DE19701322C2 - Verfahren zur Aktualisierung der Betriebssoftware - Google Patents
Verfahren zur Aktualisierung der BetriebssoftwareInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktualisierung der Betriebssoftware in einer
hierarchisch strukturierten automatisierungstechnischen Anlage gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In einer derartigen automatisierungstechnischen Anlage ist mindestens eine Leitstation
zum Konfigurieren, Bedienen und Beobachten, die über einen Systembus mit einer
Mehrzahl von Prozeßstationen verbunden ist, vorgesehen. Darüber hinaus sind
analoge und digitale Eingabe-/Ausgabebaugruppen vorgesehen, die über mindestens
einen Eingabe-/Ausgabebus mit einer der Prozeßstationen verbunden sind. Die
Leitstation, die Prozeßstation und die Eingabe- und Ausgabebaugruppen werden
nachfolgend in ihrer Gesamtheit als Einheiten bezeichnet. Jede Einheit ist mindestens
mit einer Verarbeitungseinheit, einem elektrisch lösch- und beschreibbaren
Programmspeicher sowie einem Datenspeicher mit wahlfreiem Zugriff ausgestattet. In
dem Programmspeicher ist die Betriebssoftware zur Abarbeitung auf der
Verarbeitungseinheit der jeweiligen Einheit hinterlegt. Im Datenspeicher werden
temporäre Prozeßgrößen, Merker und Stellwerte temporär zwischengespeichert. Der
detaillierte Aufbau einer solchen automatisierungstechnischen Anlage ist in der
DE 42 38 957 näher beschrieben.
Zur Aktualisierung der Betriebssoftware besteht grundsätzlich das Problem, die Inhalte
aller Programmspeicher in allen Einheiten auszutauschen. Durch offenkundige
Vorbenutzung ist bekannt, zur Aktualisierung der Betriebssoftware jede einzelne
Einheit physisch aus dem Baugruppenträger zu entfernen, zu öffnen und den in der
Einheit befindlichen Programmspeicher gegen einen, die aktualisierte Betriebssoftware
beinhaltenden Programmspeicher auszutauschen, die Einheit wieder zu verschließen
und in den Baugruppenträger einzusetzen. Nachteiligerweise ist dabei die gesamte
automatisierungstechnische Anlage außer Betrieb zu setzen, wobei der zu steuernde
Prozeß verfahrenstechnisch zu unterbrechen ist. Darüber hinaus ist der Austausch
einer Vielzahl von Programmspeichern außerordentlich zeitaufwendig.
Aus der DE 43 21 774 C1 ist ein Verfahren zur Aktualisierung eines in
Festwertspeichern einer programmgesteuerten Vermittlungseinrichtung hinterlegten
Systemprogramms bekannt, bei dem das aktualisierte Systemprogramm unter
Verwendung einer Verwaltungs- und Wartungssoftware parallel zu dem bisher gültigen
Systemprogramm in einen freien Speicherbereich des Festwertspeichers kopiert wird
und der Verarbeitungseinrichtung in einem Folgeschritt durch eine
Speicherzugriffsanweisung als fortan gültiges Systemprogramm zugewiesen wird.
Nachteiligerweise wird hierbei das Vorhandensein von ausreichend Speichervolumen
zur Aufnahme von mindestens zwei vollständigen Systemprogrammen zuzüglich der
Verwaltungs- und Wartungssoftware vorausgesetzt.
Aus der DE 43 16 500 ist ein Verfahren zum Wechseln einer Anlagensoftware in einer
mikroprozessorgesteuerten Kommunikationsanlage mit einer redundant ausgebildeten
Steuereinheit mit zwei Prozessoren, von denen der eine aktiv ist und
vermittlungstechnische Aufgaben der Kommunikationsanlage steuert und der andere
im stand-by-Zustand betrieben wird, wobei der aktive Prozessor in seinem aktiven
Zustand gehalten wird und die neue Anlagensoftware durch den stand-by-Prozessor
gestartet und auf Fehlerfreiheit untersucht wird. Für redundanzfreie Systeme ist eine
derartige Vorgehensweise jedoch nicht durchführbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aktualisierung der
Betriebssoftware anzugeben, das in einer redundanzfreien
automatisierungstechnischen Anlage realisierbar ist und bei dem die körperliche
Entnahme jeder einzelnen Einheit verzichtbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln der Patentansprüche 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4
beschrieben.
