СПОСОБ ЗАМЕНЫ СТРУКТУРНЫХ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
REPLACEMENT METHOD OF STRUCTURAL COMPONENTS OF AUTOMATION SYSTEM

Изобретение относится к способу замены структурных компонентов системы автоматизации.
Для автоматизации производственных установок, например установок для электростанций, требуются гибкие и универсально применимые системы управления и автоматизации для выполнения все более усложняющихся задач управления и регулирования.
Модификация или адаптация к существующим условиям для техники управления осуществляется с помощью проектирования. При этом в настоящее время используют преимущественно графические инструменты проектирования. Выполняемые в среде проектирования в системах управления изменения реализуются в программной среде иерархически подчиненной системы автоматизации, состоящей из множества управляющих устройств с программируемой памятью.
Европейский стандарт EN 61131-3, также известный как IEC 61131-3 или IEC 1131-3, определяет пять языков программирования, с помощью которых можно программировать управляющие устройства с программируемой памятью. Примером полнографических инструментов проектирования является графический язык программирования Continuous Function Chart (CFC), в частности, применяемый в технике автоматизации для управляющих устройств с программируемой памятью. Кроме того, составной частью вышеназванного стандарта является язык функциональных компонентов Function Block Diagram (FBS). В этом случае также речь идет о графически ориентированном языке программирования. В программе FBS функции описываются с помощью функциональных элементов, имеющих входы и выходы, и связей между ними. Кроме того, имеются переменные и константы. Такая FBS-программа часто называется функциональным планом.
Внутри такого функционального плана существуют различные типы функциональных элементов. В дальнейшем в особенности рассматриваются так называемые структурные элементы, отличающиеся тем, что их можно свободно конфигурировать и применять в соответствии с конкретным приложением. В соответствии с этим структурным компонентом тип модуля обозначается в терминах EN 61131-3, который пользователь может свободно конфигурировать с помощью параметризации и подключения базовых типов (т.е. типовых модулей). Таким образом, вариант структурного компонента можно неоднократно проектировать как типовой модуль.
Изменение такого структурного компонента до сих пор было связано с большими затратами на проектирование. Подобно другим программным модулям структурные компоненты необходимо было постоянно изменять вручную на всех позициях внутри функционального плана. В частности, не существовало гибких возможностей изменений и актуализации уже спроектированных и активированных в системе автоматизации структурных компонентов в процессе непрерывной работы. Любые изменения в проектировании всегда были связаны со значительным ограничением непрерывности процесса. Выполняющийся процесс, как правило, необходимо было прерывать.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы представить способ замены структурных компонентов в системе автоматизации, при котором при внесении проектных измерений не нарушалась бы непрерывная работа системы автоматизации.
Эта задача решается с помощью признаков независимого п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения соответственно приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с изобретением во время текущей работы системы автоматизации независимо от выполнения функции структурного компонента сначала изменяют тип структурного компонента в среде проектирования с помощью инструментов проектирования, причем обозначение типа всегда сохраняется. После этого заменяют инстанцию структурного компонента в функциональном плане на изменившийся структурный компонент, а структурные изменения соответствующим образом фиксируются. На следующем шаге параллельно и без обратного влияния на текущую работу системы автоматизации замененный структурный компонент переносят в систему автоматизации. Затем в системе автоматизации без прерывания работы производят переключение на конфигурацию, которая учитывает замененные структурные компоненты так, что измененные и замененные структурные компоненты активируются.
В изобретении предлагается предпочтительно гибкое и многократно применимое техническое решение плавного изменения функций автоматизации в технике управления или системе автоматизации.
Можно создавать и по выбору заменять при непрерывной работе специализированные и свободно конфигурируемые структурные компоненты. Актуализацию существующих уже спроектированных и активированных в системе автоматизации компонентов теперь можно выполнять без прерывания или влияния на процесс. Кроме того, пользователь имеет возможность ограничить актуализацию типа структурного компонента определенными инстанциями. Внутренняя проверка непротиворечивости обеспечивает внесение изменений без реактивного воздействия.
