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Die
Erfindung betrifft ein Automatisierungssystem zur Steuerung und Überwachung
eines technischen Prozesses oder einer technischen Anlage gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Automatisierungssysteme
umfassen üblicherweise
eine zentrale Steuereinheit (PLC), welche die von daran angeschlossenen
Feldgeräten übertragenen
Daten verarbeitet. Die nutzerdefinierten Applikationsdaten werden
mittels eines Engineering Werkzeuges, über die zentrale Steuerung
und daran angeschlossenen Ein-/Ausgangseinheiten zu den Feldgeräten, wie
intelligente Sensoren und Aktoren, übertragen. Weiterhin stellt
die zentrale Steuerung über die
angeschlossenen Ein-/Ausgangseinheiten Signale für die Steuerung der Aktoren
bereit.
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Zur
Kommunikation mit dem Prozess wird eine Vielzahl von Informationen,
die zur Steuerung und Führung
des technischen Prozesses notwendig sind, über den Feldbus an die zentrale
Steuereinheit zur Auswertung und Weiterverarbeitung übermittelt. Zu
den übermittelten
Informationen zählen
Steuersignale von der zentralen Steuerung, Diagnosedaten von den
Feldgeräten
sowie Applikationsdaten sowie Ein- und/oder Ausgabedaten. Die Übermittlung
der Vielzahl der Informationen führt
zu einer hohen Belastung der Übertragungswege.
Die gesamte Verarbeitungsleistung der Kommunikation innerhalb des Automatisierungssystems
des technischen Prozesses ist somit auf eine einzige Stelle, die
zentrale Steuereinheit, konzentriert.
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Bei
einem Ausfall der zentralen Steuerung oder des Feldbusses ist eine Übertragung
der Steuersignale, der Applikationsdaten und/oder der Diagnosedaten
zu und von den Feldgeräten
nicht mehr gewährleistet.
Auch die Antriebe des Automatisierungssystems können somit nicht mehr gesteuert werden.
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Die
Datenübertragung,
beispielsweise der nutzerdefinierten Applikationsdaten vom Engineering Werkzeug
zur zentralen Steuerung und weiter zu den Feldgeräten über den
Feldbus, bedingt eine erhöhte Systemwartezeit.
Jede geringfügige Änderung
in der Applikation muss über
die zentrale Steuerung und den Feldbus in die Feldgeräte übertragen
werden, was eine geringe Verarbeitungsgeschwindigkeit bei der Datenübertragung
zur Folge hat.
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Ausgehend
von den beschriebenen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Verarbeitung von nutzerdefinierten Applikationsdaten,
Steuersignalen und/oder Diagnosedaten, welche in der vom Engineering
Werkzeug oder der zentralen Steuerung voreingestellten Weise bereitgestellt
werden, auch bei einer Störung
oder einem Ausfall der zentralen Steuereinheit oder des Feldbusses
zu gewährleisten.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Automatisierungssystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Einrichtung
sind in weiteren Ansprüchen
und in der Beschreibung angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Automatisierungssystem
umfasst eine zentrale Steuerung, welche mit einer Basisstation verbunden
ist, wobei die Basisstation mit mehreren Slave-Modulen über eine
Kommunikationsverbindung, vorzugsweise über einen Feldbus, Daten austauscht.
In der Basisstation und/oder in den Slave-Modulen sind Funktionsblöcke zur
lokalen Verarbeitung von Applikationsdaten und/oder Steuersignale
und/oder Diagnosedaten und/oder Ein- und/oder Ausgabedaten des jeweiligen
Moduls oder der Basisstation integriert, welche mittels eines Engineering
Werkzeuges parametrierbar und/oder programmierbar sind.
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In
den Funktionsblöcken
sind nutzerdefinierte Applikationen abgelegt, die in vorteilhafter
Weise dafür
vorgesehen sind, Fehler- und Störmeldungen der
Slave-Module und/oder
Applikationsdaten von einem Engineering Werkzeug und/oder Ein- und Ausgabedaten
des jeweiligen Moduls oder der Basisstation zu verarbeiten.
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In
den Funktionsblöcken
sind nutzerdefinierte Applikationen abgelegt, die in vorteilhafter
Weise dafür
vorgesehen sind, Fehler- und Störmeldungen der
Slave-Module und/oder
Applikationsdaten von einem Engineering Werkzeug und/oder Ein- und Ausgabedaten
des jeweiligen Moduls oder der Basisstation zu verarbeiten.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung erfassen die Basisstation und/oder
die Slave-Module
Fehler- und/oder Störmeldungen
des jeweils nächst
höheren
Systemlevels, also der zentralen Steuerung oder der Basisstation,
verarbeiten die Fehler- und/oder Störmeldungen in den Funktionsblöcken und
führen
die in den Funktionsblöcken
abgelegten nutzerdefinierten Applikationen aus. Beispielsweise kann
ein Motorsteuergerät
den entsprechenden Motor abschalten, wenn die Kommunikationsverbindung unterbrochen
ist.
