专利名称：包括至少一个自动化单元的控制和通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制和通信系统，包括至少 一个被适配用于运行操作 程序的自动化单元、以及被适配用于修改操作程序的工程单元。此外，本 发明涉及一种修改控制和通信系统的至少一个自动化单元的操作程序的方 法，控制和通信系统还包括被适配用于修改对应自动化单元的操作程序的 工程单元。
背景技术：
机械设备或工厂(例如发电厂)的自动化，需要灵活和多用途的控制和通信系统，以便规划(project)日益增长的复杂调整以及控制对象，来将 它们投入运行，并使其适应变化的项目和条件。尽管为了获得这种控制和通信系统已经做出了许多努力，但是已知的 系统仍然被认为包括太多的硬性规定，而且在对应操作程序的编程和修改 方面过于复杂。发明内容据此，本发明的目的是，提供一种控制和通信系统、以及一种用于修 改这种系统的操作程序的方法，该系统和方法更容易进行修正。同时，该 系统和方法必须保持目前已知的低标准误差概率，而且，应当能够提供基 于目前已知自动化单元(诸如众所周知的SIMATIC系列)的系统和方法。本发明的目的由一种控制和通信系统加以解决，该控制和通信系统包 括至少一个被适配用于运行操作程序的自动化单元、以及被适配用于修改 操作程序的工程单元，该工程单元包括代码配置器，代码配置器被适配用 于"t要照至少一个所配置的lt据结构(configured data structure)的形式^见划 搡作程序的自动化功能、以及修改所配置的数据结构，该至少一个自动化 单元包括解释器框架(interpreter framework),该解释器框架被适配用于包 括操作程序预定义的必要自动化功能的目录和空数据结构，该解释器框架还被适配用于解释修改过的所配置的数据结构，并且以目录的至少一个自 动化功能和修改过的所配置的数据结构为基础提供修改过的操作程序。所 配置的数据结构特别包含指针和值，并在解释器框架中被使用，以便指向 有关自动化功能(已经设置在解释器框架的上述目录中)，并且以适当值对 其进行填充。换言之，本发明按照至少一个所配置的数据结构的形式提供自动化单 元的自动化功能规划。该数据结构仅仅包含数据而没有通常形式的功能。 通过根据自动化功能的目录分配对应的自动化功能，在自动化单元处对所 配置的数据结构进行解释，自动化功能则预先包含在自动化单元中。通过 这样做，本发明使得能够在自动化单元处修改所规划的自动化功能，这样 修改的生成和下载所需的时间可以做到非常短。根据本发明的解决方案特别适合于工厂(诸如发电厂)的控制和通信系统，在这种控制和通信系统中，将至少一个自动化单元和工程单元各自 连接至点对点通信网络的公共通信总线。在本发明的一种优选实施方式中，工程单元^C适配用于借助于对应解 释器框架将至少一个修改过的所配置的数据结构发送至该至少一个自动化功能。进一步优选的是，工程单元被适配用于包括至少一个自动化单元的操 作系统的结构映像。结构映像可以作为基础，用于按照上述至少一个所配 置的数据结构的形式规划对应自动化单元的操作程序的自动化功能。有利的是，该至少一个自动化单元被适配用于切换至修改过的操作程 序，同时在对应緩沖器中保留先前运行的操作程序。作为选择或者另外地， 将修改过的所配置的数据结构保留在工程单元或对应自动化单元的对应緩 冲器中。有利的是，该至少一个自动化单元还包括正在运行的操作程序，并且 被适配用于切换至修改过的操作程序，同时运行所述操作系统。本发明的目的还由一种修改控制和通信系统的自动化单元操作程序的 方法加以解决，该控制和通信系统还包括被适配用于修改操作程序的工程单元，该方法包括以下步骤按照至少一个所配置的数据结构的形式规划 操作程序的自动化功能，以及修改在该工程单元中的所配置的数据结构；在该至少一个自动化单元中，提供操作程序预定义的必要自动化功能目录
和空数据结构；将修改过的所配置的数据结构发送至该至少一个自动化单 元；在该至少一个自动化单元处，解释修改过的所配置的数据结构，并以 所述目录的至少一个自动化功能和修改过的所配置的数据结构为基础，提 供至少一个自动化单元处的修改过的操作程序。
在第一优选实施方式中，所述方法包括以下步骤借助于设置在对应 自动化单元中的自动化功能，将修改过的所配置的数据结构发送至该至少 一个自动化单元。
在第二优选实施方式中，所述方法包括以下步骤在工程单元中，包 括至少一个自动化单元的操作系统结构映像。
进一步优选的是，根据本发明的方法包括以下步骤在至少一个自动 化单元中切换至修改过的操作程序，同时在对应緩沖器中保留先前运行的 操作程序。
