DE102004019432A1

DE102004019432A1 - Verfahren und System zur virtuellen Inbetriebsetzung einer technischen Anlage mit bevorzugter Verwendung

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Publication number: DE102004019432A1
Application number: DE102004019432A
Authority: DE
Inventors: Christof Carl; Rolf-Peter Hofmann; Dirk Schaumburg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-03
Also published as: WO2005101148A2; WO2005101148A3

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) betrifft eine Anordnung mit einem CAD-System (CAD) zur Erstellung und Darstellung einer CAD-Zeichnung mit CAD-Zeichnungsobjekten (R) für technische Betriebsmittel der Anlage (ANL). Weiterhin ist eine Datenplattform (DB) mit einer Bibliothek für Betriebsmitteldaten (BD), in der zumindest die Attribute der zu einem technischen Betriebsmitteltyp gehörigen Instrumentierungsobjekte verzeichnet sind, und eine Steuerung (PLC), die ein Steuerungsprogramm für die technische Anlage (ANL) ausführt, vorhanden. Erfindungsgemäß wird einem ausgewählten CAD-Zeichnungsobjekt (R) ein Betriebsmitteltyp aus der Bibliothek für Betriebsmitteldaten (BD) zugeordnet. Schließlich werden für jedes Instrumentierungsobjekt des Betriebsmitteltyps zumindest unter Berücksichtigung von dessen Attribute CAD-Bewegungsobjekte (RF1, RF2, RT, RS1, RS2) gebildet und im zugehörigen CAD-Zeichnungsobjekt (R) der CAD-Zeichnung zur Anzeige gebracht. Die Erfindung ermöglicht es, eine CAD-Zeichnung über eine Steuerung (PLC) quasi "zu steuern". Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass weder die technischen Betriebsmittel noch die technische Anlage vorhanden sein müssen. Vielmehr können durch alle Zustände einer entsprechenden Anlage vorher in einer durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens animierten CAD-Zeichnung erprobt werden. Somit ist es möglich, die Anlage virtuell in Betrieb zu nehmen.

