用于扩展自动化装置的方法以及自动化装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于扩展具有至少一个现场设备(9)的自动化装置(1)的方法。该方法提出措施，借助该措施简化了对具有另外的现场设备(9r)的自动化装置(1)的扩展，其中，在扩展期间不会干扰地影响过程控制。本发明还涉及一种用于执行该方法的自动化装置。
【专利说明】
用于扩展自动化装置的方法以及自动化装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于扩展具有现场设备的自动化装置的方法，其中，自动化装置 具有至少一个自动化设备和至少一个现场设备，该至少一个自动化设备和该至少一个现场 设备连接到通讯连接，并且其中，自动化装置还通过用于实现自动化任务的工程方法如下 地进行设计，即至少一个自动化设备在过程控制期间处理包括多个控制模块的设计的控制 程序。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的自动化装置。
【背景技术】
[0002] 由西门子目录"过程控制系统SH1ATIC PCS 7,2014/15版，第4章"公开了一种自动 化装置的工程系统，其设计用于，不仅对自动化装置的硬件自动化组件而且对软件自动化 组件进行设计，其中尤其在"自动化工程"的范畴中，使用者设置或者设计用于控制技术过 程或者待控制的设备的控制程序。
[0003] 这种类型的设备通常不是静态的生产设施，其被一次性地规划、配置和投入运行 并随后就不再改变。更确切地说，该设备经受持续的改变和匹配以便对生产进行优化和扩 展。为此通常需要的是，在自动化装置中也接入以另外的现场设备形式的新的接近过程的 自动化组件。这种接入如下地实现，即这些现场设备通过总线与自动化设备或者与自动化 设备的控制装置通讯地连接，并且为了驱控这些现场设备而相应地补充具有相应的控制模 块的控制程序或者自动化软件。在这种扩展的范畴中值得期望的是，生产-例如用于制造合 成树脂、颜料或者肥料的生产-不被干扰地影响。这意味着，自动化装置的已经存在的自动 化组件在运行期间或者在接入新的现场设备期间必须不受生产运行的基本限制地继续运 行，因为每种限制或者甚至生产停止(设备停机)通常导致经济上的损失。
[0004] 自动化设备或者通讯连接的存在的功率储备是否足够在其启动期间进行说明，以 便能够在没有这种限制的情况下将新的现场设备投入运行。不稀奇的是，这种启动导致设 备的停机并因此导致生产停止，因为为了在自动化设备的预设的处理周期或者在自动化装 置的通讯网络的预设的通讯周期的范畴中实现任务的功率储备不足。
[0005] 为了减小新的现场设备在启动期间的易受干扰性，能够在对自动化装置进行扩展 的计划的范畴中对控制装置和通讯网络的功率储备进行评估。在此，除了明确的事实、如自 动化组件的或总线参与者的最大数量和关于内存分配的控制软件的最大规模和处理运行 时间或者处理周期之外，设计者的长年的经验也尤其发挥重要的作用。由于这种评估或者 假设的原因，启动从未没有剩余风险地实现。这种剩余风险可以通过构建相应的"影子设备 或者自动化装置"来避免，以便预先测试功能性和启动。这意味着大量的物料和人力成本， 其中，用于对扩展进行提前准备的影子设备此外通常也仅仅代表设备的模拟并且不代表精 确的复制。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明的目的在于提出一种开头所述类型的方法，借助该方法简化了对自 动化装置的扩展。此外提出了适用于执行该方法的自动化装置。
