CN111344642A - 用于计算机支持地提供关于过程模块的、以计算机代码的形式存在的信息的方法和数据处理设备，以及用于执行该方法的计算机程序产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于计算机支持地提供关于过程模块的服务的、以计算机代码的形式存在的信息的方法，所述过程模块与另外的过程模块可耦合以用于形成自动化生产线，该方法具有以下步骤：根据具有至少两个状态的预给定的状态图（14），将针对过程模块的服务的状态的选择可能性提供给操作人员；接收输入，以根据预给定的状态图确定针对该服务的至少一个状态；提供过程模块发出第一信号和/或接收第二信号的这种单元的列表；对于该服务的每个状态，启用并且接收用于提供第一数据的相应输入，该第一数据指示：来自列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为原因，与来自列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为效果之间的关联；根据第一数据确定第二数据，该第二数据指示：单元的可能的第一信号和第二信号作为服务的初始状态中的原因，与该服务的最终状态中来自列表的单元的可能的第一信号和第二信号之间的关联。相应的数据处理设备和计算机程序产品也属于本发明。
Description
本发明涉及用于计算机支持地提供关于过程模块的服务的、以计算机代码的形式存在的信息的方法和数据处理设备，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此在实施服务的情况下，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中。本发明还涉及对应的计算机程序产品。
工艺流程设备的模块化特别地在化学工业和制药工业中被认为是杰出的可能性，以时间经济并且成本很低地来构建和使用生产线，并且该生产线在此也可以再次被改建。特别地，这也可以被使用，以便以准确匹配的技术过程以相当少的数量制造化学产品和制药产品。
服务（英文“服务（Services）”）代表过程中的过程模块的各个功能，如调温（Temperieren）、计量（Dosieren）、搅拌等。通常，过程模块可以实施多个服务。通过调用服务，应当对过程模块进行面向对象和基于状态的控制。
单个过程模块包括多个组件，所述组件共同负责各个服务的实施，并且每个过程模块还具有针对这些组件的自己的控制单元。更高级别的过程控制单元（在所谓的过程管理级（Prozessführungsebene）中）应当具有过程模块的图示，或者理想地应当具有刚刚实施的服务的图示，所述更高级别的过程控制单元与过程模块通信，并且在外部控制过程模块的控制单元，以便调用服务并设置其各个步骤或状态。为此必需的是，更高级别的过程控制单元具有关于服务和过程模块的信息，该信息包含上述图示，指示如何进行与过程模块通信，以及如何通过控制来实施服务。这种信息在专业领域中被称为“模块类型包（ModuleType Package）”MTP。在德国的工业界，存在将过程管理级与过程模块之间的接口统一化的努力，特别是这涉及到采用如MTP之类的代码的图示。对此VDE指南2658是朝标准化方向的第一步。
诸如MTP之类的这种信息的生成是成本高的，因为该信息一方面建立在关于模块（主要来自模块的制造商）的先期信息上，其中另一方面，在不同制造商的模块互连在生产线上时，需要跨制造商可使用的格式。先前的解决方案是由模块的制造商和在模块的制造商处实现的。然而，涉及到对服务的设计方案，过程模块的各种可能性不可能总是被最佳地利用。将期望的是，可以更容易地定义过程模块的服务。
本发明的任务是使服务的开发和规定变得容易，并且这理想地用于任意过程模块。
本任务通过具有根据权利要求1所述的特征的方法解决、通过具有根据权利要求9所述的特征的方法解决，通过根据权利要求10所述的计算机程序产品和具有根据权利要求11所述的特征的数据处理设备解决。在从属权利要求中指示了有利的设计方案。
用于计算机支持地提供关于过程模块的服务的、以计算机代码的形式存在的信息的根据本发明的方法，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此在实施服务的情况下，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中，由此所述方法包括步骤：
