СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И КОММУНИКАЦИИ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ В СЕБЯ, ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ, ОДИН БЛОК АВТОМАТИЗАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК G05B19/05 

Изобретение относится к системе управления и коммуникации, включающей в себя, по меньшей мере, один блок автоматизации, адаптированный для исполнения операционной программы, и блок технической поддержки, адаптированный для изменения операционной программы. Далее, изобретение относится к способу изменения операционной программы, по меньшей мере, одного блока автоматизации системы управления и коммуникации, причем система управления и коммуникации содержит блок технической поддержки, адаптированный для изменения операционной программы соответствующего блока автоматизации.

Автоматизация машинного оборудования или установок, таких как энергетические установки, требует гибких и многоцелевых систем управления и коммуникации, чтобы проектировать все более сложные объекты регулирования и управления для пуска их в эксплуатацию и адаптации их к изменению сроков и условий.

Хотя много усилий было предпринято, чтобы получить такие системы управления и коммуникации, известные системы все еще считаются включающими в себя слишком много негибких правил и слишком сложными в программировании и изменении соответствующих операционных программ.

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание системы управления и коммуникации и способа изменения операционной программы такой системы, которые намного легче изменить. При этом система и способ должны поддерживать известный в настоящее время низкий стандарт вероятности ошибок, и должно быть возможным обеспечить систему и способ на основе известных в настоящее время блоков автоматизации, таких как из хорошо известного семейства SIMATIC.

Данная цель изобретения достигается системой управления и коммуникации, включающей в себя, по меньшей мере, один блок автоматизации, адаптированный для управления операционной программой, и блок технической поддержки, адаптированный для изменения операционной программы, причем блок технической поддержки включает в себя конфигуратор кода, который адаптирован для проектирования функций автоматизации операционной программы в форме, по меньшей мере, одной конфигурируемой структуры данных и изменения конфигурируемой структуры данных; по меньшей мере, один блок автоматизации включает в себя структуру интерпретатора, которая адаптирована для включения каталога предопределенных, необходимых функций автоматизации операционной программы и пустой структуры данных, при этом структура интерпретатора дополнительно адаптирована для интерпретации измененной конфигурируемой структуры данных и предоставления измененной операционной программы на основе, по меньшей мере, одной из функций автоматизации упомянутого каталога и измененной конфигурируемой структуры данных. Конфигурируемая структура данных, в частности, содержит указатели и значения и используется в структуре интерпретатора, чтобы указать на соответствующие функции автоматизации (уже предоставленные в упомянутом каталоге структуры интерпретатора) и заполнить их соответствующими значениями.

Другими словами, изобретение обеспечивает проектирование функций автоматизации блока автоматизации в форме, по меньшей мере, одной конфигурируемой структуры данных. Эта структура данных содержит только данные, но не функции в обычной форме. Конфигурируемая структура данных интерпретируется в блоке автоматизации путем назначения соответствующих функций автоматизации из каталога функций автоматизации, который был ранее включен в блок автоматизации. При этом изобретение обеспечивает возможность модификации проектируемых функций автоматизации в блоках автоматизации, которая реализуется за очень короткое время, требуемое для генерации и загрузки модификаций.

Решение согласно изобретению особенно подходит для систем управления и коммуникации установок, таких как энергетические установки, в которых каждый из, по меньшей мере, одного блока автоматизации и блока технической поддержки соединены с общей коммуникационной шиной сети коммуникации равноправных узлов.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения блок технической поддержки адаптирован для посылки, по меньшей мере, одной измененной конфигурируемой структуры данных в, по меньшей мере, один блок автоматизации посредством соответствующей структуры интерпретатора. Соответственно, структура интерпретатора дополнительно обеспечивает функции интерфейса между блоком технической поддержки и блоком автоматизации.

Также предпочтительно, что блок технической поддержки адаптирован для включения структурного изображения операционной системы, по меньшей мере, одного блока автоматизации. Структурное изображение может служить основой для проектирования функций автоматизации операционной программы соответствующего блока автоматизации в форме упомянутой, по меньшей мере, одной конфигурируемой структуры данных.