Die Erfindung geht in ihrem Wesen von der Tatsache aus, daß
automatisierungstechnische Anlagen regelmäßig streng zeitgesteuert sind. Das
bedeutet im einzelnen, daß in äquidistanten Zeitabständen der Ablauf vorbestimmter
Prozeduren, wie beispielsweise Meßwerterfassung, initialisiert wird, nach deren
Abarbeitung die betreffende Einheit in einen Pausezustand versetzt wird, bis die
darauffolgende Prozedur initialisiert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer automatisierungstechnischen Anlagen,
Fig. 2 ein prinzipielles Zeitablaufdiagramm in Einheiten einer
automatisierungstechnischen Anlage,
Fig. 3 ein prinzipieller Programmablaufplan zur Durchführung des Verfahren.
Die Erfindung geht von einer in Fig. 1 prinzipiell dargestellten, hierarchisch
strukturierten automatisierungstechnischen Anlage erläutert. Als oberste
Hierarchieebene sind in einem Wartenbereich 10 eine Konfigurationseinrichtung 11,
eine Bedieneinrichtung 12 und eine Beobachtungseinrichtung 13 vorgesehen. Für
diese Einrichtungen 11, 12 und 13 werden üblicherweise Personalcomputer
eingesetzt. In Abhängigkeit vom zu steuernden Prozeß 100 kann es zweckmäßig sein,
die funktionale Zuordnung der Einrichtungen 11, 12 und 13 im Wartenbereich 10 zu
kombinieren. So ist es möglich, die Bedienung und Beobachtung geräteseitig
funktionell zusammenzufassen, so daß eine oder mehr kombinierte Bedien-
/Beobachtungseinrichtungen 12 und 13 vorgesehen sind. Wenn der zu steuernde
Prozeß 100 es zuläßt, kann auch die Konfiguration der automatisierungstechnischen
Anlage von einer Bedien-/Beobachtungseinrichtung vorgenommen werden.
Die Einrichtungen 11, 12 und 13 im Wartenbereich 10 sind über einen Systembus 20
mit Prozeßstationen 40/1 bis 40/3 verbunden, die den Einrichtungen 11, 12 und 13
hierarchisch untergeordnet sind. Die Prozeßstationen 40/1 bis 40/3 können darüber
hinaus durch Lateralbusse 30/1 und 30/2 verbunden sein.
An jede der Prozeßstationen 40/1 bis 40/3 sind Eingabe-/Ausgabebaugruppen 80/11
bis 80/31, nachfolgend als E/A-Baugruppen bezeichnet, über Eingabe-/Ausgabebusse
50/1 bis 70/2 angeschlossen, wobei die E/A-Baugruppen 80/11 bis 80/31 den
Prozeßstationen 40/1 bis 40/3 hierarchisch untergeordnet sind. Jede E/A-Baugruppe
80/11 bis 80/31 ist mit jeweils n Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/31-n ausgestattet,
wobei jede der Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/31-n einer der Kategorien analoge
Ausgangsanschlußeinheit digitale Ausgangsanschlußeinheit, digitale
Eingangsanschlußeinheit oder analoge Eingangsanschlußeinheit zuzuordnen ist.
Jeder der Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/31-n ist mit einem der an dem Prozeß 100
zugeordneten Meßwertgebern 90/1 bis 90/k oder Stellglieder 95/1 bis 95/m
angeschlossen.
Die Prozeßstationen 40/1 bis 40/3 und die E/-Baugruppen 80/11 bis 80/31 werden
nachstehend in ihrer Gesamtheit als Einheiten bezeichnet, soweit auf diese Einheiten
die gleichen Verfahrensschritte angewendet werden. Jede Einheit verfügt mindestens
über eine Verarbeitungseinheit, einen elektrisch lösch- und beschreibbaren
Programmspeicher und einen Datenspeicher mit wahlfreiem Zugriff. In dem
Programmspeicher jeder Einheit ist die Betriebssoftware, deren Befehle in der
Verarbeitungseinheit abgearbeitet werden, permanent gespeichert. Die
Programmspeicher aller Einheiten sind als sogenannte Flash-EPROMs ausgeführt.
