WO2016070899A1 - Verfahren zur inbetriebnahme eines industriellen automatisierungsnetzwerks sowie feldgerät - Google Patents

Verfahren zur inbetriebnahme eines industriellen automatisierungsnetzwerks sowie feldgerät Download PDF

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WO2016070899A1
WO2016070899A1 PCT/EP2014/073576 EP2014073576W WO2016070899A1 WO 2016070899 A1 WO2016070899 A1 WO 2016070899A1 EP 2014073576 W EP2014073576 W EP 2014073576W WO 2016070899 A1 WO2016070899 A1 WO 2016070899A1
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field device
simulation
edd
simulation model
field
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PCT/EP2014/073576
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English (en)
French (fr)
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Oliver Drumm
Benjamin Lutz
Gerrit Wolf
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Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4185—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for starting an industrial automation network with several Feldge ⁇ boards, which are interconnected by a network for data communication, wherein a configuration and parameterization of the field devices in the automation network is performed by a software tool according to the preamble of claim 1 Furthermore, the invention relates to a field device for supporting the implementation of the commissioning method according to claim 4.
  • the commissioning phase of the plant's automation equipment is of particular importance.
  • the pressure prevailing during the commissioning ⁇ sioning time and cost pressures is enormous high, as is to be started rapidly with the actual operating phase, in which the production is running at the plant and the respective plant overall gains generated.
  • the previously selected and in the engineering phase from ⁇ placed in the system plan components of the automation equipment such as programmable logic controllers, so-called controllers, input / output devices, so-called remote IOs, transmitters, z.
  • controllers input / output devices
  • remote IOs transmitters
  • transmitters z.
  • control valves and motors which are generally referred to in the present application as field devices, put into operation.
  • the field devices are connected by a network for data communication, frequently using fieldbuses that operate, for example, according to the protocols PROFIBUS, HART (Highway Addressable Remote Transducer) or FF (Fieldbus Foundation).
  • the respective functionality of the field device eg. B. the provision of a measured value for ei ⁇ nen pressure by a pressure transducer, in each SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) system, eg. B WinCC (Windows Control Center), or PCS (Process Control System) z.
  • SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
  • B WinCC Windows Control Center
  • PCS Process Control System
  • the simulation is to ensure there, that the measures for a particular field device ⁇ intended function blocks can also be loaded into this field device and run properly in this.
  • a virtual field device is subdivided into a memory management, a processor management and a communication interface. So ⁇ with in particular the processing power and storage cherplatz of the field device involved in the simulation to ensure that sufficient to the real field devices of the respective storage space and each processor ⁇ stays awhile real performance of the machine when loading a control strategy to carry out the control strategy.
  • EDDL Electronic Device Description Language
  • FDT / DTM Field Device Tool / Device Type Manager
  • EDD Electronic De ⁇ vice Description
  • GSD General Station Description
  • FDI Field Device Integration
  • the FDI basic concept defines the Components ⁇ th FDI package, FDI server and FDI client.
  • FDI packages ⁇ the supplied by the device manufacturer and contain all the information necessary for device integration .
  • the device definition includes management information and the device model. the consistency is done securing this device model and the communication logic to the device via the Bu siness ⁇ logic the description of the presentation of the device parameters and device functions is the responsibility of the user interface. Description.
  • FDI Server import FDI Device Packages.
  • the device definition and business logic of the FDI package are executed via an EDD interpreter.
  • the programmed user interface plug-ins are only managed by the server but not executed. They are transferred to clients on request. FDI clients rea ⁇ taping the interface to the user.
  • the client-server concept allows both the distribution of the clients to different computers as well as the coordinated and authorized access of several clients to the common information model.
  • sensors are usually modeled at best as delay and / or measured value scaling elements in order to couple data obtained from a process simulation via simulated measuring transducers to a control system.
  • Actuators such.
  • the actual parameterization of field devices and their testing by tests can not be done virtually before commissioning of the real devices. For example, parameter variations, display, mode and scaling switches are not simulated.
  • the invention has for its object to provide a method for commissioning an industrial automation network and a field device to assist in the implementation of the method, with which reduces the cost of commissioning and the risk of errors in the closing on ⁇ operating phase of an industrial plant become.
  • the new method for starting up an industrial automation network as defined in claim 1 the new field device for supporting the
  • the invention has the advantage that due to the READY ⁇ development of a model which is provided for simulating the behavior ei ⁇ nes field device, for access by a software tool, which is used for startup of an indus- rush automation network by a user, the Commissioning effort is significantly reduced.
  • the Simu ⁇ lationsmodell is the manufacturer of the field device he puts ⁇ and is therefore - can be expected by the manufacturer as a result of its creation - of particularly high quality and reliability.
  • special developer tools can be used to create the simulation model, which facilitate the creation of a standard compliant EDD.
  • the EDD containing a simulation model is already part of the scope of delivery of the manufacturer of the field device is particularly advantageous.
  • the EDD can be stored in a memory of the field device electronically readable and / or delivered in a separately transported file, eg. By authorized download from a server at the manufacturer.