[0007] 本发明提出一种用于扩展具有至少一个现场设备的自动化装置的方法，其中，自 动化装置具有至少一个自动化设备和至少一个现场设备，该至少一个自动化设备和该至少 一个现场设备连接到通讯连接，并且通过用于实现自动化任务的工程方法如下地进行设 计，即至少一个自动化设备在过程控制期间处理包括多个控制模块的设计的控制程序，其 中，设计至少一个代表真实现场设备的虚拟现场设备和用于驱控虚拟现场设备的控制模 块，测定当前的通讯负荷，该当前的通讯负荷包括通过过程控制的通讯和通过在虚拟现场 设备与至少一个自动化设备的设计的扩展模块之间的通讯而引起的负荷，检测至少一个自 动化设备的当前的控制负荷，该当前的控制负荷包括通过过程控制和通过对设计的控制模 块的处理而引起的负荷，和如果为了将真实现场设备连接到总线而通过使用者激活控制模 块，则根据当前的通讯负荷和当前的控制负荷将设计的控制模块接入到控制程序中。
[0008] 本发明还提出一种用于执行该方法的自动化装置，其具有至少一个自动化设备和 至少一个现场设备，该至少一个自动化设备和该至少一个现场设备连接到通讯连接，并且 通过用于实现自动化任务的工程方法如下地进行设计，即至少一个自动化设备在过程控制 期间处理包括多个控制模块的设计的控制程序，其中，在连接到通讯连接的设计的通讯参 与者中存储至少一个代表真实现场设备的设计的虚拟现场设备，通讯参与者测定当前的通 讯负荷，该当前的通讯负荷包括通过过程控制的通讯和通过在虚拟现场设备与至少一个自 动化设备的设计的扩展模块之间的通讯而引起的负荷，在扩展模块中存储用于驱控虚拟现 场设备的设计的控制模块，扩展模块检测至少一个自动化设备的当前的控制负荷，该当前 的控制负荷包括通过过程控制和通过对控制模块的处理而引起的负荷，和扩展模块构造用 于，如果使用者为了将真实现场设备连接到总线而激活控制模块，则根据当前的通讯负荷 和当前的控制负荷将设计的控制模块接入到控制程序中。
[0009] 有利的是，实现了用于自动化装置的扩展的安全的和以分级的方式提升能力的 "压力测试"，其中可以放弃"影子自动化装置"，并且确保避免自动化装置的停机和因此的 生产停止。使用者可以设计多个虚拟的现场设备，其分别代表真实的现场设备以及模拟真 实的现场设备。这些虚拟的现场设备顺序地连接到自动化装置或者激活，其中在接通虚拟 的现场设备之后首先检测自动化装置的当前的通讯负荷和当前的控制负荷。对于当前的通 讯负荷没有超过通讯负荷极限并且当前的控制负荷没有超过控制负荷极限的情况，使用者 最终可以为自动化装置扩展真实的现场设备，真实现场设备通过接通的虚拟现场设备进行 模拟。接下来能够接通另外的虚拟现场设备以便再次检验，自动化装置是否能够扩展与虚 拟现场设备相应的真实现场设备。始终为使用者显示出当前的通讯负荷和控制负荷有多 高，从而使得自动化装置能类似于"顺势疗法的盒子(hcmidopathischenDosen)"地(通过 相应地添加一个另外的虚拟现场设备）引导至通讯和控制负荷极限处。
[0010] 然而，如果当前的通讯负荷或当前的控制负荷超过了相应的负荷极限，那么在接 通虚拟现场设备之后，就不能扩展存在的具有真实现场设备的自动化装置，真实现场设备 通过接通的虚拟现场设备进行模拟。在该种情况中，必须首先扩展存在的具有一个或者多 个自动化设备和/或通讯部件的自动化装置。
[0011]在本发明的设计方案中，实现了远程处理。在操纵和观察设备上为使用者显示当 前的通讯负荷和当前的控制负荷，其中，如果当前的通讯负荷和当前的控制负荷没有超过 相应的负荷极限，那么使用者能够经由操纵和观察设备激活控制模块。
【附图说明】
[0012]根据示出本发明的实施例的附图，接下来对本发明、其设计方案以及优点进行进 一步阐释。
[0013] 在简化图中示出
[0014]图1示出自动化装置的组成部分，以及
[0015]图2示出通讯负荷和控制负荷在操纵和观察设备上的显示。
