于FMI的仿真中，使用存储在单个文件中的XML文件、二进制文件和C代码来生成用于交换动态模型的容器和接口。容器对应于功能模型单元(FMU)。因此，通过基于FMI的仿真，具有多个以复杂方式交互并受多个复杂物理定律控制的过程模块的真实自动化单元可以创建为虚拟元素或产品，其由多个不同的物理(软件)模型组成。FMU对应于通过FMI接口定义与仿真环境中的其他物理模型交互的物理模型，因此在上下文中代表一个真正的自动化单元。可以有利地检查过程模块的物理性质与另外的过程模块的基于FMI的仿真的兼容性。因此，可以使用基于FMI的仿真来确保和保证物理兼容性和相应的负载限制。

根据本发明的一个实施例，在兼容性检查之后，作为结果生成详细报告，如果有的话，可以从中提取检测到的不兼容性。生成的报告包括与MTP标准的所有偏差，并显示与AML指南的不一致，以及其他检测到的错误(如果适用)。根据报告，可以自动或由用户采取适当的行动来纠正偏差，从而建立过程模块之间的兼容性。此外，报告可能包含有关功能参数化限制的信息。限制可以基于过程模块之一的实际物理约束，或者可以从过程模块的指定安全裕度和安全要求的隐含要求导出。该报告以电子形式提供，例如作为结果文件，例如用于在UI(用户界面)上显示。该报告可能包括对审查结果的统计分析(例如，工厂特定区域和/或特定时间段内的故障累积，以便得出进一步的结论)。如果持续和/或过于频繁地发现不兼容，报告还可能包括警告。该报告可以简化和有效地诊断和评估核验结果，并采取适当的措施来解决不兼容问题。此外，该报告可以包括对模块化互连中的操作的可能约束。例如，可以通过要遵守的限值来定义这些限制。

在替代实施例中，报告可以在输出单元(例如监视器、显示器、手持设备等)上以视觉和/或视听方式输出。显示器能够简化和有效地诊断和评估核验结果，以及采取适当的动作来解决不兼容性。

在本发明的另一优选实施例中，获取待集成的新过程模块的第一过程模块描述和/或检索至少一个另外的过程模块的第二过程模块描述包括根据可预定义规则的句法验证，并且，特别是根据与MTP标准和AML句法的一致性。第一过程模块描述和/或第二过程模块描述在句法上被验证。在本发明的另一个优选实施例中，句法验证包括读出模块类型包文件的结构组成并检查读出的结构组成与参考(a reference)的一致性。在一个实施例中，该参考可以是(或包括)这样的MTP描述文件：其正确性已经过核验或验证，可以作为对应的匹配模板。因此，可以验证和核验过程模块描述的句法正确性。由此检查过程模块描述，尤其是描述文件，是否符合MTP标准中指定的规则和规定。在此检查期间，检查一般结构。这包括检查描述文件中描述的对象是否根据MTP标准指定并以AML兼容的方式进行描述(编码)。此外，根据MTP标准的要求或意图，验证整个描述文件中各个对象的AML兼容组合。因此，可以识别和纠正关于在描述文件中映射的对象的逻辑和/或内容相关的错误。因此可以验证描述文件内部对象的信息技术一致性。

以一种有利的方式，句法检查可以揭示过程模块描述中的错误，这可能使技术可访问性和核验变得更加困难。在这方面，语义正确性描述了过程模块描述的质量。可选的对过程模块描述语义的额外检查可以确保后续处理步骤可以按照规范的意图以适当的方式准备内容，而不会在集成期间导致错误状态。