По меньшей мере, один блок автоматизации предпочтительно адаптирован для переключения на измененную операционную программу, сохраняя предыдущую исполняемую операционную программу в соответствующем буфере. Альтернативно или дополнительно измененная конфигурируемая структура данных сохраняется в соответствующем буфере блока технической поддержки или соответствующего блока автоматизации.

По меньшей мере, один блок автоматизации также предпочтительно включает в себя исполняемую операционную программу и адаптирован для переключения на измененную операционную программу во время исполнения упомянутой операционной системы.

Цель изобретения также достигается способом изменения операционной программы блока автоматизации системы управления и коммуникации, причем система управления и коммуникации включает в себя блок технической поддержки, адаптированный для изменения операционной программы, при этом способ содержит этапы проектирования функций автоматизации операционной программы в форме, по меньшей мере, одной конфигурируемой структуры данных и изменения конфигурируемой структуры данных в блоке технической поддержки, предоставления каталога предопределенных, необходимых функций автоматизации операционной программы и пустой структуры данных в, по меньшей мере, один блок автоматизации, посылки измененной конфигурируемой структуры данных в, по меньшей мере, один блок автоматизации, интерпретации измененной конфигурируемой структуры данных в, по меньшей мере, одном блоке автоматизации, и предоставления измененной операционной программы в, по меньшей мере, одном блоке автоматизации на основе, по меньшей мере, одной из функций автоматизации упомянутого каталога и измененной конфигурируемой структуры данных.

В первом предпочтительном варианте осуществления упомянутый способ включает в себя этап посылки измененной конфигурируемой структуры данных в, по меньшей мере, один блок автоматизации посредством функций автоматизации, предоставленных в соответствующем блоке автоматизации.

Во втором предпочтительном варианте осуществления способ включает в себя этап включения структурного изображения операционной системы, по меньшей мере, одного блока автоматизации в блоке технической поддержки.

Также предпочтительно способ согласно изобретению включает в себя этап переключения на измененную операционную программу в, по меньшей мере, одном блоке автоматизации, сохраняя предыдущую исполняемую операционную программу в соответствующем буфере.

Также предпочтительно упомянутый способ включает в себя этап исполнения операционной программы в, по меньшей мере, одном блоке автоматизации и переключения на измененную операционную программу при исполнении операционной системы.

Посредством решения согласно изобретению может быть обеспечена плавная модификация операционных программ в исполняемых блоках автоматизации, то есть модификация может быть выполнена без прерывания или воздействия на исполняемый процесс. Новые функции могут быть добавлены к процессу, внутренние переключения и параметры могут быть изменены, и функции могут быть перемещены в другие циклы программы. Короткие времена рабочих циклов или переключений (согласно изобретению типичными значениями являются несколько секунд) могут быть достигнуты для предоставления измененной операционной программы в соответствующем блоке автоматизации исполняемым образом.

В блоке автоматизации даже предыдущая операционная программа может быть плавно восстановлена после выполнения модификации на основе измененной конфигурируемой структуры данных. Необходимо только переключиться на старую структуру данных, которая указывает на предыдущие функции автоматизации и включает в себя значения для предыдущей операционной программы.

Решение согласно изобретению также обеспечивает возможность моделирования любых определенных пользователем значений ввода и/или вывода в схемах процесса, без потери возможности отображения реального значения процесса для оборудования. Определенное пользователем значение может быть вставлено в конфигурируемую структуру данных вместо реального значения процесса и может, таким образом, формировать основу для моделирования такого значения в следующей функции автоматизации.

Проверка непротиворечивости может быть предоставлена на основе решения согласно изобретению, что позволяет найти несогласованности, например, из-за сбоев коммуникации или выполненных вручную изменений, прежде чем поместить спроектированные модификации в соответствующий блок автоматизации.

Кроме того, изобретение обеспечивает основу для автоматической диспетчеризации функций автоматизации в соответствующих временных кадрах, чтобы получить сбалансированную загрузку процессора блоков автоматизации для различных и разнообразных циклов операции.