Description

Technische Anlagen, z.B. in der Fertigungsindustrie, sind hoch komplex und stellen ein Netz von aufeinander abgestimmten und ineinander eingreifenden technischen Betriebsmitteln dar. Durch das Zusammenwirken dieser technischen Betriebsmitteln der jeweiligen technischen Anlage sollen die gewünschten Arbeitsergebnisse erzielt werden, z.B. die Herstellung von Kraftfahrzeugen in einer PKW-Fertigungsanlage.
Wird eine derartige technische Anlage neu aufgebaut oder eine vorhandene technische Anlage umgebaut, so müssen hierzu üblicherweise aufwendige CAD-Zeichnungen erstellt werden. In diesen sind alle technischen Betriebsmittel der technischen Anlage in allen konstruktiven Einzelheiten dargestellt. Die CAD-Zeichnungen ermöglichen eine bautechnische Errichtung aller beteiligen technischen Betriebsmittel in der jeweils gewünschten Position und Lage in der technischen Anlage.
In der Regel ist aber die zu einem bestimmten technischen Betriebsmittel notwendige Instrumentierung z.B. in Form von elektrischen und/oder pneumatischen Antrieben und Aktoren und z.B. elektromagnetischen bzw. funktechnischen Sensoren, in den CAD-Zeichnungen nicht ersichtlich. Die CAD-Zeichnungen sind auf die bautechnischen und mechanisch konstruktiven Details der technischen Betriebsmittel und deren räumliche Anordnung in der technischen Anlage fokussiert.
Es tritt somit dass Problem auf, dass aus der bautechnischen und räumlichen Anordnung der technischen Betriebsmittel in der technischen Anlage, die in der CAD-Zeichnung niedergelegt ist, auf deren logisches Zusammenwirken unter dem steuerungs- und/oder regelungstechnischen Einfluss z.B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung geschlossen werden muss. In der Praxis ist es dabei z.B. bei der Planung einer fertigungs technischen Anlage nicht immer ganz auszuschließen, dass bei der späteren praktischen Inbetriebnahme der real aufgebauten technischen Anlage an kritischen Bereichen Schwierigkeiten auftreten. In Extremfällen muss die Anlage an dieser Stelle noch einmal umgebaut werden muss. Weiterhin kann mit Hilfe eines detaillierten bautechnischen und räumlich konstruktiven Entwurfes einer technischen Anlage in Form einer CAD-Zeichnungen noch nicht sichergestellt werden, das diese auch im späteren Betrieb unter steuerungs- und ablauftechnischen Bedingungen optimal funktioniert. Bei der Planung von technischen Anlagen kommt es heute nicht nur darauf an, dass die beteiligten technischen Betriebsmittel ordnungsgemäß, sondern insbesondere auch zeitoptimal zusammenwirken, also die gesamte Anlage eine möglichst minimale Taktzeit hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und ein System anzugeben, welches eine virtuelle Erprobung einer nur als CAD Zeichnung vorliegenden technischen Anlage ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst mit dem in Ansprüchen 1 bzw. 13 angegebenen Verfahren bzw. System. Vorteilhafte weitere Ausbildungen des Verfahrens und des Systems, und eine vorteilhafte Verwendung des Systems sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Prinzip der Erfindung beruht darauf, dass eine CAD-Zeichnung, in der die technischen Betriebsmittel einer technischen Anlage zunächst nur dargestellt sind, automatisch so aufbereitet werden kann, das damit die Funktionsweise der einzelnen Betriebsmittel und vor allem deren Zusammenwirken in der gesamten Anlage simuliert werden kann. Die ursprünglich rein starre CAD-Zeichnung wird somit dynamisiert und stellt ein derart reales Abbild einer technischen Anlage dar, dass diese kann sogar über eine Steuerung, die anlagenseitig bereits vorhanden sein kann, gemeinsam betrieben werden kann. Die Steuerung merkt dabei nicht, dass sie nicht mit der tatsächlichen technischen Anlage, sondern mit der dynamisch erweiterten CAD-Zeichnung zusammenarbeitet.
Hierzu wird erfindungsgemäß in der CAD-Zeichnung die zunächst nur rein zeichentechnisch dargestellten technischen Betriebsmittel um alle diejenigen mechanischen und elektrischen Objekte ergänzt, die später an einem realen technischen Betriebsmittel dieser Art vorhanden und zu dessen Betrieb notwendig sind. Diese mechanischen und elektrischen Objekte werden allgemein als Instrumentierungsobjekte bezeichnet. Die CAD-Zeichnung wird also automatisch insbesondere um Sensoren und Aktoren ergänzt, z.B. um Lichtschranken, Näherungsschalter, Antriebe und dergleichen. Nun ist es auch möglich, über eine z.B. bereits real vorhandene speicherprogrammierbare Steuerung SPS virtuell auf die technischen Betriebsmittel in der CAD Zeichnung steuerungstechnisch zuzugreifen. Die durch die CAD-Zeichnung repräsentierte technische Anlage kann also nach dieser Ergänzung durch Einsatz derjenigen Steuerung, die für den zukünftigen Betrieb der realen Anlage ohnehin vorgesehen ist, quasi virtuell vollständige in Betrieb genommen werden. Dabei wird erfindungsgemäß der Betrieb der technischen Anlage durch Animation der CAD-Zeichnung visualisiert. Hierzu ist noch kein physikalischer Aufbau der technischen Anlage notwendig. Gegebenenfalls kann auch die speicherprogrammierbare Steuerung z.B. auf einem Personalcomputer durch entsprechende Software emuliert werden. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt also darin, dass der aktuelle Zustand der Simulation mit Hilfe eines Inbetriebnahmebausteines direkt in der CAD-Zeichnung animiert dargestellt werden kann. Es sind also keine separaten, ausschließlich zur Visualisierung der Simulation notwendigen Anzeigemittel notwendig.
Die Erfindung wird an Hand der nachfolgend kurz angeführten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 das Blockschaltbild einer vorteilhaften Ausführung eines gemäß der Erfindung gestalteten Systems zur virtuellen Inbetriebnahme einer technischen Anlage,
2 das Layout eines CAD-Zeichnungsobjektes in einer CAD-Zeichnung, das eine Rollenbahn als ein beispielhaftes technisches Betriebsmittel darstellt,
3 das CAD-Zeichnungsobjekt von 2, dem der Betriebsmitteltyp ROLLENBAHN zugewiesen wurde und das vom virtuellen Inbetriebnahmemittel um diejenigen CAD-Bewegungsobjekte ergänzt wurde, welche die zum Betriebsmitteltyp ROLLENBAHN gehörigen Instrumentierungsobjekte repräsentieren, und
4 beispielhaft das Zusammenspiel der CAD-Bewegungsobjekte von 3 mit dem virtuellen Inbetriebnahmemittel und der Steuerung während des Ablaufes einer virtuellen Inbetriebsetzung.