Другим преимуществом изобретения является отсутствие дополнительных требования к базовой системе автоматизации и таким образом возможность создания независимых от целевой системы структурных компонентов. Так, в технике управления один и тот же структурный компонент может выполняться как, например, в системе автоматизации SIMATIC S7 фирмы «Сименс», так и в контейнере автоматизации на основе языка Java.
Далее изобретение подробно раскрывается на основании примеров вариантов исполнения, представленных на чертежах. При этом на фигурах изображены:
на фиг.1 - электрическая схема первого структурного компонента SK1;
на фиг.2 - фрагмент функционального плана с инстанцией, определенного на фиг.1 типа структурного компонента;
на фиг.3 - электрическая схема измененного структурного компонента SK1;
на фиг.4 - фрагмент функционального плана с инстанцией, определенного на фиг.3 типа структурного компонента;
на фиг.5 - электрическая схема документированного функционального плана измененного структурного компонента SK1.
На фиг.1 изображена подробная электрическая схема структурного компонента SK1. Структурный компонент SK1 в данном варианте исполнения включает три типовых модуля T_ON, BSEL и AND, включенных между собой для получения определенной функции. Каждый модуль имеет, по меньшей мере, один вход и один выход. В данном примере исполнения входы IN и TIME модуля T_ON соединены с коннекторами IN и TIME. Соответственно вход IN2 модуля BSEL соединен с коннектором IN2. Расположенные на фигуре слева коннекторы обозначают входные интерфейсы структурного компонента SK1. С помощью интерфейсов осуществляется управление взаимодействием с другими программными модулями. Коннекторы выходных интерфейсов OUT и OUT1 расположены в правой части фигуры. Они связаны с соответствующими выходами модулей AND и BSEL. Структурный компонент SK1 описанной конфигурации определяется здесь как структурный компонент типа А. При создании типа структурного компонента SK1 внутри, т.е. относительно существующей системы, однозначно идентифицируют тип структурного компонента. Для этого может, например, выдаваться глобальный уникальный идентификатор GUID (Globally Unique Identifier). Создание такого структурного компонента осуществляется, как правило, вручную с помощью инструментов проектирования (например, редактора) в среде проектирования (например, системы управления). После создания типа структурного компонента SK1 его сохраняют, например, в программной библиотеке. Затем структурный компонент SK1 можно использовать как типовой модуль при проектировании.
На фиг.2 изображен фрагмент функционального плана с инстанцией ранее определенного типа структурного компонента SK1. Под инстанцией понимают конкретное применение структурного компонента в функциональном плане. Таким образом, инстанцирование структурного компонента означает внедрение структурного компонента в функциональный план и тем самым в систему в целом. Структурный компонент типа А в функциональном плане проектируют, параметризуют и включают с другими модулями. В данном варианте исполнения он расположен между логическими типовыми модулями AND и OR. Подключение к другим модулям может выполняться с помощью интерфейсов IN, TIME, IN2 и OUT и OUT1, причем в данном примере подключены только интерфейсы IN и OUT1.
Чтобы защитить заключенное в структурном компоненте ноу-хау, каждый структурный компонент может быть защищен паролем или специальной лицензией. Если структурный компонент не был защищен, пользователь может увидеть детали подключения, как например, изображено на фиг.1 для SK1. Без необходимой авторизации пользователь не может видеть лежащее в основе подключение или в зависимости от прав доступа может открывать, но не может изменять.
При текущей работе системы автоматизации функциональный план активируется со всеми своими модулями. Активация структурного компонента SK1 означает, что в системе автоматизации запускается функция структурного компонента. Внутри функционального плана активация структурного компонента может быть выделена с помощью цвета рамки модулей, которые активируются. В соответствующем документированном плане, как показано на фиг.1 для структурного компонента SK1, прохождение сигнала можно определить с помощью цветовой индикации отдельных модулей и коннекторов.
Далее описывается, как можно выполнить замену структурного компонента SK1 из фиг.1 при текущей работе системы автоматизации независимо от выполнения функции структурного компонента.