在本发明的另一个优选实施例中，句法验证还可以包括检查在模块类型包文件中编码的元素是否彼此具有预定义的正确关系。有利地，该检查核验元素是有意义的并且它们被定位并且彼此链接。例如，可以检查在MTP描述文件中指定并在用户界面中使用的所有交互符号是否具有到来自通信集合的相应元素的相应链接(以便能够确保符号是交互的)。进一步有利地，MTP描述文件被检查琐碎性(triviality)。在此检查中，确定在每个通信、控制面板和/或功能性部分中是否存在非空的MTP和AML兼容描述。为此，可以在其中指定了组件的MTP标准“SystemUnitClass-Library”中访问库。例如，可以指定传感器、罐、阀等，它们以抽象形式或一般性质进行描述。为此，针对不同的组件创建了单独的类，这些类被实例化并在内部链接，从而成为特殊MTP的一部分。组件的不同方面可以通过MTP解决，例如操作屏幕、通信结构或服务，它们也必须在内部链接和互连。这种链接必须相互兼容。这根据本发明进行检查。

这允许验证自动化单元的错误正确性(error correctness)。通过相应的验证，可以在实施之前识别过程模块的正确链接或互连组件(例如阀、开关、泵等)，并且可以避免实施后过程模块的不可操作性。

在本发明的另一优选实施例中，句法验证包括由处理器单元执行至少一个子例程。处理器单元可以特别核验模块类型包/MTP文件中元素的使用。有利地，句法验证可以由一系列子例程执行。可以为每个句法验证创建一个子例程。子例程可以单独执行或以自动方式一起执行。

在本发明的另一优选实施例中，句法验证包括由处理单元执行至少一个子例程，其特别地核验所使用的元素在模块类型包文件中的定位。将使用的元素定位在模块类型包中意味着它们在句法基础上的排列。例如，可以使用相应的子例程来核验正确的缩进和括号。缩进可用于定义过程模块描述中指定的元素的开头或结尾。不正确的缩进会导致错误的解释，从而导致集成过程中的错误。实施之前的句法验证可以识别和纠正错误。

在本发明的另一优选实施例中，句法验证包括由处理单元执行至少一个子例程，其特别是核验变量、参数和/或属性的正确使用。通过子例程，可以核验模块过程描述中定义的所有元素、根据MTP标准定义的变量、参数和/或属性是否都已分配，以及是否已分配相应的值。此外，子例程可以检查变量是否符合相应定义的类型。变量、参数和/或属性的缺失和/或错误使用由子例程核验。因此，可以防止过程模块的错误集成。在一个实施例中，可以使用相应的库，例如库“SystemUnitClassLibrary”来验证元素的属性。元素的属性与库中各自定义的属性进行比较。相应地检测和记录或提供不一致。

在本发明的另一实施例中，句法验证包括由处理单元执行至少一个子例程，该处理单元特别检查所使用的库是否符合MTP标准。

在本发明的另一优选实施例中，句法验证包括由处理单元执行至少一个子例程，其具体地核验来自经核验的过程库的元素的正确使用。因此，可以核验所使用的元素是根据其规范部署和使用的。

在另一方面，本发明涉及一种(过程)工业计算单元。工业计算单元适于执行根据本发明的计算机实施方法。工业计算单元包括获取接口、检索接口和处理器单元，用于检查要与至少一个另外的过程模块集成的新过程模块的兼容性，以集成到用于控制自动化单元的过程模块的模块化网络中。

工业计算单元可以采用可编程逻辑控制器、PC或工业PC和/或托管在计算机上的软件实现的形式。工业计算单元具有各种人机通信(HMI)接口，以及用于与过程模块和/或自动化单元通信的接口。HMI接口包括用于调节工业计算单元的输入和输出设备。用于与过程模块和/或自动化单元通信的接口包括无线接口(WLAN、Wifi、蓝牙等)和/或有线接口(RS232、RS485、以太网、USB等)。处理单元通过总线连接到工业计算单元的接口。可替代地，工业计算单元可以以硬件实现在微控制器或FPGA或ASIC上。

在另一方面，本发明涉及根据本发明的方法权利要求中任一项的计算机实施方法的用途，用于将待集成的新过程模块集成到自动化单元的一组过程模块中，其中已成功核验与至少一个其他过程模块的兼容性。