1 zeigt einen vorteilhaften Aufbau eines gemäß der Erfindung gestalteten Systems in Form eines Blockschaltbildes. Dieses soll nachfolgend näher erläutert werden.
Das System verfügt zumindest über drei Komponenten, die vorteilhaft mit Hilfe eines Datenverarbeitungssystems, z.B. einem PC, ausgeführt werden. Die erste Komponente ist ein Inbetriebnahmebaustein VIBS. Die zweite Komponente ist ein CAD Programm zur Erstellung, Änderung, Anzeige und Speicherung von technischen CAD Zeichnungen. Die dritte Komponente ist eine Datenplattform DB. Diese enthält zumindest eine Bibliothek BD für Betriebsmittel-Daten. Es kann zusätzlich auch eine Bibliothek PD für Projekt-Daten vorhanden sein.
Mit Hilfe einer externen Eingabeeinheit KB, z.B. einer Tastatur oder einer Maus, kann auf die CAD Anwendung zugegriffen und die CAD Zeichnungen entworfen, geändert, angezeigt und gespeichert werden können. Dabei dienen CAD-Zeichnung zur Darstellung einer technischen Anlage und der dazugehörigen technischen Betriebsmittel. Zur Anzeige insbesondere der CAD-Zeichnung ist eine Anzeigeeinheit LCD z.B. in Form eines Monitors vorhanden. Ein wesentliches Element des erfindungsgemäßen Systems ist ein Inbetriebnahmebaustein VIBS. Dieses ergänzt ein in der CAD-Zeichnung in Form eines CAD-Zeichnungsobjektes dargestelltes technisches Betriebsmittel, nachdem diesem von einem Anwender ein vorgegebener Betriebsmitteltyp zugewiesen wurden, automatisch um die Attribute der dafür benötigten mechanischen und/oder elektrischen Instrumentierungsobjekte, insbesondere um Aktoren, Sensoren und Teile.
Hierzu sind in 1 der Inbetriebnahmebaustein VIBS und eine Datenplattform DB über eine Datenschnittstelle S3 miteinander verbunden. Die Datenplattform DB enthält zumindest eine Bibliothek BD für Betriebsmittel-Daten und vorteilhaft zusätzlich eine Bibliothek PD für Projekt-Daten. Die Datenplattform DB ist bevorzugt als ein Datenspeicher ausgeführt, der Dateien, Streams oder ähnliches zur Datenspeicherung und/oder Datenübermittlung enthält. Die Datenplattform DB und die enthaltenen Bibliotheken können vom Anwender über eine getrennte Software und z.B. die Eingabeeinheit KB bearbeitet werden. Dabei sind in der Bibliothek BD für Betriebsmittel-Daten die zulässigen Betriebsmitteltypen und deren physikalische und technische Eigenschaften in Form von Attributen verzeichnet. Die Attribute stellen dabei sogenannte Default-Attribute dar, d.h. sind voreingestellte Standardwerte. Diese können je nach Anwendungsfall vom Anwender angepasst werden. Zusätzlich können in einer Bibliothek PD für Projekt-Daten weitere Attribute verzeichnet sein. Diese Attribute stellen dann Custom-Attribute dar, d.h. sind vom Anwender projekt- bzw. anlagenspezifisch für einen oder mehrere Anwendungsfälle vorkonfektionierte Werte.
Zur Durchführung der Aufbereitung der CAD-Zeichnung ist die CAD-Anwendung erfindungsgemäß über eine Daten-Schnittstelle S2 mit dem Inbetriebnahmebaustein VIBS verbunden. Dieses bewirkt zum einen die automatische Ergänzung der ursprünglich rein statischen CAD Zeichnungen um die dazugehörigen mechanischen und/oder elektrischen Instrumentierungsobjekte. Erfindungsgemäß werden die Instrumentierungsobjekte in Form von sogenannten CAD-Bewegungsobjekten im zugehörigen CAD-Zeich nungsobjekt der CAD-Zeichnung ergänzt. Dies wird nachfolgend noch nähert erläutert werden. Der Inbetriebnahmebaustein VIBS wickelt weiterhin die gesamte Simulation, auch virtuelle Inbetriebnahme genannt, ab, indem es einerseits die Schnittstelle zur Steuerung PLC darstellt und anderseits diese durch Animation der CAD Zeichnung sichtbar macht. Durch das Zusammenwirken des Inbetriebnahmebausteins VIBS mit einer derart dynamisierten CAD Zeichnung entsteht ein virtuelles Inbetriebnahmemodell, welches eine reale Anlage und deren technische Betriebsmittel realitätsnah nachbildet.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens und das Zusammenwirken der Elemente des erfindungsgemäßen Systems wird nachfolgend an einem in den 2 bis 4 dargestellten Beispiel erläutert. Dabei ist in den 2 und 3 CAD-Zeichnungsobjekt dargestellt, dass eine sogenannte Rollenbahn R als ein beispielhaftes technisches Betriebsmittel symbolisiert. Diese weist eine gestreckten Rahmen RR auf, in dem parallel hintereinander Rollenelemente RO angeordnet sind. Auf dieser Rollenbahn R kann z.B. ein stückgutförmiges Teil RF, bzw. eine Palette oder ein Träger, z.B. in der durch einen Pfeil RF dargestellten Förderrichtung bewegt werden. Die Rollenbahn R soll das Teil RF beispielsweise automatisch so weit fördern, bis es einen Sensor, z.B. eine Lichtschranke, am Ende der Rollenbahn unterbrochen hat.
Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in einem ersten Schritt eine Zuordnung eines Betriebsmitteltyps zu dem betroffenen CAD-Zeichnungsobjekt. Hierzu ist das betroffene CAD-Zeichnungsobjekt in der CAD-Zeichnung zunächst zu markieren, d.h. auszuwählen. Datentechnisch ist kann das betroffene CAD-Zeichnungsobjekt vorteilhaft durch eine individuelle CAD-ID gekennzeichnet sein. Nun erfolgt die eigentliche Zuordnung des Betriebsmitteltyps durch Auswahl aus einer Liste der in der Datenplattform DB verfügbaren Typen. Der ausgewählte Betriebsmitteltyp ist durch eine individuelle WISSENS-ID gekennzeichnet. Nun ist auch datentechnisch eine Zuordnung der WISSENS-ID des ausge wählten Betriebsmitteltyps mit der CAD-ID des markierten CAD-Zeichnungsobjektes bewirkt.
Im einem nächsten Schritt liest das Instrumentierungsobjekt VIBS über die individuelle CAD-ID aus der CAD-Zeichnung die Geometriedaten des zugehörigen CAD-Zeichnungsobjektes. Dies sind insbesondere die Lage des CAD-Zeichnungsobjektes in der Zeichenebene der CAD-Zeichnung, d.h. dessen Koordinaten, und die Abmessungen des CAD-Zeichnungsobjektes, z.B. Länge L, Breite B, Höhe H. Weiterhin liest das Instrumentierungsobjekt VIBS über die WISSENS-ID aus der Bibliothek BD für Betriebsmittel-Daten der Daten-Plattform DB die zum zugeordneten Betriebsmitteltyp gehörigen Instrumentierungsobjekte und deren Attribute.
Im Beispiel der 2 bis 4 wurde dem CAD-Zeichnungsobjekt, dass eine Rollenbahn R zeigt, der entsprechende Betriebsmitteltyp einer Rollenbahn mit z.B. zwei Bewegungsgeschwindigkeiten und einer Förderrichtung zugeordnet. Dieser Betriebsmitteltyp weist drei Instrumentierungsobjekte vom Typ ANTRIEB, SENSOR und TEIL auf, welche beispielhaft über die folgenden Attribute verfügen:
Instrumentierungsobjekt ANTRIEB