Коммуникация между блоком технической поддержки и структурой интерпретатора, по меньшей мере, одного блока автоматизации согласно изобретению может далее использоваться для своего рода интегрированного механизма коммуникации, который позволяет обмениваться сигналами процесса (в особенности для работы блоков автоматизации и/или для человеко-машинных интерфейсов (hmi)) даже по нескольким блокам автоматизации, не требуя дополнительного проектирования таких передач сигнала.

Далее, упомянутая коммуникация может использоваться для встроенной обработки сигнализации двоичных выходных сигналов без какой-либо дополнительной схемы. Двоичные выходные сигналы могут быть просто адресованы соответствующей функцией автоматизации, которая должна быть включена в структуру интерпретатора и может затем указываться соответствующим указателем в конфигурируемой структуре данных блока технической поддержки.

Наконец, решение согласно изобретению может обеспечить интегрированный код качества для каждого сигнала, при этом конфигурируемая структура данных не только обращается к конкретной функции автоматизации, но дополнительно обеспечивает данные качества для соответствующего сигнала, которые используются в функции автоматизации для проверки качества.

Таким образом, согласно изобретению полностью новая операционная система сконфигурирована в блоке автоматизации, и соответствующий генератор кода разработан в блоке технической поддержки. Спроектированные функции автоматизации полностью описаны в форме данных, не требуется трудоемкая генерация функций. Блок автоматизации интерпретирует конфигурируемые структуры данных. Интерпретация операционных структур формирует ядро или основание для реализации функций операционной программы.

Система инженерной поддержки, в частности, получает полное отображение операционных структур, помещенных в блоке автоматизации, и конфигурирует необходимые структуры данных в случае активизированной модификации проектирования. Таким образом, все необходимые изменения передаются в блок автоматизации параллельно с исполняемой операционной программой. После последовательной и полной передачи всех данных блок технической поддержки переключит блок автоматизации на модифицированную операционную структуру. Таким образом, негативное воздействие на исполняемую операционную программу может быть исключено.

Структура интерпретатора загружена однократно при инициализации блока автоматизации и обеспечивает после этого свои услуги. Блок технической поддержки использует услуги структуры интерпретатора для передачи конфигурируемых данных проектирования, определяя при этом функционирование структуры интерпретатора. Поскольку структура интерпретатора включает все необходимые функции и также пустые структуры данных, обширная загрузка дальнейших компонентов данных во время активации структур проектирования не требуется.

Предпочтительный вариант осуществления системы управления и коммуникации и способ изменения операционной программы блока автоматизации системы управления и коммуникации согласно изобретению описан далее со ссылками на чертежи, на которых

фиг.1 показывает схематичное представление варианта осуществления системы управления и коммуникации согласно изобретению,

фиг.2A и 2B показывают первый список телеграмм или заданий, которыми можно обмениваться между партнерами системы управления и коммуникации согласно фиг.1,

фиг.3A и 3B показывают второй список телеграмм или заданий, которыми можно обмениваться между партнерами системы управления и коммуникации согласно фиг.1,

фиг.4 показывает третий список телеграмм или заданий, которыми можно обмениваться между партнерами системы управления и коммуникации согласно фиг.1,

фиг.5 показывает четвертый список телеграмм или заданий, которыми можно обмениваться между партнерами системы управления и коммуникации согласно фиг.1,

фиг.6 показывает схематичное представление варианта осуществления способа изменения операционной программы блока автоматизации системы управления и коммуникации согласно фиг.1,

фиг.7 показывает схематичное представление процедуры в соответствующем блоке автоматизации в способе согласно фиг.6,

фиг.8 показывает первое схематичное представление содержания компонентов данных в процедуре согласно фиг.7,

фиг.9 показывает второе схематичное представление содержания компонентов данных в процедуре согласно фиг.7,

фиг.10 показывает третье схематичное представление содержания компонентов данных в процедуре согласно фиг.7 и

фиг.11 показывает схематичное представление коммуникации между партнерами системы управления и коммуникации согласно фиг.1.

На фиг.1 показана система управления и коммуникации 10, которая содержит блок 12 технической поддержки или сервер (Ft-сервер) и множество блоков 14 автоматизации в форме блоков управления SIMATIC S7 (только один показан на фиг.1). Блок 12 технической поддержки оперативно связан с блоком 14 автоматизации через сеть 16 равноправных узлов, причем коммуникация включает четыре избыточных канала 18, 20, 22 и 24 (номер канала 0, 1, 2, 3; номер избыточности 0, 1). Каждый из блоков 12 и 14, таким образом, адресуется посредством IP адресов, и каналы 18-24 являются доступными через соответствующие порты (порт №) блоков 12 и 14.