  • an output of the field device as a function of at least one predetermined Field device parameter and one of the process simulation ge ⁇ supplied process value is calculated.
  • FIG. 1 shows an automation installation is Darge ⁇ provides, in which a process 1 by an automation ⁇ approximately network 2 is controlled.
  • a process 1 by an automation ⁇ approximately network 2 is controlled.
  • an engineering station 3 In the factory automation network 2 ⁇ an engineering station 3, a server 4 FDI and field devices 5, 6 and 7 for the data communication through an ether net-based communication network 8 are connected together. Since the FDI concept is independent of the existing type of the communication network 8, it may be in the kommu ⁇ 8 nikationsnetz be any such. With PROFIBUS, PROFINET, HART or FF protocol.
  • the field devices 5, 6 and 7 are close to the process components such as a SpeI ⁇ logic controller, which is often as a controller ⁇ be distinguished, a transmitter for sensing a physical variable in the process to be automated 1, z. B. a pressure, or an actuator for influencing the process ses 1 depending on the detected physical variable, eg. B. a control valve.
  • a configuration and parameterization of the field devices 5, 6 and 7 located in the automation network 2 is performed during startup.
  • FDI packages 4 are respectively stored on the FDI server 4, on the information content of which a software tool 9, which runs on the engineering station 3, can access as an FDI client.
  • the FDI packages are, as explained later is models for the behavior of the field devices 5, 6 and 7 as ⁇ models for sub-aspects of the process for the software tool 9 accessible.
  • Inbe ⁇ sioning phase performed by the software tool 9 in one of the preceding operating phase, a simulation on the basis of these models by ⁇ . Commissioning thus takes place virtually and without a real-time process 1.
  • the software tool is drawn 9 for better Anschau ⁇ friendliness as a block on an engineering station. 3 This is not to be understood that the software tool 9 can run only on a computing unit. Of course, the software tool 9 can be divided at a Realisie ⁇ tion into various sub-tasks, then, wel ⁇ che called on different processing units, including station can run.
  • a FDI package 20 according to Figure 2 includes a Device Defini ⁇ tion 21, a User Interface Description 22, a Business Logic 23 and a user interface plug-in corresponding to 24.
  • the lower limb ⁇ tion of the FDI package 20 in the above-mentioned components the well-known FDI concept.
  • FIG. 3 shows a Simulationsmo ⁇ dell 30 is embedded in a delivered to the field device 31 EDD 32 for the behavior of a field device 31st
  • the EDD 32 with the simulation model 30 is created like a GSD 33 by the manufacturer of the field device 31 and provided for use by a user. Due to the Ready Stel ⁇ development by the manufacturer, an accuracy of the simulation model 30 can be ensured ⁇ efficiency even at this exemplary example.
  • a virtual field device 35 is formed. This step is symbolized by an arrow 40 in FIG.
  • the simulation performed by the virtual field device 35 during the commissioning ⁇ sioning of the automation network is based on the Be ⁇ scription of the functional simulation model 30 with means of EDDL in the EDD 32.
  • values of output onto the external communication interfaces 36 and 37 signaled be len which are described in the GSD 33, calculated and output as a function of the parameterization of the field device 35 with parameters 38 and as a function of the process values 39 obtained during the system simulation.
  • output signals guided on the external communication interfaces 36 and 37 are denoted by GSD.Outl or GSD.Out2. Accordingly ⁇ the input signals GSD. In called. This designation is used to establish the reference to identifiers in the GSD.
  • a simulation model or simulation part model which is part of the simulation model 30 for the field device 31, can be described by:
  • GSD. Out f (GSD in, parameters, process value), with f - model function,
  • Process value - value of a process variable obtained from the process simulation eg B. a pressure.
  • GSD.0ut2 process value * (EDD_ParameterScale) / 100
  • GSD.0ut2 process value * (EDD___ParameterScale)
  • the software tool (9 in Figure 1) the two files EDD 32 and GSD 33 and specifically the 32 is ⁇ passed in the EDD methods of the simulation model 30.
  • a generates corresponding behavioral model of the field device 31, which can be referred to as a virtual field device 35 and represents a now executable simulation model.
  • discrete-time simulation of a cyclic recalculation of the values of Trustsig ⁇ dimensional virtual field device 35 is performed based on the sacredsmo ⁇ dells.
  • a simulation symbol may also be generated, which may be stored as part of a bibli ⁇ othek in a simulation tool and represents the behavior model of the field device.
  • the appearance of such a simulation symbol may, for example, DEM Float the virtual field device 35 with its input parameters 38 and 39 and its communication process values ⁇ interfaces 36 and 37 for the signals and GSD.Outl
  • GSD.Out2 be executed.
  • the EDD 32 is thus used by a simulation transform to generate one or more specific fish simulation models, which then as Example ⁇ can be used by the simulation tool SIMIT.