• Position ANTRIEB
• Position und Größe des dazugehörigen ANTRIEBSBEREICHS
• Förderrichtung und Geschwindigkeit des ANTRIEBSBEREICHS

Instrumentierungsobjekt SENSOR

• Position SENSOR
• Position und Größe des dazugehörigen SENSORBEREICHS

Instrumentierungsobjekt TEIL

• Position, d.h. insbes. Ausgangslage, und Größe

Attribute, welche Positions- und Größenangaben beinhalten, können absolute Werte bezüglich des Koordinatensystems der CAD-Zeichnung oder relative Werte in Bezug auf die Geometriedaten des CAD-Objektes darstellen.
Vorteilhaft wird im Inbetriebnahmebaustein VIBS für jedes Instrumentierungsobjekt des zugeordneten Betriebsmitteltyps ein eigenes VIBS-Datenobjekt angelegt. Die VIBS-Datenobjekte dienen zur Verwaltung aller Daten, die für eine virtuelle Inbetriebnahme notwendig sind und die während des Ablaufes einer virtuellen Inbetriebnahme möglichen Veränderungen unterworfen sind. So werden in den einzelnen VIBS-Datenobjekten insbesondere die mittels der CAD-ID gelesenen Geometriedaten des zugehörigen CAD-Zeichnungsobjektes und die mittels der WISSENS-ID gelesenen Attribute der zugehörigen Instrumentierungsobjekte gespeichert und verwaltet. Dabei unterliegen während des Ablaufes einer virtuellen Inbetriebnahme vor allem die Geometriedaten von Instrumentierungsobjekten vom Typ ANTRIEB und TEIL, und die Zustände von Instrumentierungsobjekten vom Typ von SENSOR Veränderungen. Die durch die VIBS-Datenobjekte bereitgestellte Datenplattform ermöglicht einen Datenaustausch sowohl mit der CAD-Zeichnung über die Schnittstelle S2, als auch mit der Steuerung über die Schnittstelle S3, und stellt somit die Grundlage für die virtuelle Inbetriebnahme bereit.
Es ist vorteilhaft, wenn in jedem VIBS-Datenobjekt die Geometriedaten von Instrumentierungsobjekten, die während des Ablaufes einer virtuellen Inbetriebsetzung Veränderungen unterworfen sind oder sein können, jeweils in einem CAD-Bewegungsobjekt verwaltet werden. Erfindungsgemäß wird das zugehörige CAD-Zeichnungsobjekt in der CAD-Zeichnung zeichentechnisch um die CAD-Bewegungsobjekte der dazugehörigen Instrumentierungsobjekte ergänzt. Diese stellen ein dynamisches Abbild von jedem Instrumentierungsobjekt dar und ermöglichen in der ursprünglich starren CAD-Zeichnung eine Visualisierung der Bewegungen von allen beteiligten Instrumentierungsobjekten während des Ablaufes einer virtuellen Inbetriebsetzung. Damit sich die CAD-Bewegungsobjekte während des Ablaufes einer virtuellen Inbetriebsetzung in der CAD-Zeichnung quasi bewegen, werden deren Geometriedaten, insbesondere deren Positionsdaten, vom Inbetriebnahmebaustein VIBS im dazugehörigen VIBS-Datenobjekt zyklisch erfasst, gegebenenfalls verändert und an das CAD-System ausgegeben. Auf diese Weise können in der CAD-Zeichnung Bewegungen simuliert werden. Die Geometriedaten eines CAD-Bewegungsobjekts werden unter Zuhilfenahme der Geometriedaten des CAD-Zeichnungsobjektes und der Attribute des dazugehörigen Instrumentierungsobjekts zyklisch aktualisiert. Dabei werden insbesondere die in den Attributen verzeichneten Ausgangslagen und vorgeschriebene Veränderungen, wie insbesondere Förderrichtungen und Geschwindigkeiten, berücksichtigt. Dies betrifft insbesondere CAD-Bewegungsobjekte, die Instrumentierungsobjekte von Typ ANTRIEB und TEIL visualisieren. Zum anderen können aber Änderungen von Geometriedaten auch dadurch entstehen, dass CAD-Bewegungsobjekte in der CAD-Zeichnung durch einen manuellen Eingriff eines Nutzers verändert werden, z.B. durch Verschiebung mit einer Computer-Maus. Derartige Änderungen von Geometriedaten werden von VIBS durch zyklisches Lesen der aktuellen Lage der CAD-Bewegungsobjekte im CAD-Zeichnungsobjekt erfasst.
Die VIBS-Datenobjekte für das in den 2 bis 4 dargestellte Beispiel können folgende Inhalte aufweisen:
VIBS-Datenobjekt ANTRIEB