上面基于所要求保护的方法描述了上述目的的解决方案。其中提到的特征、优点或替代实施例也适用于其他要求保护的主题，反之亦然。换句话说，装置权利要求的主题(例如，针对过程工业计算单元或计算机程序产品)还可以进一步由结合方法描述和/或要求保护的特征形成，反之亦然。该方法的相应功能特征由此由过程工业计算单元或产品的相应结构模块，特别是硬件模块或微处理器模块形成，反之亦然。

用于该目的的另一种解决方案提供了一种计算机程序，其具有程序元素(计算机代码)，当该计算机程序及其程序元素被加载到计算机的存储器中并且从而在计算机上执行时，用于执行上面更详细描述的方法的所有方法步骤。由此，计算机程序也可以存储在计算机可读的介质上。

根据从属权利要求和参考附图的以下详细描述，本发明的进一步有利实施例和进一步实施例将是显而易见的。

附图说明

在以下详细的附图描述中，参考附图讨论了不应被限制性地理解的实施例及其特征和进一步的优点。其中示出了：

图1示出了说明根据本发明的工业计算单元的可能实施例的图形表示；

图2示出了说明根据本发明的方法的可能实施例的流程图；

图3示出了解释模块协调的可能实施例的图形表示；

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于控制自动化单元的过程模块的可能操作图的图形表示。

图5示出了根据本发明的一个实施例的可能的AML文件的图形表示；并且

图6示出了根据本发明的一个实施例的实例列表中存储的数据类的图形表示。

具体实施方式

附图旨在提供对本发明实施例的进一步理解。它们说明了实施例，并且结合描述，用于解释本发明的原理和概念。参照附图，其他实施例和所提及的许多优点将是显而易见的。附图的元素不必相对于彼此按比例示出。

在附图中，除非另有说明，否则相同的、具有相同功能和相同效果的元件、特征和部件在每种情况下都具有相同的附图标记。

图1示出了说明根据本发明的工业计算单元的可能实施例的框图。在图1中，附图标记100表示工业计算单元。工业计算单元100适于执行根据本发明的计算机实施的方法10。工业计算单元100包括处理器单元130。具体地，根据本发明的计算机实施的方法10由工业计算单元100的处理器单元130执行。处理单元130通过总线，优选通信总线连接到获取接口110和检索接口120。获取接口110被配置成获取待集成的新过程模块PM的第一过程模块描述B1。在优选实施例中，根据MTP标准对第一过程模块描述B1进行编码。检索接口120被配置为检索至少一个另外的过程模块PM_x的第二过程模块描述B2。根据另一优选实施例，根据MTP标准对第二过程模块描述B2进行编码。然而，根据MTP标准对过程模块描述B1进行编码并不一定意味着在对过程模块描述B1进行编码时已经考虑了MTP标准的规则和规定。有利地，通过由工业计算单元100执行的根据本发明的方法10，通过对获取到的第一过程模块描述B1和检索到的第二过程模块描述B2执行功能性比较功能来检查兼容性。

如果执行的功能性比较功能的结果表明，获取到的待集成的新过程模块PM的第一过程模块描述B1与检索到的另外的过程模块PM_x的第二过程模块描述B2兼容，则待集成的新过程模块PM可以集成到过程模块PM_x的V组中。有利地，由于已建立的互操作性，可以假设在集成期间没有错误发生。在图1中，互连或网络V仅示出了一个另外的过程模块PM_x。然而，这仅出于简化的原因以这种方式示出并且不排除集成和/或可以提供另外的过程模块PM_x以便控制自动化单元AE或为其提供功能的可能性。

图1所示的实施例将工业计算单元表示为计算机或工业PC。在替代实施例中，工业计算单元100可以在可编程逻辑控制器中、在微控制器中、在自动化单元AE的计算单元中或在过程模块(硬件)的微控制器中形成。可替代地，工业计算单元100可以在FPGA上的硬件中实现或者作为托管在计算机(服务器)上的软件实现来提供。在这种情况下，工业计算单元100具有相应的通信接口。