  • Parameters 38 of the virtual field device 35 correspond exactly to those that can be set with previous tools for field device integration. The parameters can thus be taken from the engineering data of these tools and returned to the tools after a successful test of the system model. Thus, a porting, ie an automatic transmission, the parameters obtained by simulation and tested on the real plant possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines industriellen Automatisierungsnetzwerks (2) sowie ein Feldgerät (5, 6, 7, 31) zur Unterstützung der Durchführung des Verfahrens. Zur Erleichterung einer virtuellen Inbetriebnahme zumindest eines Feldgeräts (5, 6, 7) wird eine EDD (32) oder ein FDI-Package (20) bereitgestellt, die bzw. das ein Simulationsmodell (25, 30) für das Verhalten mindestens eines Feldgeräts (5, 6, 7, 31) aufweist. Bei der virtuellen Inbetriebnahme wird mittels des Simulationsmodells (25, 30) das funktionale Verhalten des mindestens einen Feldgeräts (5, 6, 7, 31) nachgebildet. Da das Modell (25, 30) mit der EDD (32) oder dem FDI-Package (20) durch den Feldgerätehersteller bereitgestellt wird, kann eine korrekte Simulation und somit eine Minimierung der Risiken bei der Inbetriebnahme von industriellen Anlagen erwartet werden.

Description

Verfahren zur Inbetriebnahme eines industriellen Automatisie¬ rungsnetzwerks sowie Feldgerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines industriellen Automatisierungsnetzwerks mit mehreren Feldge¬ räten, die durch ein Netzwerk zur Datenkommunikation miteinander verbunden sind, wobei durch ein Software-Werkzeug eine Konfiguration und Parametrierung der im Automatisierungsnetzwerk befindlichen Feldgeräte durchgeführt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Feldgerät zur Unterstützung der Durchführung des Inbetriebnahmeverfahrens gemäß Anspruch 4.
Im Rahmen eines Lebenszyklus einer industriellen Anlage kommt der Inbetriebnahmephase der automatisierungstechnischen Ausrüstung der Anlage besondere Bedeutung zu. Der bei der Inbe¬ triebnahme herrschende Zeit- und Kostendruck ist immens hoch, da rasch mit der eigentlichen Betriebsphase, in welcher die Produktion auf der Anlage läuft und die jeweilige Anlage Ge- winne erwirtschaftet, begonnen werden soll. In der Phase der Inbetriebnahme werden die zuvor in der Engineeringphase aus¬ gewählten und im Anlagenplan platzierten Komponenten der automatisierungstechnischen Ausrüstung, beispielsweise speicherprogrammierbare Steuerungen, sogenannte Controller, Ein- /Ausgabegeräte, sogenannte Remote IOs, Messumformer, z. B. für Durchfluss-, Temperatur-, Füllstands- oder Druckmessung, sowie Stellglieder, z. B. Regelventile und Motoren, die in der vorliegenden Anmeldung allgemein als Feldgeräte bezeichnet werden, in Betrieb genommen. Die Feldgeräte werden durch ein Netzwerk zur Datenkommunikation verbunden, wobei häufig Feldbusse zum Einsatz kommen, die beispielsweise nach den Protokollen PROFIBUS, HART (Highway Addressable Remote Trans- ducer) oder FF (Fieldbus Foundation) arbeiten. In der Phase der Inbetriebnahme wird auch die jeweilige Funktionalität des Feldgeräts, z. B. die Bereitstellung eines Messwerts für ei¬ nen Druck durch einen Druckmessumformer, im jeweiligen SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) -System, z. B WinCC (Windows Control Center), oder PLS ( Prozessleitsystem) z. B. SIMATIC PCS 7, in Betrieb genommen. Diese Integration der jeweiligen Funktionalität von Feldgeräten in einem Automatisierungsprojekt erfolgt mit großem manuellem Aufwand. Zudem wird bisher die wirkliche Funktionalität erst beim realen Anfahren mit gewissen Fehlerrisiken validiert. In der Prozessautomati¬ sierung besteht beispielsweise bei der Herstellung von Ammo¬ niak große Explosionsgefahr, oder in der Fertigungsautomatisierung kann es z. B. aufgrund von Fertigungsfehlern zum Ausfall zuvor bei einer realen Inbetriebnahme einer automatisie- rungstechnischen Anlage gefertigter Automobile kommen. Um diese Gefahren zu umgehen, wird zunehmend eine virtuelle In¬ betriebnahme gewünscht, für welche Simulationsmodelle der An¬ lagenprozesse und der Komponenten der automatisierungstechnischen Ausrüstung vorhanden sein müssen. Zwar unterstützen be- reits verschiedene Engineeringwerkzeuge, z. B. SIMATIC PDM
(Process Device Manager) , die Inbetriebnahme eines Automati¬ sierungsnetzwerks, in welchem Feldgeräte zur Datenkommunika¬ tion miteinander verbunden sind, dennoch ist das Problem der Inbetriebnahme der Feldgeräte unter realen Prozessbedingungen grundsätzlich noch nicht gelöst. Es gibt zwar bereits ver¬ schiedene Ansätze, das Prozess- und Geräteverhalten zu simu¬ lieren, diese basieren jedoch lediglich auf der Erstellung von Teilmodellen, welche nur Ausschnitte der Realität widerspiegeln können. Anwender der Engineeringwerkzeuge erstellen in der Regel Modelle in der Güte und Genauigkeit, in welcher sie für ihre jeweilige Anwendung benötigt werden, und decken zudem nur die Funktionen ab, die für ihre jeweilige Simula¬ tion erforderlich sind. Ein Verfahren zur Simulation eines Feldgeräts in einem industriellen Automatisierungsnetzwerk ist bereits aus der DE 102 45 176 AI bekannt. Durch die Simulation soll dort sichergestellt werden, dass die für ein spezielles Feldgerät vorge¬ sehenen Funktionsblöcke auch in dieses Feldgerät geladen wer- den können und in diesem einwandfrei ablaufen. Ein virtuelles Feldgerät ist untergliedert in ein Speichermanagement, ein Prozessormanagement und eine Kommunikationsschnittstelle. So¬ mit werden insbesondere die Prozessorleistung und der Spei- cherplatz des Feldgeräts in die Simulation einbezogen um zu gewährleisten, dass beim Laden einer Kontrollstrategie auf die realen Feldgeräte der jeweilige Speicherplatz und die je¬ weilige Prozessorleistung des realen Geräts ausreichen, um die Kontrollstrategie durchführen zu können.