• Geometriedaten des zugeordneten CAD-Zeichnungsobjektes
• Steuerung PLC-Daten: Ausgangsadresse, binärer Status des Ausgangs (Bit, Byte, Wort)
• CAD-Bewegungsobjekt ANTRIEB: Lage (X, Y, Z), Abmessungen (L, B, H ...)
• CAD-Bewegungsobjekt ANTRIEBSBEREICH: Lage (X, Y, Z), Abmessungen (L, B, H ...)
• Verweis auf CAD-Zeichungsobjekt in CAD-Zeichnung über individuelle CAD-ID

VIBS-Datenobjekt SENSOR

• Geometriedaten des zugeordneten CAD-Zeichnungsobjektes
• Steuerung PLC-Daten: Eingangsadresse, binärer Status des Eingangs (Bit, Byte, Wort)
• CAD-Bewegungsobjekt SENSOR: Lage (X, Y, Z), Abmessungen (L, B, H ...)
• CAD-Bewegungsobjekt SENSORBEREICH: Lage (X, Y, Z), Abmessungen (L, B, H ...)
• Verweis auf CAD-Zeichnungsobjekt in CAD-Zeichnung über individuelle CAD-ID

VIBS-Datenobjekt TEIL

• Geometriedaten des zugeordneten CAD-Zeichnungsobjektes
• CAD-Bewegungsobjekt TEIL: Lage (X, Y, Z), Abmessungen (L, B, H ...)
• Verweis auf CAD-Zeichnungsobjekt in CAD-Zeichnung über individuelle CAD-ID