【具体实施方式】
[0016]在图1中，利用1表示借助在此没有示出的工程系统进行设计的自动化装置1。其在 本实施例中包括自动化设备2、0S客户端或者0S操作者系统的操纵和观察设备3,其此外具 有在此没有示出的0S服务器、分散的周边设备4以及通讯参与者5。自动化设备2通过通讯连 接6与0S客户端3通讯，并且通过另外的通讯连接7与分散的周边设备4和通讯参与者5通讯， 其中通讯连接6,7设计为总线连接。多个现场设备9(执行器，传感器)连接到总线7和/或连 接到与分散的周边设备4连接的另外的总线8上，其中在过程控制期间，也就是在自动化设 备2的运行期间，现场设备9借助控制模块进行驱控。控制模块是控制程序的组成部分，控制 程序根据待解决的自动化任务在工程期间通过工程方法来设计和设置。
[0017]用于设置控制程序的已知的工程或者工程方法以在工程系统上运行的连续功能 图（CFC)编辑器和顺序功能图（SFC)编辑器为基础。
[0018] 使用者借助CFC编辑器从预先制造的模块中根据待解决的自动化任务来图形化地 设置用于自动化设备2的控制程序，并且为此从可用的模块储备中选择模块，例如调节器模 块或者计时器模块，例如通过Drag&Drop将模块布置在功能规划（例如CFC规划）中，并且通 过鼠标点击来彼此连接。在使用者在功能规划中设置了所用的功能之后，工程系统通过自 动化设备2产生可读的CFC功能，其加载到自动化设备2中并且在该处在过程控制的范畴中 为了解决自动化任务而进行处理。
[0019] 此外，使用者借助SFC编辑器以通常的方式和方法图形化地设置流程控制（SCF)， 其通常包括多个步进链，其又具有多个配方元素以及转换，例如以配方操作或者配方功能 的形式的配方元素，例如给料、加热或者搅拌。工程系统从流程控制中通过自动化设备2产 生能够处理的(SFC)目标，其对工程系统进行编译并且加载到自动化设备2中。
[0020] 在过程控制期间，也就是在自动化设备2的运行中，在(SFC)目标和CFC功能之间的 相互作用和关联通过过程值和控制信号(SFC数据)实现，其中还为操作者在0S客户端3上示 出步进链。操作者由此可以观察，步进链的哪个配方元素刚好被处理。步进链的每个步骤都 对应确定的动作，其对CFC功能进行参数化并激活，其中对此设置对应的控制信号。过程值 包括过程输入值(实际值），其由传感器输送给自动化设备2并且自动化设备2将其传输给0S 服务器以存储在过程映像中，以及包括过程输出值(额定值），其由0S服务器输送给自动化 设备2以驱控执行器。
[0021] 在本实施例中假设的是，在自动化设备2中存储有设计的控制程序10 ( S F C s， CFCs)，并且自动化设备2为了过程控制刚好对控制程序10进行处理。为了在过程控制期间 能为自动化装置1在对过程控制没有干扰的影响的情况下扩展一个或者多个真实的现场设 备9r，在通讯参与者5中为这些现场设备9r中的每一个存储一个通过工程系统设计的虚拟 的现场设备5v，并且此外在自动化设备2中存储扩展模块11，其为了每个虚拟的现场设备5v 具有用于驱控虚拟的现场设备5v的设计的控制模块10s。虚拟的现场设备5v代表真实的现 场设备，并且设计用于模拟真实的现场设备。扩展模块11还配备有OS接口 12,以便在扩展模 块11和OS客户端3之间交换信息，其中，使用者一方面能够通过在OS客户端3处的相应的输 入来引入对自动化装置1的扩展，并且另一方面OS客户端3为使用者显示当前的通讯负荷和 控制负荷。此外，使用者能够通过在OS客户端3处的另外的输入来激活相应的控制模块10s， 以便使扩展模块11根据当前的通讯负荷和控制负荷将相应的控制模块l〇s接入到控制程序 10中。