Через первый канал 18, так называемый канал технической поддержки, передаются сигналы, телеграммы и/или задания для инсталляции и модификации операционных программ блоков 14 автоматизации. Второй канал 20, так называемый операционный канал, служит для передачи сигналов, телеграмм и/или заданий для реальной работы блока 14 автоматизации. Третий канал 22, так называемый hmi-канал, используется для человеко-машинного интерфейса (hmi) между блоком 12 технической поддержки и соответствующим блоком 14 автоматизации. Наконец, четвертый канал 24, так называемый канал предупредительной сигнализации, обеспечивает обработку предупредительной сигнализации между блоком 14 автоматизации и блоком 12 технической поддержки.

Как будет описано более детально ниже, каналы l8-24 обеспечивают своего рода интегрированную коммуникацию между блоком 12 технической поддержки и соответствующим блоком 14 автоматизации, что позволяет обмениваться сигналами процесса (в особенности для изменения операционных программ, для работы блоков автоматизации, для человеко-машинных интерфейсов (hmi) и/или сигналов предупредительной сигнализации), даже по различным блокам автоматизации, не требуя дополнительного проектирования таких передач сигнала.

На фиг.2A, 2B показан список тех сигналов 26 (в форме телеграмм или заданий), которые передаются между блоком 12 технической поддержки (Fit-сервером) и соответствующим блоком 14 автоматизации (программируемый логический контроллер PLC) во время инсталляции и модификации операционных программ блока 14 автоматизации.

Сигналы 26 включают в себя, например, инициирование или активацию новой конфигурации программы автоматизации посредством сигнала >>EXECUTE>> (выполнить). Сигнал подтверждается блоком 16 автоматизации с подтверждением телеграммы посредством сигнала <<TEL_ACK<<. Подтверждение телеграммы служит в качестве встроенного кода качества для обеспечения проверки качества коммуникации.

Фиг.3A и 3B показывают список тех сигналов 26, которые передаются между блоком 12 технической поддержки и соответствующим блоком 14 автоматизации во время реальной работы блока 14 автоматизации. Фиг.4 показывает соответствующую передачу сигнала человеко-машинного интерфейса и фиг.5 показывает передачу сигнала в случае предупредительной сигнализации во время работы. На фиг.6 показано схематичное частичное представление способа изменения операционной программы блока автоматизации 14 системы управления и коммуникации 10 согласно фиг.1.

Важным аспектом способа является то, что новая или измененная операционная программа не разрабатывается полностью в блоке 12 технической поддержки и не переносится в блок 14 автоматизации после ее разработки, а напротив, она разрабатывается в форме конфигурируемой структуры данных, включающей в себя только указатели и значения, но не полностью все функции. Указатели и значения интерпретируются структурой интерпретатора, которая образует часть блока 14 автоматизации, но детально не показана на фиг.6. Фиг.6 только показывает процессы этой интерпретации конфигурируемой структуры данных, предоставленной блоком 12 технической поддержки, в принципе.

Во-первых, блок 12 технической поддержки 12 обеспечивает ряд компонентов данных (DB) в структуре интерпретатора блока 14 автоматизации, в частности глобальный DB 28, DB 30 цикла, ряд DB 32 последовательности и DB 34 модуля. При начале нового выполнения программы (например, посредством сигнала 26 <<EXECUTE<<) на этапе 36, во-первых, реальный номер DB цикла считывается на этапе 38 из глобального DB 28. После этого реальный номер DB последовательности считывается на этапе 40 из соответствующего DB 30 цикла. Следующий этап 42 считывает реальный экземпляр модуля из соответствующего DB 32 последовательности.

Основываясь на этой информации, реальный экземпляр модуля выполняется после того на этапе 44, используя данные из DB 34 модуля и предоставляя выходные результаты в DB 46 выхода (и DB экземпляра).