So zeigt 3 das um die CAD-Bewegungsobjekte erweiterte CAD-Zeichnungsobjekt für die Rollenbahn R. Zu den drei Instrumentierungsobjekten ANTRIEB, SENSOR und TEIL des ausgewählten Betriebsmitteltyps werden in den dazugehörigen drei VIBS-Datenobjekten fünf CAD-Bewegungsobjekte ANTRIEB RA1, ANTRIEBSBEREICH RA2, SENSOR RS1, SENSORBEREICH RS2 und TEIL TR verwaltet und im CAD-Zeichnungsobjekt zur Anzeige gebracht. Dabei gaben die CAD-Bewegungsobjekte ANTRIEB RA1 und SENSOR RS1 die Größe und Lage der eigentlichen Geräte an, während die CAD-Bewegungsobjekte ANTRIEBSBEREICH RA2 und SENSORBEREICH RS2 die Größe und Lage der Aktions- bzw. Wirkungsräume dieser Geräte symbolisieren.
In der Praxis ist es ist, wenn die CAD-Bewegungsobjekte in der CAD-Zeichnung mit unterschiedlichen Farben dargestellt werden. Hiermit können Instrumentierungsobjekte vom Typ Antrieb, Sensor und Teil beim Ablauf einer virtuellen Inbetriebsetzung von einem Projekteur optisch gut verfolgt werden. Es ist weiterhin vorteilhaft, zusätzlich eine unter schiedliche farbliche Darstellung der Instrumentierungsobjekte in Abhängigkeit vom Status von deren Ein- bzw. Ausgangssignale vorzunehmen.
Das Grundprinzip bei der virtuellen Inbetriebsetzung gemäß der Erfindung beruht auf einer Berechnung von Überschneidungs-Bereichen bei den aktuellen Geometriedaten der in den VIBS-Datenobjekten verwalteten CAD-Bewegungsobjekte. Die CAD-Zeichnung liefert dafür das erforderliche Koordinatensystem und die davon abgeleiteten Geometriedaten.
Wenn sich z.B. die aktuellen Geometriedaten des CAD-Bewegungsobjekts ANTRIEBSBEREICH mit den aktuellen Geometriedaten eines anderen CAD-Bewegungsobjektes überschneiden bzw. nicht überschneiden, z.B. mit einem CAD-Bewegungsobjekt vom Typ TEIL, werden die Geometriedaten des CAD-Bewegungsobjekts TEIL, abhängig von den Attributen Förderrichtung und Fördergeschwindigkeit zyklisch neu berechnet und an die CAD-Zeichnung ausgegeben. Dies bewirkt eine virtuelle Bewegung des CAD-Bewegungsobjekts mit den jeweils vorgegebenen Dynamik CAD-Zeichnung bzw. eine Stop desselben.
Im Beispiel der 3 liegt eine derartige Überschneidung vor. Das CAD-Bewegungsobjekt TEIL RT liegt dabei im Inneren des CAD-Bewegungsobjekts ANTRIEBSBEREICH RA2. Wird nun vom Steuerungsprogramm der Steuerung PLC die Ausgangsadresse entsprechend aktiviert, so werden die Geometriedaten des CAD-Bewegungsobjekts TEIL RT in Abhängigkeit von den Attributen Förderrichtung und Geschwindigkeit zyklisch derart aktualisiert und an die CAD-Zeichnung ausgegeben, dass sich das TEIL RT in 3 in der gewünschten Geschwindigkeit nach rechts bewegt.
Wenn sich andererseits z.B. die aktuellen Geometriedaten eines CAD-Bewegungsobjekts vom Typ SENSORBEREICH mit den aktuellen Geometriedaten eines anderen CAD-Bewegungsobjekts überschneiden bzw. nicht überschneiden, z.B. mit einem CAD-Bewegungsobjekt vom Typ TEIL, wird der binäre Status des Eingangs des CAD-Bewegungsobjekts SENSORBEREICH gesetzt bzw. rückgesetzt.
Im Beispiel der 3 ist ein derartiger Zustand dann erreicht, wenn das CAD-Bewegungsobjekt TEIL RT bis in das CAD-Bewegungsobjekt SENSORBEREICH RS2 am rechten Rand der 3 gefördert wurde. Nun wird die Eingangsadresse der Steuerung PLC so gesetzt, dass das Steuerungsprogramm die Aktivierung des CAD-Bewegungsobjekts ANTRIEBSBEREICH RA2 unterbricht. Dies wird vom Inbetriebnahmebaustein derart in die Geometriedaten umgesetzt, dass das CAD-Bewegungsobjekt TEIL am rechten Rand der 3 stehen bleibt.
Beim Ablauf einer virtuellen Inbetriebsetzung liest also der Inbetriebnahmebaustein VIBS zyklisch mit Hilfe der CAD-ID die aktuellen Geometriedaten der CAD-Bewegungsobjekte aus dem CAD-Zeichnungsobjekt und die aktuellen Ausgangsdaten von der PLC. Der Inbetriebnahmebaustein VIBS berechnet die PLC-Daten des CAD-Bewegungsobjekts vom Typ Sensor neu und schreibt die Eingangsinformationen zur PLC, und berechnet die PLC-Daten des CAD-Bewegungsobjekts vom Typ Antrieb neu und bewegt diese mittels der in der CAD-Zeichnung. Da der Inbetriebnahmebaustein VIBS zyklisch die Geometriedaten liest, werden auch Änderungen, die über das CAD-System in der CAD-Zeichnung manuell durchgeführt werden in den VIBS-Datenobjekten berücksichtigt. Wenn z.B. in der Zeichnung mit der Maus ein TEIL über einen Sensorbereich bewegt wird, wird der Eingang des Instrumentierungsobjekts Sensor im dazugehörigen VIBS-Datenobjekt entsprechend geschaltet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften und in der 1 bereits dargestellten Ausführung der Erfindung weist der Inbetriebnahmebaustein VIBS vorteilhaft drei Programmschichten E1–E2–E3 auf. Diese liegen logisch vertikal übereinander und werden nachfolgend kurz als Ebenen bezeichnet. Es findet dabei nur ein vertikaler Datenaustausch durch die Programmschichten hindurch statt, d.h. nur benachbarte Ebenen, also E1 und E2 bzw. E2 und E3, tauschen Daten aus. Ein Datenaustausch direkt zwischen den Ebenen E1 und E3 ist also programmtechnisch nicht möglich.
So stellt die erste Ebene E1, in 1 mit „PLC E/A Daten" bezeichnet, eine direkte Datenschnittstelle zur speicherprogrammierbaren Steuerung PLC dar. Die zweite Ebene E2, in 2 mit „Instrumentierungsobjekte, VIBS-Datenobjekte" bezeichnet, bildet die eigentliche Datenplattform zur Verwaltung aller Daten, welche für die Initialisierung und Abwicklung der Simulation notwendig sind. Hierzu bezieht die Ebene E2 wie oben erläutert auch Daten über eine Schnittstelle S3 von der Datenplattform DB. Die dritte Ebene E3, in 1 mit „CAD Schnittstelle, Geometriedaten" bezeichnet, stellt eine direkte Datenschnittstelle zur CAD-Anwendung und CAD-Zeichnung dar. Während also die innenliegende Ebene E2 die Datenplattform zur logischen Verwaltung aller Objekte bildet, die in einer CAD Zeichnung einer Simulation zugänglich sein sollen, stellen die quasi äußeren Ebenen E1 und E3 Schnittstellenschichten dar, welche eine Datenumsetzung zum Zwecke der Kommunikation mit der PLC und der Kommunikation mit der CAD Anwendung bewirken.
Vorteilhaft erfolgt die Kommunikation zwischen der Ebene E2 und der Steuerung PLC über eine zwischengeschaltete Schnittstelle ST, wie in 1 bereits dargestellt. Dabei kann es sich bei den Datenverbindungen 541, d.h. Daten schreiben, und 542, d.h. Daten lesen, entweder reine Softwareverbindungen oder um einen physikalischen Datenbus handeln, z.B. um einen sogenannten PROFIBUS oder einen auf dem Standard „Industrial Ethernet" basierenden Datenbus. Hierüber werden technische Betriebsmittel einer real nicht vorhandenen Anlage zum Zwecke der Simulation als abstrakte Software-Objekte verwaltet. Die in 1 strichliert dargestellte technische Anlage ANL, die darin symbolisch angedeuteten „Geräte" und deren Prozessschnittstellen E/A sind also in der Regel noch nicht vorhanden. Deren Funktionalität wird durch ein sogenanntes „Inbetriebnahmemodell" bestehend aus dem Inbetriebnahmebaustein VIBS, der „animierten" CAD-Zeichnung und der Datenplattform DB nachgebildet. Die Elemente VIBS, CAD und DB können vorteilhaft als Programmelemente in einem Personalcomputer PC verarbeitet werden. Bei einer weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführung kann auch die Steuerung PLC in der Datenverarbeitungseinheit PC auch softwaremäßig emuliert werden. In diesem Falle würde auch die Schnittstellenkarte ST softwaremäßig nachgebildet werden.
Wird die virtuelle Inbetriebnahme nun von einem Anwender gestartet, so startet der Inbetriebnahmebaustein die Steuerung. Ist der Sensor nicht bedämpft, wird beispielsweise der Ausgang A328.0 von der Steuerung gesetzt. Diese ist im Beispiel der 3 dargestellt. Der Wert dieses Ausgangs wird vom Inbetriebnahmebaustein ausgelesen und so interpretiert, dass die Rollenbahn R fördern soll und stellt diesen Fördervorgang in der CAD-Zeichnung durch Simulation des realen Bewegungsablaufes dar. Der Inbetriebnahmebaustein kann diese Simulation realitätsecht nachbilden, da die Antriebsgeschwindigkeit des Antriebs bekannt ist. Diese ist bevorzugt als Attribut aus der Bibliothek für Betriebsmitteldaten der Datenplattform gelesen worden. Auf Grund dieser Daten kann der Inbetriebnahmebaustein auch feststellen, dass das Teil während des Ablaufes der Simulation in der CAD-Zeichnung nun bis zu einer Stelle gefördert wurde, die der Lage des Sensorbereiches entspricht. In Realität würde nun der Sensor aktiviert werden. Zur Simulation dieser Aktivierung setzt der Inbetriebnahmebaustein den Eingang E95.0 in der Steuerung. Die Steuerung reagiert mit dem Rücksetzen des Ausganges A328.0. Der Inbetriebnahmebaustein liest den aktuellen Zustand dieses Ausgangs und reagiert, in dem er die Simulation des Fördervorganges stoppt. Während des Ablaufes der Simulation werden die aktuellen Zustände der CAD-Bewegungsobjekte RT, RA2 und RS2 regelmäßig erfasst. Dies ist in 3 durch die logischen Verbindungen G3, G2 und G1 gezeigt.
Zusammenfassend laufen bei einer virtuellen Inbetriebnahme vorteilhaft die folgenden Schritte ab:

1. Der Inbetriebnahmebaustein veranlaßt, dass die Steuerung PLC das darin geladenen Steuerungsprogramm startet,
2. Die Steuerung PLC veranlaßt, dass deren Ausgänge in Abhängigkeit von den Eingängen gesetzt werden,
3. Der Inbetriebnahmebaustein erfaßt Ausgangswerte über die Ebene E1 und reicht diese an die Ebene E2 weiter,
4. Der Inbetriebnahmebaustein aktualisiert die Ebene E3 über die Ebene E2 in Abhängigkeit von den Ausgangswerten,
5. Der Inbetriebnahmebaustein steuert über die Ebene E3 die CAD-Zeichnung an, d.h. die virtuelle Inbetriebsetzung läuft ab,
6. Der Inbetriebnahmebaustein ermittelt über die Ebene E3, falls sich im Laufe der Inbetriebsetzung Zustände in der CAD-Zeichnung geändert haben und reicht diese Eingangs-Zustände an die Ebene E2 weiter,
7. Der Inbetriebnahmebaustein aktualisiert die Ebene E1 über die Ebene E2 in Abhängigkeit veränderter Eingangszustände, und veranlaßt, dass die Eingangswerte über die Ebene E1 an die Steuerung PLC ausgegeben werden,
8. zurück zum Schritt 2 und erneuter Durchlauf der nachfolgenden Schritte.

Die Erfindung ermöglicht es, eine CAD-Zeichnung über eine Steuerung PLC quasi „zu steuern". Mit Hilfe des vorteilhaften Inbetriebnahmebausteins können z.B. binäre Eingänge und Ausgänge der Steuerung SPS gesetzt werden, oder die Steuerung SPS übernimmt – nach Setzen von entsprechenden Startbedingungen – vollautomatisch die Steuerung. Dabei arbeitet die Steuerung so, als wäre sie direkt mit real vorhandenen technischen Betriebsmitteln in einer realen technischen Anlage verbunden. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, dass weder die technischen Betriebsmittel noch die technische Anlage vorhanden sein müssen. Vielmehr können durch alle Zu stände einer entsprechenden Anlage vorher in einer durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens animierten CAD Zeichnung erprobt werden. Somit ist es möglich, die Anlage virtuell in Betrieb zu nehmen.