EDDL (Electronic Device Description Language) und FDT/DTM (Field Device Tool / Device Type Manager) sind seit geraumer Zeit zwei grundsätzliche Methoden zur Integration von Feldge- räten.
Häufig sind Feldgeräte mit einer sogenannten Electronic De¬ vice Description (EDD) versehen, die zur Beschreibung der Parametrierung und der Konfiguration in einem Software-Werk- zeug zur Geräteintegration dient. In dieser wird unter anderem das Verhalten des Feldgeräts bei der Konfiguration abgebildet, die beispielsweise bei der Verwendung von PROFIBUS asynchron über den Feldbus durchgeführt werden kann. Die Laufzeitintegration eines Feldgeräts, d. h. die Integration in die synchrone Kommunikation zum Austausch der eigentlichen Mess- und Stellsignale, erfolgt beispielsweise bei PROFIBUS über eine Beschreibung in der sogenannten General Station Description (GSD) . In einem FDI (Field Device Integration) -Konzept, welches in dem Aufsatz „FDI Device Integration - Best of both Worlds" von Hans-Georg Kumpfmüller und Roland Lange, veröffentlicht in atp edition, 6/2010, Seiten 16-19, beschrieben ist, sollen die Vorteile der beiden genannten Methoden in einer Lösung vereint werden. Das FDI Basiskonzept definiert die Komponen¬ ten FDI Package, FDI Server und FDI Client. FDI Packages wer¬ den vom Gerätehersteller geliefert und enthalten alle Informationen, die für eine Geräteintegration notwendig sind. Die Device Definition umfasst Verwaltungsinformationen sowie das Gerätemodell. Die Konsistenzsicherung dieses Gerätemodells sowie die Kommunikationslogik zum Gerät erfolgt über die Bu¬ siness Logic. Die Beschreibung der Präsentation der Geräteparameter und Gerätefunktionen ist Aufgabe der User Interface Description. Diese Bestandteile des FDI Packages werden mit EDDL beschrieben. Zusätzlich können Anteile der Bedienoberfläche auch als programmierte Komponenten, sogenannte User Interface Plug-ins (UIPs) , integriert werden, deren Basiskon- zept dem FDT/DTM-Konzept entspricht. FDI Server importieren FDI Device Packages. Die Device Definition und Business Logic des FDI Packages werden über einen EDD Interpreter ausgeführt. Die programmierten User Interface Plug-ins werden vom Server nur verwaltet, aber nicht ausgeführt. Sie werden auf Anfrage von Clients zu diesen transferiert. FDI Clients rea¬ lisieren die Schnittstelle zum Anwender. Das Client-Server- Konzept erlaubt dabei sowohl die Verteilung der Clients auf verschiedene Rechner als auch den koordinierten und autorisierten Zugriff mehrerer Clients auf das gemeinsame Informa- tionsmodell.
