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1. WO2020193243 - VERFAHREN ZUM VIRTUELLEN TESTEN EINER ANLAGENSTEUERUNG SOWIE SIMULATIONSVORRICHTUNG

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Beschreibung

Verfahren zum virtuellen Testen einer Anlagensteuerung sowie Simulations orrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum virtuel len Testen einer Anlagensteuerung für eine verfahrenstechni sche Anlage sowie eine Simulationsvorrichtung zum virtuellen Testen einer solchen Anlagensteuerung.

Verfahrenstechnische Anlagen wie etwa Raffinerien oder Fabri ken, in denen Stoffe hinsichtlich Zusammensetzung, Art oder Eigenschaft verändert werden, können äußerst komplexe Struktu ren aufweisen. Eine Anlage kann sich beispielsweise aus einer Vielzahl, gegebenenfalls miteinander vernetzter und/oder von einander abhängiger, Komponenten wie etwa Ventilen, Sensoren, Aktuatoren und/oder dergleichen zusammensetzen. Solche Anlagen werden in der Regel durch spezielle, insbesondere computerba sierte oder zumindest computergestützte, Prozessleitsysteme geführt, welche dabei insbesondere die verfahrenstechnischen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Komponenten berück sichtigen können. Solche Prozessleitsysteme umfassen die Auto matisierungstechnik, insbesondere Automatisierungsprogramme und Bedien- und Beobachtungsprogramme.

Solche auch als Anlagensteuerung bezeichnete Prozessleitsyste-me werden häufig auf der Grundlage von einzelnen Modulen ent wickelt, welche jeweils einer einzelnen Komponente der Anlage zugeordnet und zur Steuerung dieser Komponente eingerichtet sind. Ein solches Modul kann dabei als standardisierte Vorlage der Steuerungssoftware für einen Komponententyp aufgefasst werden, wobei das Modul beim Zusammensetzen des Prozessleit systems bzw. der Anlagensteuerung entsprechend an die speziel le Ausprägung der Komponente angepasst werden muss, um eine korrekte Führung der Komponente und damit auch der gesamten Anlage zu ermöglichen.

Für gewöhnlich werden aus einzelnen Modulen entwickelte Anla gensteuerungen vor ihrem Einsatz in einer realen Anlage durch Simulation getestet, um die Funktionalität der Steuerung si cherzustellen oder gegebenenfalls zu verbessern. Dazu ist es üblicherweise notwendig, einen Satz von Eingangsgrößen für die zu testende Anlagensteuerung bereitzustellen, durch die bei spielsweise der Test angestoßen wird. Im Allgemeinen wird dazu die verfahrenstechnische Anlage simuliert und von der zu tes tenden Anlagensteuerung geführt. Dieser Vorgang wird auch als Emulation der Anlagensteuerung bezeichnet.

Die Simulation der Anlage kann dabei auf sogenannte Simulati onsmodelle gestützt werden, welche die Eingangsgrößen erzeu gen. Die Simulationsmodelle müssen dabei, ebenso wie die ein zelnen Steuerungsmodule zur Steuerung der Anlagenkomponenten, an die speziellen Ausprägungen der Komponenten bzw. an ihre spezielle Funktion und/oder Anordnung in der Anlage angepasst werden, und zwar insbesondere unter Berücksichtigung der durch die Anlagensteuerung umgesetzten Steuerungslogik.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Testen ei ner Anlagensteuerung einer verfahrenstechnischen Anlage zu verbessern, insbesondere zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum virtuellen Testen einer Anlagensteuerung für eine verfahrenstechnische Anlage sowie eine Simulationsvorrichtung zum virtuellen Testen einer solchen Anlagensteuerung gemäß den unabhängigen Ansprü chen .

Ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zum vir tuellen Testen einer Anlagensteuerung für eine verfahrenstech nische Anlage gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist die folgenden Schritte auf: (i) Bereitstellen mindestens eines vorkonfigurierten Steuerungsmoduls zur Steuerung einer Kompo nente der Anlage; (ii) Erzeugen der Anlagensteuerung auf Grundlage dieses Steuerungsmoduls; und (iii) Simulieren der Steuerung der verfahrenstechnischen Anlage durch die erzeugte Anlagensteuerung, wobei wenigstens ein Wert eines Eingangspa rameters der Anlagensteuerung durch ein komponentenspezifi sches Simulationsmodell vorgegeben wird. Dabei ist das kompo nentenspezifische Simulationsmodell im vorkonfigurierten Steu erungsmodul enthalten.

Eine Simulationsvorrichtung zum virtuellen Testen einer Anla gensteuerung für eine verfahrenstechnische Anlage gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist dazu eingerichtet, das Ver fahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen.