Der Datenspeicher jeder Einheit dient zur temporären Zwischenspeicherung von
Merkern, Meß- und Stellwerten sowie Zwischenergebnissen.
In Fig. 2 ist die prinzipielle Arbeitsweise der Einheiten einer
automatisierungstechnischen Anlage über die Zeit dargestellt. Dabei werden zu
vorgebbaren regelmäßig äquidistanten Zeitpunkten t11, t21 und t31 vorbestimmte
Prozeduren initialisiert, in denen von Meßwertgebern 90/1 bis 90/k Meßwerte erfaßt
werden, Stellwerte an eines der Stellglieder 95/1 bis 95/m ausgegeben werden oder
Parameterverknüpfungen vorgenommen werden. Diese Prozeduren beanspruchen die
Verarbeitungseinheit der jeweiligen Einheit für eine vorbestimmte Dauer t11 bis t12, t21
bis t22, nach deren Abarbeitung die betreffende Einheit in einen Pausenzustand t12 bis
t21, t22 bis t31 versetzt wird, bis die darauffolgende Prozedur initialisiert wird. Während
eines derartigen hinsichtlich der automatisierungstechnischen Aufgabe vorliegenden
Pausezustandes wird die Betriebssoftware der automatisierungstechnischen Anlagen
aktualisiert.
Die dazu erforderlichen Schritte sind in Fig. 3 in Form eines Programmablaufplans
symbolisiert dargestellt.
Zur Aktualisierung der Betriebssoftware in der hierarchisch strukturierten
automatisierungstechnischen Anlage wird die neue Version der Betriebssoftware mit
Softwaremodulen für alle Hierachieebenen zunächst auf einer der Leitstationen 11, 12
oder 13 im Wartenbereich 10 installiert. Vereinbarungsgemäß sind in mindestens einer
der Leitstationen 11, 12 oder 13 Konfigurationsdaten der automatisierungstechnischen
Anlage gespeichert. Diese Konfigurationsdaten umfassen in kodierter Form die
technischen Merkmale jeder einzelnen, in der automatisierungstechnischen Anlage
verwendeten Einheit. In einem zweiten Schritt wird die neue Version der
Betriebssoftware auf Kompatibilität mit der von der automatisierungstechnischen
Anlage umfaßten Prozeßstation 40/1 bis 40/3 und Eingabe- und Ausgabebaugruppen
80/11 bis 80/31 geprüft. Dabei werden alle Komponenten und Baugruppen innerhalb
der Prozeßstation 40/1 bis 40/3 und Eingabe- und Ausgabebaugruppen 80/11 bis
80/31 berücksichtigt. Werden dabei Inkompatibilität festgestellt, wird der Vorgang
ohne Installation der neuen Betriebssoftware beendet.
Bei vorliegender Kompatibilität wird zunächst geprüft, ob sich die
automatisierungstechnische Anlage in einem Pausezustand befindet. Wird zum
Zeitpunkt dieser Abfrage gerade ein der in Fig. 2 dargestellten Prozeduren
abgearbeitet, so wird die Prüfung, ob sich die automatisierungstechnische Anlage in
einem Pausezustand befindet, solange fortgesetzt, bis die bearbeitete Prozedur
beendet ist. Sodann werden zunächst die Prozeßstationen 40/1 bis 40/3 mit der neuen
Version der Betriebssoftware aktualisiert. Nach Aktualisierung der Prozeßstationen
40/1 bis 40/3 werden die Softwaremodule für die Eingabe- und Ausgabebaugruppen
80/11 bis 80/31 auf die Prozeßstationen 40/1 bis 40/3 geladen. In den Prozeßstationen
40/1 bis 40/3 werden die Softwaremodule für die Eingabe- und Ausgabebaugruppen
80/11 bis 80/31 entsprechend dem Typ der Eingabe- und Ausgabebaugruppen 80/11
bis 80/31 selektiert. Das Typenspektrum der Eingabe- und Ausgabebaugruppen 80/11
bis 80/31 umfaßt dabei üblicherweise digitale Eingabebaugruppen, analoge
Eingabebaugruppen, digitale Ausgabebaugruppen und analoge Ausgabebaugruppen.