工业计算单元100还可包括用于人机通信的至少一个另外的接口(未示出)。这可以设计用于连接到输出单元。通过输出单元，可以提供/显示关于兼容性检查结果的报告。此外，该接口可以被配置为连接到输入单元。可以经由输入单元接收来自操作者的输入。此外，可以提供另外的接口以提供与存储设备和/或另外的计算单元的数据通信。

获取接口110和检索接口120可以是无线接口(WLAN、Wifi、蓝牙等)和/或有线接口(RS232、RS485、以太网、USB等)。

图2示出了说明根据本发明的方法的可能实施例的流程图。在图示的实施例示例中，计算机实施方法10包括几个步骤。在第一步骤S1中，获取待集成的新过程模块PM的第一过程模块描述B1。特别地，根据MTP标准对第一过程模块描述B1进行编码。获取第一过程模块描述B1可以包括读取待集成的新过程模块的存储器，或者操作者输入第一过程模块描述B1，或者通过存储介质提供第一过程模块描述B1。在根据本发明的方法的第二步骤S2中，检索至少一个另外的过程模块PM_x的第二过程模块描述B2。特别地，根据MTP标准对第二过程模块描述B2进行编码。检索第二过程模块描述B2可以包括从相应过程模块或自动化***的存储器读取过程模块描述B2。此外，检索到的过程模块描述B2可以由操作者经由存储介质或经由与过程模块、自动化***或工业计算单元通信的另一存储介质来提供。在进一步的步骤S3中，通过对获取的第一过程模块描述B1和检索的第二过程模块描述B2执行功能性比较功能来执行兼容性检查。

图3示出了说明过程模块协调的可能实施例的框图。在图3中，附图标记P表示作为上位***的过程控制级别。这可以设计为自动化单元AE。过程控制层P协调所使用或将要使用的相应过程模块PM、PM_x。为此，过程模块PM、PM_x将其过程工程功能作为服务提供，过程控制层P在各个情况下分别根据整个过程调用这些服务。自动化单元AE的功能可以通过预自动化的模块化过程模块PM、PM_x进行扩展或更新。模块化过程模块PM、PM_x可以通过其过程模块描述B1、B2根据生产需要轻松添加、排列和/或调整。这可以通过根据MTP标准编码的过程模块描述B1、B2来实现。因此，实现了每个过程模块PM、PM_x和自动化单元AE之间的互操作性。图3中所示的过程模块PM、PM_x包括本地控制SE1、SE2。本地控制器可以设计为OPC-UA服务器。过程模块PM、PM_x的控制通过OPC-UA服务器提供。带有过程模块描述B1的描述文件以及待新集成的过程模块PM的OPC-UA服务器，经由过程控制层P通过自动化和软件集成到自动化单元AE中来实现。此外，过程模块PM、PM_x包括对应的模块硬件H1、H2。待集成的新过程模块PM的硬件模块H2是经由过程控制层P通过自动化单元AE中的硬件集成实现的。

工业计算单元100适于执行根据本发明的计算机实施的方法。工业计算单元100使用功能性比较功能检查待集成的新过程模块PM的过程模块描述B1与至少一个另外的过程模块PM_x的过程模块描述B2的兼容性。兼容性检查的结果可以呈现为详细报告。该报告识别不兼容性，修改、添加和/或错误纠正操作可以基于该不兼容性来执行。此外，工业计算单元100可以对包括过程模块描述B1、B2的MTP描述文件进行语义检查和句法核验。语义核验包括将待集成的新过程模块PM所提供的功能与至少一个其他过程模块PM_x的要求进行比较。检查提供的功能是否符合要求。句法核验包括根据预定义的规则并且特别是根据与MTP标准和AML句法的符合性来核验待集成的新过程模块PM的MTP描述文件B1。可以通过工业计算单元100的处理单元130执行的各个子例程来提供核验。作为核验的输出，可以自动方式生成详细报告，概述与MTP标准的所有偏差，并识别不一致或缺失的方面。基于详细报告，可以执行更改、添加和/或错误纠正动作。