Ein Aspekt der Erfindung basiert auf dem Ansatz, Steuerungsmo-dule, z.B. in Form von modularer Steuerungssoftware, welche der Steuerung jeweils einer Komponente einer verfahrenstechni schen Anlage dienen, und Simulationsmodelle, anhand denen die se Komponenten simuliert werden können, zusammenzufassen. Ins besondere kann ein Simulationsmodell zur Simulation einer An lagenkomponente in ein Steuerungsmodul zur Steuerung dieser Anlagenkomponente integriert sein. Dadurch kann ein zur Ge samtsimulation der Anlage benötigtes Simulationsmodell bereits durch das Bereitstellen des Steuerungsmoduls der entsprechen den Komponente bereitgestellt, d.h. zum Beispiel unmittelbar zugänglich gemacht, werden. Vorzugsweise wird die Konfigurati on des Steuerungsmoduls dabei vom Simulationsmodell übernom men, d.h. das im Steuerungsmodul enthaltene Simulationsmodell kann z.B. in gleicher Weise wie das Steuerungsmodul bereits an eine spezielle Ausprägung einer Komponente der Anlage ange passt, d.h. entsprechend vorkonfiguriert, sein. Dadurch kann auf eine zusätzliche manuelle, gegebenenfalls aufwändige, An passung des Simulationsmodells an den Aufbau der Anlage und/oder der Anlagensteuerung zu einem späteren Zeitpunkt, et wa unmittelbar vor dem Ausführen der Simulation, verzichtet werden .

Beispielsweise können in einer Planungsphase, in welcher die verfahrenstechnische Anlage bzw. deren Aufbau grundlegend kon zipiert, z.B. die benötigten Komponenten zusammengestellt wer den, die Komponententypen und gegebenenfalls auch bereits spe- zielle Eigenschaften dieser Typen festgelegt und das entspre chende Steuerungsmodul unter Berücksichtigung des Komponenten typs bzw. der Eigenschaften vorkonfiguriert werden. Es ist z.B. denkbar, eine Anzahl von Ventilen, gegebenenfalls sogar von speziellen Ventiltypen, einzuplanen und entsprechende Steuerungsmodule zu konfigurieren. Da die Simulationsmodelle dieser Ventile bzw. Ventiltypen vorzugsweise in den Steue rungsmodulen enthalten sind, besteht eine klare Zuordnung der Simulationsmodelle zu diesen Ventilen bzw. Ventiltypen, insbe sondere zu deren Funktion und Anordnung in der verfahrenstech nischen Anlage. Dies kann eine Anpassung der Steuerungsmodelle erleichtern .

Während des Tests der Anlagensteuerung können die Simulations modelle dann, insbesondere ohne weitere Anpassungen, direkt eingesetzt werden, um Werte für Eingangsparameter der Anlagen steuerung, insbesondere der einzelnen Steuerungsmodule, aus denen sich die Anlagensteuerung zusammensetzt, zu liefern.

Diese komponentenspezifischen Simulationsmodelle können erfin dungsgemäß im Prinzip bereits vor dem Erstellen der Anlagen steuerung auf Basis der Steuerungsmodule vorkonfiguriert wer den. Es ist aber auch denkbar, eine Anpassung der komponenten spezifischen Simulationsmodelle auch in einer Entwicklungspha se beim Erstellen der Anlagensteuerung, z.B. beim Zusammenset zen der Anlagensteuerung aus den Steuerungsmodulen, vorzuneh men, wobei z.B. die Anordnung der Komponenten der Anlage be rücksichtigt werden kann. Mit anderen Worten ist es in der Weise möglich, die Logik hinter der Anlagensteuerung in den Simulationsmodellen bereits frühzeitig zu berücksichtigen.

Dies kann z.B. vorteilhaft sein, da in der Planungs- und/oder Entwicklungsphase auch der verfahrenstechnische Zusammenhang zwischen den Komponenten der Anlage, insbesondere zwischen den entsprechenden Steuerungsmodulen, bekannt ist bzw. herausgear beitet wird, und so beim Vorkonfigurieren der entsprechenden Simulationsmodelle berücksichtigt werden kann.

Die Integration eines Simulationsmodells in ein Steuerungsmo dul derselben Komponente kann außerdem den Vorteil haben, dass vom Simulationsmodell vorgegebene Werte für Eingangsparameter des Steuerungsmoduls bzw. der Anlagensteuerung innerhalb des Steuerungsmoduls selbst, d.h. Vertraulich, erzeugt, insbeson dere berechnet, werden können. Damit ist es möglich, Signal pfade bzw. Strukturen zur Datenübergabe innerhalb der Simula tion zu vereinfachen und die Fehleranfälligkeit zumindest zu verringern .

Die im Folgenden im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungs formen der Erfindung beschriebenen Merkmale sind, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen oder technisch unmöglich, beliebig miteinander kombinierbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform veranlasst wenigstens ein innerhalb des Steuerungsmoduls vom komponentenspezifischen Si mulationsmodell vorgegebener Wert das mindestens eine bereit gestellte Steuerungsmodul zur simulierten Steuerung der Kompo nente der Anlage. Bei dem vorgegebenen Wert für einen Ein gangsparameter der Anlagensteuerung bzw. des Steuerungsmoduls handelt es sich dabei in bevorzugter Weise um einen internen Wert, der vorzugsweise nur innerhalb des Steuerungsmoduls ver arbeitet wird. Dadurch ist das Steuerungsmodul in der Lage, im Rahmen der Simulation durch Selbstreferenzierung zu arbeiten, was den Aufwand bei der Erzeugung der von der Anlagensteuerung geführten Simulation zum Testen der Anlagensteuerung verrin gert .