Die Digitalisierung und Virtualisierung von realen Anlagen schreitet ständig voran. Zunehmend müssen Anwendungsfälle wie der sogenannte Factory Acceptance Test (FAT) oder virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) bedient werden oder es wird eine soge¬ nannte Operator Training Station (OTS) gewünscht. Für Feldge¬ räte werden dazu Simulationsmodelle benötigt, die schließlich zur Erstellung eines Anlagenmodells zusammengefügt werden können. Simulationsmodelle für Feldgeräte, welche sich in ei- nem Software-Werkzeug zur Anlagensimulation einsetzen lassen, werden bisher nicht durch Gerätehersteller erstellt und bei Auslieferung der Feldgeräte einem Anwender zur Verfügung gestellt. Wird beispielsweise für die oben genannten Anwen¬ dungsfälle jedoch ein Simulationsmodell für ein Feldgerät ge- wünscht, muss der Anwender sich dieses mühevoll beispiels¬ weise aus Datenblättern erarbeiten. In nachteiliger Weise werden daher meist nur vergleichsweise einfache Modelle er¬ stellt, die zudem fehlerbehaftet sein können. Beispielsweise werden Sensoren in der Regel allenfalls als Verzögerungs- und/oder Messwertskalierungsglieder modelliert, um aus einer Prozesssimulation erhaltene Daten über simulierte Messumformer an ein Leitsystem zu koppeln. Aktoren, wie z. B. Stellantriebe, skalieren meist durch ebenso einfache Modelle nur die von einem Leitsystem erhaltenen Eingangssignale auf Prozessvariablen der Prozesssimulation, beispielsweise durch Abbildung eines Eingangssignals auf eine in der Prozesssimulation verwendete Prozessvariable mit einer Prozentangabe zwischen 0 und 100 %. Die eigentliche Parametrierung von Feldgeräten und deren Prüfung durch Tests können dabei jedoch nicht virtuell vor der Inbetriebnahme der realen Geräte erfolgen. Zum Beispiel Parametervariationen, Anzeige-, Modus- und Skalierungs- umschaltungen werden dabei nicht simuliert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines industriellen Automatisierungsnetzwerks sowie ein Feldgerät zur Unterstützung bei der Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welchen der Aufwand für die Inbetriebnahme sowie das Risiko von Fehlern in der sich an¬ schließenden Betriebsphase einer industriellen Anlage reduziert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe weisen das neue Verfahren zur Inbe- triebnahme eines industriellen Automatisierungsnetzwerks die in Anspruch 1, das neue Feldgerät zur Unterstützung der
Durchführung des Verfahrens die in Anspruch 4 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass aufgrund der Bereitstel¬ lung eines Modells, welches zur Simulation des Verhaltens ei¬ nes Feldgeräts vorgesehen ist, für einen Zugriff durch ein Software-Werkzeug, welches zur Inbetriebnahme eines industri- eilen Automatisierungsnetzwerks durch einen Anwender dient, der Inbetriebnahmeaufwand deutlich reduziert wird. Das Simu¬ lationsmodell wird durch den Hersteller des Feldgeräts er¬ stellt und ist somit - wie aufgrund seiner Erstellung durch den Hersteller erwartet werden kann - von besonders hoher Qualität und Zuverlässigkeit. Zudem können zur Erstellung des Simulationsmodells spezielle Entwicklerwerkzeuge verwendet werden, welche die Erstellung einer normkonformen EDD erleichtern. Durch das Vorhandensein eines Simulationsmodells für das Verhalten des Feldgeräts in einer mitgelieferten EDD oder in einem dem Feldgerät zugeordneten FDI-Package wird nun auch bei der Integration von Feldgeräten deren virtuelle Inbetriebnahme unterstützt. Bei der Realisierung eines Automa- tisierungsnetzwerks kann somit weitgehend auf die bewährte Vorgehensweise bei der Feldgeräteintegration zurückgegriffen werden .
Aufgrund der Komplexität heutiger Feldgeräte ist eine virtu- eile Inbetriebnahme eine sinnvolle und notwendige Vorgehens¬ weise, bevor reale, in eine industrielle Anlage integrierte Feldgeräte bei der sich an die Inbetriebnahme anschließenden Produktion in der Betriebsphase zum Einsatz kommen. Oftmals müssen an Feldgeräten mehrere hundert Parameter eingestellt werden, bevor die Feldgeräte im Sinne der jeweiligen Automa¬ tisierungslösung korrekt arbeiten. Um Fehlparametrierungen und deren Folgen zu minimieren, ist es daher von großem Vorteil, wenn Feldgeräte jeweils anhand eines korrekten, vom Hersteller bereitgestellten Simulationsmodells virtuell in Betrieb genommen werden, wobei das Simulationsmodell vorteil¬ haft in der jeweiligen EDD des Feldgeräts bereitgestellt wird. Wenn nur zertifizierte EDD und damit zertifizierte Si¬ mulationsmodelle zugelassen werden, kann die Qualität der Si¬ mulation bei der Inbetriebnahme weiter verbessert werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die ein Simulationsmodell enthaltende EDD bereits zum Lieferumfang des Herstellers des Feldgeräts gehört. Dabei kann die EDD in einem Speicher des Feldgeräts elektronisch auslesbar hinterlegt sein und/oder wird in einer gesondert transportierten Datei ausgeliefert, z. B. durch autorisiertes Herunterladen von einem Server beim Hersteller.