In einem nächsten Schritt werden alle gleichartigen Eingabe- und Ausgabebaugruppen
80/11 bis 80/31 typselektiv mit Modulen der neuen Version der Betriebssoftware
aktualisiert. Nach Aktualisierung aller Prozeßstationen 40/1 bis 40/3 und aller Eingabe-
und Ausgabebaugruppen 80/11 bis 80/31 wird die automatisierungstechnische Anlage
mit der aktuellen Betriebssoftware gestartet. Der Neustart der
automatisierungstechnischen Anlage ist dabei gleichzeitig das Ende des
Aktualisierungsvorganges.
Für den Installationsvorgang jeder einzelnen Einheit, die durch die Prozeßstationen
40/1 bis 40/3 und die Eingabe- und Ausgabebaugruppen 80/11 bis 80/31 gebildet wird,
ist vorgesehen, die Softwaremodule zunächst in den Datenspeicher mit wahlfreiem
Zugriff der zugehörigen Einheit zu kopieren und in einem zweiten Schritt den elektrisch
lösch- und beschreibbaren Programmspeicher der Einheit durch die interne
Verarbeitungseinheit zu löschen und anschließend mit den neuen Softwaremodulen zu
beschreiben, wobei durch die Verarbeitungseinheit während dieses Schrittes Befehle
ausgeführt werden, deren Programmcode im Datenspeicher abgelegt ist. Die
Einzelheiten dieser Vorgehensweise sind in der deutschen Patentanmeldung
195 25 100.8 näher beschrieben.
Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die automatisierungstechnische Anlage durch eine
rücksetzende Initialisierung jeder Einheit neu gestartet wird. Im weiteren ist
vorgesehen, daß bei der zurücksetzenden Initialisierung die steuernden
Triggerimpulse eines in jeder Einheit vorhandenen Überwachungsmittels abgeschaltet
werden. Ein derartiges Überwachungsmittel ist als sogenannter Watchdog allgemein
bekannt. Während des laufenden Betriebes wird das Überwachungsmittel durch
regelmäßig wiederkehrende Impulse in einen metastabilen Zustand versetzt, der
aufrechterhalten bleibt, solange die Aufeinanderfolge der einzelnen Impulse eine
vorgegebene zeitliche Beabstandung nicht überschreitet. Bei Abschaltung dieser
Impulse ändert sich der Zustand des Überwachungsmittels in seinen stabilen
Grundzustand. Bei Erreichen dieses stabilen Grundzustandes wird die, das
Überwachungsmittel steuernde Einheit rückgesetzt und somit neu initialisiert.
Der Vorzug dieses Verfahrens ist daran zu sehen, daß die Aktualisierung der
Betriebssoftware sowohl zentral als auch in kürzester Zeit unter vollständiger
Berücksichtigung der Konfiguration der automatisierungstechnischen Anlagen
vorgenommen wird. Nach der rücksetzenden Initialisierung ist gewährleistet, daß alle
Einheiten mit demselben Revisionsstand der Betriebssoftware arbeiten. Die
Aktualisierung der Betriebssoftware kann während des laufenden Betriebes der
automatisierungstechnischen Anlage erfolgen, so daß das aufwendige Herunterfahren
und Neuanfahren des technischen Prozesses entfällt. Die Anlagenstillstandszeiten
werden dadurch minimiert.
Darüber hinaus werden durch den hierarchisch abwärts gerichteten
Aktualisierungsfortschritt in vorteilhafter Weise jeweils übergeordnete Einheiten als
Installationshilfen für jeweils untergeordnete Einheiten betreibbar. Dadurch verringert
sich der Gesamtdatentransfer über die vernetzten Einheiten und die zur Aktualisierung
benötigte Zeit erheblich.