还优选的是，所述方法包括以下步骤在至少一个自动化单元中运行 操作程序，以及，切换至修改过的操作程序，同时运行所述操作系统。
借助于根据本发明的解决方案，可以提供对正在运行的自动化单元中 的操作程序的无冲突修改，也就是说，可以完成修改而不中断或冲击运行 中的处理。可以向过程添加新功能，可以修正内部切换和参数，并且可以 将功能移到其他程序周期(program cycle )。
以实现短"转换，，或切换时间(根据本发明通常只有数秒)。
在自动化单元处，在修改过的所配置的数据结构的基础上完成修改之 后，甚至先前的操作程序也能以无沖突方式重建或恢复。只需切换至旧数 据结构，旧数据结构指向先前的自动化功能，并包括用于先前操作程序的 值。
本发明的解决方案还使得能够在处理电路系统中模拟任何用户定义的 输入和/或输出值，而不会放任显示设备的实际处理值的可能性。取代实际 处理值，可以将用户定义值插入到所配置的数据结构中，并可以因此形成 用于在随后自动化功能中模拟这种值的基础。
在根据本发明的解决方案的基础上，可以提供一致性检查，这使得能 够在将所规划的修改置于对应的自动化单元之前发现不一致性，例如，因为通信故障或手动变更所致的不一致性。
另外，本发明提供了 一种用于在对应时间框架中的自动化功能的自动
调度(dispatching)的基础，以便对于不同的和各种各样的操作周期获得自 动化单元的平衡过的处理器负荷。
根据本发明，至少一个自动化单元的解释器框架与工程单元之间的通 信，可以进一步被用于一种集成通信机制，该机制允许甚至跨越数个自动 化单元交换处理信号(特别是用于自动化单元的操作和/或用于人机接口 (hmi))，而不需另外规划这种信号传输。
此外，所述通信可以使用二进制输出信号的集成警报处理，而不用任 何附加电路。二进制输出信号可以由适当的自动化功能简单寻址，该自动 化功能包括在解释器框架中，并且之后在工程单元的所配置的数据结构中 可以由对应指针标注页数(page)。
最后，根据本发明的解决方案可以提供用于各信号的集成质量代码， 其中所配置的数据结构不仅寻址特殊的自动化功能，而且还提供用于在质 量检查的自动化功能中使用的对应信号的质量数据。
因此，根据本发明，在自动化单元中配置了全新的操作系统，并在工 程单元中开发了对应的代码生成器。所规划的自动化功能完全按照数据的 形式描述，不再需要费时的生成功能。自动化单元对所配置的数据结构进 行解释。操作结构的解释形成了实现操作程序的功能的核心或基础。
工程系统还接收存放在自动化单元中的操作结构的完全映像，并且在 激活的规划修改(activated projecting modification)的情况下配置必要的数 据结构。从而，将所有必要的修正并行传输给自动化单元和运行中的操作 程序。 一旦相符(consistent)并且所有数据完全传输，工程单元就将自动 化单元切换至修改过的操作结构。按照这种方式，可以排除对运行中的操 作程序的负面影响。
解释器框架在自动化单元的初始化时被一次性加载，并且之后提供其 服务。工程单元使用用于所配置的规划数据的传输的解释器框架的服务， 从而定义解释器框架的功能。作为解释器框架，包括所有必要的功能以及 空数据结构，在规划的(projecting)结构激活期间，不需要大量加载另外 的数据成分。
下面，参照
根据本发明的控制和通信系统的优选实施方式、
以及修改控制和通信系统的自动化单元的操作程序的方法，其中 图1示出根据本发明的控制和通信系统的实施方式的图示； 图2a和图2b示出在根据图1的控制和通信系统的伙伴(partners)之
间可交换的电报或作业(job)的第一清单；
图3a和图3b示出在根据图1的控制和通信系统的伙伴之间可交换的
电报或作业的第二清单；
图4示出在根据图1的控制和通信系统的伙伴之间可交换的电报或作
业的第三清单；
图5示出在根据图1的控制和通信系统的伙伴之间可交换的电报或作 业的第四清单；
图6示出修改根据图1的控制和通信系统的自动化单元的操作程序的 方法的实施方式的图示；
图7示出在根据图6的方法期间对应自动化单元中活动(proceeding) 的图示；
图8示出在根据图7的活动期间数据成分内容的第一图示；
图9示出在根据图7的活动期间数据成分内容的第二图示；
图IO示出在根据图7的活动期间数据成分内容的第三图示；以及
图11示出在根据图1的控制和通信系统的伙伴之间通信的图示。
具体实施例方式
