Informationsmodell zur funktionalen Typisierung von Automatisierungsgeräten

Abstract

Aktueller Trend in der Automatisierungstechnik ist die Einführung von Ethernet-basierten, digitalen Schnittstellen zwischen der Steuerungs- und der Sensor-/Aktorebene. Die entstehenden Ethernet-basierten Feldbusse decken dabei nicht nur die klassischen Feldbusaufgaben ab, sondern bieten zusätzlich Bandbreite für weitere Dienste. Ziel eines jeden Ethernet-basierten Feldbusses ist dabei, ein umfassendes Kommunikationsmedium für die Automatisierungstechnik zu sein. Dieses soll den Anforderungen eines Feld-, Antriebs- und Sicherheitsbusses gerecht werden und zusätzlich noch Kommunikation über Protokolle, die aus der elektronischen Datenverarbeitungstechnik bekannt sind, ermöglichen, um eine vertikale Integration in höherliegende Ebenen der Automatisierungspyramide zu erlauben. Ein „Plug and Produce“, ähnlich dem aus der Computertechnik bekannten „Plug and Play“, bei dem sich die beteiligten Komponenten gegenseitig erkennen und sich das Gesamtsystem automatisch konfiguriert und parametriert, wird in diesem Umfeld allenthalben gefordert und propagiert, da die Komplexität und der Umfang der Schnittstellen zwischen den beteiligten Geräten immer größer und umfangreicher werden. Es gibt bislang kein globales Konzept für die Automatisierungstechnik, dieses Problem zu lösen. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Erreichung dieses Ziels darstellen, indem sie ein Informationsmodell für Automatisierungsgeräte und die durch sie bereitgestellten Kommunikationsobjekte liefert. Auf diese Weise wird eine funktionale Sicht auf die Geräte und die funktionalen Zusammenhänge über Gerätegrenzen hinaus bereitgestellt.

As yet the so-called "plug and produce" technique in automation technology - which is an adaptation of the well-known "plug and play" technique - has not yet been fully achieved, even though it is continually in demand and often proposed. One of the main reasons for this is the complexity of the communication media used in these systems. Modern communication media implement complex and multilayered interfaces between the devices involved. These interfaces depend not only upon the communication medium but also upon the architecture of control and the degree of centralization employed. In order to getting one step closer to the goal of “plug and produce”, an integrated information model for automation technology is needed. This model must offer a functional view of the devices involved and the communication objectives provided by these devices. By comparing device description languages that exist in automation technology and their underlying information models, it turned out that none of these concepts has the ability to map functional connections and dependencies. Therefore this thesis proposes an information model for functional typification of devices used in automation technology. In this model it is possible to describe functional dependencies across the boundaries between devices. It is also possible to provide a functional perspective upon these devices, including engineering tools, even when they are being used offline. This model can be used at a functional level to test whether the communication objectives needed by an application are enabled by the devices in question. In addition, two methods have been developed that may also be of use outside the scope of this thesis. One method can be used to compare description languages by deriving the underlying information model. The description languages are then compared to the level of the model. One benefit of this method is that it is possible to develop methods of translating the various description languages. In this way it is possible to construct the relationships between objects in different description languages and also find out what objects cannot be mapped.