Следующие этапы 48a, 48b и 50a, 50b проверяют, достигнуты ли последний модуль в списке последовательности и/или последний DB 32 последовательности, и повторяют соответствующие этапы с 38 по 44 соответственно.

При таком выполнении реальные функции автоматизации операционной программы блока 14 автоматизации генерируются посредством интерпретации структуры данных компонентов 28, 30, 32 и 34 данных, которые были предоставлены (впервые или в измененном виде) блоком 12 технической поддержки.

Фиг.7 показывает вышеупомянутую структуру 52 интерпретатора в дополнительных деталях. Структура 52 интерпретатора включает в себя процесс 54 (RCvSnd) для приема и передачи данных от/к буферу 56 телеграмм (TelBuff). Буфер 56 телеграммы осуществлял информационный обмен с процессом 58 (ProcEs) для обработки услуг технической поддержки. Процесс 56 обрабатывает действительное считывание и запись компонентов данных, таких как DB 30 цикла, ряд DB 32 последовательности и ряд DB 34 модуля. Процесс 58 далее адресует ряд DB 62 индекса и DB вмешательства и записывает данные в DB 46 выхода. Соответствующие телеграммы принимаются структурой 52 интерпретатора по каналу 18 технической поддержки и содержат одно или более заданий. Эти задания обрабатываются структурой 52 интерпретатора. В случае отсутствия ошибок назад отсылается телеграмма положительного квитирования. Например, ответ для сигнала или телеграммы DB_READ является телеграммой DB_CONTENT.

Фиг.8-10 предоставлены для дальнейшего объяснения процесса интерпретации в соответствующем блоке 14 автоматизации. Процесс основан на компоненте 64 данных конфигурации (DB1 конфигурации), который включает в себя индивидуализирующий RC-номер и основной цикл. Эти данные обрабатываются, принимая во внимание данные из упомянутого глобального DB 28 и ряда DB 30 циклов. Включенные данные представляют собой, в частности, информацию о циклах, подлежащих обработке, и последовательности в пределах циклов. Далее, трафик в сети равноправных узлов адресуется через компоненты данных равноправных узлов (PtP). Последовательности ссылаются через указатели (изображенные стрелками) на модули компонентов DB 34 модуля, в которых хранятся реальные данные экземпляра. Как в итоге представлено на фиг.11, каталог предопределенных необходимых функций автоматизации, предоставленных в структуре 52 интерпретатора, в комбинации с библиотекой компонентов данных, предоставленных блоком 12 технической поддержки, таким образом, преобразуется через упомянутые данные последовательности, упомянутые данные цикла и упомянутые данные экземпляра в исполняемую операционную программу, которая сохраняется в DB 66 выходного двоичного кода, DB 68 аналогового выхода и DB 70 экземпляра.

Изобретение относится к средствам автоматизации машинного оборудования. Техническим результатом является обеспечение сокращения числа ошибок системы автоматизации за счет адаптации операционной программы. Система управления и коммуникации, включающая блок автоматизации, адаптированный для исполнения операционной программы, блок технической поддержки, адаптированный для изменения операционной программы, блок технической поддержки включает конфигуратор кода, блок автоматизации включает структуру интерпретатора, адаптированную для включения каталога необходимых функций автоматизации операционной программы и пустой структуры данных, структура интерпретатора адаптирована для интерпретации измененной конфигурируемой структуры данных и обеспечения измененной операционной программы на основе функций автоматизации упомянутого каталога и измененной конфигурируемой структуры данных. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система (10) управления и коммуникации, включающая в себя, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации, адаптированный для управления операционной программой, и блок (12) технической поддержки, адаптированный для изменения операционной программы,
причем блок (12) технической поддержки включает в себя конфигуратор кода, который адаптирован для проектирования функций автоматизации операционной программы в форме, по меньшей мере, одной конфигурируемой структуры данных и изменения конфигурируемой структуры данных,
по меньшей мере, один блок (14) автоматизации включает в себя структуру (52) интерпретатора, которая адаптирована для включения каталога необходимых функций автоматизации операционной программы и пустой структуры данных,
при этом структура (52) интерпретатора дополнительно адаптирована для интерпретации измененной конфигурируемой структуры данных и предоставления измененной операционной программы на основе функций автоматизации упомянутого каталога и измененной конфигурируемой структуры данных.

