Transformationsbaustein für Leitsystem

Die Erfindung betrifft einen Operator Station Server eines Leitsystems einer Prozess- oder Fertigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 2. Außerdem betrifft die Erfindung ein Leitsystem für eine Prozess- oder Fertigungsanlage gemäß Anspruch 3.

Verfahrenstechnische Anlagen werden in der Regel von Prozess leitsystemen / Automatisierungsgeräten verschiedener Herstel ler automatisiert und sind je nach Umfang auch entsprechend räumlich (Fernwirken durch RTUs - Remote Terminal Units) ver teilt. Um im Gesamtkontext einer Prozessanlage eine übergrei fende Prozessleitung, d.h. Orchestrierung, realisieren zu können, müssen heutige Prozessleitsysteme auch in der Lage sein, unterschiedliche Fremdsysteme, Package Units, modulare Anlagen, usw. integrieren zu können. Dies stellt eine Kernan forderung an Prozessleitsysteme im Kontext von Industrie 4.0 dar .

Durch die Modularisierung werden Anlagenteile entsprechend zusammengefasst, um das Kommunikationsaufkommen weitestgehend auf möglichst kompakte Schnittstellen begrenzen zu können. Um Fremdsysteme integrieren bzw. anbinden zu können, müssen de ren Kommunikationsprotokolle zum Austausch von Prozessdaten entsprechend unterstützt werden (z.B. mittels des Protokolls UPC UA) .

Ein wesentliches Ziel bei der Integration von Fremdsystemen in ein Prozessleitsystem ist neben einem effizienten Enginee ring eine einheitliche Visualisierung für die Bedienung und Beobachtung, obgleich sich die gesamte Anlage aus unter schiedlichen modularen Anlagenteilen (verschiedene Herstel ler, unterschiedliche Automatisierungssysteme, usw.) zusam mensetzt . Die Heterogenität der Prozessautomatisierung soll dem Opera tor dabei möglichst verborgen bleiben, so dass diese nicht zu Lasten der Prozessführung oder der Sicherheit der Anlage fällt. Z.B. die Bedienung und Beobachtung von Ventilen über Faceplates soll für Operatoren einheitlich aussehen und funk tionieren, unabhängig davon über welche Automatisierung das Ventil angesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bedienen und Beobachten einer technischen Anlage anzuge ben, die eine einheitliche Darbietung sich voneinander unter scheidender Teile der technischen Anlage unabhängig von einem Hersteller des jeweiligen Teils ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Operator Station Server eines Leitsystems einer Fertigungs- oder Prozessanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe ge löst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 2. Zudem wird die Aufgabe gelöst durch ein Leitsystem für eine Prozess- oder Fertigungsanlage gemäß Anspruch 3.

Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen Operator Station Server eines Leitsystems einer technischen Anlage, insbeson dere Fertigungs- oder Prozessanlage, der mit einem Operator Station Client verbunden ist und einen computerimplementier ten Transformationsbaustein aufweist, welcher Computerimple mentierte Transformationsbaustein dazu ausgebildet und vorge sehen ist,

Daten von einem technischen Objekt der technischen Anlage zu empfangen, wobei die Daten einen dem Leitsystem unbekannten Datenstrukturtyp aufweisen,

und die Daten unter Einbezug von in einer Datenbank des Leit systems hinterlegten Referenzdatenstrukturtypen im Hinblick auf eine Semantik und eine Form des Datenstrukturtyps der von dem technischen Objekt der Fertigungs- oder Prozessanlage derart anzupassen, dass der Datenstrukturtyp der Daten dem Leitsystem bekannt ist,

wobei der Operator Station Server dazu ausgebildet und vorge sehen ist, die angepassten Daten an den Operator Station Cli- ent zur grafischen Darbietung an einen Operator zu übertra gen,

und welcher computerimplementierte Transformationsbaustein dazu ausgebildet und vorgesehen ist,