Das komponentenspezifische Simulationsmodell kann insbesondere einen internen Wert als ein vom Steuerungsmodul aufnehmbares Signal bereitstellen, um dieses zu stimulieren, d. h. z.B. zur Steuerung der Komponente zu veranlassen. Dabei ist das kompo nentenspezifische Simulationsmodell vorzugsweise dazu einge richtet, Werte vorzugeben, insbesondere zu berechnen und dann auszugeben, die innerhalb eines vom Steuerungsmodul verarbeit baren Wertebereich liegen und beispielsweise eine Stellgröße charakterisieren, die durch die aus dem mindestens einen vor- konfigurierten Steuerungsmodul zusammengesetzte Anlagensteue rung geregelt werden soll. Dadurch kann die Steuerung der An lage durch die erzeugte Anlagensteuerung zuverlässig und feh lerfrei simuliert werden.

Zu diesem Zweck kann das Steuerungsmodul ein durch das Simula tionsmodell bereitgestellte interne Schnittstelle aufweisen, durch die das Simulationsmodell mit dem Steuerungsmodul kommu nizieren, d. h. Daten, zum Beispiel den wenigstens einen Wert eines Eingangsparameters der Anlagensteuerung, übermitteln bzw. übergeben kann. Beispielsweise kann anhand der internen Schnittstelle eines Ventilmodells ein Stellwert des Ventils, der zum Beispiel den Grad der Öffnung des Ventils charakteri siert, in einem Format bereitgestellt werden, welches das Steuerungsmodul beim Erzeugen eines Steuerungssignals zur si mulierten Steuerung des Ventils verarbeiten kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verhal ten der Komponente der Anlage durch wenigstens einen innerhalb des Steuerungsmoduls vom komponentenspezifischen Simulations modell vorgegebenen Wert abgebildet. Das im Steuerungsmodul enthaltene Simulationsmodell kann zu diesem Zweck dazu einge richtet sein, wenigstens einen Wert auf Grundlage des Verhal tens der Anlagenkomponente, insbesondere im Hinblick auf die Gesamtstruktur der Anlage, bereitzustellen. Dies ermöglicht eine präzise Simulation der Steuerung der Anlage.

Beispielsweise kann das Simulationsmodell eine Verhaltensbe schreibung der zu simulierenden Anlagenkomponente enthalten, wobei die Verhaltensbeschreibung vorzugsweise die physikali sche Funktionalität der Komponente abbildet, also z.B. die Be grenzung des Durchflusses eines Fluids durch ein Ventil. Die Funktionalität kann dabei auch von Parametern abhängen, die nicht durch die Komponente selbst, sondern durch ihre Umgebung in der verfahrenstechnischen Anlage oder sogar den Betriebszu stand der Anlage vorgegeben sind. Zum Beispiel kann die mögli che Begrenzung des Durchflusses eines Fluids durch ein Ventil nicht nur durch die Bauart des Ventils, insbesondere den Ven- tiltyp, vorgegeben sein, sondern auch von Parametern wie der Dichte des Fluids, des Fluiddrucks und/oder dergleichen. In nerhalb des Steuerungsmoduls kann das Simulationsmodell so be sonders umfassende und/oder realitätsnahe Werte als Ein gangsparameter für das Steuerungsmodul bereitstellen .

Es ist z.B. denkbar, dass das Simulationsmodell, beispielswei se für einen Aktuator, ein Modell, beispielsweise einer Regel strecke, enthält, das in bevorzugter Weise durch eine mathema tische Gleichung abgebildet wird. Dabei ist z.B. der Aktuator in bevorzugter Weise auf dieser Regelstrecke durch das Steue rungsmodul bzw. die Anlagensteuerung zu regeln, d.h. Informa tionen bezüglich der Regelstrecke können im Steuerungsmodul, z.B. durch entsprechende Vorkonfiguration, enthalten sein. Durch die Integration des Simulationsmodells in das Steue rungsmodul muss das Simulationsmodell in Bezug auf die Regel strecke nicht zusätzlich angepasst zu werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hängt wenigstens ein innerhalb des Steuerungsmoduls vom komponentenspezifischen Simulationsmodell vorgegebener Wert von einer weiteren Kompo nente der Anlage ab, insbesondere von deren Steuerungsmodul. Insbesondere kann das Simulationsmodell dazu eingerichtet sein, den vorgegebenen Wert unter Berücksichtigung einer wei teren Anlagenkomponente bereitzustellen. Dadurch kann der ver fahrenstechnische Zusammenhang, in dessen Rahmen z.B. Nachbar schaftsbeziehungen der Komponente zu einer weiteren, anderen Komponente beschrieben werden, berücksichtigt werden. Vorzugs weise kann auch die Steuerung der weiteren Komponente, insbe sondere in Form der durch deren Steuerungsmodul umgesetzte Steuerungslogik, berücksichtigt werden.

Beispielsweise kann das Simulationsmodell eines Reglers, durch den ein Aktuator angesteuert wird, an die Steuerung bzw. das Steuerungsmodul des Aktuators, insbesondere während der Konfi guration des Steuerungsmoduls, angepasst werden. Vorzugsweise enthält das Simulationsmodell des Reglers dabei Informationen bezüglich Parameter des Steuerungsmoduls des Aktuators oder hat zumindest Zugriff darauf. Der Regler kann daher in einer speziell an den Motor angepassten Form simuliert werden.