- 根据具有至少两个状态的预给定的状态图，将针对过程模块的服务的状态的选择可能性提供给操作人员；
- 接收来自操作人员的输入，以从预给定的状态图中确定至少一个状态，针对过程模块的服务应当能够占用所述至少一个状态；
- 提供过程模块发出第一信号和/或接收第二信号的这种单元（或组件）的列表；
- 对于针对过程模块的服务可以占用的每个状态，启用并且接收用于提供第一数据的输入，所述第一数据指示：来自针对多个单元、并且尤其针对所有单元的列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为原因，与来自针对多个单元、并且尤其针对所有单元的列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为效果之间的关联；
- 根据第一数据确定第二数据，该第二数据指示：来自针对多个单元、并且尤其针对所有单元的列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为来自服务应当能够占用的所有状态的过程模块的服务的初始状态中的原因，与来自针对多个单元、并且尤其针对所有单元的列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为来自过程模块应当能够占用的所有状态的服务的最终状态中的效果之间的关联。
通过将方法连接到预给定的状态图，并且可从预给定的状态图包含的状态中选择待定义的服务的状态，提供定义服务时本身的统一化。这使不依赖过程模块的制造商而预给定服务变得简单。列表上的单元或组件通常是或包括过程模块的传感器和致动器（Aktoren）。因此，通过根据第一数据在各个状态中的关联，指示了（逻辑上的、但首先是物理上的和必要时化学上的）相互关系，所述相互关系应当在服务的状态中适用。因此，通过根据第二数据的关联作为整体指示了服务的（逻辑上的、但首先是物理上的和必要时化学上的）相互关系。在此未进一步追求的特殊的方面中，该方法还不需要最后的步骤。
在该方法的优选的实施方式中，来自预给定的状态图中的状态的部分在每个过程模块中被假定为强制的，并且选择可能性仅涉及至少一个另外的状态或至少一个状态组。在一些状态图中，状态即被定义为使得相同状态中的一些存在于每个服务中，例如初始状态、运行中状态“运行中（Running）”以及最终状态。如果没有状态被假定为强制的，该方法可以被设计为使得通过操作人员可以确定至少两个状态、必要时至少三个状态、或者更高的最小数量。
特别地，对于化学工业和制药工业的目的，有利的是，当状态图与根据DIN EN61512 ed.2的状态模型相对应。同样地在IEC 61512中也指定了相同的状态模型。
因为该方法用于确定具有其特性的服务，因此合适的是：当由操作人员给出用于命名过程模块的服务的可能性时，最好开始该方法。否则，操作人员必须被预给定名称，该名称可能使对服务的内容的随后快速检测变得困难。
该方法可以被如下地扩展，使得针对操作人员至少对状态的部分提供用于定义参数的可能性，并且接收用于定义参数的对应的输入。这种参数的值在过程到期时在生产线中通过相应过程模块外部的单元是可关联的。参数的值也可以在过程到期时在生产线中通过操作员（工厂中在场的负责人员）是可关联的。参数例如可以涉及组件或组件中待处理的材料的运行温度。然后在一个温度范围中或对整个温度范围实施服务，并且在每个实施中输入或预给定当前的温度。
在该情况下有利的是，当第一数据以及必要时还附加地或备选地第二数据指示用于所定义的参数的值与用于所定义的参数的（另外的）值之间的关联。然后在此考虑，通过参数可描述的物理上的以及化学上的相互关系。关联还可以包含：仅将参数作为原因来指示，但是作为效果，第二信号（或者在更复杂的关系下甚至是第一信号）随参数而变化。在此，然后要考虑的是，物理上的以及化学上的相互关系在用于参数的不同的值的情况下可以在致动器侧（必要时还在传感器中）引起不同的后果。
在该方法的优选的实施方式中规定，在计算机代码中存在的信息以这种形式提供，使得该信息通过两个不同的编辑器可编译成两个不同的由控制装置可实施的代码、特别是可编程逻辑控制代码、SPS代码。以该方式这样是可能的：既不依赖过程模块的制造者也不依赖过程管理级的制造者而预给定服务，并且从通过该方法来提供的信息中立即推导出控制代码。