Daten von einem Operator Station Client zu empfangen, wobei die Daten einen Datenstrukturtyp aufweisen, der einem techni schen Objekt der technischen Anlage unbekannt ist,

und die Daten unter Einbezug von in einer Datenbank des Leit systems hinterlegten Referenzdatenstrukturtypen im Hinblick auf eine Semantik und eine Form des Datenstrukturtyps der von dem Operator Station Client empfangenen Daten derart anzupas sen, dass der Datenstrukturtyp der Daten dem technischen Ob jekt bekannt ist,

wobei der Operator Station Server dazu ausgebildet und vorge sehen ist, die angepassten Daten an das technische Objekt zu übertragen .

Es handelt sich um eine Anlage aus der Prozessindustrie wie beispielsweise eine chemische, pharmazeutische, petrochemi- sche oder eine Anlage aus der Nahrungs- und Genussmittelin dustrie handeln. Hiermit umfasst sind auch jegliche Anlagen aus der Produktionsindustrie, Werke, in denen z.B. Autos oder Güter aller Art produziert werden.

Diese Anlagen verfügen jeweils über ein Leitsystem oder zu mindest ein computerunterstütztes Modul zur Steuerung und Re gelung des ablaufenden Prozesses oder der Produktion. Unter einem Leitsystem wird im vorliegenden Kontext ein computerge stütztes technisches System verstanden, das Funktionalitäten zum Darstellen, Bedienen und Leiten der Fertigungs- oder Pro duktionsanlage umfasst. Das Leitsystem umfasst im vorliegen den Fall Sensoren zur Ermittlung von Messwerten sowie ver schiedene Aktoren. Zudem umfasst das Leitsystem sogenannte prozess- oder fertigungsnahe Komponenten, die zur Ansteuerung der Aktoren bzw. Sensoren dienen. Darüber hinaus weist das Leitsystem u.a. Mittel zur Visualisierung der Fertigungs- o- der Prozessanlage und zu einem Engineering auf. Unter dem Be griff Leitsystem sind zusätzlich auch weitere Recheneinheiten für komplexere Regelungen und Systeme zur Datenspeicherung und -Verarbeitung zu fassen.

Bei einem technischen Objekt kann es sich um einzelne Senso ren oder Aktoren der Fertigungs- oder Prozessanlage handeln. Ein technisches Objekt kann aber auch ein Zusammenschluss mehrerer Sensoren und/oder Aktoren sein, beispielsweise ein Motor, ein Reaktor, eine Pumpe oder ein Ventilsystem.

Unter einem Operator wird ein menschlicher Bediener der Fer tigungs- oder Prozessanlage verstanden. Der Operator intera giert mittels spezieller Benutzerschnittstellen mit der tech nischen Anlage bzw. dessen Leitsystem und steuert spezielle technische Funktionen der Anlage. Hierzu kann der Operator ein Bedien- und Beobachtungs s ys tem des Leitsystems nut zen .

Unter einem „Operator Station Server" wird vorliegend ein Server verstanden, der zentral Daten eines Bedien- und Beobachtungs s ys tems sowie in der Regel Alarm- und Mes swertarchive eines Prozessleitsystems einer Ferti gungs- oder Prozessanlage erfasst und Benutzern zur Verfü gung stellt. Der Operator Station Server stellt in der Regel eine Kommunikat ionsVerbindung zu Automatisierungs systemen der Fertigungs- oder Prozessanlage her und gibt Daten der Fertigungs- oder Prozessanlage an sogenannte Operator Station Clients weiter, die zur Bedienung und Beobachtung eines Betriebs der einzelnen Funktionsele mente der Fertigungs- oder Prozessanlage dienen. Bei dem Operator Station Server kann es sich, ohne sich darauf zu beschränken, um einen SIMATIC PCS 7 Industrial Work station Server von SIEMENS handeln.