[0022] 自动化装置1的扩展以如下的方式和方法实现，即使用者首先通过如下方式选择 设计的虚拟现场设备5v中的一个，即使用者例如选择或者标记出与现场设备5v对应的并且 在0S客户端3上显示的图标。基于该选择，扩展模块11的实施部件13与该虚拟的、在通讯参 与者5中存储的现场设备5v进行通讯，其中，通讯参与者5对当前的通讯负荷进行确定和存 储。通讯负荷包括通过在虚拟现场设备5v与实施部件13之间的通讯和通过过程控制的通讯 引起的负荷。表达"通过过程控制的通讯引起的负荷"理解为在处理控制程序10期间的通讯 连接7的负荷，在该期间自动化设备2与真实的现场设备9通讯。通过通讯参与者5检测通讯 负荷的方式，不会附加地给自动化设备2加负荷。扩展模块11读出在通讯参与者5中存储的 当前的通讯负荷，并将其通过0S接口 12传输给0S客户端3,其为使用者显示当前的通讯负 荷。对于当前的通讯负荷达到或者超过了预设的通讯负荷极限的情况，借助显示或者在0S 客户端上的报告告知使用者，当前的具有对应于虚拟现场设备5v的真实现场设备9r的自动 化装置1不能进行扩展，除非为自动化装置1扩展另外的通讯部件(总线连接，开关，…）。
[0023] 相反，对于当前的通讯负荷没有超过预设的通讯负荷极限的情况，实施部件13自 动地激活控制模块l〇s，以便驱控选出的虚拟现场设备5v。在该驱控期间，扩展模块11检测 自动化设备2的控制负荷，控制负荷包括通过过程控制和通过对用于驱控选出的虚拟现场 设备5v的控制模块10s的处理引起的负荷，其中这两种负荷对自动化设备2的处理周期产生 影响。在此，表达"通过过程控制引起的负荷"理解为在处理控制程序10期间自动化设备2的 负荷。为了显示当前的控制负荷，扩展模块11将当前的控制负荷同样通过0S接口与12传输 给0S客户端3,由此为使用者除了显示当前的通讯负荷外还显示自动化装置1的当前的控制 负荷。对于当前的控制负荷没有达到或者超过预设的控制负荷极限的情况，扩展模块11将 控制模块l〇s接入到控制程序10中，如果使用者为了将真实的现场设备9r连接到总线上而 激活控制模块l〇s的话。通过使用者的激活借助在0S客户端3处的合适的输入实现，在客户 端上为使用者除了显示当前控制负荷之外还显示控制负荷极限。在使用者激活了控制模块 l〇s之后，对应于虚拟现场设备5v的真实现场设备9r能够连接到总线8。然而对于当前的控 制负荷到达或者超过预设的控制负荷极限的情况，扩展模块11闭锁控制模块l〇s，这意味着 其并不接入到控制程序10中。在该种情况中也为使用者显示出，不能为现有的自动化装置1 扩展现场设备。自动化装置的扩展只有当其扩展了另外的自动化设备时才是可行的，由此 控制负荷可以分配到多个自动化设备上。
[0024]自动化装置1能够以所描述的方式和方法扩展另外的现场设备。为此，首先接通虚 拟的现场设备中的另外一个并再次检验，自动化装置1是否能够扩展相应于虚拟现场设备 中的另外一个的真实现场设备。为此一直为使用者显示当前的通讯负荷和控制负荷的情 况，从而使自动化装置1能够类似于"顺势疗法的盒子"地引导至通讯和控制负荷极限处。
[0025]接下来参考图2,在该图中在0S客户端上示出了自动化装置的当前的控制负荷14 以及当前的通讯负荷15。借助于(SFC)步进链16的能够通过使用者激活的相应的步骤，使用 者以分级的方式提高了自动化装置的自动化设备的控制负荷以及自动化装置的通讯负荷， 其中使用者获知的是，在负载的"以分级的方式"提高或者在过程控制或处理控制程序期间 接通四个虚拟现场设备17，18,19,20的范畴中，控制负荷14还总是处于控制负荷极限21之 下，并且通讯负荷15还总是处于通讯负荷极限22之下。这意味着，通过四个虚拟现场设备模 拟的四个真实现场设备能够连接到自动化装置，而自动化装置不必扩展另外的自动化设备 和另外的通讯部件。