Die Berücksichtigung weiterer Komponenten, insbesondere von Parametern oder Signalen der entsprechenden Steuerungsmodule, erlaubt es dabei insbesondere, anhand des Simulationsmodells Werte nicht nur für Eingangsparameter des entsprechenden ein zelnen Steuerungsmoduls, sondern für die gesamte Anlagensteue rung bereitzustellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird innerhalb des Steuerungsmoduls wenigstens ein Wert vom komponentenspezi fischen Simulationsmodell auf Grundlage eines Parameters des mindestens einen bereitgestellten Steuerungsmoduls vorgegeben. Das Simulationsmodell kann insbesondere so in das Steuerungs modul integriert sein, dass das Simulationsmodell direkten Zu griff auf Parameter des Steuerungsmoduls hat. Beispielsweise kann das Simulationsmodell dazu eingerichtet sein, als Parame ter die Faktoren eines Regelmodells, z.B. die Vorfaktoren von Termen einer PID-Regelung, oder dergleichen aus dem Steue rungsmodul zu berücksichtigen. Dadurch kann der wenigstens ei ne vorgegebene Wert zuverlässig von dem Steuerungsmodell ver arbeitet bzw. zur Regelung der Komponente verwendet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird innerhalb des Steuerungsmoduls wenigstens ein Wert vom komponentenspezi fischen Simulationsmodell auf Grundlage einer Ausgangsgröße, die das mindestens eine bereitgestellte Steuerungsmodul zur Steuerung der Komponente ausgibt, vorgegeben. Der Wert kann insbesondere auf Grundlage eines Signals zur Steuerung der Komponente, dass das Steuerungsmodul erzeugt, vorgegeben wer den. Dadurch wird eine Steuerungsmodul-interne Rückkopplung in der Anlagensteuerung erzeugt, anhand der das Verhalten der An lagensteuerung getestet werden kann.

Beispielsweise kann das Simulationsmodell dazu eingerichtet sein, Stellwerte einer Komponente, z.B. eines Ventils, die vom Steuerungsmodul als Signal an die simulierte Komponente, z.B. das Ventil, ausgegeben werden, aufzunehmen und zur Simulation einer Reaktion der Komponente, etwa des Ventils, zu verarbei ten. Vorzugsweise werden die Stellwerte oder andere Ausgangs größen dabei direkt aus dem Steuerungsmodul ausgelesen, wodurch die Effizienz der Simulation und damit des Tests der Anlagensteuerung erhöht werden kann. Die Ausgangsgrößen können dabei insbesondere über eine durch das Simulationsmodell be-reitgestellte interne Schnittstelle des Steuerungsmoduls vom Steuerungsmodul an das Simulationsmodell übertragen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird wenigstens ein Ausgangswert einer mathematischen Funktion vom komponen tenspezifischen Simulationsmodell als Wert vorgegeben. Dabei ist die mathematische Funktion in bevorzugter Weise dazu ein gerichtet, die Komponente bzw. deren Verhalten zu beschreiben. Die Verwendung einer mathematischen Funktion vereinfacht die Integration des Simulationsmodells in der Steuerungsmodul bzw. erlaubt eine besonders einfache und schnelle Anpassung des Si mulationsmodells innerhalb des Steuerungsmoduls. Die Funktion kann zu diesem Zweck beispielsweise mit dem Steuerungsmodul verknüpft sein, etwa mit Parametern des Steuerungsmoduls.

Die mathematische Funktion kann dabei insbesondere verschiede ne Aspekte der zu simulierenden Komponente und/oder des Steue rungsmoduls zusammenfassen bzw. miteinander in Beziehung set zen, etwa in Form von mehreren Termen oder Variablen. Bei spielsweise kann die mathematische Funktion als Eingangsgröße Parameter des Steuerungsmoduls wie etwa PID-Konstanten, Aus gangsgrößen des Steuerungsmoduls wie etwa einen Stellwert der Komponente und/oder Parameter bzw. Ausgangsgrößen von Steue rungsmodulen verfahrenstechnisch benachbarter Komponenten der Anlage aufnehmen und gegebenenfalls miteinander in Beziehung setzen, um ein umfassendes und realitätsnahes Verhalten der Komponente innerhalb des Steuerungsmoduls simulieren zu kön nen .