Der Ausdruck „dem Leitsystem bekannt" meint dabei, dass dem Leitsystem, bzw. genauer einem Visualisierungsdienst des Leitsystems, Informationen über die jeweiligen Da tenstrukturtypen bekannt sind, um diese an einen ange schlossenen Operator Station Client zur grafischen Dar bietung übertragen zu können. Durch den erfindungsgemäßen Operator Station Server und dessen erfinderischem Transformationsbaustein kann die Visualisierung der einzelnen ( Pro ze s s - ) Obj e kte auf dem Operator Station Client vereinheitlicht werden. Mit an deren Worten bedeutet das, dass die Block Icons und Faceplates, die durch Prozessobjekte von (technischen Fremd- ) Obj ekten dynamisiert werden, bei der Visualisie rung genauso aussehen und sich bei der Bedienung genauso verhalten, als stammen sie aus „eigenen" Automatisie rungsgeräten. Dies bedeutet, dass die ( Prozess- ) Daten denselben Datenstrukturtyp in der Visualisierung aufwei sen wie Referenzdatenstrukturtypen des Leitsystems der Fertigungs- oder Prozessanlage. Der Datenstrukturtyp kann beispielsweise Informationen über Alarm-Zustände, Far ben, Blinksignale, Gruppenalarme und dergleichen enthal ten .

Eine Transformation der Daten erfolgt auch vom Operator zum technischen Objekt hin. Auch in dieser Richtung bringt spezi ell der Transformationsbaustein den gewichtigen Vorteil mit sich, dass der Operator sich nicht um etwaige „Fremdobjekte" kümmern muss, sondern diese wie gewohnt bedienen und beobach ten kann - als ob es Standardobjekte des jeweiligen Leitsys tems wären.

Der Operator Station Server ermöglicht dadurch Transformatio nen in beiden Richtungen zwischen dem technischen Objekt und dem Operator Station Client.

Außerdem wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, umfassend :

a) Empfangen von Daten eines technischen Objekts einer tech nischen Anlage mittels eines Operator Station Servers eines Leitsystems einer technischen Anlage, insbesondere Ferti gungs- oder Prozessanlage, wobei die Daten einen dem Leitsys tem unbekannten Datenstrukturtyp aufweisen,

b) Anpassen der Daten unter Einbezug von in einer Datenbank des Leitsystems hinterlegten Referenzdatenstrukturtypen im Hinblick auf eine Semantik und eine Form des Datenstruktur typs der von dem technischen Objekt der Fertigungs- oder Pro zessanlage empfangenen Daten, derart, dass Datenstrukturtyp der Daten dem Leitsystem bekannt wird,

c) Übertragen der angepassten Daten an einen mit dem Opera tor Station Server verbundenen Operator Station Client zur grafischen Darbietung an einen Operator.

d) Empfangen von Daten eines Operators von einem mit einem Operator Station Server eines Leitsystems einer technischen Anlage, insbesondere Fertigungs- oder Prozessanlage, verbun denen Operator Station Clients, wobei die Daten einen einem technischen Objekt der technischen Anlage unbekannten Daten strukturtyp aufweisen,

e) Anpassen der Daten unter Einbezug von in einer Datenbank des Leitsystems hinterlegten Referenzdatenstrukturtypen im Hinblick auf eine Semantik und eine Form des Datenstruktur typs der von dem Operator Station Client empfangenen Daten, derart, dass der Datenstrukturtyp der Daten dem technischen Objekt bekannt wird,

f) Übertragen der angepassten Daten an das technische Objekt mittels des Operator Station Servers.

Zudem wird die Aufgabe gelöst durch ein Leitsystem für eine Fertigungs- oder Prozessanlage, das dazu ausgebildet und vor gesehen ist, ein Verfahren wie zuvor erläutert durchzuführen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbei spiels, das im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert wird .