【主权项】
1. 一种用于扩展具有至少一个现场设备(9)的自动化装置（1)的方法，其中，所述自动 化装置(1) 具有至少一个自动化设备(2)和所述至少一个现场设备(9)，所述至少一个自动化设备 和所述至少一个现场设备连接到通讯连接(7，8 )，并且 通过用于实现自动化任务的工程方法如下地进行设计，即所述至少一个自动化设备 (2)在过程控制期间处理包括多个控制模块的设计的控制程序(10)， 其特征在于， 设计至少一个代表真实现场设备(9r)的虚拟现场设备(5v)和用于驱控所述虚拟现场 设备(5v)的控制模块(10s)， 测定当前的通讯负荷，所述当前的通讯负荷包括通过所述过程控制的通讯和通过在所 述虚拟现场设备(5v)与所述至少一个自动化设备(2)的设计的扩展模块(11)之间的通讯而 引起的负荷， 检测所述至少一个自动化设备（2)的当前的控制负荷，所述当前的控制负荷包括通过 所述过程控制和通过对设计的所述控制模块(l〇s)的处理而引起的负荷，和 如果为了将所述真实现场设备（9r)连接到总线而通过使用者激活所述控制模块 (l〇s)，则根据所述当前的通讯负荷和所述当前的控制负荷将设计的所述控制模块（10s)接 入到所述控制程序(10)中。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在操纵和观察设备（3)上为使用者显示所 述当前的通讯负荷和所述当前的控制负荷，并且经由所述操纵和观察设备(3)激活所述控 制模块。3. -种自动化装置，所述自动装置 具有至少一个自动化设备(2)和至少一个现场设备(9)，所述至少一个自动化设备和至 少一个现场设备连接到通讯连接(7,8)，并且 通过用于实现自动化任务的工程方法如下地进行设计，即所述至少一个自动化设备 (2)在过程控制期间处理包括多个控制模块的设计的控制程序(10)， 其特征在于， 在连接到所述通讯连接(7,8)的设计的通讯参与者（5)中存储至少一个代表真实现场 设备(9r)的设计的虚拟现场设备(5v)， 所述通讯参与者（5)测定当前的通讯负荷，所述当前的通讯负荷包括通过所述过程控 制的通讯和通过在所述虚拟现场设备(5v)与所述至少一个自动化设备(2)的设计的扩展模 块(11)之间的通讯而引起的负荷， 在所述扩展模块（11)中存储用于驱控所述虚拟现场设备（5v)的设计的控制模块 (l〇s)， 所述扩展模块（11)检测所述至少一个自动化设备（2)的当前的控制负荷，所述当前的 控制负荷包括通过所述过程控制和通过对所述控制模块(l〇s)的处理而引起的负荷，并且 所述扩展模块（11)构造用于，如果使用者为了将所述真实现场设备(9r)连接到总线而 激活所述控制模块（l〇s)，则根据所述当前的通讯负荷和所述当前的控制负荷将设计的所 述控制模块(l〇s)接入到所述控制程序(10)中。4. 根据权利要求3所述的自动化装置，其特征在于，所述自动化装置（1)配备有操纵和 观察设备(3)，以用于显示所述当前的通讯负荷和所述当前的控制负荷，并且用于激活所述 控制模块(l〇s)。
【文档编号】G05B19/418GK106054762SQ201610224048
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年4月12日 公开号201610224048.X, CN 106054762 A, CN 106054762A, CN 201610224048, CN-A-106054762, CN106054762 A, CN106054762A, CN201610224048, CN201610224048.X
【发明人】奥利弗·德鲁默, 克里斯蒂安·黑克, 罗尔夫·克劳斯, 本杰明·卢茨, 赫里特·沃尔夫
【申请人】西门子公司