图4示出了说明用于控制自动化单元的过程模块的可能操作屏幕的框图。在此表示中，过程模块PM、PM_x的MTP文件的逻辑描述被显示或可视化。该表示基于MTPSUCLib条目并可从中自动生成。该MTP单元配备有待集成的过程模块PM、PM_x，并且控制面板在相应的执行单元(PC、处理器)上生成并显示在连接的输出单元(显示器、HMI)上。在图4中，示意性地示出了具有反应罐200的示例性生物反应器。反应罐200被示为被动视觉对象(图标)。此外，活动对象(符号)如图4所示。活动符号是可以通过信号寻址(触发)并且可以通过这些信号改变其显示状态的交互对象。附图标记201、202用于表示反应罐200的入口区域和出口区域中的泵的有效符号。泵201、202根据它们的操作状态被不同地表示。例如，“绿色”表示可以指示“泵激活”运行状态，“红色”表示可以指示“泵停止”运行状态，而“黄色”表示可以指示“泵故障”运行状态。该列举仅指示示例性实施例并且可以包括进一步的操作状态或者包括关于颜色和状态的不同实施例。此外，图4显示了电机203和液位传感器204的符号。此外，图4中显示了服务205。例如，服务205可以包括用于填充生物反应器的“填充”服务、用于执行生物反应的“培养”服务，以及用于排出最终产品的“排出”服务。这些服务具有状态。根据MTP标准，服务根据状态机(state machine)运行。图4所示的控制面板可以设计为交互式控制面板，例如，通过选择服务(鼠标单击、触摸)，可以启动或停止服务，或者可以打开或关闭阀门，或者电机可以启动或停止。本发明有利地检查和验证要在控制面板中显示的服务和活动/被动对象以与另外的过程模块兼容。如果功能性比较功能的结果是获取到的第一过程模块描述与检索到的第二过程模块描述不兼容，则可以通过错误报告输出或显示结果。这可能会触发另一个功能，因此应在实际实施之前启动纠正措施。

图5示出了说明可能的AML文件的框图，图4的动态控制面板(HMI)基于该文件并且可以生成该文件。该文件作为可视化工具在AML编辑器中显示打开。在AML编辑器中列出了不同的符号。符号列在实例层次结构中。要显示的符号的属性，例如符号的大小和位置以及使用的数据类型(视图类型(viewtype))可以从清单中获取。此外，参考ID用于将符号链接到相应的数据类。该清单还包括未存储运行时数据(runtime data)的组件，例如管子。此外，可以在AML文件中指定接触点(图5中未显示)。

图6示出了用于在实例列表中显示存储的数据类的框图。为每个动态MTP对象存储一个数据类。通过参考ID在相应的数据类中创建各种属性。实际结构来自SUCLib。基于参考ID链接，可以在动态MTP对象(通常是符号)与最终存储在OPC UA服务器上的相关值和控制参数之间建立关系。

最后，应当注意，本发明的描述和实施例原则上不应相对于本发明的任何特定物理实现做限制性地理解。结合本发明的各个实施例解释和示出的所有特征可以在根据本发明的主题中以不同的组合提供，以便同时实现它们的有利效果。

本发明的保护范围由以下权利要求给出，并且不受说明书中解释或附图中所示的特征的限制。

特别地，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明不仅可以应用于气动自动化单元，还可以应用于液压***或其他流体动力***或电轴。此外，计算单元的组件可以分布在多个物理产品上。同样，过程步骤也可以在不同的计算机实例上执行，因此作为分布式***。