图1中示出控制和通信系统IO，包括工程单元12或者服务器(Ft-server， Ft服务器)、以及多个按照SIMATIC S7控制单元形式的自动化单元14 (图 1中仅示出一个)。工程单元12经由点对点网络16与自动化单元14操作地 相连，在点对点网络16中通信包括四条冗余信道18、 20、 22和24 (信道 编号0、 1、 2、 3;冗余编号0、 1)。从而，通过IP地址(IP-adr.)对单元 12和单元14各自进行寻址，以及，通过单元12和单元14的适当端口 (Port-no.，端口编号)，可对信道18至24进行访问。
经由第一信道18 (即所谓的工程信道)传输用于自动化单元14的操作 程序的安装及修改的信号、电报和/或作业。第二信道20 (即所谓的操作信道)用来传输用于自动化单元14实际操作的信号、电报和/或作业。第三信 道22，即所谓的hmi-channel (人才几接口信道)纟皮用于工程单元12与对应 自动化单元14之间的人机接口 (hmi)。最后，第四信道24 (即所谓的警报 信道)提供自动化单元14与工程单元12之间的警报处理。
如下文进一步具体描述的那样，信道18至24在工程单元12与对应自 动化单元14之间提供一种集成通信，其允许交换处理信号(特别是用于修 改操作程序、用于自动化单元的操作、用于人机接口 ( hmi)和/或用于警报 信号)甚至跨越若干自动化单元，而不需要另外规划这种信号传输。
图2A和图2B中(按照电报或作业形式)示出这些信号26的清单， 在自动化单元14的纟乘作程序安装以及^^改期间，将这些信号26在工程单 元12 ( Ft-server)与对应自动化单元14 (可编程逻辑控制器，PLC )之间传 输。
例如，信号26包括自动化程序的新配置的启动或激活所用的信号>> EXECUTE>>。该信号由带有电报应答的自动化单元16经由信号 <<TEL—ACK 加以确认。电报应答起到用于提供通信的质量检查的集成质 量 石马(integrated quality code )的作用。
图3A和图3B示出如下信号26的清单在自动化单元14的实际操作 期间，将这些信号26在工程单元12与对应自动化单元14之间传输。图4 示出对应的人机接口信号传输，而图5示出操作期间在警报情况下的信号 传输。
图6中示出修改根据图1的控制和通信系统的自动化单元14的操作程 序的方法的局部图示。
本方法的重要方面在于，新的或改进的操作程序，不是在工程单元12 处完整开发并且之后再传输至自动化单元14，而是按照仅仅包括指针和值 的所配置的数据结构而非全部功能的形式开发。指针和值由解释器框架进 行解释，解释器框架构成自动化单元14的一部分，但在图6中没有具体图 示。图6仅仅原则上示出由工程单元12提供的所配置的数据结构的这种解 释的过程。
首先，工程单元12在自动化单元14的解释器框架处提供多个数据成 分(DB)，特别是全局DB28、周期DB30、多个序列DB32、以及模块DB 34。当在步骤36(例如，经由信号26<<￡乂￡071￡<<)开始新程序执行时，首先，在步骤38从全局DB28中读取实际周期DB编号。之后，在步骤40 从适当的周期DB30中读取实际序列DB编号。下一步骤42从适当的序列 DB 32中读取实际模块实例。
基于这些信息，之后在步骤44使用来自模块DB 34的数据执行实际模 块实例，并且提供输出进入输出DB 46 (和实例DB )。
接下来的步骤48a、 48b和50a、 50b，检查是否到达序列清单中的最后 模块和/或最后序列DB 32，并且据此重复适当的步骤38至44。
通过这样做，经由对工程单元12 (按照首次或修改方式)所提供数据 成分28、 30、 32和34的数据结构的解释，生成自动化单元14的操作程序 的实际自动化功能。
图7进一步具体示出上述解释器框架52。解释器框架52包括过程54 (RCvSnd)，用于接收并发送数据至电报缓沖器56 (Te旧uff)。电报緩冲器 56与用于处理工程服务的过程58 (ProcEs)通信。过程58处理诸如周期 DB30、多个序列DB32、以及多个模块DB 34的数据成分的实际读取和写 入。过程58进一步寻址多个索引DB和强制DB (Force-DB) 62,并且向 输出DB 46写入数据。对应的电报由解释器框架52在工程信道18上接收， 并且包含一个或多个作业。这些作业由解释器框架52进行处理。在无错误 的情况下，发回肯定的应答电净艮(acknowledgement telegram)。例如，用于 信号或电报DB一READ的答复是DB—CONTENT电报。
图8至图10被提供用来进一步说明在对应自动化单元14中的解释处 理。该处理基于配置数据成分64 (配置DB 1 )，其包括个性化RC编号和基 础周期(base cycle )。在考虑来自全局DB 28的数据和周期DB 30的编号的 条件下，对这些数据进行处理。所包括的数据特别是关于所要处理的周期 的信息以及周期内的序列。此夕卜，点对点网络中的通信联络经由点对点(PtP ) 数据成分进行寻址。序列经由指针(用箭头示出)查询其中存储实际实例 数据的模块DB34的模块。