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Weiterhin
ist vorgesehen, die Funktionsblöcke
von einem Engineering Werkzeug über
eine Schnittstelle in die Basisstation und/oder in die Slave-Module
zu übertragen.
Dazu weisen die Basisstation, das Engineering Werkzeug und/oder
die Slave-Module eine Schnittstelle zur Kommunikation untereinander
auf.
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Das
Engineering Werkzeug wird auch zur Einstellung von Parametern in
den intelligenten Feldgeräten,
wie intelligenten Sensoren und Aktoren über die Basisstation zu den
Slave-Modulen genutzt.
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Dazu
wird die im Engineering Werkzeug integrierte Schnittstelle genutzt. Über die
Schnittstelle des Engineering Werkzeuges werden somit Applikationsdaten
und Parameterinformationen nicht nur in die Basisstation und in
die zentrale Steuerung sondern auch in die Slave-Module übertragen.
Das Engineering Werkzeug kann somit die Applikationsprogramme und
Parameterdaten in jedes Modul, das eine entsprechende Schnittstelle
aufweist, übertragen.
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Die
Ausführungsformen
der Engineering Werkzeuge können
sich für
die zentrale Steuerung, die Slave-Module und die an die Slave-Module
angeschlossenen Feldgeräte
unterscheiden. Dazu sind die Engineering Werkzeuge für die zentrale
Steuerung, die Basisstation, die Slave-Module und die Feldgeräte entsprechend
ihrer Funktion angepasst.
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Die
Slave-Module des erfindungsgemäßen Automatisierungssystems
sind vorzugsweise lokale Sensor/Aktorverteiler, die über eine
Kommunikationsverbindung mit den intelligenten Feldgeräten kommunizieren.
Auch Sensorverteiler zum Anschluss mehrerer Sensoren und/oder Sensor-/Aktorverteiler
zum Anschluss mehrerer Sensoren und Aktoren und/oder Kommunikationsmodule
für Sensorköpfe, Sensor/Aktorverteiler
und/oder digitale Eingangsmodule und/oder digitale Ausgangsmodule und/oder
digitale Ein- und Ausgangsmodule und/oder analoge Eingangsmodule
und/oder analoge Ausgangsmodule und/oder analoge Ein- und Ausgangsmodule
und/oder digitale/analoge Eingangsmodule und/oder digitale/analoge
Ausgangsmodule und/oder digitale/analoge Ein- und Ausgangsmodule und/oder
Motorschutz- und Steuergeräte
und/oder Frequenzumrichter und/oder Stellungsregler sind als Slave-Module
vorgesehen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
umfasst das Automatisierungssystem mehrere Basisstationen mit integrierten
Funktionsblöcken
zur lokalen Verarbeitung von Applikationsdaten, Steuersignalen und/oder
Diagnosedaten. Die Basisstationen kommunizieren über jeweils eigene Schnittestellen
mit den zugeordneten Slave-Modulen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung beruht darauf, dass die Slave-Module
mittels des integrierten Funktionsblockes die vom Prozess bzw. Anlage und/oder
von der Basisstation bereitgestellten Eingangs- und Ausgangssignale,
wie Steuersignale, Parameterwerte und/oder Diagnosesignale unabhängig von
der zentralen Steuerung und dem Feldbus in Echtzeit verarbeiten
können.
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In
einer besonderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Automatisierungssystems
ist vorgesehen, dass mittels des Engineering Werkzeuges Diagnosedaten
bezüglich
der Kommunikationsverbindung der Slave Module und/oder der Basisstation
darstellbar sind.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass das Engineering Werkzeug Diagnosedaten bezüglich der
Energieversorgung der Slave Module und/oder Diagnosedaten bezüglich der
an die Slave Module angeschlossenen Geräte darstellt.
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Das
erfindungsgemäße Automatisierungssystem
ist insbesondere zur Steuerung und Überwachung von Industrierobotern,
Herstellungsautomaten, Fertigungsautomaten, bei Steuer/Regelsystemen,
Fernsteuersystemen, Schutz- und Sicherheitssystemen, Alarmsystemen
und Zustandsüberwachungs-Systemen
vorgesehen.
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Anhand
des in den 1 dargestellten Ausführungsbeispieles
sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
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1 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Automatisierungssystems
mit einer zentralen Steuerung PLC, welche mit einer Basisstation 1 verbunden
ist, und wobei die Basisstation 1 mit mehreren Slave-Modulen 3, 6, 8 über eine
Kommunikationsverbindung, welche drahtlos oder als Feldbus ausgeführt ist,
kommuniziert. Zur Kommunikation weisen die Basisstation 1,
das Engineering Werkzeug und die Slave-Module jeweils eine entsprechende
Schnittstelle auf.
und wobei die Basisstation 1 mit
mehreren Slave-Modulen 3, 6, 8 über eine
Kommunikationsverbindung, vorzugsweise drahtlos kommuniziert.