10
Wartenbereich
11
Konfigurationseinrichtung
12
Bedieneinrichtung
13
Beobachtungseinrichtung
20
Systembus
30
/
1
bis
30
/
4
Lateralbusse
40
/
1
bis
40
/
3
Prozeßstationen
50
/
1
bis
50
/
3
E/A-Busse
60
E/A-Busse
70
/
1
bis
70
/
2
E/A-Busse
80
/
11
bis
80
/
31
E/A-Baugruppen
80
/
11-1
bis
80
/
31
-n Anschlußeinheiten
90
/
1
bis
90
/k Meßwertgeber
95
/
1
bis
95
/m Stellglieder
100
Prozeß
t11
t11
bis t31
Zeitpunkte
Claims (4)
1. Verfahren zur Aktualisierung der Betriebssoftware in einer hierarchisch
strukturierten automatisierungstechnischen Anlage mit mindestens einer
Leitstation zum Konfigurieren, Bedienen und Beobachten, in der
Konfigurationsdaten der automatisierungstechnischen Anlage gespeichert sind
und die über einen Systembus mit Prozeßstationen verbunden ist, an die
analoge und digitale Eingabe- und Ausgabebaugruppen anschließbar sind,
wobei die Leitstation, die Prozeßstationen und die Eingabe- und
Ausgabebaugruppen jeweils mindestens über eine Verarbeitungseinheit, einen
elektrisch lösch- und beschreibbaren Programmspeicher und einen
Datenspeicher mit wahlfreiem Zugriff verfügen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) auf einer ausgewählten Leitstation (11, 12, 13) eine neue Version der Betriebssoftware mit Softwaremodulen für alle Hierarchieebenen installiert wird,
- b) die neue Version der Betriebssoftware auf Kompatibilität mit der von der automatisierungstechnischen Anlage umfaßten Prozeßstationen (40/1 bis 40/3) und Eingabe- und Ausgabebaugruppen (80/11 bis 80/31) geprüft wird,
- c) bei vorliegender Kompatibilität während des laufenden Betriebes jeweils
in den Pausen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Steuerungs-
und/oder Regelungsschritten
- 1. die Softwaremodule für die Prozeßstationen (40/1 bis 40/3) in den Prozeßstationen (40/1 bis 40/3) installiert wird,
- 2. die Softwaremodule für die Eingabe- und Ausgabebaugruppen (80/11 bis 80/31)
- 3. in die Prozeßstationen (40/1 bis 40/3) geladen werden,
- 4. von den Prozeßstationen (40/1 bis 40/3) typselektiv in die Eingabe- und Ausgabebaugruppen (80/11 bis 80/31) geladen werden und
- 5. in den Eingabe- und Ausgabebaugruppen (80/11 bis 80/31) installiert werden,
- d) die automatisierungstechnische Anlage mit der aktuellen Betriebssoftware neu gestartet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß der Installationsvorgang in den Prozeßstationen (40/1 bis 40/3) und die
Eingabe- und Ausgabebaugruppen (80/11 bis 80/31) gebildeten Einheiten
realisiert wird, indem
- a) die Softwaremodule in den Datenspeicher mit wahlfreiem Zugriff der zugehörigen Einheit kopiert werden,
- b) der elektrisch lösch- und beschreibbare Programmspeicher der Einheit durch interne Verarbeitungseinheit gelöscht und anschließend mit den neuen Softwaremodulen beschrieben wird, wobei durch die Verarbeitungseinheit während dieses Schrittes Befehle ausgeführt werden, deren Programmcode im Datenspeicher abgelegt ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2
dadurch gekennzeichnet,
daß die automatisierungstechnische Anlage durch eine rücksetzende
Initialisierung jeder Einheit neu gestartet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
daß zur rücksetzenden Initialisierung die ein in jeder Einheit vorgesehenes,
retriggerbares Überwachungsmittel steuernden Triggerimpulse abgeschaltet
werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19701322A DE19701322C2 (de) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | Verfahren zur Aktualisierung der Betriebssoftware |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19701322A DE19701322C2 (de) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | Verfahren zur Aktualisierung der Betriebssoftware |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19701322A1 DE19701322A1 (de) | 1998-07-23 |
DE19701322C2 true DE19701322C2 (de) | 2002-10-10 |
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ID=7817535
Family Applications (1)
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DE19701322A Expired - Lifetime DE19701322C2 (de) | 1997-01-16 | 1997-01-16 | Verfahren zur Aktualisierung der Betriebssoftware |
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Also Published As
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