Verfahren zum Betreiben eines Automatisierungssystems, Computerprogramm sowie Computerprogrammprodukt

Automatisierungssysteme, etwa in Form von Prozessleitsystemen oder Fertigungsmanagementsystemen (Manufacturing Execution System, MES), müssen bei der Steuerung von Industrienanlagen gelegentlich unvorhergesehen eine extrem hohe Anzahl von MeI- düngen von Feldgeraten des Systems verarbeiten. Dies betrifft insbesondere den Fall von Unregelmäßigkeiten oder Störungen innerhalb des Automatisierungssystems, dass heißt der technischen Anlage, da hier zusätzlich zu den im bestimmungsgemaßen Betrieb erzeugten und übertragenen Meldungen gegebenenfalls eine Vielzahl von ursächlich mit dem betreffenden Störfall in Zusammenhang stehenden Meldungen bzw. Prozesssignalen seitens der Feldgeräte erzeugt und an einen oder mehrere Steuerungsrechner des Automatisierungssystems übertragen werden. Aufgrund der Komplexität heutiger Automatisierungssysteme können bei einer solchen Störung innerhalb eines sehr kurzen Zeitraumes von beispielsweise einigen Millisekunden bis zu mehrere tausend Meldungen von Feldgeraten des Automatisierungssystems an den jeweiligen Steuerungsrechner übertragen werden. Eine entsprechende Vielzahl von Meldungen wird im Folgenden als Meldeschwall bezeichnet, wobei die zuvor genannten Werte hinsichtlich der Kurze des Zeitraums und der Anzahl der in diesem Zeitraum von dem Steuerungsrechner empfangenen Meldungen jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen sind, da sie von der konkreten Ausbildung des jeweiligen Automatisierungs- Systems abhangen.

Seitens des Automatisierungssystems beziehungsweise seitens des den Meldeschwall empfangenen Steuerungsrechners ist sicherzustellen, dass keine der Meldungen des Meldeschwalls verloren geht. Em vollständiges Aufzeichnen der Meldungen des Meldeschwalls ist nämlich dafür erforderlich, um nachvollziehen zu können, was in der Anlage, dass heißt dem Automatisierungssystem, passiert ist. Ist eine entsprechende vollständige Aufzeichnung nicht gewährleistet, so können beispielsweise vermeidbare Produktionsausfalle die Folge sein, die zu hohen Kosten beziehungsweise Schaden fuhren können.

Um einen Meldeschwall im Falle seines Auftretens speichern beziehungsweise Zwischenspeichern zu können, besteht grundsatzlich seitens des Automatisierungssystems, dass heißt etwa des Prozessleitsystems, die Möglichkeit, einen bestimmten Speicherbereich des Arbeits- bzw. Hauptspeichers jedes der Steuerungsrechner des Automatisierungssystems für einen MeI- deschwall zu reservieren. Dies ist zweckmäßig, da der übrige Teil des Arbeitsspeichers für die Regelung bzw. Steuerung des Automatisierungssystems kurzfristig benotigt wird und daher eine dynamische Allozierung des Speichers unter Umstanden nicht die für den Meldeschwall benotigte Speichergroße be- reitstellen kann. Als Arbeitsspeicher wird hierbei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Speicher verstanden, der aufgrund seiner kurzen Zugriffszeit für eine schnelle Speicherung beziehungsweise Zwischenspeicherung von Daten vorgesehen ist. Dies umfasst beispielsweise Speicher mit DIMM (Dual In- line Memory Module) -Speichermodulen, die beispielsweise mit RAM (Random Access Memory) des Typs SDRAM, DDR-SDRAM oder DDR2 bestuckt sein können.

Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise der Reservierung eines Bereichs des Arbeitsspeichers für die Pufferung beziehungsweise Speicherung eines Meldeschwalls weist jedoch den Nachteil auf, dass Meldungen des Meldeschwalls, die von dem reservierten Speicher nicht aufgenommen werden können, verloren gehen. Eine Möglichkeit dieses Problem zu losen, konnte nun darin bestehen, einen größeren Speicherbereich des Arbeitsspeichers des Steuerungsrechners zu reservieren. Hierzu wurde jedoch in der Regel zusatzliche Hardware benotigt werden, was mit entsprechenden zusätzlichen Kosten verbunden wa- re .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Automatisierungssystems anzugeben, durch das eine vollständige Speicherung bzw. Auf- Zeichnung eines Meldeschwalls auf zugleich einfache und kostengünstige Art und Weise ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß gelost durch ein Verfahren zum Betreiben eines Automatisierungssystems mit zumindest ei- nem Steuerungsrechner, der zumindest einen Prozessor, einen

Arbeitsspeicher und zumindest eine Rechnerkarte, insbesondere eine Grafikkarte und/oder eine Audiokarte, mit zumindest einem Karten-Prozessor und einem Karten-Arbeitsspeicher aufweist, wobei durch den Steuerungsrechner von zumindest einem Feldgerat des Automatisierungssystems ein Meldeschwall in

Form einer Vielzahl von Meldungen empfangen wird, zumindest ein Teil der Meldungen des Meldeschwalls an die Rechnerkarte übertragen wird und die übertragenen Meldungen in dem Karten- Arbeitsspeicher der Rechnerkarte gespeichert werden.

Das erfmdungsgemaße Verfahren ist vorteilhaft, da für das Betreiben bzw. das Steuern eines Automatisierungssystems verwendete Steuerungsrechner üblicherweise neben dem Prozessor und dem Arbeitsspeicher Rechnerkarten, insbesondere an Form einer Grafikkarte oder einer Audiokarte, aufweisen. Daneben konnte es sich bei der Rechnerkarte beispielsweise auch um eine TV- oder Netzwerkkarte handeln, wobei lediglich Voraussetzung ist, dass die Rechnerkarte neben einem Karten- Prozessor weiterhin auch einen Karten-Arbeitsspeicher auf- weist, dass heißt einen schnellen Speicher mit vergleichsweise kurzer Zugriffszeit. Dieser Karten-Arbeitsspeicher der Rechnerkarte kann nun vorteilhafterweise dafür verwendet werden, zumindest einen Teil der Meldungen des Meldeschwalls zu- mindest temporar zu speichern. Dabei ist zu beachten, dass beispielsweise der Arbeitspeicher heute gebräuchlicher Grafikkarten im Vergleich zum üblichen Arbeitsspeicher eines Steuerungsrechners durchaus eine beachtliche Große aufweist Dies bedeutet, dass die Große, dass heißt die Speicherkapazi- tat, des Karten-Arbeitsspeichers der Rechnerkarte häufig einen gegebenenfalls für einen Meldeschwall reservierten Bereich des Arbeitsspeichers des Steuerungsrechners übersteigen, gegebenenfalls sogar deutlich übersteigen, durfte. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass bei einem Meldeschwall die entsprechenden Rechnerkarten in der Regel nicht benotigt werden, so dass der Karten-Arbeitsspeicher schnell und problemlos verfugbar ist, ohne dass hierdurch die übrige Steuerung des Automatisierungssystems gefährdet werden wurde.

Das erfmdungsgemaße Verfahren ist besonders kostengünstig, da entsprechende Rechnerkarten üblicherweise in Steuerungsrechnern ohnehin vorhanden sind. Dies bedeutet, dass im Unterschied zu einem Verfahren, bei dem zusätzliche Speicherbereiche des Hauptspeichers des Steuerungsrechners für einen Meldeschwall reserviert werden oder zusätzliche Steuerungsrechner zu diesem Zweck bereitgestellt werden, in einem nicht unerheblichen Umfang Hardware eingespart werden kann.

Grundsätzlich kann es sich bei dem im Rahmen des erfmdungs- gemäßen Verfahrens verwendeten Steuerungsrechner um einen Rechner beliebiger Art, dass heißt, beliebiger Architektur und beliebigen Betriebssystems, handeln. In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Verfahrens wird ein Personal Computer (PC) als Steuerungsrechner verwen- det. Dies ist vorteilhaft, da PC-basierte Automatisierungssysteme heutzutage weit verbreitet sind. Darüber hinaus weisen sowohl so genannte Industrie-PCs als auch handelsübliche Standard-PCs üblicherweise Rechnerkarten, insbesondere Gra- fikkarten und Audiokarten auf, die in der Regel einen Karten- Arbeitsspeicher mit einer Speichergroße von zumindest 256 MB, häufig sogar 512 MB, 768 MB oder sogar mehr als 1 GB aufweisen .

Vorzugsweise ist das erfindungsgemaße Verfahren derart weitergebildet, dass Meldungen des Meldeschwalls an die Rechnerkarte übertragen werden, sofern die Datengroße des Meldeschwalls die Große eines reservierten Bereichs des Arbeitsspeichers des Steuerungsrechners überschreitet. Dies bietet den Vorteil, dass zunächst ein reservierter Bereich des Arbeitsspeichers des Steuerungsrechners für das Speichern beziehungsweise Zwischenspeichern oder Puffern der Meldungen des Meldeschwalls verwendet werden kann. Nur für den Fall, dass die Große des reservierten Bereichs des Arbeitsspeichers für eine vollständige Speicherung der Meldungen des Meldeschwalls nicht ausreicht, werden Meldungen des Meldeschwalls an die Rechnerkarte übertragen, um dort in dem Karten- Arbeitsspeicher gespeichert zu werden. Hiermit wird ein unnötiger Zugriff auf den Karten-Arbeitsspeicher vorteilhafter- weise vermieden, wahrend gleichzeitig bei tatsachlichem Bedarf ein entsprechender Zugriff und eine Speicherung zumindest eines Teils der Meldungen des Meldeschwalls in dem Karten-Arbeitsspeicher der Rechnerkarte erfolgt.

In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemaße Verfahren derart ausgestaltet, dass von der Rechnerkarte vor oder wahrend der Übertragung der Meldungen von einem Betriebsmodus in einen weiteren Modus gewechselt wird. Bei dem weiteren Modus handelt es sich vorteilhafter- weise um einen ressourcensparenden Modus, in dem die eigentliche Funktionalitat der Rechnerkarte temporar zumindest weitgehend ausgesetzt wird. Im Falle einer Rechnerkarte in Form einer Grafikkarte kann dies beispielsweise bedeuten, dass der Bildschirm des Steuerungsrechners in dem weiteren

Modus kein Bild oder ein Standbild anzeigt, um die Ressourcen der Rechnerkarte sowie des Karten-Arbeitsspeichers vollständig für die sicherheitsrelevante Speicherung der Meldungen des Meldeschwalls nutzen zu können.

Vorzugsweise kann das erfindungsgemaße Verfahren auch derart weitergebildet sein, dass die in dem Karten-Arbeitsspeicher der Rechnerkarte gespeicherten Meldungen zur Bearbeitung an den Arbeitsspeicher des Steuerungsrechners übermittelt wer- den. Insbesondere nach Beendigung des Meldeschwalls besteht somit vorteilhafterweise die Möglichkeit, die in der Rechnerkarte gespeicherten Meldungen zur weiteren Bearbeitung und Auswertung durch den Prozessor des Steuerungsrechners an den Arbeitsspeicher des Steuerungsrechners zu übermitteln.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemaße Verfahren derart ausgestaltet, dass die in dem Karten-Arbeitsspeicher der Rechnerkarte gespeicherten Meldungen zur Bearbeitung an den Arbeitsspeicher des Steuerungsrechners übermittelt werden und von der Rechnerkarte in den Betriebsmodus zuruckgewechselt wird. Somit kann nach der Übermittelung der in dem Karten- Arbeitsspeicher der Rechnerkarte gespeicherten Meldungen an den Arbeitsspeicher des Steuerungsrechners von der Rechnerkarte von dem weiteren Modus in den Betriebsmodus zuruckge- wechselt werden. Im Falle einer Rechnerkarte in Form einer

Grafikkarte kann dies beispielsweise bedeuten, dass die Aktualisierung des Bildes wieder aufgenommen wird, dass heißt ein zwischenzeitlich dargestelltes Standbild wieder durch das übliche Bild, dass heißt beispielsweise eine grafische Darstel- lung von Messwerten des Automatisierungssystems, ersetzt wird .

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist das erfm- dungsgemaße Verfahren derart ausgeprägt, dass die Ansteuerung der Rechnerkarte durch den Steuerungsrechner unter Verwendung von DirectX oder OpenGL erfolgt. Obwohl der Karten- Arbeitsspeicher von Rechnerkarten ausschließlich für die Verarbeitung beziehungsweise Verwendung durch die jeweilige Rechnerkarte gedacht ist, so besteht vorteilhafterweise dennoch die grundsätzliche Möglichkeit, von außen, d.h. seitens des Prozessors des Steuerungsrechners, den Karten-Prozessor beziehungsweise den Karten-Arbeitsspeicher anzusprechen beziehungsweise zu adressieren. Bei DirectX und OpenGL handelt es sich dabei vorteilhafterweise um vergleichsweise leistungsfähige und weit verbreitete Technologien beziehungsweise Software-Pakete zur Adressierung von Rechnerkarten etwa m Form von Grafikkarten.

Die vorliegende Erfindung umfasst darüber hinaus ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausfuhrbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des erfmdungsgemaßen Verfahrens beziehungsweise einer der zuvor beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen des erfmdungsgemaßen Verfahrens wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.

Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Speichermedium, mit einem durch an dem Computer ausfuhrbaren erfmdungsgemaßen Computerprogramm.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbei- spiels naher erläutert. Hierzu zeigt die Figur in einer schematischen Skizze den Ablauf eines Ausfuhrungsbeispiels des erflndungsgemaßen Verfahrens .

In der Figur sind in schematischer Form Feldgerate Fl, F2 und F3 eines aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht naher dargestellten Automatisierungssystems gezeigt. Dabei kann es sich bei dem Automatisierungssystem beispielsweise um ein Fertigungsmanagementsystem, ein Prozessleitsystem oder auch ein so genanntes HMI (Human Machine Interface) eines Prozessleitsys- tems, d.h. eine insbesondere zum Zwecke der Visualisierung dienende Benutzerschnittstelle, handeln.

In der Regel wird das Automatisierungssystem eine Vielzahl von Feldgeraten Fl, F2 , F3 aufweisen, von denen in der Figur lediglich drei exemplarisch angedeutet sind. Bei den Feldgeraten Fl, F2 und F3 kann es sich sowohl um Aktoren, d.h. beispielsweise Stellglieder oder Ventile, als auch um Sensoren, d.h. Messumformer, des Automatisierungssystems, d.h. bei- spielsweise einer Anlage der Fabrik- und Prozessautomation, handeln .

In dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur sei angenommen, dass die Feldgerate Fl, F2 und F3 mit einem Steuerungsrechner ST in Form eines Personal Computers verbunden sind. Eine entsprechende Anbindung kann dabei sowohl drahtgebunden, beispielsweise in Form eines Busses, als auch drahtlos, dass heißt über ein Funknetz, erfolgen.

Im Betrieb des Automatisierungssystems übertragen die Feldgerate Fl, F2 und F3 Meldungen an den Steuerungsrechner ST. Dabei können entsprechende Meldungen ein beliebiges Format aufweisen, d.h. insbesondere sowohl Text als auch beliebige binare Daten umfassen. Seitens des Steuerungsrechners ST werden die Meldungen ausgewertet und dienen im Folgenden zur Regelung, Steuerung und weiteren Verarbeitung. Dies schließt gegebenenfalls eine Visualisierung und Anzeige von mittels der Meldungen empfangenen Prozesssignalen, etwa in Form von Mess- werten, für das Betriebspersonal des Automatisierungssystems ein .

In dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur sei nun angenommen, dass aufgrund einer Störung in dem Automatisierungssystem seitens der Feldgerate Fl, F2 und F3 jeweils eine Mehrzahl von Meldungen Ml, M2 und M3 an den Steuerungsrechner ST übertragen wird. Dies hat zur Folge, dass bei dem Steuerungsrechner ST in einem Verfahrensschritt 10 ein Meldeschwall MS beziehungsweise „message burst" in Form einer Vielzahl von Meldungen empfangen wird. Dabei umfasst der Meldeschwall MS die Meldungen Ml, M2 und M3 der Feldgeräte Fl, F2 und F3 sowie gegebenenfalls Meldungen weiterer, in der Figur nicht dargestellter Feldgerate .

Um eine spatere Auswertung und Verarbeitung der Meldungen des Meldeschwalls MS zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass der Steuerungsrechner ST eine Speicherung beziehungsweise Zwischenspeicherung der Meldungen des Meldeschwalls MS vornimmt. In dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel weist der Steuerungsrechner ST einen Arbeitsspeicher AS auf, in dem für das Speichern der Meldungen des Meldeschwalls MS ein Speicherbereich reserviert ist. Daher wird in einem Verfahrensschritt 20 durch den Prozessor des Steuerungsrechners ST zunächst ein erster Teil MSl des Meldeschwalls MS in dem reser- vierten Bereich des Arbeitsspeichers AS abgelegt beziehungsweise gespeichert. Da jedoch die Datengroße des Meldeschwalls MS die Größe des reservierten Bereichs des Arbeitsspeichers AS des Steuerungsrechners ST übersteigt, wird gleichzeitig oder nachfolgend in einem Verfahrensschritt 30 ein zweiter Teil MS2 der Meldungen des Meldeschwalls MS an eine Rechnerkarte RK des Steuerungsrechners ST übertragen. In dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel sei hierbei angenommen, dass es sich bei der Rechnerkarte RK um eine Grafikkarte handelt, die neben einem eigenen Karten-Prozessor insbesondere auch einen Karten-Arbeitsspeicher aufweist. Alternativ hierzu konnte es sich bei der Rechnerkarte RK beispielsweise auch um eine Audio- beziehungsweise Soundkarte, eine TV-Karte oder eine Netzwerkkarte handeln. Für die Ansteuerung der Rechner- karte RK durch den Prozessor des Steuerungsrechners ST stehen verschiedene Technologien zur Verfugung, wie beispielsweise DirectX oder OpenGL.

Die an die Rechnerkarte RK übertragenen Meldungen MS2 des Meldeschwalls MS werden in dem Karten-Arbeitsspeicher der

Rechnerkarte RK abgelegt beziehungsweise gespeichert. Hier ^¬ durch wird es vorteilhafterweise vermieden, dass die entsprechenden Meldungen aufgrund des Überschreitens des reservierten Bereichs des Arbeitsspeichers AS des Steuerungsrechners ST verloren gehen.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Meldungen des Meldeschwalls MS nicht zwangsläufig in demselben Format gespeichert werden müssen, in dem sie von dem Steuerungsrechner ST empfangen worden sind. Dies gilt sowohl für die in dem Arbeitsspeicher AS des Steuerungsrechners ST gespeicherten Meldungen MSl des Meldeschwalls MS als auch für die in dem Karten-Arbeitsspeicher der Rechnerkarte RK gespeicherten Meldungen MS2 des Meldeschwalls MS.

Die Rechnerkarte RK kann vor oder wahrend der Übertragung der Meldungen MS2 des Meldeschwalls MS von einem Betriebsmodus in einen weiteren Modus umgeschaltet werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Ressourcen der Rechnerkarte RK voll- standig für den Empfang und das Speichern der Meldungen MS2 des Meldeschwalls MS zur Verfugung stehen.

Nachdem der Meldeschwall MS von dem Steuerungsrechner ST vollständig empfangen und auf den Arbeitsspeicher ÄS des Steuerungsrechners ST sowie dem Karten-Arbeitsspeicher der Rechnerkarte RK verteilt worden ist, werden die in dem Karten-Arbeitsspeicher der Rechnerkarte RK gespeicherten Meldungen MS2 des Meldeschwalls MS in dem Ausfuhrungsbeispiel der Figur in einem Verfahrensschritt 40 an den Arbeitsspeicher AS des Steuerungsrechners ST übertragen. Hierdurch wird es einem in der Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Prozessor des Steuerungsrechners ST ermöglicht, eine Verarbeitung und Auswertung der Meldungen MS2 des Melde- Schwalls MS vorzunehmen. Nachdem die Übertragung der Meldungen MS2 an den Arbeitsspeicher AS abgeschlossen ist, wechselt die Rechnerkarte RK in ihren Betriebsmoduls zurück, so dass beispielsweise anstelle keines Bildes oder eines Standbildes wieder das normale Bild angezeigt werden kann.

Entsprechend den vorstehenden Ausfuhrungen weist das beschriebene Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Verfahrens insbesondere den Vorteil auf, dass Meldungen eines Meldeschwalls MS auch bei Überlauf eines reservierten Melde- schwallspeichers, d.h. eines reservierten Bereichs des Arbeitsspeichers AS des Steuerungsrechners ST, nicht verloren gehen, sondern in einem Karten-Arbeitsspeicher einer häufig ohnehin verfugbaren Rechnerkarte RK gepuffert, dass heißt gespeichert beziehungsweise zwischengespeichert, werden. Hier- durch wird die Zuverlässigkeit des Automatisierungssystems vorteilhafterweise erhöht, wobei gleichzeitig Aufwände und Kosten für zusätzliche Hardware, etwa in Form zusätzlicher Steuerungsrechner, vermieden werden. Dies betrifft insbesondere auch den Fall, dass der Steuerungsrechner ST als Perso- nal Computer ausgeführt ist, da insbesondere auch im Falle von Personal Computern üblicherweise verschiedene Rechnerkarten RK mit vergleichsweise großem Karten-Arbeitsspeicher für eine Speicherung zumindest eines Teils der Meldungen des MeI- deschwalls MS zur Verfugung stehen.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren abweichend von dem zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel selbstverständlich auch so ausgestaltet sein konnte, dass der gesamte MeI- deschwall MS in dem Karten-Arbeitsspeicher der Rechnerkarte RK gespeichert wird. In diesem Fall kann auf eine Reservierung eines Teils des Arbeitsspeichers AS des Steuerungsrechners ST für den Meldeschwall MS vollständig verzichtet werden. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, mehrere Rechnerkarten RK des Steuerungsrechners ST, dass heißt beispielsweise sowohl eine Grafikkarte als auch eine Audiokarte, für eine Speicherung der Meldungen des Meldeschwalls MS zu verwenden .