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Das
erfindungsgemäße Automatisierungssystem
ist so ausgestaltet, dass die Signalverarbeitung lokal in der Basisstation 1 und
Slave-Modulen 3, 6, 8 ausführbar ist.
Zur Verarbeitung der von der Basisstation 1 übertragenen
Daten, wie beispielsweise Steuersignalen, in die Slave-Module 3, 6, 8 und/oder der
von den Feldgeräten 9 über die
Slave Module 3, 6, 8 bereitgestellten
Daten, wie beispielsweise Diagnosedaten, zur Basisstation 1 sind
in der zentralen Steuerung PLC des Automatisierungssystems, in der Basisstation 1 und/oder
in den Slave-Modulen 3, 6, 8 Funktionsblöcke FB zur
lokalen Verarbeitung von Steuersignalen und/oder Diagnosedaten integriert.
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Auch
nutzerdefinierte Applikationen sind als Funktionsblock FB nicht
nur in der zentralen Steuerung PLC, sondern auch direkt in der Basisstation 1 und
den Slave-Modulen 3, 6, 8 ablegbar.
Die Funktionsblöcke
FB sind von einem Engineering Werkzeug 5 in die Basisstation 1 und
in die Slave-Module 3, 6, 8 übertragbar.
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Die
Basisstation 1 ist in vorteilhafter Weise in der Lage Diagnosedaten
von den Slave-Modulen 3, 6, 8, Applikationsdaten
vom Engineering Werkzeug 5 und/oder Steuersignale von der
zentralen Steuerung PLC lokal mittels des integrierten Funktionsblockes FB
zu verarbeiten. Insbesondere werden Daten von lokalen Ein-/Ausgabegeräten 6,
den Slave-Modulen 3, wie den Sensor/Aktorverteilern, intelligenten
Motorsteuergeräten 8,
Sensorverteilern 3 und Kommunikationsmodule für Sensorköpfe 3 der
Basisstation 1 zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt.
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Somit
sind die Slave-Module 3, 6, 8 in vorteilhafter
Weise so ausgeführt,
dass sie mittels des integrierten Funktionsblockes FB die vom technischen Prozess
bzw. der technischen Anlage und/oder von der Basisstation 1 bereitgestellten
Eingangs- und Ausgangssignale, wie Steuersignale, Parameter, Diagnosesignale,
unabhängig
von der zentralen Steuerung PLC und dem Feldbus verarbeiten können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Automatisierungssystems
ist vorgesehen, dass die Basisstation 1 und die Slave-Module 3, 6, 8 Fehler
des jeweils nächst
höheren
Systemlevels erfassen und in diesem Fall eine spezielle Applikation
abarbeiten, beispielsweise eine Art Notprogramm, welches die jeweils
untergeordnete Ebene nach einem Ausfall der übergeordneten Ebene abarbeitet.
Somit ist die Basisstation 1 in der Lage, nicht nur die
vom Engineering Werkzeug 5 bereitgestellten Applikationsdaten
sondern auch Fehler und Störungen
der zentralen Steuerung PLC, des Feldbusses oder der Slave-Module 3, 6, 8 in
ihren Funktionsblöcken
FB zu verarbeiten. Dazu sind die Signale über die Schnittstellen der
Slave-Module 3, 6, 8 und des Engineering
Werkzeuges 5 in die Basisstation 1 übertragbar.
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In
dem in 1 dargestelltem Automatisierungssystem ist die
Basisstation 1 über
ein Bussystem und eine Kommunikationsschnittstelle FBS an die zentrale
Steuerung PLC anschließbar.
In einer weiteren Ausführungsform
ist die Basisstation 1 direkt in der zentralen Steuerung
PLC integrierbar. An die Basisstation sind optional Sensoren und
Aktoren 7 und/oder Ein- und/oder Ausgabemodule direkt anschließbar.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Automatisierungssystems
beruht darauf, dass das Engineering Werkzeug 5, welches
eine Kommunikationsverbindung mit der zentralen Steuerung PLC verbunden
ist, die Applikationsdaten/Applikationsprogramme und/oder Parameterdaten
in die Funktionsblöcke
FB der Slave-Module 3, 6, 8 und/oder
in die Funktionsblöcke
FB der Basisstation 1 überträgt. Über Schnittstelle
des Engineering Werkzeuges 5 sind somit die Applikationsdaten/Applikationsprogramme
und/oder Parameterdaten nicht nur in die Basisstation 1 und
die zentrale Steuerung PLC sondern auch in die Slave-Module 3, 6, 8 übertragbar. Das
Engineering Werkzeug 5 ist also in der Lage, Applikationsdaten/Applikationsprogramme
und/oder Parameterdaten in jedes Modul zu übertragen, welches eine entsprechende
Schnittstelle aufweist. Das Engineering Werkzeug 5 weist
dazu beispielsweise Device Type Manager Kommunikationskanäle (DTM-COM-Kanäle) auf,
die auch zum Abrufen von Informationen aus den Slave-Modulen 3, 6, 8 und
der Basisstation 1 nutzbar sind. Dazu ist im Engineering Werkzeug 5 die
Softwarekomponente Device Type Manager (DTM) implementiert, welche
zur Konfigurierung und Parametrierung der intelligenten Feldgeräte 9 eingesetzt
wird.