Zur Simulation des funktionalen Verhaltens eines Feldgeräts in einem Automatisierungsnetzwerk kann vorteilhaft ein Simulationsmodell in der EDD bereitgestellt werden, mittels des¬ sen bei der Durchführung der Simulation eine Ausgangsgröße des Feldgeräts in Abhängigkeit zumindest eines vorgegebenen Feldgeräteparameters und eines von der Prozesssimulation ge¬ lieferten Prozesswerts berechnet wird.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen: ein Blockschaltbild einer industriellen Anlage, einen Aufbau eines FDI Packages und
ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung einer virtuellen Inbetriebnahme. In Figur 1 ist eine automatisierungstechnische Anlage darge¬ stellt, in welcher ein Prozess 1 mittels eines Automatisie¬ rungsnetzwerks 2 gesteuert wird. In dem Automatisierungsnetz¬ werk 2 sind eine Engineering Station 3, ein FDI-Server 4 und Feldgeräte 5, 6 und 7 zur Datenkommunikation durch ein Ether- net-basiertes Kommunikationsnetz 8 miteinander verbunden. Da das FDI-Konzept unabhängig vom jeweils verwendeten Typ des Kommunikationsnetzes 8 ist, kann es sich bei dem Datenkommu¬ nikationsnetz 8 um ein beliebiges handeln, z. B. mit PROFIBUS, PROFINET, HART oder FF Protocol. Die Feldgeräte 5, 6 und 7 sind prozessnahe Komponenten wie beispielsweise eine spei¬ cherprogrammierbare Steuerung, die häufig als Controller be¬ zeichnet wird, ein Messumformer zur Erfassung einer physikalischen Variable im zu automatisierenden Prozess 1, z. B. eines Drucks, bzw. ein Stellglied zur Beeinflussung des Prozes- ses 1 in Abhängigkeit der erfassten physikalischen Variable, z. B. ein Regelventil. Durch das Software-Werkzeug 9 wird bei der Inbetriebnahme eine Konfiguration und Parametrierung der im Automatisierungsnetzwerk 2 befindlichen Feldgeräte 5, 6 und 7 durchgeführt. Für die Feldgeräte 5, 6 und 7 sind auf dem FDI-Server 4 jeweils FDI-Packages hinterlegt, auf deren Informationsinhalt ein Software-Werkzeug 9, welches auf der Engineering Station 3 abläuft, als FDI-Client zugreifen kann. In den FDI-Packages sind, wie später noch näher erläutert wird, Modelle für das Verhalten der Feldgeräte 5, 6 und 7 so¬ wie Modelle für Teilaspekte des Prozesses für das Software- Werkzeug 9 zugänglich hinterlegt. Um das Risiko eventuell in der Betriebsphase der prozesstechnischen Anlage auftretender Fehler möglichst gering zu halten, wird durch das Software- Werkzeug 9 in einer der Betriebsphase vorhergehenden Inbe¬ triebnahmephase eine Simulation anhand dieser Modelle durch¬ geführt. Die Inbetriebnahme erfolgt somit virtuell und ohne einen real ablaufenden Prozess 1.
In Figur 1 ist das Software-Werkzeug 9 zur besseren Anschau¬ lichkeit als ein Block auf einer Engineering Station 3 gezeichnet. Das ist nicht so zu verstehen, dass das Software- Werkzeug 9 nur auf einer Recheneinheit ablaufen kann. Selbst- verständlich kann das Software-Werkzeug 9 bei einer Realisie¬ rung in verschiedene Teilaufgaben untergliedert werden, wel¬ che dann auf verschiedenen Recheneinheiten, auch Stations genannt, ablaufen können. Ein FDI-Package 20 gemäß Figur 2 enthält eine Device Defini¬ tion 21, eine User Interface Description 22, eine Business Logic 23 und ein User Interface Plug-in 24. Die Untergliede¬ rung des FDI-Package 20 in die genannten Komponenten entspricht dem bekannten FDI-Konzept. Zusätzlich ist nun in der Device Definition 21, welche in EDDL abgefasst ist, ein durch den Hersteller des jeweiligen Feldgeräts erstelltes Simulati¬ onsmodell 25 für das Verhalten des Feldgeräts abgelegt. Da das Simulationsmodell 25 durch den Hersteller erstellt ist und im FDI-Package 20, welches dem jeweiligen Feldgerät zuge- ordnet ist, zur Verwendung durch den Anwender bei der Inbetriebnahme bereitgestellt wird, kann eine korrekte Simulation des Feldgeräteverhaltens bei der Inbetriebnahme eines Automa¬ tisierungsnetzwerks gewährleistet werden. Figur 3 zeigt eine Alternative zu dem anhand Figur 2 erläu¬ terten Ausführungsbeispiel. In Figur 3 ist ein Simulationsmo¬ dell 30 für das Verhalten eines Feldgeräts 31 in einer mit dem Feldgerät 31 ausgelieferten EDD 32 eingebettet. Die EDD 32 mit dem Simulationsmodell 30 wird wie eine GSD 33 durch den Hersteller des Feldgeräts 31 erstellt und zur Verwendung durch einen Anwender bereitgestellt. Aufgrund der Bereitstel¬ lung durch den Hersteller kann auch bei diesem Ausführungs- beispiel eine Korrektheit des Simulationsmodells 30 gewähr¬ leistet werden. Durch Interpretation von EDD 32 und GSD 33 und Transformation durch ein Software-Werkzeug (9 in Figur 1) wird ein virtuelles Feldgerät 35 gebildet. Dieser Schritt ist in Figur 3 durch einen Pfeil 40 symbolisiert. Die durch das virtuelle Feldgerät 35 ausgeführte Simulation bei der Inbe¬ triebnahme des Automatisierungsnetzwerks basiert auf der Be¬ schreibung des funktionalen Simulationsmodells 30 mit Mitteln der EDDL in der EDD 32. Hierzu werden Werte von auf externen