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Ver fahren des Weiteren den folgenden Schritt auf: Anpassen des im Steuerungsmodul enthaltenen komponentenspezifischen Simulati onsmodells an physikalische Eigenschaften der Komponente der Anlage. Beispielsweise ist es denkbar, dass in einer Planungs phase, in der die physikalische Struktur der verfahrenstechni schen Anlage geplant wird und die einzelnen dafür benötigten Komponenten zusammengestellt werden, bereits spezielle Anfor derungen an die Komponenten absehbar sind. Alternativ oder zu sätzlich können solche Anforderungen auch im Rahmen einer Ent wicklungsphase, in welcher die Verschaltung bzw. Logik der Komponenten aufgrund ihrer Anordnung und/oder Funktion in der Anlage entwickelt wird, ermittelt werden. Die Anpassung des Simulationsmodells an die mit den Anforderungen einhergehenden physikalischen Eigenschaften wird dabei vorzugsweise bereits in der Planungsphase und/oder Entwicklungsphase, d. h. vor dem Fertigstellen der Anlagensteuerung, durchgeführt. Dadurch wird es möglich, die auf Grundlage von Steuerungsmodulen fertig entwickelte Anlagensteuerung anhand eines Gesamtmodells der Anlage aus bereits spezialisierten Simulationsmodellen der einzelnen Komponenten zu testen, ohne dass die Simulationsmo delle im Nachhinein in aufwendiger Kleinarbeit manuell ange passt werden müssen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Ver fahren des Weiteren den folgenden Schritt auf: Vorkonfigurie ren des mindestens einen Steuerungsmoduls, wobei das im Steue rungsmodul enthaltene komponentenspezifische Simulationsmodell vorzugsweise an die Vorkonfiguration angepasst wird. Dadurch kann eine Kohärenz zwischen Steuerungsmodul und Simulationsmo dell aufrechterhalten bzw. Fehler durch nicht auf einander ab gestimmte Steuerungsmodul und Simulationsmodelle vermieden o-der zumindest reduziert werden.

Beispielsweise kann im Rahmen der Entwicklungsphase ein Steue rungsmodul in Anbetracht der Wechselwirkung der Komponente mit wenigstens einer weiteren, anderen Komponente in der Weise an gepasst werden, dass z.B. ein Dämpfungsglied in die Steue rungslogik eingeführt wird. In Reaktion darauf kann unmittel bar eine Dämpfung in das Simulationsmodell, etwa in Form eines Dämpfungsterms in einer mathematischen Funktion, eingefügt werden .

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine von mehreren Varianten des vorkonfigurierten Steuerungsmoduls be-reitgestellt . Vorzugsweise wird das im Steuerungsmodul enthal tene komponentenspezifische Simulationsmodell dabei an die be-reitgestellte Variante angepasst. Es kann etwa ein Ventiltyp vorkonfiguriert werden, der gemäß einer Planung der Anlage mehrfach eingesetzt wird, zum Beispiel ein Regelventil. In Ab hängigkeit der Anordnung dieser Ventile ist es jedoch denkbar, dass unterschiedliche Varianten bezüglich des Stellwegs des Ventils benötigt werden, sodass entsprechend konfigurierte Va rianten eines Steuerungsmoduls für ein Regelventil bereitge stellt werden. Da jede dieser Steuerungsmodulvarianten bereits ein komponentenspezifisches Simulationsmodell enthält, ist es besonders leicht, auch die Simulationsmodelle an die unter schiedlichen Stellwege anzupassen. Insbesondere kann das Risi ko von Verwechslungen, zum Beispiel welches der Ventile wel chen Stellweg aufweist und von welchem Steuerungsmodul gesteu ert wird, verringert werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Anpas sen des komponentenspezifischen Simulationsmodells automatisch durchgeführt. Dabei kann das Stimulationsmodell insbesondere automatisch durch eine Anpassung bzw. eine Vorkonfiguration des Steuerungsmoduls, z.B. an eine gewünschte Wirkung der Kom ponente in der Anlage, angepasst werden. Dadurch kann das Tes ten der Anlagensteuerung deutlich vereinfacht und effizienter durchgeführt werden.

Beispielsweise kann das Simulationsmodell, etwa in Form einer mathematischen Funktion, von Parametern abhängen, von denen auch eine vom Steuerungsmodul erzeugte Ausgangsgröße, z.B. ein Steuerungssignal, abhängt. Werden beim Vorkonfigurieren des Steuerungsmoduls diese Parameter angepasst, kann sich diese Anpassung automatisch auch auf das in das Steuerungsmodell in- tegrierte Simulationsmodell übertragen, ohne dass eine weitere Anpassung vorgenommen werden muss.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das mindes tens eine vorkonfigurierte Steuerungsmodul in einem generi schen Format bereitgestellt, in dem das komponentenspezifische Simulationsmodell aus dem mindestens einen bereitgestellten Steuerungsmodul auslesbar und zur Erzeugung von wenigstens ei nem Wert für einen Parameter des Simulationsmodells durch ei nen Anlagensimulator nutzbar ist. Bei dem generischen Format kann es sich dabei z.B. um ein Dateiformat und/oder Daten struktur handeln, das bzw. die durch einen Anlagensimulator, etwa eine Simulationssoftware, zugänglich ist. Das Bereitstel len der Steuerungsmodule und die Auslesbarkeit der darin ent haltenen Simulationsmodelle kann es erleichtern, eine Ge samtsimulation aus mehreren bereits konfigurierten Simulati onsmodellen zu erzeugen und zum Testen der Anlagensteuerung zu verwenden .

Die vorangehend beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vor teile des ersten Aspekts der Erfindung gelten auch, sofern technisch sinnvoll, für den zweiten Aspekt der Erfindung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher er läutert. Es zeigen, zumindest teilweise schematisch:

FIG 1 ein Beispiel eines Verfahrens zum Testen einer Anla gensteuerung für eine verfahrenstechnische Anlage; und

FIG 2 ein Beispiel eines Steuerungsmoduls zur Steuerung ei ner Komponente einer Anlage mit einem Simulationsmo dell der Komponente.