如在图11中最后总结的那样，设置在解释器框架52中的预定义的必 要自动化功能目录，与由工程单元12提供的数据成分库相结合，经由序列 数据、周期数据和实例数据，由此翻译成存储在输出二进制DB66、输出模 拟量DB 68和实例DB 70中的运行操作程序。
权利要求
1.一种控制和通信系统(10)，包括至少一个被适配用于运行操作程序的自动化单元(14)，以及被适配用于修改所述操作程序的工程单元(12)，所述工程单元(12)包括代码配置器，该代码配置器被适配用于按照至少一个所配置的数据结构的形式规划所述操作程序的自动化功能、以及修改所配置的数据结构，所述至少一个自动化单元(14)包括解释器框架(52)，该解释器框架被适配用于包括所述操作程序必要的自动化功能的目录以及空数据结构，所述解释器框架(52)还被适配用于解释修改过的所配置的数据结构，并且在所述目录的自动化功能和所述修改过的配置数据结构的基础上提供修改过的操作程序。
2. 根据权利要求1所述的控制和通信系统，其中，所述工程单元(12) 被适配用于借助于对应的解释器框架(52)，将所述至少一个修改过的所配 置的数据结构发送至所述至少一个自动化单元(14 )。
3. 根据权利要求l或2所述的控制和通信系统，其中，所述工程单元 (12)被适配用于包括所述至少一个自动化单元(14)的操作系统的结构映像。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的控制和通信系统，其中，所述 至少一个自动化单元(14 )被适配用于切换至所述修改过的操作程序，同 时在对应緩沖器中保留先前运行的操作程序。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的控制和通信系统，其中，所述 至少一个自动化单元(14 )包括正在运行的操作程序，并且^皮适配用于切 换至所迷修改过的操作程序，同时运行所述操作系统。
6. —种修改控制和通信系统(10)的自动化单元(14)操作程序的方 法，其中，所述控制和通信系统(10)还包括被适配用于修改所述操作程 序的工程单元(12),所述方法包括以下步骤按照至少一个所配置的数据结构的形式规划所述操作程序的自动化功 能，以及修改在所述工程单元(12)中的所配置的数据结构，在所述至少一个自动化单元(14)中，提供所述操作程序的必要自动 化功能的目录以及空数据结构，将所述修改过的所配置的数据结构发送至所述至少一个自动化单元(14),解释所述修改过的所配置的数据结构，并且在所述目录的自动化功能 和所述修改过的所配置的数据结构的基础上提供修改过的操作程序。
7. 根据权利要求6所述的方法，包括以下步骤借助于设置在所述对 应自动化单元(14 )中的自动化功能，将所述修改过的所配置的数据结构 发送至所述至少一个自动化单元(14)。
8. 根据权利要求6或7所述的方法，包括以下步骤在所述工程单元 (12)中包括所述至少一个自动化单元的搡作系统的结构映像。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的方法，包括以下步骤在所述 至少一个自动化单元(14)中切换至所述修改过的操作程序，同时在对应 緩冲器中保留先前运行的操作程序。
10. 根据权利要求6至9中任一项所述的方法，包括以下步骤在所述 至少一个自动化单元(14)中运行操作程序，并且切换至所述修改过的操 作程序，同时运行所述操作系统。
全文摘要
本发明提出了一种控制和通信系统，包括被适配用于运行操作程序的至少一个自动化单元(14)、以及被适配用于修改该操作程序的工程单元(12)，该工程单元(12)包括代码配置器，该代码配置器被适配用于按照至少一个所配置的数据结构的形式规划操作程序的自动化功能、以及修改所配置数据结构，所述至少一个自动化单元(14)包括解释器框架(52)，该解释器框架被适配用于包括操作程序必要的自动化功能的目录以及空数据结构，该解释器框架(52)还被适配用于解释修改过的配置数据结构，并且在所述目录的自动化功能和修改过的所配置的数据结构基础上提供修改过的操作程序。
文档编号G05B19/05GK101410768SQ200780010609
公开日2009年4月15日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月30日
发明者安德烈亚斯·德雷宾格, 约切恩·津格拉夫 申请人:西门子公司