Claims

Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL), mit einem CAD-System (CAD) zur Erstellung und Darstellung einer CAD-Zeichnung mit CAD-Zeichnungsobjekten (R) für technische Betriebsmittel der Anlage (ANL), einer Datenplattform (DB) mit einer Bibliothek für Betriebsmitteldaten (BD), in der zumindest die Attribute der zu einem technischen Betriebsmitteltyp gehörigen Instrumentierungsobjekte verzeichnet sind, und mit einer Steuerung (PLC), die ein Steuerungsprogramm für die technische Anlage (ANL) ausführt, wobei einem ausgewählten CAD-Zeichnungsobjekt (R) ein Betriebsmitteltyp aus der Bibliothek für Betriebsmitteldaten (BD) zugeordnet wird, und für jedes Instrumentierungsobjekt des Betriebsmitteltyps zumindest unter Berücksichtigung von dessen Attribute CAD-Bewegungsobjekte (RF1, RF2, RT, RS1, RS2) gebildet und im zugehörigen CAD-Zeichnungsobjekt (R) der CAD-Zeichnung zu Anzeige gebracht werden.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL), nach Anspruch 1, wobei zur Projektierung a1) Geometriedaten des CAD-Zeichnungsobjektes (R) aus des CAD-Zeichnung und Attribute der zu dem zugeordneten Betriebsmitteltyp gehörigen Instrumentierungsobjekte aus der Bibliothek für Betriebsmitteldaten (BD) gelesen werden, und a2) die CAD-Bewegungsobjekte (RF1, RF2, RT, RS1, RS2) für jedes Instrumentierungsobjekt eines Betriebsmitteltyps unter Berücksichtigung der gelesenen Geometriedaten und Attribute gebildet werden.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach Anspruch 2, wobei zum Ablauf a1) das Steuerungsprogramm gestartet und aktuelle Ausgangsdaten (S41) gelesen werden, und a2) die Geometriedaten der CAD-Bewegungsobjekte zumindest unter Berücksichtigung der Geometriedaten des CAD-Zeichnungsobjektes (R), der Attribute des zugehörigen Instrumentierungsobjekts und der aktuellen Ausgangsdaten (S41) der Steuerung (PLC) zyklisch aktualisiert und im CAD-Zeichnungsobjekt (R) in der CAD-Zeichnung zu Anzeige gebracht werden.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zur Erfassung von insbesondere manuell in der CAD-Zeichnung hervorgerufenen Veränderungen der CAD-Bewegungsobjekte (RF1, RF2, RT, RS1, RS2) deren Geometriedaten zyklisch aus dem CAD-Zeichnungsobjekt (R) gelesen werden.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Instrumentierungsobjekte vom Typ Aktor vorhanden sind, insbesondere Antriebe.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach Anspruch 5, wobei zu einem Instrumentierungsobjekt vom Typ Aktor ein erstes, den Aktor betreffendes CAD-Bewegungsobjekt (RA1), und ein zweites, den Aktorbereich betreffendes CAD-Bewegungsobjekt (RA2) vorhanden sind.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Instrumentierungsobjekte vom Typ Sensor vorhanden sind, insbesondere Lichtschranken und Näherungsschalter.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach Anspruch 7, wobei zu einem Instrumentierungsobjekt vom Typ Sensor ein erstes, den Sensor betreffendes CAD-Bewegungsobjekt (RS1), und ein zweites, den Sensorbereich betreffendes CAD-Bewegungsobjekt (RS2) vorhanden sind.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Instrumentierungsobjekte vom Typ Teil vorhanden sind.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach Anspruch 9, wobei zu einem Instrumentierungsobjekt vom Typ Teil ein CAD-Bewegungsobjekt (RT) vorhanden ist.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Zustandsänderungen der Instrumentierungsobjekte (RF1, RF2, RT, RS1, RS2) als aktuelle Eingangsdaten in das Steuerungsprogramm (S42) geschrieben werden.
Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei für jedes Instrumentierungsobjekt ein Datenobjekt (VIBS) gebildet wird, in dem zumindest die Geometriedaten des CAD-Zeichnungsobjektes (R), die Attribute des jeweiligen Instrumentierungsobjekts und die dazugehörigen CAD-Bewegungsobjekte (RF1, RF2, RT, RS1, RS2) verwaltet werden.
System zur Durchführung des Verfahren zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer technischen Anlage (ANL) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Inbetriebnahmebaustein (VIBS), der a) eine erste Programmschicht (Ebene E1) aufweist, welche als Schnittstelle zur Steuerung Ausgangsdaten vom Steuerungsprogramm erfasst (S41). b) eine zweite Programmschicht (Ebene E2) aufweist, in der zumindest die CAD-Bewegungsobjekte verwaltet und aktualisiert werden, und c) eine dritte Programmschicht (Ebene E3) aufweist, welche als Schnittstelle zum CAD-System aktualisierte CAD-Bewegungsobjekte an die CAD-Zeichnungsobjekte in der CAD-Zeichnung ausgibt.
System nach Anspruch 13, wobei über die erste Programmschicht (Ebene E1) Eingangsdaten an das Steuerungsprogramm ausgegeben (S42) werden.
System nach Anspruch 13 oder 14, wobei über die dritte Programmschicht (Ebene E3) Veränderungen der CAD-Bewegungsobjekte erfasst und an die zweite Programmschicht (Ebene E2) weitergegeben werden.
Verwendung eines System nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zur virtuellen Inbetriebnahme (VIBS) einer fertigungstechnischen Anlage (ANL).