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Das
Engineering Werkzeug 5 ist dazu mit der zentralen Steuerung
PLC über
eine, beispielsweise als Field Device Tool (FDT) ausgeführten, Standardschnittstelle
verbunden. In einer weiteren Ausführung kann das Engineering
Werkzeug 5 über
den Feldbus direkt mit der Basisstation 1 verbunden sein.
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Die
als lokale Sensor/Aktorverteiler ausgeführten Slave-Module 3, 6, 8 sind
vorzugsweise möglichst
in der Nähe
der intelligenten Feldgeräte 9 angeordnet
und übertragen
die Signale der mit dem jeweiligen Slave-Modul 3, 6, 8 verbundenen
Sensoren und/oder Aktoren zur Basisstation 1.
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Die
lokalen Sensor/Aktorverteiler 6 weisen einen flexiblen
Kommunikationsanschluss zur Verbindung mit den intelligenten Feldgeräten 9 auf.
Dieser Kommunikationsanschluss ist auch zur Parametrierung der intelligenten
Feldgeräte 9 vorgesehen.
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In
einer weiteren Ausführung
weist der jeweilige lokale Sensor/Aktorverteiler 6 eine
feldbusunabhängige
Schnittstelle auf. Die Schnittstelle ist dafür eingerichtet, wahlweise in
zwei Betriebsarten zu arbeiten; nämlich in einer als Mode 1 bezeichneten
ersten Betriebsart, bei der im Parallelbetrieb zwei digitale Signale
von den Sensoren/Aktoren 9 einlesbar und ein digitales
Signal an die Sensoren/Aktoren 9 ausgebbar sind, und in
einer als Mode 2 bezeichneten zweiten Betriebsart, bei der im seriellen
Betrieb Signale ein- und ausgebbar sind. Die Schnittstelle ist außerdem dafür eingerichtet,
sich selbsttätig
auf die geeignete Betriebsart einzustellen, nachdem von einem Aktor
oder ein Sensor ein entsprechendes Signal ausgegeben wird, also
ein Aktor oder ein Sensor mit der Schnittstelle kommuniziert. Die
Schnittstelle sendet dazu nach dem Einschalten zunächst ein
serielles Testtelegramm in der Betriebsart Mode 2 an das angeschlossene
Gerät (Sensor/Aktor)
und erwartet ein Antworttelegramm. Wenn diese Antwort nicht eintrifft,
wechselt die feldbusunabhängige
Schnittstelle zur ersten Betriebsart Mode 1.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
die feldbusunabhängige
Schnittstelle dafür
einzurichten, abhängig von
der Antwort auf das gesendete Testtelegramm zwischen mehr als zwei
Betriebsarten zu unterscheiden.
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Auch
die Basisstation 1 nutzt den vorab beschriebenen flexiblen
Kommunikationsanschluss, beispielsweise zur Parametrierung der daran
angeschlossenen Aktoren und/oder Sensoren 7.
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Das
erfindungsgemäße Automatisierungssystem
erlaubt in seiner vorab beschriebenen Ausführungsform auch bei einer fehlerhaften
Funktion oder einem Ausfall der zentralen Steuerung PLC eine Steuerung
des Systems mittels der Schnittstelle der Basisstation 1 und
der Slave-Module 3, 6, 8.
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Desweiteren
wird eine Verringerung der Systemwartezeit und der Verarbeitungsgeschwindigkeit innerhalb
des Automatisierungssystems durch die Ausführung der Funktionen des Automatisierungssystems,
wie der Steuerung, der Diagnose und/oder Parametrierung, direkt
in der Basisstation 1 oder entsprechend in den Slave-Modulen 3, 6, 8 in
Echtzeit erreicht.
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Weiterhin
können
die Antriebe des Automatisierungssystems auch bei einer Störung oder
einem Ausfall des Feldbusses gesteuert und Diagnosemeldungen von
den Motorsteuergeräten 8 auf
der Basisstation 1 verarbeitet bzw. bereit gestellt werden.