Kommunikationsschnittstellen 36 und 37 auszugebenden Signa- len, welche in der GSD 33 beschrieben werden, in Abhängigkeit der Parametrierung des Feldgeräts 35 mit Parametern 38 und in Abhängigkeit der bei der Anlagensimulation erhaltenen Prozesswerte 39 berechnet und ausgegeben. Bei dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel werden auf den externen Kommunikationsschnittstellen 36 und 37 geführte Ausgangssignale mit GSD.Outl bzw. GSD.Out2 bezeichnet. Entsprechend wer¬ den Eingangssignale GSD. In genannt. Mit dieser Bezeichnung soll der Bezug auf Identifier in der GSD hergestellt werden. In allgemeiner Form kann ein Simulationsmodell oder Simulati- onsteilmodell , welches Bestandteil des Simulationsmodells 30 für das Feldgerät 31 ist, beschrieben werden durch:
GSD. Out = f (GSD. In, Parameter, Prozesswert) , mit f - Modellfunktion,
Parameter - der Simulation zugrunde gelegte Parametrierung des Feldgeräts 31, 35 und
Prozesswert - aus der Prozesssimulation erhaltener Wert einer Prozessvariablen, z. B. eines Drucks.
Weisen die externen Kommunikationsschnittstellen mehrere Ein- und/oder Ausgänge auf, stellen die in obiger Formel verwende¬ ten Variablen Vektoren dar. Im Nachfolgenden ist ein mögli- eher Codeabschnitt einer EDD dargestellt, welcher beispiel¬ haft eine Implementierung eines Simulationsmodells zeigt:
METHOD SimulationAusgangA
{
TYPE NONE;
DEFINITION
{
IF (EDD_ParameterPercentage = = true)
{
GSD.Outl = Prozesswert/100;
GSD.0ut2 =Prozesswert* (EDD_ParameterScale) /100
}
ELSE
{
GSD . Outl = Prozesswert ;
GSD.0ut2 = Prozesswert* (EDD___ParameterScale)
}
}
Zur Beschreibung des Simulationsmodells werden lediglich bestehende EDDL-Konstrukte verwendet. Die Beschreibung der Me¬ thodendefinition erfolgt in der Programmiersprache C. Die In- terpretation der Methoden führt ein EDD-Interpreter im Software-Werkzeug (9 in Figur 1) durch, der aus dem Type NONE und der Referenzierung auf die GSD 33 erkennt, dass es sich um eine Simulationsbeschreibung des funktionalen Verhaltens des Feldgeräts 31 handelt. Da es sich normalerweise um keine in- tern im Interpreter ausführbaren Methoden handelt, dürfen diese Methoden nicht durch andere Stellen in der EDD 32 refe- renziert werden.
In dem beschriebenen, sehr einfachen Beispiel eines Simulati- onsmodells wurde lediglich eine Zuweisung der Ausgänge
GSD. Out aufgezeigt. In einem Simulationsmodell können abwei¬ chend davon prinzipiell beliebige mathematische Formeln ver¬ wendet werden, welche dann ebenfalls durch den Interpreter in ein entsprechendes funktionales Verhalten eines virtuellen Feldgeräts umgesetzt werden können. Die Auslieferung einer EDD 32 und einer GSD 33 mit dem Feldgerät 31 durch den Hersteller hat den Vorteil, dass beide Da¬ teien in einem Paket ausgeliefert werden und somit das Zusam¬ menpassen von EDD 32 und GSD 33 mit dem Feldgerät 31 garan- tiert werden kann. Außerdem wird in FDI der Methodeninhalt einer EDD 32 verschlüsselt. Das Knowhow des Geräteherstellers bezüglich des in der EDD 32 durch das Simulationsmodell 30 beschriebenen Geräteverhaltens ist somit geschützt. Wie in Figur 3 durch einen Pfeil 40 symbolisiert, interpre¬ tiert das Software-Werkzeug (9 in Figur 1) die beiden Dateien EDD 32 und GSD 33 und dabei speziell die in der EDD 32 ange¬ gebenen Methoden des Simulationsmodells 30. Dabei wird ein entsprechendes Verhaltensmodell des Feldgeräts 31 generiert, welches als virtuelles Feldgerät 35 bezeichnet werden kann und ein nun ablauffähiges Simulationsmodell darstellt. In ei¬ ner zeitdiskreten Simulation wird anhand des Verhaltensmo¬ dells eine zyklische Neuberechnung der Werte von Ausgangssig¬ nalen des virtuellen Feldgeräts 35 durchgeführt. Zur Verwen- dung in einer graphischen Bedienoberfläche kann zudem ein Simulationssymbol erzeugt werden, welches als Teil einer Bibli¬ othek in einem Simulationswerkzeug abgelegt sein kann und das Verhaltensmodell des Feldgeräts repräsentiert. Das Aussehen eines derartigen Simulationssymbols kann beispielsweise dem- jenigen des virtuellen Feldgeräts 35 mit seinen Eingängen Parameter 38 und Prozesswerte 39 und seinen Kommunikations¬ schnittstellen 36 und 37 für die Signale GSD.Outl und
GSD.Out2 ausgeführt sein. Die EDD 32 wird somit von einer Simulationstransformation verwendet, um ein oder mehrere spezi- fische Simulationsmodelle zu erzeugen, die dann beispiels¬ weise durch das Simulationswerkzeug SIMIT verwendet werden können. Parameter 38 des virtuellen Feldgeräts 35 entsprechen genau denen, die mit bisherigen Werkzeugen zur Feldgeräteintegration gesetzt werden können. Die Parameter können somit aus den Engineering-Daten dieser Werkzeuge übernommen und nach einem erfolgreichen Test des Anlagenmodells in die Werkzeuge zurückgespielt werden. Somit ist eine Portierung, d. h. eine automatische Übertragung, der durch Simulation erhaltenen und getesteten Parameter auf die reale Anlage möglich.