附图标记

AE 自动化单元

B1 第一过程模块描述

B2 第二过程模块描述

H1/H2 硬件模块

P 过程控制级别

PM 过程模块

PM_x 另外的过程模块

SE1/SE2 本地控制

V 模块化网络、互连或组合或组

10 计算机实施的方法

S1-S3 过程步骤

100 过程计算机

110 获取接口

120 检索接口

130 处理器单元

200 反应罐

201 泵

202 泵

203 发动机

204 传感器

205 服务

Claims (14)

1.一种计算机实施的方法(10)，用于检查待新集成的过程模块(PM)与用于控制自动化单元(AE)的过程模块的模块化网络(V)中的至少一个另外的过程模块(PM_x)之间的兼容性，包括以下方法步骤：

-获取(S1)待集成的新过程模块(PM)的第一过程模块描述(B1)；

-检索(S2)所述至少一个另外的过程模块(PM_x)的第二过程模块描述(B2)；以及

-通过对获取的第一过程模块描述和检索的第二过程模块描述(B1、B2)执行功能性比较功能来核验(S3)兼容性。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述第一过程模块描述(B1)和/或所述第二过程模块描述(B2)包括自动化标记语言(AutomationML)格式的描述文件，并且表示用于在所述自动化单元(AE)中操作的控制逻辑信息，特别是根据MTP标准进行编码。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检查兼容性包括在语义地检查由待集成的新过程模块(PM)提供的功能是否匹配所述至少一个另外的过程模块(PM_x)的要求，反之亦然。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，待集成的新过程模块(PM)和/或所述至少一个另外的过程模块(PM_x)提供以下功能中的至少一项：

-警报管理，

-防护程序和/或安全程序，

-过程控制和/或过程方法，

-维护和诊断程序，和/或

-通信程序。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检查兼容性包括检查待集成的新过程模块(PM)的物理性质(V)与所述模块化网络的所述至少一个另外的过程模块(PM_x)的物理性质，其中所述物理性质包括硬件性质。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，核验兼容性包括核验：

-所述过程模块(PM、PM_x)的物理接口的类型和/或数量，

-使用的材料，

-气动性质、化学性质和/或液压性质，和/或

-所用材料的负载能力，特别是在能量供应、流量、缓冲能力、温度和/或施加的压力方面。

7.根据前述权利要求5至6中任一项所述的方法，其中，待集成的新过程模块(PM)的物理性质通过模拟获得，特别是通过基于模拟的功能模型接口(FMI)获得。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，获取(S1)待集成的新过程模块(PM)的所述第一过程模块描述和/或检索(S2)所述至少一个另外的过程模块(PM_x)的所述第二过程模块描述(B2)包括根据可预定义规则的，特别是根据与MTP标准和AML句法的符合性的句法验证。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述句法验证包括读取模块类型包文件(MTP)的结构构成并检查所读取的结构构成与参考的一致性。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述句法验证还包括核验在所述模块类型包文件(MTP)中编码的元素彼此处于预定义的正确关系。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述句法验证包括由处理单元执行至少一个子例程，该子例程特别核验：

-对所述模块类型包文件(MTP)中的元素的使用，

-对所述模块类型包文件(MTP)中使用的元素的定位，

-对变量、参数和/或属性的正确使用，和/或

-对经过核验的过程库中的元素的正确使用。

12.一种根据前述方法权利要求之一的方法的用途，用于将待集成的新过程模块(PM)集成到自动化单元(AE)的过程模块网络中，其中已成功检查与至少一个另外的过程模块(PM_x)的兼容性。

13.一种计算机程序，包括程序元素，当程序元素被加载到计算机的存储器中时，用于使所述计算机执行根据前述方法权利要求中任一项的方法的步骤。

14.用于执行根据方法权利要求1至11中任一项所述的计算机实施的方法的过程工业计算单元(100)，其具有获取接口(110)、检索接口(120)和处理器单元(130)，用于检查待新集成的过程模块(PM)与用于控制自动化单元(AE)的过程模块的模块化网络(V)中的至少一个另外的过程模块(PM_x)之间的兼容性。

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