In der Figur ist ein Teil eines erfindungsgemäßen Leitsystems 1 einer als verfahrenstechnische Anlage ausgebildeten Anlage dargestellt. Das Leitsystem 1 umfasst einen Server eines Be diensystems bzw. einen Operator Station Server 2 und einen dazugehörigen Operator Station Client 3. Der Operator Station Server 2 und der Operator Station Client 3 sind über einen Terminalbus 4 miteinander und mit nicht dargestellten weite ren Komponenten des Leitsystems 1 wie einem Engineering Sys tem Server oder einem Prozessdatenarchiv verbunden.

Ein Benutzer bzw. Operator hat mittels des Operator Station Servers 3 mittels des Terminalbus 4 im Kontext eines Bedie- nens und Beobachtens Zugriff auf den Operator Station Server 2. Der Terminalbus 4 kann, ohne sich darauf zu beschränken, beispielsweise als Industrial Ethernet ausgebildet sein.

Der Operator Station Server 2 weist eine erste Geräteschnitt stelle 5a auf, die mit einem ersten Anlagenbus 6a verbunden ist. Hierüber kann der Operator Station Server 2 mit einem (externen) ersten Gerät 7a kommunizieren. Bei dem angeschlos senen Gerät 7a kann es sich dabei alternativ auch um eine Ap plikation, insbesondere Webapplikation, handeln.

Weiterhin weist der Operator Station Server 2 eine zweite Ge räteschnittstelle 5b auf, die mit einem zweiten Anlagenbus 6b verbunden ist. Hierüber kann der Operator Station Server 2 mit einem (externen) zweiten Gerät 7b kommunizieren. Bei dem angeschlossenen Gerät 7b kann es sich dabei alternativ auch um eine Applikation, insbesondere Webapplikation, handeln.

Beide Anlagenbusse 6a, 6b können, ohne sich darauf zu be schränken, beispielsweise als Industrial Ethernet ausgebildet sein. Das erste und zweite Gerät 7a, 7b können jeweils mit einer beliebigen Anzahl an Subsystemen (nicht dargestellt) verbunden sein.

Der Operator Station Server 2 weist ein Prozessabbild (Pro- cess Image) 8 auf, in welchem zu einer Laufzeit der verfah renstechnischen Anlage von den Geräten 7a, 7b empfangene Pro zesswerte hinterlegt sind. Zudem weist der Operator Station Server 2 einen Transformationsbaustein 9 auf, dessen Funkti onsweise im Folgenden erläutert wird.

Bei dem zweiten Gerät 7b handelt es sich um ein „Fremdgerät", d.h. es ist dem Leitsystem 1 der verfahrenstechnischen Anlage noch nicht bekannt. Zwecks einer Kommunikation mit dem Fremd gerät 7b werden auf dem Operator Station Server 2 entspre chende Gerätetreiber 5b (z.B. OPC UA, ModBus und dgl . ) be- reitgestellt . Über diese Gerätetreiber 5b bzw. Kommunikati onstreiber können Prozessdaten zwischen dem angebundenen Fremdgerät 7b und dem Prozessabbild 8 des Operator Station Servers 2 ausgetauscht werden ( lesend/schreibend) .

Die Prozessdaten des Fremdgeräts 7b werden unmittelbar und unverändert in das Prozessabbild 8 Operator Station Servers 2 geschrieben (hier beispielhaft in eine erste Datenstruktur 10a mit der Bezeichnung „Monitor : Tankl_Level*" ) . Ein Daten strukturtyp der Prozessdaten des Fremdgeräts 7b stimmt mit keinen der in einer Datenbank (nicht dargestellt) des Leit systems 1 hinterlegten Referenzdatenstrukturtypen überein. Daher kann die in dem Prozessabbild hinterlegte erste Daten struktur 10a nicht für eine primäre Visualisierung in Block Symbolen oder Faceplates auf dem Operator Station Client 3 verwendet werden.