FIG 1 zeigt ein Beispiel eines, insbesondere zumindest teil weise computerimplementierten, Verfahrens 100 zum virtuellen Testen einer Anlagensteuerung 1 für eine verfahrenstechnische Anlage, etwa eine Raffinerie oder eine Fabrik. Die Anlagen- Steuerung 1 wird dabei zumindest teilweise aus vorkonfigurier ten Steuerungsmodulen 2 zusammengesetzt, die jeweils dazu ein gerichtet sind, eine Komponente der Anlage, etwa ein Ventil, einen Aktuator, einen Sensor und/oder dergleichen, zu steuern, und in verschiedenen Phasen des Entwicklungsprozesses einer verfahrenstechnischen Anlage, insbesondere einer Planungspha se 10 zur Konzeption der Anlage und/oder einer Entwicklungs phase 20 zum Erstellen der Anlagensteuerung 1, nach Bedarf be reitgestellt werden können. Die Steuerungsmodule 2 enthalten dabei Simulationsmodelle 3 der Komponenten der Anlage, auf de ren Grundlage die Steuerung der Anlage durch die Anlagensteue rung 1 simuliert werden kann.

Dabei werden die vorkonfigurierten Steuerungsmodule 2, zum Beispiel modular zusammensetzbare, komponentenspezifische Steuerungssoftwareeinheiten, die jeweils die Steuerungssoft ware für eine Komponente der Anlage enthalten, in einem Ver fahrensschritt Sla, Slb bereitgestellt. In der Planungs und/oder Entwicklungsphase 20 können, gegebenenfalls in einem vorhergehenden Verfahrensschritt (nicht gezeigt) , verschiedene Typen von Komponenten, welche die Anlage umfassen soll, defi niert und beispielsweise deren Eigenschaften festgelegt wer den. Beim Bereitstellen Sla, Slb der Steuerungsmodule 2 werden dann vorzugsweise jeweils verschiedene Varianten dieser vor konfigurierten Steuerungsmodule 2 bereitgestellt, die aufgrund ihrer leicht voneinander abweichenden Konfiguration spezifi sche Funktionen, etwa gemäß der Anordnung der Komponenten in nerhalb der Anlage, erfüllen können. Dieses Bereitstellen Sla, Slb verschiedener Varianten eines generischen Steuerungsmo duls 2 kann auch als Instanziierung bezeichnet werden.

In einem weiteren Verfahrensschritt S2 werden die Steuerungs module 2 zur Anlagensteuerung 1 zusammengesetzt. Dies ge schieht vorzugsweise in der Entwicklungsphase 20. Dabei können die Steuerungsmodule 2 weiter spezifiziert, zum Beispiel an sich beim Erstellen der Anlagensteuerung 1 ergebende Anforde rungen und/oder Abhängigkeiten verschiedener Komponenten der Anlage voneinander angepasst, werden. Insbesondere können, falls notwendig, auch weitere Steuerungsmodule 2 instanziiert werden .

Die derart erzeugte Anlagensteuerung 1 kann dann anhand eines virtuellen Modells der Anlage, d. h. im Rahmen einer Simulati on, getestet werden. Die Simulation wird dabei in bevorzugter Weise auf Grundlage der Simulationsmodelle 3 der Komponenten der Anlage ausgeführt, wobei sich ein Gesamtmodell der Anlage zumindest teilweise aus den einzelnen Simulationsmodellen 3 zusammensetzt. Die Steuerung der Anlage durch die zuvor er zeugte Anlagensteuerung 1 wird in einem weiteren Verfahrens schritt S3 simuliert, wobei das Ausführen der Anlagensteue rung 1 anhand des simulierten, zumindest teilweise aus den Si mulationsmodellen 3 zusammengesetzten Anlagenmodells auch als Emulation bezeichnet werden kann.

Zur Emulation der Anlagensteuerung 1 werden Werte für Ein gangsparameter E der Anlagensteuerung 1 benötigt. Beispiels weise werden Messwerte eines Sensors zur Druckmessung benö tigt, um ein Steuerungssignal zur Steuerung eines Ventils in Abhängigkeit der Messwerte erzeugen zu können, oder es wird der Stellwert eines Ventils benötigt, um ein Steuerungssignal für einen Aktuator in Abhängigkeit des Stellwerts erzeugen zu können. Solche Werte können im Verfahrensschritt S3 anhand des simulierten Gesamtmodells der Anlage bzw. den Simulationsmo dellen 3 der einzelnen Komponenten der Anlage erzeugt und be reitgestellt werden, um von der Anlagensteuerung 1 aufgenommen und verarbeitet zu werden. Die dabei von der Anlagensteue rung 1 erzeugten Steuerungssignale für die Komponenten der An lage oder andere Ausgangsgrößen A können ebenfalls bereitge stellt werden, um von den Simulationsmodellen 3 aufgenommen und zum Erzeugen weiterer Werte für die Eingangsparameter E der Anlagensteuerung 1 verwendet zu werden. Die somit erzeug bare Rückkopplung entspricht gerade der Simulation S3 der Steuerung der verfahrenstechnischen Anlage durch die Anlagen steuerung 1.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Simulationsmodel le 3 in den Steuerungsmodulen 2 enthalten sind, wie durch die strichpunktierte Verbindungslinie in Figur 1 angedeutet ist. Denn dadurch können die Simulationsmodelle 3 im Wesentlichen gleichzeitig mit den Steuerungsmodulen 2, insbesondere während der Planungs- und/oder Entwicklungsphase 10, 20, vorkonfigu riert werden. Beispielsweise ist es denkbar, die Simulations modelle 3 direkt in dem (nicht dargestellten) Verfahrens schritt vor dem Bereitstellen Sla, Slb der Steuerungsmodule 2 zusammen mit den Steuerungsmodulen 2 zu definieren und gegebe nenfalls gemäß der Funktionalität und Anordnung der entspre chenden Komponente in der Anlage analog zu den Steuerungsmodu len 2 zu spezifizieren. Dies erhöht die Effizienz des virtuel len Testens der Anlagensteuerung 1, da bei einem späteren Kon figurieren der Simulationsmodelle 3, insbesondere nachdem die Anlagensteuerung 1 im Verfahrensschritt S2 bereits erstellt wurde, die Übersichtlichkeit beeinträchtigt sein kann.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, die Simulati onsmodelle 3 beim Bereitstellen Sla, Slb der vorkonfigurierten Steuerungsmodule 2 z.B. an das jeweilige Steuerungsmodul 2 an zupassen und/oder um Aspekte zu ergänzen, die in der jeweili gen Phase 10, 20 festgelegt werden, wie etwa den verfahrens technischen Zusammenhang zwischen zwei Komponenten.