2. Система управления и коммуникации по п.1, в которой блок (12) технической поддержки адаптирован для посылки, по меньшей мере, одной измененной конфигурируемой структуры данных в, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации посредством соответствующей структуры (52) интерпретатора.

3. Система управления и коммуникации по п.1 или 2, в которой блок (12) технической поддержки адаптирован для включения структурного изображения операционной системы, по меньшей мере, одного блока (14) автоматизации.

4. Система управления и коммуникации по п.1 или 2, в которой, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации адаптирован для переключения на измененную операционную программу, сохраняя предыдущую исполняемую операционную программу в соответствующем буфере.

5. Система управления и коммуникации по п.3, в которой, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации адаптирован для переключения на измененную операционную программу, сохраняя предыдущую исполняемую операционную программу в соответствующем буфере.

6. Система управления и коммуникации по п.1 или 2, в которой, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации включает в себя исполняемую операционную программу и адаптирован для переключения на измененную операционную программу во время исполнения упомянутой операционной системы.

7. Система управления и коммуникации по п.3, в которой, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации включает в себя исполняемую операционную программу и адаптирован для переключения на измененную операционную программу во время исполнения упомянутой операционной системы.

8. Система управления и коммуникации по п.4, в которой, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации включает в себя исполняемую операционную программу и адаптирован для переключения на измененную операционную программу во время исполнения упомянутой операционной системы.

9. Система управления и коммуникации по п.5, в которой, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации включает в себя исполняемую операционную программу и адаптирован для переключения на измененную операционную программу во время исполнения упомянутой операционной системы.

10. Способ изменения операционной программы блока (14) автоматизации системы (10) управления и коммуникации, причем система (10) управления и коммуникации включает в себя блок (12) технической поддержки, адаптированный для изменения операционной программы,
при этом способ содержит этапы
проектирования функций автоматизации операционной программы в форме, по меньшей мере, одной конфигурируемой структуры данных и изменения конфигурируемой структуры данных в блоке (12) технической поддержки,
предоставления каталога предопределенных, необходимых функций автоматизации операционной программы и пустой структуры данных в, по меньшей мере, одном блоке (14) автоматизации,
посылки измененной конфигурируемой структуры данных в, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации,
интерпретации измененной конфигурируемой структуры данных и
предоставления измененной операционной программы на основе функций автоматизации упомянутого каталога и измененной конфигурируемой структуры данных.

11. Способ по п.10, включающий в себя этап посылки измененной конфигурируемой структуры данных в, по меньшей мере, один блок (14) автоматизации посредством функций автоматизации, предоставленных в соответствующем блоке (14) автоматизации.

12. Способ по п.10 или 11, включающий в себя этап включения структурного изображения операционной системы, по меньшей мере, одного блока автоматизации в блоке (12) технической поддержки.

13. Способ по п.10 или 11, включающий в себя этап переключения на измененную операционную программу в, по меньшей мере, одном блоке (14) автоматизации, сохраняя предыдущую исполняемую операционную программу в соответствующем буфере.

14. Способ по п.12, включающий в себя этап переключения на измененную операционную программу в, по меньшей мере, одном блоке (14) автоматизации, сохраняя предыдущую исполняемую операционную программу в соответствующем буфере.

15. Способ по п.10 или 11, включающий в себя этап исполнения операционной программы в, по меньшей мере, одном блоке (14) автоматизации и переключения на измененную операционную программу при исполнении операционной системы.

16. Способ по п.12, включающий в себя этап исполнения операционной программы в, по меньшей мере, одном блоке (14) автоматизации и переключения на измененную операционную программу при исполнении операционной системы.

17. Способ по п.13, включающий в себя этап исполнения операционной программы в, по меньшей мере, одном блоке (14) автоматизации и переключения на измененную операционную программу при исполнении операционной системы.

18. Способ по п.14, включающий в себя этап исполнения операционной программы в, по меньшей мере, одном блоке (14) автоматизации и переключения на измененную операционную программу при исполнении операционной системы.