Замена структурных компонентов может быть выполнена только для структурных компонентов одного типа, т.е. только для одинаковых обозначений. Это означает, что при изменении типа структурного компонента обозначение структурного компонента, например, его GUID остается неизменным. Номера версии автоматически повышаются системой, если это уже не было сделано в явной форме пользователем.
Собственно изменение структурного компонента или точнее типа структурного компонента производят в автономном режиме в среде проектирования. В библиотеке, где сохранены все типы структурных компонентов, в данном варианте исполнения открывают структурный компонент SK1, вручную изменяют и сохраняют. Изменения типа структурного компонента могут производиться путем добавления или удаления существующих модулей, подключений, параметров или внешних интерфейсов.
Измененный тип структурного компонента типа А описываемого варианта исполнения представлен на электрической схеме на фиг.3. Модуль AND структурного компонента SK1 с принадлежащим ему выходным интерфейсом OUT удален и заменен модулем OR. Соответствующим образом модифицируют подключения внутри структурного компонента. То же самое имеет место для выходного интерфейса OUT, который был изменен на OUT_NEW.
На следующем шаге в среде проектирования запускают актуализацию уже помещенного в библиотеку измененного структурного компонента упомянутого типа, который идентифицируют на основании соответствующего обозначения. Для актуализации можно выбирать все инстанции или только подмножество. Это означает, что выполняется изменение структурного компонента SK1 во всех позициях функционального плана. При этом не нарушается выполнение функции первоначального структурного компонента в программной среде системы автоматизации, так как изменения производились только в среде проектирования.
Фрагмент функционального плана с измененным структурным компонентом изображен на фиг.4. В инстанции представлен новый выход OUT_NEW, первоначальный выход больше не существует, хотя первоначальный функциональный план в этот момент времени еще обрабатывается в программной среде.
В соответствующем документированном плане, как представлено на фиг.5, в подробностях отслеживаются выполненные изменения. Первоначальный модуль AND больше не существует, однако выделен цветом и графически обозначен. Это означает, что модуль системы автоматизации начинает исполняться и еще активирован. В данном варианте исполнения посредством графической маркировки этот модуль уже обозначен как удаленный, т.е. обозначено, что модуль в процессе следующей активации должен быть удален. Таким способом обозначается изменение структуры. Новый добавленный модуль OR обозначен таким образом, что видно, что он еще не был активирован. Например, можно обозначить рамку модуля OR другим цветом, чем рамки активированных модулей.
Посредством замены инстанции структурного компонента в функциональном плане в соответствии с этим могут быть воспроизведены ранее произведенные изменения типа структурного компонента во всех проектных инстанциях в среде проектирования так, как в случае, если пользователь практически одномоментно для всех затронутых инстанций вручную выполняет изменения.
На последнем этапе замененный структурный компонент должен быть активирован, чтобы произвести все изменения и тем самым актуализацию структурного компонента в системе автоматизации. Это выполняется без перерыва, т.е. без прерывания текущей работы. Для этого параллельно и без оказания воздействия на текущую работу системы автоматизации осуществленные изменения переносят в систему автоматизации. Для этого внутри системы автоматизации в выделенной, независимой от выполняемой в системе автоматизации программы конфигурационной области размещается измененная программа. Она содержит измененную за счет изменения структурного компонента модульную структуру, а также измененные параметры или подключения. После того как такая параллельная конфигурация полностью выполнена, без перерыва и полностью прозрачно для системы автоматизации переключаются на измененную посредством этой конфигурации программу во время запуска следующего цикла. Так как после переключения предшествующая программная конфигурация еще находится в устройстве автоматизации, существует возможность переключиться на предыдущую конфигурацию вручную или посредством внутреннего управления (например, при программной перегрузке).
После активации появляется изображенный на фиг.3 и 4 функциональный план, причем активируется только модуль OR, что также обозначается графически.
Описанный способ может быть, например, реализован также на языке программирования Java. Речь идет о программном инструменте на прикладном уровне.