Im Folgenden werden noch einmal kurz die Vorteile, welche durch die Erfindung erzielt werden, zusammengefasst :
- bessere Integration von Feldgeräten in ein Leitsystem und Ermöglichung umfangreicher Simulationen, sodass vor dem Bau einer automatisierungstechnischen Anlage darauf ablaufende Prozesse und automatisierungstechnische Ge¬ räte getestet und Bedienpersonal geschult werden kann,
- durchgängige Integration von Geräteparametrierung und Laufzeitkonfiguration im Leitsystem, wobei eingebettet in den Engineering-Prozess die Parametrierung aus der Simulation in die Realität übernommen werden kann,
- es werden Anwendungsfälle FAT, VIBN und OTS mit Simula¬ tion von Feldgeräten ermöglicht,
- genauere Anlagenmodelle, welche das Aufspüren komplexer Fehler ermöglichen,
- Simulationsmodelle sind erweiterbar auf Fertigungsauto¬ matisierung,
- höheres Anwendervertrauen in die Feldgeräte, da er diese selbst testen kann und dabei mit der Bedienung der Feldgeräte vertraut wird und
- es werden Schulungen zur Parametrierung von Feldgeräten am Gerätemodell ermöglicht mit Übertragung der Parameter auf die reale Anlage, während bisher die Parametrierung nur am realen Gerät gezeigt werden konnte, ohne die Fol¬ gen der jeweiligen Parametrierung für den Prozess zu er- kennen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Inbetriebnahme eines industriellen Automati¬ sierungsnetzwerks (2) mit mehreren Feldgeräten (5, 6, 7, 31), die durch ein Netzwerk (8) zur Datenkommunikation miteinander verbunden sind, wobei durch ein Software-Werkzeug (9) eine Konfiguration und Parametrierung der im Automatisierungsnetzwerk (2) befindlichen Feldgeräte (5, 6, 7, 31) durchgeführt wird, gekennzeichnet durch
Bereitstellen eines Simulationsmodells (25, 30) für das Ver¬ halten mindestens eines Feldgeräts (5, 6, 7, 31) in EDDL, auf welches das Software-Werkzeug (9) zugreift, und
virtuelle Inbetriebnahme des mindestens einen Feldgeräts (5,
6, 7, 31) durch das Software-Werkzeug (9), wobei das Verhal- ten des Feldgeräts (5, 6, 7, 31) mittels des Simulationsmo¬ dells (25, 30) nachgebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsmodell (30; 25) in einer dem mindestens einen Feldgerät (31) zugeordneten EDD (32) oder in einem dem mindestens einen Feldgerät (5, 6, 7) zugeordneten FDI-Package (20) bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Simulationsmodells (25, 30) ein virtuelles
Feldgerät (35) zur Verhaltenssimulation des Feldgeräts (5, 6,
7, 31) erzeugt wird und dass bei der Verhaltenssimulation Werte zumindest eines auf einer externen Kommunikations¬ schnittstelle (36, 37) ausgegebenen Signals des Feldgeräts (5, 6, 7, 31) in Abhängigkeit zumindest eines vorgegebenen Feldgeräteparameters (38) und zumindest eines Prozesswerts (39) berechnet werden.
4. Feldgerät zur Unterstützung der Durchführung des Verfah- rens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät (5, 6, 7, 31) mit einer EDD (32) oder einem FDI-Package (20) versehen ist, durch welche dem Software-Werkzeug (9) ein Zugriff auf ein Simulationsmodell (25, 30) für das Verhalten des Feldgeräts (5, 6, 7, 31) er¬ möglicht wird.
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