在该方法的优选的实施方式中规定，根据计算机代码中存在的信息来生成过程模块的服务的视觉上的、特别是图形的图示。这种图示使设计服务的操作人员以及随后的服务的用户（例如，在设计整个生产线时，即在所谓的编排（Orchestrierung）时）变得简单，以检测服务的功能。
用于计算机支持地提供关于过程模块的、以计算机代码的形式存在的信息的另外的（即，第二）根据本发明的方法，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中，并且在此可实施至少两个不同的服务，所述方法包括步骤：
- 首先执行上面所描述的第一方法；
- 至少另外一次地执行该第一方法；
- 将分别在执行根据上述权利要求中的任一项所述的方法中所获得的第二数据组合成数据整体。
因此，（当操作人员进行了对应的输入时）通过该第二方法所提供的信息包括关于至少两个服务的、理想地关于用于过程模块的所有所期望的服务的信息。然后，该信息可以是MTP的部分——即随后被纳入到MTP中——或者作为与MTP相同的整体——即本身可以合适的格式提供。由此，在设计服务的过程中，立即创建了对于代码的随后的使用所需的代码。
用于计算机支持地提供关于过程模块的服务的、以计算机代码的形式存在的信息的根据本发明的计算机程序产品，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此在实施服务的情况下，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中，包括其上存储有计算机程序代码的数据载体，其中，当在计算机上加载并调用计算机程序代码时，所述计算机程序代码导致计算机以方法的实施方式中的至少一个实施上面所描述的第一方法，或者以计算机程序产品的另外的变体实施上面所描述的第二方法。由此，该方法可轻松且快速地实施。
用于提供关于过程模块的服务的、以计算机代码的形式存在的信息的根据本发明的数据处理设备，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此在实施服务的情况下，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中，所述数据处理设备具有人机接口，并且该数据处理设备还具有：
- 用于以下的部件：根据具有至少两个状态的预给定的状态图，将针对过程模块的服务的状态的选择可能性经由人机接口提供给操作人员；
- 用于以下的部件：经由人机接口接收来自操作人员的输入，以根据预给定的状态图确定至少一个状态，针对过程模块的服务应当能够占用所述至少一个状态；
- 用于以下的部件：存储过程模块发出第一信号和/或接收第二信号的这种单元的列表；
- 部件，该部件对于针对过程模块的服务可以占用的每个状态，经由人机接口给出针对输入以及接收用于提供第一数据的对应输入的可能性，该第一数据指示：来自针对多个单元、并且尤其针对所有单元的列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为原因，与来自针对多个单元、并且尤其针对所有单元的列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为效果之间的关联；
- 部件，该部件根据第一数据确定第二数据，该第二数据指示：来自针对多个单元、并且尤其针对所有单元的列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为来自服务应当能够占用的所有状态的过程模块的服务的初始状态中的原因，与来自针对多个单元、并且尤其针对所有单元的列表的单元的可能的第一信号和第二信号作为来自过程模块应当能够占用的所有状态的服务的最终状态中的效果之间的关联。
上面为方法所提到的优点对应地适用于数据处理设备，并且对应地能派生出优选的实施方式。
数据处理设备的所有所提到的部件可以处理器或数据处理设备的其他的数据处理子单元的形式来提供，其中，在一个实施方式中，这种数据处理子单元同时可以占用所提到的部件中的多个的功能。部件中的至少一些可以必要时访问从每个种类的存储装置中选择出的存储装置，或包括这种存储装置。部件还可以包括存在特定程序代码，和在单元上运行特定程序代码，或者部件可以包括对应的软件块本身。备选地，部件的部分可以被提供为专用电路。
优选地规定，人机接口具有屏幕。优选地，同时提供输入装置，如电脑鼠标。备选地或附加地，所述输入装置可以通过合适地构建屏幕、如屏幕上的触摸区域来提供。
进一步优选地规定，所述数据处理设备具有用于存储所提供的第一数据和/或所提供的第二数据（优选地，整个以计算机代码的形式存在的信息）的存储器。
下面参考附图更详细地描述本发明的优选的实施方式。在所述附图中示出：
图1示出了本发明中优选使用的状态模块的图示（作为图）；
图2示出了实施用于实现根据本发明的方法的计算机程序的屏幕视图；
图3示出了根据本发明的方法的优选的实施方式的流程图；
图4示出了用于对以根据本发明的方法的优选的实施方式来关联的步骤进行阐述的表的简化图示。
未在图中示出的过程模块可以与另外的过程模块互连成生产线，在该生产线中可实施化学过程或制药过程，其中，每个过程模块在特定的过程中执行来自大量可能的功能的特定的功能。这种工艺流程功能也被称为服务或英文“服务（Services）”，或者是“封装”在这种服务中。下面介绍的计算机程序具有如下任务：利用（个人）计算机（或计算机）的支持来定义这种服务。同时，应当针对服务提供信息，在该信息的基础上，过程（过程管理级）中更高级别的控制单元可以使对过程模块的控制能够进行。优选地，然后该信息采用代码IEC 61131-3的形式存在。关于过程模块的完整的数据包被称为“模块类型包（Module TypePackage）”MTP。
计算机程序根据如图1中的状态图所示的相同的状态模型定义每个服务。这是根据DIN EN 61512 ed.2或IEC 61512的状态模型。首先，状态模型包含每个服务中强制存在的状态“空闲（Idle）”、“运行中（Running）”、“中止中（Aborting）”和“已中止（Aborted）”。在此，这是初始状态（也称为：起始状态）、实施工艺流程功能的状态和在服务被计划外中断时经受（durchlaufen）的中止循环。用于暂停服务的循环（具有“暂停中（Pausing）”和“已暂停（Paused）”）、用于保持服务的循环（具有“保持中（Holding）”、“已保持（Held）”和“未保持中（Unholding）”或“重启中（Restarting）”）和用于停止服务的循环（具有“停止中（Stopping）”和“已停止（Stopped）”）是自由可选的，因此可以按照模型构建者的需要来实现或移除。在自行完成的服务（所谓的“自完成服务（self-completing services）”）的情况下，则包括状态“完成（Complete）”。反之，连续的服务（所谓的“连续服务（continuousservices）”）永远不会达到固定的目标，而是利用可变参数连续地运行。因此，值得建议的是，在这种服务中实施停止循环（Stop-Schleife）。在工艺流程功能中，其中计划外的停止与计划了的停止彼此没有区别，中止循环（Aborting-Schleife）的实施足够了。
此外，在当前计算机程序中，如果服务复杂或应当复杂，则也给出这样的可能性：另外选择如保持或暂停之类的另外的循环。在此，该循环只能作为整体选择，具有瞬态状态（以“中（ing）”结尾），该瞬态状态经由状态转换“自完成（Self-Complete）”（参见图1中的“SC”）自动转入到后续状态中。
下面，在一个实施方式中参考如图2中所示的对应的屏幕图示以及同时参考来自图3的流程图来描述该方法。
在该实施方式中，该方法以步骤S10开始，在该步骤S10中启动程序，即通常进行启动。在步骤S12中，未示出的掩码能够实现对字母数字字符的输入，以命名下面待定义的服务。随后，对于步骤S14至S18给出如图3中所示的屏幕图示。首先，整体上以10标记的屏幕图示的范围包括具有文件夹的区域（或部分窗口）11，以用于存储和指示各个服务以及相关联的状态。另一个区域或部分窗口12通过打勾能够实现在步骤S14的范围中各个状态和状态组的选择，其中，状态“空闲”、“运行中”、“中止中”和“已中止”被假定为强制存在。来自图1的状态图在窗口14中显示给用户。在不完整的状态选择的情况下，步骤S16返回到步骤S14。
部分窗口16允许用户在步骤S18中定义参数，该参数作为输入量或作为调节量在过程中发挥作用。图2示例性地示出了将物理量压力和温度定义为参数。
在步骤S20中，从计算机本身的存储器或从计算机外部加载所谓的“标签（Tags）”的列表。“标签”是过程模块中提供输入信号（通常，传感器这样做）和/或对输出信号做出反应（通常如致动器）的每个组件。
然后，在步骤S22中，按照图4所示的方式来定义表。例如，如所指示的，在命名为“TT1”的传感器检测信号“Min1”时，信号AUON应当发送到泵“Pump21”并且信号AUC1应当发送到阀“Valvet1”。列“互锁逻辑1”在逻辑上连接多个输入信号。指示“AND1”连接来自传感器“TT2”和来自“Pump21”的两个信号：如果“TT2”具有信号“X1> 1”，并且同时（UND-连接）“Pump21”具有信号“BL-ON”，则转入到状态“完成”。后者包含所谓的过渡条件。
该表也被称为“扩展原因&效果”表，并且可以如在EP 2 899 630 A1所描述的进行设计。
在该方法的实施方式中，为全部的状态定义表，所述全部的状态应当被理解为第一数据。在下面步骤中，现在可以根据所选择的状态和相关联的表指示用于整个过程模块（在所定义的服务中）的输入信号与相同的整个过程模块的输出信号之间的完整的相互关系，例如再次以表的形式指示。然后这是第二数据。仅仅是该第二数据，作为以计算机代码的形式存在的信息，就已经可以是该方法的目标了，但是也还可以添加另外的信息。因此，可以生成过程模块的服务的视觉上的、特别是图形的图示（图表），以便更好地向有知识的观察者说明作用方式。
在步骤S24中，经由屏幕图示等向用户询问，该用户是否想要定义另外的服务。如果是的话，则返回到步骤S12。如果定义了所有的服务，则转到步骤S26。
优选地，所获得的信息作为IEC 61131-3代码来提供，并且还优选地包括关于过程模块的通信特性或可使用的通信协议的指示。因此，可以根据步骤S26总共产生MTP，该MTP是随后对于控制过程模块所需要的。
利用MTP完成该方法，参见结束的步骤S28。
Claims (13)
1.一种用于计算机支持地提供关于过程模块的服务的、以计算机代码的形式存在的信息的方法，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此在实施服务的情况下，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中，
其中，所述方法包括步骤：
- 根据具有至少两个状态的预给定的状态图（14），将针对所述过程模块的所述服务的状态的选择可能性提供给操作人员；
- 接收来自所述操作人员的输入，以根据所述预给定的状态图（14）确定至少一个状态，针对所述过程模块的所述服务应当能够占用所述至少一个状态；
- 提供所述过程模块发出第一信号和/或接收第二信号的这种单元的列表；
- 对于用于所述过程模块的所述服务可以占用的每个状态，启用并且接收用于提供第一数据的输入，所述第一数据指示：来自针对多个所述单元、并且尤其针对所有单元的所述列表的所述单元的可能的第一信号和第二信号作为原因，与来自针对多个所述单元、并且尤其针对所有单元的所述列表的所述单元的可能的第一信号和第二信号作为效果之间的关联；
- 根据所述第一数据确定第二数据，所述第二数据指示：来自针对多个所述单元、并且尤其针对所有单元的所述列表的所述单元的可能的第一信号和第二信号作为来自所述服务应当能够占用的所有状态的所述过程模块的所述服务的初始状态中的原因，与来自针对多个所述单元、并且尤其针对所有单元的所述列表的所述单元的可能的第一信号和第二信号作为来自所述过程模块应当能够占用的所有状态的所述服务的最终状态中的效果之间的关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，来自所述预给定的状态图（14）中的所述状态的部分在每个过程模块中被假定为强制的，并且所诉选择可能性仅涉及至少一个另外的状态或至少一个状态组。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述状态图（14）与根据DIN EN 61512 ed.2或IEC61512的状态模型相对应。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，优选地在所述方法开始时由所述操作人员给出用于命名所述过程模块的所述服务的可能性。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，针对所述操作人员至少对所述状态的部分提供用于定义参数的可能性（16），并且接收用于定义所述参数的对应的输入。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一数据和/或所述第二数据也指示用于所定义的参数的值与第一信号和第二信号或用于所定义的参数的另外的值之间的关联。
7.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在计算机代码中存在的信息以这种形式提供，使得所述信息通过两个不同的编辑器可编译成两个不同的由控制装置可实施的代码、特别是可编程逻辑控制代码、SPS代码。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其中，根据所述计算机代码中存在的信息来生成所述过程模块的所述服务的视觉上的、特别是图形的图示。
9.一种用于计算机支持地提供关于过程模块的、以计算机代码的形式存在的信息的方法，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中，并且在此可实施至少两个不同的服务，
其中，所述方法包括步骤：
- 首先执行根据上述权利要求中的任一项所述的方法；
- 至少另外一次地执行根据上述权利要求中的任一项所述的方法；
- 将分别在执行根据上述权利要求中的任一项所述的方法中所获得的第二数据组合成数据整体。
10.一种用于计算机支持地提供关于过程模块的服务的、以计算机代码的形式存在的信息的计算机程序产品，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此在实施服务的情况下，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中，其中，所述计算机程序产品具有其上存储有计算机程序代码的数据载体，其中，当在计算机上加载并调用计算机程序代码时，所述计算机程序代码导致所述计算机实施根据权利要求1至9中的任一项所述的方法。
11.一种用于提供关于过程模块的服务的、以计算机代码的形式存在的信息的数据处理设备，所述过程模块与另外的过程模块可耦合，并且因此在实施服务的情况下，可使用在用于执行技术过程、特别是化学过程或制药过程的自动化生产线中，
其中，所述数据处理设备具有人机接口，并且还具有：
- 用于以下的部件：根据具有至少两个状态的预给定的状态图，将针对所述过程模块的所述服务的状态的选择可能性经由所述人机接口提供给操作人员；
- 用于以下的部件：经由所述人机接口接收来自所述操作人员的输入，以根据所述预给定的状态图确定至少一个状态，针对所述过程模块的所述服务应当能够占用所述至少一个状态；
- 用于以下的部件：存储所述过程模块发出第一信号和/或接收第二信号的这种单元的列表；
- 部件，所述部件对于针对所述过程模块的所述服务可以占用的每个状态，经由所述人机接口给出针对输入以及接收用于提供第一数据的对应输入的可能性，所述第一数据指示：来自针对多个所述单元、并且尤其针对所有单元的所述列表的所述单元的可能的第一信号和第二信号作为原因，与来自针对多个所述单元、并且尤其针对所有单元的所述列表的所述单元的可能的第一信号和第二信号作为效果之间的关联；
- 部件，所述部件根据所述第一数据确定第二数据，所述第二数据指示：来自针对多个所述单元、并且尤其针对所有单元的所述列表的所述单元的可能的第一信号和第二信号作为来自所述服务应当能够占用的所有状态的所述过程模块的所述服务的初始状态中的原因，与来自针对多个所述单元、并且尤其针对所有单元的所述列表的所述单元的可能的第一信号和第二信号作为来自所述过程模块应当能够占用的所有状态的所述服务的最终状态中的效果之间的关联。
12.根据权利要求11所述的数据处理设备，其中，所述人机接口具有屏幕和输入装置，优选地包括计算机鼠标和/或屏幕上的触摸区域。
13.根据权利要求11或12所述的数据处理设备，还具有用于存储所提供的第一数据和/或所提供的第二数据的存储器。
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