FIG 2 zeigt ein Beispiel eines Steuerungsmoduls 2 zur Steue rung einer Komponente einer verfahrenstechnischen Anlage, wo bei das Steuerungsmodul 2 ein Simulationsmodell 3 der Kompo nente enthält. Das Steuerungsmodul 2 wird vorzugsweise durch eine Steuerungseinheit 2a charakterisiert, welche die Steue rungslogik realisiert, d. h. zum Beispiel Werte von Ein gangsparametern E verarbeitet und auf deren Grundlage Aus gangsgrößen A, z.B. Steuerungssignale zur Steuerung der Kompo nente, bereitstellt . Die Steuerungseinheit 2a kann insbesonde re durch Softwarecode, beispielsweise ein Skript, gebildet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die Steuerungseinheit 2a als Signalflussplan (Continuous Function Chart, CFC) ausgebildet, mit dem auch komplexe Steuerungs- und/oder Regelungsaufgaben abgebildet bzw. umgesetzt werden können .

Das Steuerungsmodul 2 kann zudem Parameter 2b enthalten, auf deren Grundlage die, vorzugsweise generische, Steuerungslogik des Steuerungsmoduls 2, zum Beispiel der Signalflussplan, aus geführt werden kann. Bei den Parametern 2b kann es sich etwa um Vorfaktoren einer mathematischen Funktion handeln, welche die Steuerungslogik abbildet und durch die Steuerungsein heit 2a umgesetzt ist.

Die Steuerungseinheit 2a kann beispielsweise eine Proportio-nal-Integral-Differenzial (PID) -Regelung umsetzen, wobei drei Parameter 2b als Vorfaktoren der Proportional-, Integral- und Differenzialglieder der Regelung verwendet werden.

Während die Steuerungseinheit 2a im Rahmen des Entwicklungs prozesses der Anlagensteuerung in der Regel nicht angepasst wird, sondern generisch für einen bestimmten Komponententyp, zum Beispiel ein Ventil, ist, können die Parameter 2b in den verschiedenen Phasen des Entwicklungsprozesses angepasst wer den, etwa an die beabsichtigte Wirkung der entsprechenden Kom ponente innerhalb der Anlage. Das Anpassen der Parameter 2b kann Teil eines Vorkonfigurierens des Steuerungsmoduls 2 sein.

Eine von der Steuerungseinheit 2a erzeugte Ausgangsgröße A, zum Beispiel in Form eines Steuerungssignals, muss nicht aus schließlich zur Steuerung der Komponente, der das Steuerungs modul 2 zugeordnet ist, verwendet werden. Gegebenenfalls kann anhand solcher Steuerungssignale auch eine andere Komponente gesteuert werden, insbesondere wenn sie mit der Komponente, der das Steuerungsmodul 2 zugeordnet ist, in einem verfahrens technischen Zusammenhang steht. Es ist beispielsweise denkbar, dass ein von einer Steuerungseinheit 2a des Steuerungsmoduls 2 eines Reglers erzeugtes Steuerungssignal zur Steuerung eines Aktuators verwendet wird. Dies ist durch den gestrichelten Pfeil A' angedeutet.

Wie in Figur 2 angedeutet werden die Werte für Eingangsparame ter E der Steuerungseinheit 2a in bevorzugter Weise von dem Simulationsmodell 3 innerhalb des Steuerungsmoduls 2 bereitge stellt. Dabei kann es sich beispielsweise um (simulierte) Aus gangssignale der Komponente, etwa eines Sensors, handeln, auf deren Grundlage die Steuerungseinheit 2a ein Steuerungssignal in Form eines Werts der Ausgangsgröße A erzeugen kann. Alter nativ kann der Wert eines Eingangsparameters E auch einfach ein Stellwert der Komponente, zum Beispiel eines Ventils, sein, der bei der Erzeugung eines Steuerungssignals durch die Steuerungseinheit 2a berücksichtigt werden soll. Insbesondere kann der Wert eines Eingangsparameters E den (Betriebs-) Zustand der Komponente charakterisieren.

Dazu kann die Komponente, insbesondere innerhalb einer Ge samtsimulation der verfahrenstechnischen Anlage, anhand des Simulationsmodells 3 simuliert werden. Das Simulationsmodell 3 weist zu diesem Zweck vorzugsweise eine Simulationseinheit 3a auf, welche das Verhalten der Komponente abbildet, d. h. zum Beispiel Ausgangsgrößen A einer Steuerungseinheit 2a, etwa in Form von Steuerungssignalen, verarbeitet und auf deren Grund lage Werte von Eingangsparametern E bereitstellt . Die Simula tionseinheit 3a kann insbesondere durch Softwarecode, bei spielsweise als Skript, gebildet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführung umfasst die Simulationseinheit 3a eine mathematische Funktion, welche das Verhalten der Komponente abbildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Simulationsein heit 3a aber auch andere Formen von Verhaltensbeschreibungen umfassen, zum Beispiel Signalflusspläne.

Zusätzlich zu den Steuerungssignalen kann das Verhalten der Komponente auch durch äußere Einflüsse A' ' beeinflusst werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um Prozessbedingungen des von der verfahrenstechnischen Anlage aufgeführten Prozesses handeln. Die Simulationseinheit 3a kann daher zum Beispiel be rücksichtigen, welcher Temperatur und/oder welchem Druck die Komponente ausgesetzt ist, wie hoch der Durchfluss eines Pro zessfluids ist und/oder dergleichen.

Gegebenenfalls kann die Simulationseinheit 3a auch dazu einge richtet sein, den verfahrenstechnischen Zusammenhang mit wei teren (simulierten) Komponenten der Anlage zu berücksichtigen. Beispielsweise können bei der Simulation eines Aktuators Steu erungssignale von einem Steuerungsmodul 2 eines Reglers be rücksichtigt werden. Dies ist durch den gestrichelten

Pfeil A' ' ' angedeutet.

Vorzugsweise berücksichtigt die Simulationseinheit 3a neben Ausgangsgrößen A der Steuerungseinheit 2a in Form von Steue rungssignalen auch die Parameter 2b des Steuerungsmoduls 2, zumindest insoweit sie für die Simulation der Komponente rele vant sind. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Kom ponente ein gedämpftes Verhalten zeigt und dieses gedämpfte Verhalten, welches durch einen Parameter 2b charakterisiert ist, bei der Steuerung der Komponente durch Einbeziehung die ses Parameters 2b berücksichtigt wird.

Diese Ausführungsform zeigt besonders deutlich den Vorteil ei nes Steuerungsmoduls 2 zur Steuerung einer Komponente, in wel ches das Simulationsmodell 3 der Komponente integriert ist. Dadurch, dass sowohl Steuerungseinheit 2a als auch Simulati onseinheit 3a zumindest teilweise Bezug auf dieselben Parame ter 2b nehmen, wird durch das Anpassen der Parameter, etwa bei einer Instanziierung Steuerungsmoduls 2 in der Entwicklungs phase mit dem Steuerungsmodul 2 gleichzeitig auch das Simula tionsmodell 3 vorkonfiguriert. Ein separater, unabhängiger An passungsschritt des Simulationsmodells, wie er im Stand der Technik notwendig ist, kann entfallen, wodurch die Effizienz des Entwicklungsprozesses der verfahrenstechnischen Anlage, insbesondere des Testens der Anlagensteuerung, erhöht wird.

Und selbst wenn Anpassungen des Simulationsmodells 3 notwendig sind, die nicht automatisch durch eine Konfiguration des Steu erungsmoduls 2 bzw. der Steuerungseinheit 2a, z.B. eines Sig nalflussplans, realisiert werden, bietet die Integration des Simulationsmodells 3 in der Steuerungsmodul 2 einen Vorteil in Bezug auf die Übersichtlichkeit des Entwicklungsprozesses der Anlage, insbesondere des Testens der Anlagensteuerung. Denn dadurch, dass beim Bereitstellen beispielsweise einer Variante des vorkonfigurierten Steuerungsmoduls 2 automatisch auch ein entsprechendes Simulationsmodell 3 bereitgestellt wird, muss zum einen zu einem späteren Zeitpunkt nicht mehr ermittelt werden, wie viele Simulationsmodelle überhaupt erzeugt werden müssen, um die Emulation der Anlagensteuerung zu ermöglichen. Zum anderen wird dadurch eine leicht nachvollziehbare Zuord nung von Simulationsmodell 3 zu Steuerungsmodul 2 erzeugt.

Bezugszeichenliste

1 Anlagensteuerung

2 Steuerungsmodul

2a Steuerungseinheit

2b Parameter

3 Simulationsmodell

3a Simulationseinheit

10 Planungsphase

20 Entwicklungsphase

100 Verfahren

A, A' Ausgangsgröße

A' ' äußere Einflüsse

A ' ' ' verfahrenstechnischer Zusammenhang

E Wert eines Eingangsparameters

Sla, Slb, S2, S3 Verfahrensschritte