Der Transformationsbaustein 9 transformiert einen Datenstruk turtyp der ersten Datenstruktur in einen dem Leitsystem 1 be kannte Datenstrukturtyp einer zweiten Datenstruktur um. Der Datenstrukturtyp der zweiten Datenstruktur 10b (in der Figur mit „Monitor : Tankl_Level" bezeichnet) entspricht damit einem Datenstrukturtyp „eigener" Prozessobjekte. Damit ist der Da tenstrukturtyp der ersten Datenstruktur 10a dem Leitsystem 1 bekannt und einem Operator des Leitsystems 1 können auch bei der Integration von Fremdgeräten 7b einheitliche Bedien- und Beobachtungsbilder (Faceplates, Symbole etc.) auf dem Opera tor Station Client 3 dargeboten werden. Umgekehrt transfor miert der Transformationsbaustein die von dem Operator mit tels des Operator Station Clients 3 an das Fremdgerät 7b übertragenen Bedien- und Beobachtungsanweisungen in den ur sprünglichen Datenstrukturtyp zurück, damit das Fremdgerät 7b die Anweisungen des Operators verstehen kann.

Im Folgenden sind einige Beispiele für Transformationsvorgän ge des Transformationsbausteins 9 angegeben: - Transformation, falls ein Typ der eingehenden Datenstruktur 10a in Semantik und Format einem Typ der bekannten Daten struktur 10b für die Bedienung und Beobachtung entspricht: Monitor: Tankl_Level* => Monitor: Tankl_Level

- Transformation, falls ein Typ der eingehenden Datenstruktur 10a zwar in Semantik, aber nicht im Format (z.B. wegen unter schiedlicher Einheiten) einem Typ der bekannten Datenstruktur 10b für die Bedienung und Beobachtung entspricht:

Monitor: Tankl_Level* 0 , 0254 => Monitor: Tankl_Level

- Transformation, falls der Typ der bekannten Datenstruktur 10b mehr Schwellwertalarme aufweist als durch den Typ der eingehenden Datenstruktur 10a bereitgestellt werden:

Monitor: Tankl_Level*>50 => Monitor: Tankl_Level .AlHigh=true Monitor: Tankl_Level*>100 => Monitor: Tankl_Level .AlCrit=true

- Transformation, falls der Typ der bekannten Datenstruktur 10b den Status anders codiert als durch er durch den Typ der eingehenden Datenstruktur 10a definiert ist:

Monitor: Tankl_Level* . Stat => Monitor: Tankl_Level . Stat [X] Monitor: Tankl_Level* . Tag [ 0 ] => Monitor: Tankl_Level . Stat [Y] Monitor: Tankl_Level* . Tag [ 1 ] => Monitor: Tankl_Level . Stat [ Z ]

Die Referenzdatenstrukturtypen sowie die Transformations skripte des Transformationsbausteins 9 können durch das Engi neering konfiguriert und entsprechend auf dem Operator Stati on Server 2 hinterlegt werden, der modulare Anlagenteile bzw. Package Units bzw. Fremdsysteme einbindet.

Beim Import von modularen Anlagenteilen im Engineering wird in der Regel eine Schnittstelleninformation (bei Standards wie dem Module Type Package bzw. MTP) eingelesen, so dass die für die Bedienung und Beobachtung vorgesehenen Prozessobjekte dem Leitsystem bekannt sind. Diese Prozessobjekte umfassen den Datenstrukturtyp, wie der Operator Station Server 2 ihn von dem modularen Anlagenteil empfängt. Mithilfe der Erfindung ist es für den Operator der verfah renstechnischen Anlage möglich, unabhängig von den in die An lage integrierten Geräten 7a, 7b ein einheitliches Bedien- und Beobachtbild zu verwenden. Mit anderen Worten wird eine einheitliche Visualisierung von Prozessobjekten in der Bedie nung und Beobachtung realisiert, obgleich deren Prozessdaten von Fremdsystemen stammen können.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .