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WO2012072179A1 - Verfahren und vorrichtung zum konfigurieren einer arbeitsmaschine in virtueller umgebung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum konfigurieren einer arbeitsmaschine in virtueller umgebung Download PDF

Info

Publication number
WO2012072179A1
WO2012072179A1 PCT/EP2011/005613 EP2011005613W WO2012072179A1 WO 2012072179 A1 WO2012072179 A1 WO 2012072179A1 EP 2011005613 W EP2011005613 W EP 2011005613W WO 2012072179 A1 WO2012072179 A1 WO 2012072179A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
machine
configuration
virtual
environment
working
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/005613
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Krauskopf
Bartosz Korajda
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201180058389.XA priority Critical patent/CN103370663B/zh
Publication of WO2012072179A1 publication Critical patent/WO2012072179A1/de

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/414Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/44Arrangements for executing specific programs
    • G06F9/455Emulation; Interpretation; Software simulation, e.g. virtualisation or emulation of application or operating system execution engines
    • G06F9/45533Hypervisors; Virtual machine monitors

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a
  • Working machine as well as a working machine.
  • the present invention may find particular application in packaging machines, printing machines,
  • Such machines are usually of a particular configuration such as
  • Configuration changes are relatively cumbersome in the prior art. It usually has to be carried out separately on the individual units in each case the change. Usually, the individual machines are delivered with a specially tailored to this purpose program. This means, for example, that compatibility with other machines is limited and by each
  • the present invention is therefore based on the object to create a generally valid project or program for the work machine, this program is also executable on several differently configured or equipped machines.
  • this program is also executable on several differently configured or equipped machines.
  • a change in the machine configuration or the machine hardware components usually requires a complete rewriting of the application program. This results in a high modification effort and also a low reusability and maintainability.
  • this work machine has at least one machine unit with drive devices, and this machine unit has at least one control device for controlling the machine unit. Furthermore, this control device has a memory device in which programs required for the operation of the respective machine unit are stored. In this case, the machine unit or the machine units are each assigned interfaces for data exchange.
  • a virtual environment independent of the work machine is provided, and in this virtual environment, a configuration is generated, and then this configuration generated in the virtual environment is set to
  • the said virtual environment is split into environmental parts, these environmental parts being characteristic of machine parts of the
  • the work machine has a plurality of machine parts which interact in a predefined manner for a specific process, it is advantageous for each of these machine parts to be assigned an environment part in the virtual environment, such that the complete machine is represented in the virtual plane or
  • said virtual environment parts correspond to the virtual machines.
  • the creation of the configuration preferably takes place in at least one environment part independently of the creation of the configuration in at least one other
  • Machine configuration contains only the parts that are relevant to the solution of his task. In this way a strong cohesion is achieved.
  • This transfer can be transparent for the respective machine part.
  • the respective machine part For example, in a virtual machine part, the
  • Communication interfaces for input and output images of the PLC, for read-only memory and the like. This means that advantageously the relevant machine part only sees its usual environment.
  • the configuration for a specific environmental part is limited to those aspects which are decisive for the machine part for which this environmental part is characteristic.
  • the corresponding environment part is personalized to the respective corresponding one
  • Machine part adapted or the respective environment parts are customized
  • At least two environmental parts communicate with one another.
  • Virtual machines can also communicate with each other via these loosely coupled "channels.”
  • a specific piece of equipment automatically runs when its (more abstract) virtualized machine configuration meets the concrete one
  • Machine configuration can be mapped.
  • Control or control device also as a platform for several independent
  • a framework program is created which can run on different machine configurations.
  • a virtual machine management is provided, which manages the said environment parts.
  • virtual projects preferably do not access the hardware directly, but the interface that is used by the virtual machine
  • Such a virtual project advantageously consists of the user program (eg a PLC code), data such as tables, Recipes or databases, HMIs (input / output screens for control), bus configurations of the peripherals with actuators and sensors (addresses, structure, function) and the like.
  • the said virtual machine management can thereby one or more virtual
  • the virtual machine management manages resources of the work machine, such as their computing time, their memory, their inputs / outputs (I / O),
  • a real machine is transformed into a virtual machine
  • Transferred environment It is thus possible, for example, to image the real machine in this virtual environment.
  • said virtual machine management for the virtual project itself is largely transparent.
  • hardware mapping advantageously allocates the actual hardware and peripherals to the configured hardware in the virtual projects.
  • the hardware on which the virtual machine management is running advantageously corresponds in structure to the automation system or the working machine.
  • the virtual project also corresponds advantageously to the structure of an automation system.
  • virtual machines do not see each other.
  • virtual machine management can completely isolate a security-related virtual project from other virtual projects. That way is one isolated processing possible. It is also possible that a virtual project can be protected, for example encrypted, and only then by the virtual one
  • Machine management with valid keys is decrypted and executed.
  • Machine management with valid keys is decrypted and executed.
  • a further advantageous method requires a change to the real
  • Machine configuration resources such as adding and / or removing further components or machine parts, will not change a virtual machine part, but it will preferably be hidden from the virtual machine part by virtual machine management.
  • Machine management done automatically or by a configuration change in the virtual machine management itself.
  • a change of the mapping table can be made.
  • the present invention is further directed to a work machine having at least one work unit, said work unit having at least one drive means and this work unit or each of these work units each one
  • Control device is assigned to control the working unit. Furthermore, the control devices each have memory devices in each of which are required for the operation of the respective working units programs are stored and the
  • Machine units are each assigned interfaces for data exchange.
  • the working machine has at least two working units and more preferably a plurality of working units.
  • different tasks can be assigned to each of these several work units, for example as part of a
  • Press. also has at least one working unit and preferably several working units each have a plurality of drive devices.
  • a virtual environment independent of the working machine is available for creating or changing a machine configuration of the work machine, in which a configuration can be generated. Furthermore, one is
  • Transmission device which transmits this configuration to the working machine.
  • the mentioned virtual environment is split into a plurality of environmental parts. These environment parts can be separate from each other or separated and independently programmed or edited.
  • the work machine is selected from a group of work machines which
  • Fig. 1 a schematic representation for illustrating a working machine
  • Fig. 2 is a schematic illustration for illustrating the prior art
  • 3 shows a schematic representation for illustrating the virtualization
  • 4 shows a schematic flow diagram for the virtualization
  • Fig. 1 shows a schematic representation for illustrating the present
  • a working machine designated in its entirety by 1 here has 2 machine units 2. These machine units 2 each have a plurality of drive means 22, which may be, for example, servo drives, hydraulic or pneumatic drives here.
  • Reference numerals 26 each refer to drive amplifiers which are connected to the respective control devices 4 via real-time buses 24.
  • the reference numeral 16 denotes a visualization unit which allows the user to handle the
  • this visualization unit 16 By means of this visualization unit 16, for example, characteristic data for the respective configuration can be output.
  • characteristic data for the respective configuration can be output.
  • About an input / output device 18 can be entered on the part of the user commands.
  • This input / output device 18 can be connected via a field bus 28 to the controller 4.
  • the control devices 4 each have uniform interfaces 8, via which configuration changes are possible.
  • a control level 20 is provided here, on which, for example, individual program modules can be stored.
  • these program modules can be the individual
  • Interfaces 8 and thus also the individual control devices 4 are supplied. Accordingly, it would also be possible for the corresponding intelligence to be located in the respective drive amplifiers 26 and the program modules in each case
  • the program modules can be made available via Ethernet 27 or the Internet 25.
  • the reference numeral 14 denotes an engineering module, which allows editing of the individual software modules.
  • Fig. 2 shows a rough schematic representation for illustrating the prior art.
  • the prior art is usually a fixed coupling between the
  • Control device 8 and the respective machine units or drive means 22 are provided.
  • a control device usually includes a
  • Bus subscribers can not be inserted as addresses shift.
  • control hardware can not be replaced by a functionally compliant variant.
  • Machine parts are decomposed, such.
  • Machine types create such.
  • FIG. 3 illustrates the idea according to the invention.
  • the work machine 2 is shown with the operating system 42.
  • the reference numeral 30 indicates in its entirety a virtual environment in which three virtual environment parts 32, 34 and 36 are shown. In these virtual environment parts 32, 34 and 36 respectively
  • Virtualization is generally the decoupling of the operating system from the underlying hardware.
  • the primary goal is to provide the user with an abstraction layer that takes him from the actual hardware computing power and Storage space - isolated.
  • a logical layer is introduced between user and resource to extend the physical realities of the hardware.
  • FIG. 4 shows a flow diagram for the representation of the engineering.
  • Reference numerals 32 and 34 again refer to virtual environment parts which are initially programmed out. Subsequently, these virtual projects 32 and 34 are transmitted via an abstracted interface 44 into a virtual machine management 40.
  • the virtual machine management 40 also manages the individual resources of the actual machine 2 as well as possibly its periphery 46. Thus, the machine can be assembled in this virtual machine management and then transferred via a hardware mapping 48 to the actual existing hardware. Also, the corresponding periphery 46 can in this way
  • Machine Management 40 runs can differ from the expected hardware and peripherals in the virtual project 32 and 34 in terms of scope and also the severity.
  • a change of the real hardware 2 and / or the periphery 46 does not require a change of the virtual project, it may be sufficient to re-allocate via the
  • Hardware mapping 48 perform.
  • Fig. 5 shows again in a summary of the procedure according to the invention.
  • the application program is decoupled from the underlying hardware and programming is done with virtual devices. Subsequently, a mapping is made to the physical devices on the actual machine. Hardware are included
  • the machine project itself can be relieved of the change effort in variant-rich series machines and centrally located.
  • An essential role is played here by the virtual

Landscapes

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine, wobei die Arbeitsmaschine wenigstens eine Maschineneinheit (2) mit Antriebseinrichtungen (22) aufweist und diese Maschineneinheit (2) jeweils über wenigstens eine Steuerungseinrichtung (4) zum Steuern der Maschineneinheit (2) verfügt und diese Steuerungseinrichtung (4) eine Speichereinrichtung aufweist, in denen jeweils für den Betrieb der jeweiligen Maschineneinheiten (2) erforderliche Programme abgelegt sind, und wobei den Maschineneinheiten (2) jeweils Schnittstellen (8) zum Datenaustausch zugewiesen sind. Erfindungsgemäß wird zur Erstellung oder Änderung einer Maschinenkonfiguration der Arbeitsmaschine (1) eine von der Arbeitsmaschine (1) unabhängige virtuelle Umgebung (30) zur Verfügung gestellt und in dieser virtuellen Umgebung (30) wird eine Konfiguration erzeugt und anschließend diese in der virtuellen Umgebung (30) erzeugte Konfiguration auf die Arbeitsmaschine (1) übertragen.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG UM KONFIGURIEREN EINER ARBEITSMASCHINE IN VIRTUELLER UMGEBUNG
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer
Arbeitsmaschine, sowie eine Arbeitsmaschine. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere Anwendung finden bei Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen,
Textilbearbeitungsmaschinen, Textilherstellungsmaschinen und Automatisierungsanlagen. Des weiteren sind Anwendungen auch denkbar bei Anlagen mit elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Antrieben.
Derartige Maschinen werden üblicherweise mit einer bestimmten Konfiguration wie
beispielweise mit verschiedenen Maschineneinheiten ausgeliefert. Oftmals ist es jedoch erforderlich, zu späteren Zeitpunkten diese Maschinenkonfiguration zu ändern,
beispielsweise weitere Aggregate hinzuzufügen oder Updates der
Datenverarbeitungsprogramme durchzuführen. Derartige Erweiterungen oder
Konfigurationsänderungen sind dabei im Stand der Technik relativ mühsam. Es muss üblicherweise an den einzelnen Aggregaten jeweils separat die Änderung durchgeführt werden. Üblicherweise werden dabei die einzelnen Arbeitsmaschinen mit einem speziell auf diesen Zweck zugeschnittenen Programm ausgeliefert. Dies bedeutet, dass beispielsweise die Kompatibilität mit anderen Maschinen eingeschränkt ist und durch die jeweils
unterschiedlichen Programme Änderungen an Konfigurationen relativ mühsam sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein allgemein gültiges Projekt oder Programm für die Arbeitsmaschine zu erstellen, wobei dieses Programm auch auf mehreren unterschiedlich konfigurierten bzw. bestückten Maschinen lauffähig ist. Im Stand der Technik besteht eine fest programmierte Kopplung zwischen den einzelnen Anwendungsprogrammen und der darunter liegenden Hardware. Eine Änderung der Maschinenkonfiguration bzw. der Maschinenhardwarekomponenten erfordert üblicherweise ein vollständiges Umschreiben des Applikationsprogrammes. Hieraus ergibt sich ein hoher Änderungsaufwand und auch eine geringe Wiederverwendbarkeit und Wartbarkeit.
Es wäre daher wünschenswert, eine flexible Kopplung zwischen dem Applikationsprogramm und der darunter liegenden Hardware zu haben. Weiterhin wäre es von Vorteil, wenn das Applikationsprogramm nicht durch eine Änderung der Maschinenkonfiguration bzw. der Maschinenhardwarekomponenten beeinflusst werden würde. Diese oben erwähnten
Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine weist diese Arbeitsmaschine wenigstens eine Maschineneinheit mit Antriebseinrichtungen auf und diese Maschineneinheit verfügt über wenigstens eine Steuerungseinrichtung zum Steuern der Maschineneinheit. Weiterhin weist diese Steuerungseinrichtung eine Speichereinrichtung auf, in der jeweils für den Betrieb der jeweiligen Maschineneinheit erforderliche Programme abgelegt sind. Dabei sind der Maschineneinheit bzw. sind den Maschineneinheiten jeweils Schnittstellen zum Datenaustausch zugewiesen.
Erfindungsgemäß wird zur Erstellung oder Änderung einer Maschinenkonfiguration der Arbeitsmaschine eine von der Arbeitsmaschine unabhängige virtuelle Umgebung zur Verfügung gestellt und in dieser virtuellen Umgebung wird eine Konfiguration erzeugt und anschließend wird diese in der virtuellen Umgebung erzeugte Konfiguration auf die
Arbeitsmaschine bzw. die Steuerungseinrichtung übertragen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorgehensweise wird eine flexible Gestaltung von Maschinen durch die Wiederverwendung von virtuellen Maschinenteilen erreicht. Dabei wird insbesondere den einzelnen virtuellen bzw. allgemein definierten Geräten des
Applikationsprogramms - insbesondere über eine definierte Abstraktionsschicht - die echte Maschinenhardware zugeordnet. Dies erfolgt dabei vorteilhaft für die virtuelle Maschine selbst transparent. Durch die vorgeschlagene Vorgehensweise ist es möglich, ein allgemein gültiges Projekt zu erstellen wobei hierzu insbesondere eine Programmierung mit virtuellen Geräten und unabhängig von der Endkonfiguration der Maschine erfolgt. Bei dem bevorzugten Verfahren erfolgt die oben erwähnte Übertragung der Konfiguration über ein sogenanntes Hardwaremapping. Dabei ist es möglich, dass dieses Mapping der Geräte bzw. auf die physikalischen Geräte erst beim Download oder der Endprojektierung erfolgt. Weiter ist es auch möglich, dass mehrere virtuelle Maschinen unabhängig voneinander auf einer Hardware laufen.
Bei einem vorteilhaften Verfahren wird die besagte virtuelle Umgebung in Umgebungsteile aufgespalten, wobei diese Umgebungsteile charakteristisch für Maschinenteile der
Arbeitsmaschine sind. Falls beispielsweise die Arbeitsmaschine mehrere Maschinenteile aufweist, die für einen bestimmten Vorgang in vorgegebener Weise zusammenwirken, so ist vorteilhaft jedem dieser Maschinenteile ein Umgebungsteil in der virtuellen Umgebung zugeordnet, so dass in der virtuellen Ebene die vollständige Maschine dargestellt bzw.
simuliert werden kann. Damit entsprechen die besagten virtuellen Umgebungsteile den virtuellen Maschinen.
Bevorzugt erfolgt die Erstellung der Konfiguration in wenigstens einem Umgebungsteil unabhängig von der Erstellung der Konfiguration in wenigstens einem weiteren
Umgebungsteil. Auf diese Weise ist ein getrenntes Engineering der einzelnen Maschinenteile möglich und insbesondere wird auf diese Weise mehr Freiheit bei der Erstellung der
Gesamtprojekte ermöglicht. Dabei sieht bevorzugt jedes Maschinenteil bzw. jeder
Umgebungsteil eine für sich ideale und abstrahierte Maschinenkonfiguration. Diese
Maschinenkonfiguration enthält nur die Teile, die für die Lösung seiner Aufgabe relevant sind. Auf diese Weise wird eine starke Kohäsion erreicht.
Diese„lokale" Maschinenkonfiguration wird später auf die tatsächlich vorhandene
Maschinenkonfiguration umgelegt. Dieses Umlegen kann für den jeweiligen Maschinenteil transparent erfolgen. So können beispielsweise in einem virtuellen Maschinenteil die
Antriebsadressen 1 , 2 und 3 sein und in der tatsächlichen Maschinenkonfiguration liegen diese auf 5, 12 und 18. Daneben können auch weitere Busteilnehmer vorhanden sein, diese werden aber vorzugsweise vor dem Maschinenteil verborgen. In entsprechender Weise kann dies auch für den Arbeitsspeicher geschehen oder auch für weitere Peripherie, für
Kommunikationsschnittstellen, für Ein- und Ausgangsabbilder der SPS, für Festspeicher und dergleichen. Dies bedeutet, dass vorteilhaft der betreffende Maschinenteil nur seine gewohnte Umgebung sieht.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird die Konfiguration für einen bestimmten Umgebungsteil auf diejenigen Aspekte beschränkt, welche für denjenigen Maschinenteil bestimmend sind, für den dieser Umgebungsteil charakteristisch ist. Auf diese Weise wird der entsprechende Umgebungsteil individuell an den jeweiligen korrespondierenden
Maschinenteil angepasst bzw. werden die jeweiligen Umgebungsteile individuell
entsprechend ihrer Aufgaben oder Aspekte programmiert.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren kommunizieren wenigstens zwei Umgebungsteile miteinander. So können auch virtuelle Maschinen über diese lose gekoppelten„Kanäle" untereinander kommunizieren. Ein bestimmter Maschinenteil ist automatisch lauffähig, wenn seine (abstraktere) virtualisierte Maschinenkonfiguration auf die konkrete
Maschinenkonfiguration abgebildet werden kann.
Auf diese Weise sind die Maschinenteile ohne Änderungen auf eine tatsächlich vorhandene Maschinenkonfiguration übertragbar. Es müssen lediglich die Mindestvoraussetzungen erfüllt werden. Es wäre jedoch auch ohne Erfüllung der Mindestvoraussetzungen eine Emulation der fehlenden Komponente durch die Steuerungsplattform denkbar. Dabei kann eine
Steuerung oder Steuerungseinrichtung auch als Plattform für mehrere unabhängige
Maschinen und Maschinenteile dienen.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird ein Rahmenprogramm erstellt, welches auf unterschiedlichen Maschinenkonfigurationen lauffähig ist. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird eine virtuelle Maschinenverwaltung zur Verfügung gestellt, welche die besagten Umgebungsteile verwaltet. Dabei greifen bevorzugt virtuelle Projekte nicht direkt auf die Hardware zu sondern auf die Schnittstelle, welche von der virtuellen
Maschinenverwaltung verwaltet wird. Ein derartiges virtuelles Projekt besteht dabei vorteilhaft aus dem Anwenderprogramm (z. B. ein SPS-Code), Daten wie Tabellen, Rezepten oder Datenbanken, HMIs (Ein-/Ausgabebildschirme zur Steuerung), Buskonfigurationen der Peripherie mit Aktoren und Sensoren (Adressen, Aufbau, Funktion) und dergleichen. Die besagte virtuelle Maschinenverwaltung kann dabei eine oder mehrere virtuelle
Maschinenumgebungen zur Verfügung stellen.
Bevorzugt verwaltet die virtuelle Maschinenverwaltung Ressourcen der Arbeitsmaschine wie beispielsweise deren Rechenzeit, deren Speicher, deren Ein-/Ausgänge (E/A),
angeschlossene Geräte, Busse und Schnittstellen.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird eine reale Maschine in eine virtuelle
Umgebung übertragen. So ist es beispielsweise möglich in dieser virtuellen Umgebung entsprechend die reale Maschine abzubilden.
Vorteilhaft ist die besagte virtuelle Maschinenverwaltung für das virtuelle Projekt selbst weitestgehend transparent. Wie erwähnt, werden über ein Hardwaremapping vorteilhaft die tatsächlich vorhandene Hardware und die angeschlossene Peripherie an die konfigurierte Hardware in den virtuellen Projekten zugewiesen.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren ist die virtuelle Maschinenverwaltung
deterministisch und/oder echtzeitfähig ausgeführt. Weiterhin entspricht die Hardware, auf der die virtuelle Maschinenverwaltung läuft, im Aufbau vorteilhaft dem Automatisierungssystem bzw. der Arbeitsmaschine. Das virtuelle Projekt entspricht ebenfalls vorteilhaft im Aufbau einem Automatisierungssystem.
Weiterhin ist es vorteilhaft auch möglich, dass virtuelle Projekte unabhängig voneinander gestartet und gestoppt werden. Das oben erwähnte Hardwaremapping liegt vorteilhaft als getrenntes Artefakt zum virtuellen Projekt vor und kann besonders bevorzugt ohne Änderung des virtuellen Projektes neu zugeordnet werden.
Weiterhin ist es möglich, dass die virtuellen Maschinen sich untereinander nicht sehen. Weiterhin kann durch die virtuelle Maschinenverwaltung ein sicherheitsrelevantes virtuelles Projekt von anderen virtuellen Projekten vollständig isoliert werden. Auf diese Weise ist eine isolierte Bearbeitung möglich. Auch ist es möglich, dass ein virtuelles Projekt geschützt, beispielsweise verschlüsselt werden kann und dann erst von der virtuellen
Maschinenverwaltung mit gültigen Schlüsseln entschlüsselt und ausgeführt wird. Bei einem weiteren vorteilhaftes Verfahren erfordert eine Änderung an den realen
Ressourcen der Maschinenkonfiguration wie beispielsweise das Hinzufügen und/oder Entfernen weiterer Komponenten oder Maschinenteile keine Änderung an einem virtuellen Maschinenteil sondern es wird bevorzugt durch die virtuelle Maschinenverwaltung vor dem virtuellen Maschinenteil verborgen.
Dabei kann das Verbergen oder auch diese Änderung durch die virtuelle
Maschinenverwaltung automatisch erfolgen oder auch durch eine Konfigurationsänderung in der virtuellen Maschinenverwaltung selbst. So kann beispielsweise eine Änderung der Mappingtabelle vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Arbeitsmaschine mit wenigstens einer Arbeitseinheit gerichtet, wobei diese Arbeitseinheit wenigstens eine Antriebseinrichtung aufweist und diese Arbeitseinheit bzw. jeder dieser Arbeitseinheiten jeweils eine
Steuerungseinrichtung zum Steuern der Arbeitseinheit zugeordnet ist. Weiterhin weisen die Steuerungseinrichtungen jeweils Speichereinrichtungen auf, in denen jeweils für den Betrieb der jeweiligen Arbeitseinheiten erforderliche Programme abgelegt sind und den
Maschineneinheiten sind jeweils Schnittstellen zum Datenaustausch zugewiesen.
Vorteilhaft weist die Arbeitsmaschine wenigstens zwei Arbeitseinheiten und besonders bevorzugt eine Vielzahl von Arbeitseinheiten auf. Diesen mehreren Arbeitseinheiten können dabei jeweils unterschiedliche Aufgaben zugewiesen sein, etwa im Rahmen einer
Druckmaschine. Vorteilhaft weist auch wenigstens eine Arbeitseinheit und bevorzugt weisen mehrere Arbeitseinheiten jeweils mehrere Antriebseinrichtungen auf. Erfindungsgemäß steht zur Erstellung oder Änderung einer Maschinenkonfiguration der Arbeitsmaschine eine von der Arbeitsmaschine unabhängige virtuelle Umgebung zur Verfügung, in welcher eine Konfiguration erzeugbar ist. Weiterhin ist eine
Übertragungseinrichtung vorgesehen, welche diese Konfiguration auf die Arbeitsmaschine überträgt. Vorteilhaft ist dabei die erwähnte virtuelle Umgebung in eine Vielzahl von Umgebungsteilen aufgespaltet. Diese Umgebungsteile können dabei separat voneinander sein bzw. getrennt und unabhängig voneinander programmiert bzw. bearbeitet werden. Vorteilhaft ist die Arbeitsmaschine aus einer Gruppe von Arbeitsmaschinen ausgewählt, welche
Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen, Textilherstellungsmaschinen,
Automatisierungsanlagen, Kombinationen hieraus und dergleichen enthält.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
Darin zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Arbeitsmaschine; Fig. 2: eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Standes der Technik; Fig. 3: eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Virtualisierung; Fig. 4: ein schematisches Ablaufdiagramm für die Virtualisierung; und
Fig. 5: eine weitere Darstellung zur Veranschaulichung der Virtualisierung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der vorliegenden
Erfindung. Eine in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Arbeitsmaschine weist dabei hier 2 Maschineneinheiten 2 auf. Diese Maschineneinheiten 2 weisen dabei jeweils eine Vielzahl von Antriebseinrichtungen 22 auf, wobei es sich hier beispielsweise um Servoantriebe, um hydraulische oder auch pneumatische Antriebe handeln kann. Die Bezugszeichen 26 beziehen sich jeweils auf Antriebsverstärker, welche über Echtzeitbusse 24 an den jeweiligen Steuerungseinrichtungen 4 angeschlossen sind. Das Bezugszeichen 16 kennzeichnet eine Visualisierungseinheit, welche dem Benutzer die Handhabung des
Systems erlaubt bzw. erleichtert. Über diese Visualisierungseinheit 16 können beispielsweise für die jeweilige Konfiguration charakteristische Daten ausgegeben werden. Über eine Ein-/Ausgabeeinrichtung 18 können Seitens des Benutzers Befehle eingegeben werden. Diese Ein-/Ausgabeeinrichtung 18 kann dabei über einen Feldbus 28 mit der Steuerungseinrichtung 4 verbunden sein. Die Steuerungseinrichtungen 4 weisen dabei jeweils einheitliche Schnittstellen 8 auf, über welche Konfigurationsänderungen möglich sind. Zu diesem Zweck ist hier eine Leitebene 20 vorgesehen, auf der beispielsweise einzelne Programmmodule abgelegt sein können.
Bei einer Konfigurationsänderung können diese Programmmodule den einzelnen
Schnittstellen 8 und damit auch den einzelnen Steuerungseinrichtungen 4 zugeführt werden. Entsprechend wäre es auch möglich, dass sich die entsprechende Intelligenz in den jeweiligen Antriebsverstärkern 26 befindet und die Programmmodule jeweils in diese
Antriebsverstärker 26 geladen werden. Die Programmmodule können dabei über Ethernet 27 bzw. das Internet 25 zur Verfügung gestellt werden. Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet ein Engineeringmodul, welches ein Bearbeiten der einzelnen Softwaremodule erlaubt.
Fig. 2 zeigt eine grob schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Standes der Technik. Im Stand der Technik ist üblicherweise eine feste Kopplung zwischen der
Steuerungseinrichtung 8 und den jeweiligen Maschineneinheiten bzw. Antriebseinrichtungen 22 vorgesehen. Dabei enthält eine Steuerungseinrichtung üblicherweise ein
Applikationsprogramm bzw. Applikationsdaten und bedient eine Maschineneinheit. Die Antriebe und die I/O werden in ihrer bekannten festen Adressierung angesprochen.
Das Anwenderprogramm arbeitet daher nur, wenn physikalisch genau die eine erwartete Maschinenkonfiguration vorliegt. Busteilnehmer können nicht eingefügt werden, da sich Adressen verschieben. Auch kann Steuerungshardware nicht durch eine funktionskonforme Variante ausgetauscht werden.
Dies bedeutet, dass eine Erweiterung oder Änderung der Maschinenkonfiguration die Modifikation des Applikationsprogramms bzw. der Applikationsdaten erfordert. Hierzu können beispielsweise eine neue Übersetzung des SPS-Projekts, eine Anpassung der
Buskonfiguration, ein Zusammenführen der Daten und ein Erweitern der Bedienungseinheit zählen. Selbst wenn die Erweiterung eigentlich funktional unabhängig von einer
Grundfunktion ist oder über eine definierte oder überschaubare Schnittstelle mit dieser arbeiten könnte, sind die oben erwähnten Modifikationen erforderlich. Aus dem Stand der Technik bekannte Maschinen können dabei nach dem Prinzip der funktionalen Dekomposition meist schrittweise in einzelne voneinander entkoppelte
Maschinenteile zerlegt werden, wie z. B. Maschinen zum Formen, Bedrucken und
Verpacken. Aus diesen einzelnen Maschinenteilen lassen sich wiederum verschiedene
Maschinentypen kreieren wie z. B. Maschinen zum Formen und Bedrucken ohne Verpacken oder zum Formen und Verpacken ohne Bedrucken. Diese Varianz einer Maschine lässt sich aktuell nicht effizient mit Engineering-Tools abbilden. Diese bilden stets den Endausbau des gesamten Maschinenprojekts ab.
Ändert sich daher der physikalische Endausbau der Maschine, dann muss auch das Projekt angepasst werden. In Abhängigkeit vom Endausbau haben dabei die Peripherie und die Busteilnehmer andere Adressen. Auch führt Variantenreichtum dieser Maschinen zu unnötiger Komplexität. Dies bedeutet jedoch, dass eine Wartbarkeit und
Wiederverwendbarkeit der einzelnen Maschinenteile in unterschiedlichen Projekten nur aufwendig möglich ist. Auch Fehlerkorrekturen (Bugfixes) müssen händisch eingepflegt werden. Dies bedeutet, dass Änderungen in Maschinenteilen durch eine enge Kopplung unvorhersehbare Seiteneffekte im Endausbau verursachen. Fig. 3 veranschaulicht die erfindungsgemäße Idee. Hier ist wiederum die Arbeitsmaschine 2 mit dem Betriebssystem 42 dargestellt. Das Bezugszeichen 30 kennzeichnet in ihrer Gesamtheit eine virtuelle Umgebung, in der hier drei virtuelle Umgebungsteile 32, 34 und 36 dargestellt sind. In diesen virtuellen Umgebungsteilen 32, 34 und 36 können jeweils
Programmierungen erfolgen und als virtuelle Projekte mit Hardware, Betriebssystem und Applikation zur Verfügung gestellt werden. Damit handelt es sich bei der virtuellen
Umgebung 30 um eine virtualisierte Maschinenumgebung, die zum Engineering der jeweiligen Maschinenteile dient. Damit kann hier ein getrenntes Engineering der einzelnen Maschinenteile in den jeweiligen virtualisierten Umgebungen bzw. Umgebungsteilen 32, 34 und 36 erfolgen.
Unter Virtualisierung versteht man allgemein die Entkopplung des Betriebssystems von der darunter liegenden Hardware. Primäres Ziel ist, dem Benutzer eine Abstraktionsschicht zur Verfügung zu stellen, die ihn von der eigentlichen Hardware - Rechenleistung und Speicherplatz - isoliert. Eine logische Schicht wird zwischen Anwender und Ressource eingeführt, um die physischen Gegebenheiten der Hardware zu erstecken.
Dabei wird jedem Anwender vermittelt, dass er der alleinige Nutzer einer Ressource sei, bzw es werden mehrere (heterogene) Hardwareressourcen zu einer homogenen Umgebung zusammengefügt.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Engineerings. Die Bezugszeichen 32 und 34 beziehen sich wiederum auf virtuelle Umgebungsteile, die zunächst ausprogrammiert werden. Anschließend werden diese virtuellen Projekte 32 und 34 über eine abstrahierte Schnittstelle 44 in eine virtuelle Maschinenverwaltung 40 übertragen. Von dieser virtuellen Maschinenverwaltung 40 werden auch, wie oben erwähnt, die einzelnen Ressourcen der tatsächlichen Maschine 2 sowie auch ggf. deren Peripherie 46 verwaltet. Damit kann in dieser virtuellen Maschinenverwaltung die Maschine zusammengestellt werden und anschließend über ein Hardwaremapping 48 auf die tatsächlich existierende Hardware übertragen werden. Auch die entsprechende Peripherie 46 kann auf diese Weise
mitverwaltet und auch mitgesteuert werden.
Dabei ist es auch möglich, dass die oben erwähnte Umsetzung, mit dem die tatsächlich vorhandene Hardware und angeschlossene Peripherie an die konfigurierte Hardware in den virtuellen Projekten zugewiesen wird, verdeckt erfolgt. Es ist dabei auch möglich, dass sich die tatsächlich vorhandene Hardware 2 und Peripherie 46, auf der die virtuelle
Maschinenverwaltung 40 läuft, von der erwarteten Hardware und Peripherie im virtuellen Projekt 32 und 34 hinsichtlich des Umfangs und auch der Ausprägung unterscheiden kann. Eine Änderung der realen Hardware 2 und/oder der Peripherie 46 erfordert keine Änderung des virtuellen Projekts, es kann ausreichend sein, eine neue Zuordnung über das
Hardwaremapping 48 durchzuführen.
Auf die hier dargestellte Weise ist eine Skalierbarkeit nach oben möglich, d. h. eine
Steuerungseinrichtung für n logische Projekte bzw. die Übertragung eines logisch
zusammenhängenden Projektes auf mehrere Steuerungen, die sich für die virtuelle
Maschine als eine einzelne Steuerung darstellen. Daneben ist auch eine Skalierbarkeit nach unten möglich, d. h. ein Projekt und mehrere logische Steuerungen. Es ist dabei auch möglich, die virtuelle Maschine„einzufrieren", auf eine andere Hardware zu übertragen und dort ausgehend von diesem„eingefrorenen" Zustand heraus weiterzuarbeiten (Hardwaretausch). Der einzelne Maschinenteil wird in dem Engineering-Projekt 32, 34 als Einheit dargestellt. Der Aufbau und die Lösung sind dabei näher an der Problemdomäne und damit besser verständlich und logischer aufgebaut.
Fig. 5 zeigt nochmals in einer Zusammenfassung die erfindungsgemäße Vorgehensweise. So wird das Applikationsprogramm von der darunter liegenden Hardware entkoppelt und die Programmierung erfolgt mit virtuellen Geräten. Anschließend erfolgt ein Mapping auf die physikalischen Geräte auf der tatsächlichen Maschine. Hardwareseitig sind dabei
Steuerungseinrichtungen 62 und Antriebseinrichtungen 22 dargestellt.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Vorgehensweise kann das Maschinenprojekt selbst von dem Änderungsaufwand bei variantenreichen Serienmaschinen entlastet und zentral lokalisiert werden. Eine wesentliche Rolle spielt hier die virtuelle
Maschinenverwaltung deren Aufgabe darin besteht, für das„virtuelle" Maschinenprojekt trotz äußerer Einflüsse und Änderungen eine immer gleiche Umgebung für das virtuelle
Maschinenprojekt zu erzeugen. Auf diese Weise können Wartungs-, Anpassungs- und Pflegeaufwände vermieden werden.
Auf diese Weise können auch nicht vorhandene reale Ressourcen durch eine virtuelle Maschinenumgebung emuliert bzw. nachgebildet werden. In diesem Zusammenhang wird auf die zeitgleich mit dieser Patentanmeldung eingereichte Patentanmeldung mit dem Titel„Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine und Arbeitsmaschine" hingewiesen. Der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung wird durch Bezugnahme vollständig auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht. Bezugszeichenliste
Arbeitsmaschine
Maschineneinheit
Steuerungseinrichtung
Schnittstelle
Engineeringmodul
Visualisierungseinheit
Ein-/Ausgabeeinrichtung
Leitebene
Antriebseinrichtungen
Echtzeitbusse
Internet
Antriebsverstärker
Ethernet
Feldbus
virtuelle Umgebung
Umgebungsteile, virtuelle Projekte virtuelle Maschinenverwaltung
Betriebssystem
abstrahierte Schnittstelle
Peripherie
Steuerungseinrichtungen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsmaschine, wobei die Arbeitsmaschine
wenigstens eine Maschineneinheit (2) mit Antriebseinrichtungen (22) aufweist und diese Maschineneinheit (2) jeweils über wenigstens eine Steuerungseinrichtung (4) zum Steuern der Maschineneinheit (2) verfügt und diese Steuerungseinrichtung (4) eine Speichereinrichtung aufweist, in der jeweils für den Betrieb der jeweiligen Maschineneinheiten (2) erforderliche Programme abgelegt sind, und wobei den Maschineneinheiten (2) jeweils Schnittstellen (8) zum Datenaustausch zugewiesen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Erstellung oder Änderung einer Maschinenkonfiguration der Arbeitsmaschine (1 ) eine von der Arbeitsmaschine (1 ) unabhängige virtuelle Umgebung (30) zur
Verfügung gestellt wird und in dieser virtuellen Umgebung (30) eine Konfiguration erzeugt wird und anschließend diese in der virtuellen Umgebung (30) erzeugte Konfiguration auf die Arbeitsmaschine (1 ) übertragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die virtuelle Umgebung (30) in Umgebungsteile (32, 34, 36) aufgespalten wird, wobei diese Umgebungsteile (32, 34, 36) charakteristisch für Maschinenteile der
Arbeitsmaschine sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erstellung der Konfiguration in wenigstens einem Umgebungsteil (32, 34, 36) unabhängig von der Erstellung der Konfiguration in wenigstens einem weiteren Umgebungsteil erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Konfiguration für einen bestimmten Umgebungsteil (32, 34, 36) auf diejenigen Aspekte beschränkt wird, welche für denjenigen Maschinenteil bestimmend sind, für den dieser Umgebungsteil (32, 34, 36) charakteristisch ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei Umgebungsteile (32, 34, 36) miteinander kommunizieren.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Rahmenprogramm erstellt wird, welches auf unterschiedlichen
Maschinenkonfigurationen lauffähig ist.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine virtuelle Maschinenverwaltung (40) zur Verfügung gestellt wird, welche die Umgebungsteile verwaltet.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die virtuelle Maschinenverwaltung (40) Ressoucen der Arbeitsmaschine (1 ) verwaltet.
9. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die virtuelle Maschinenverwaltung (40) deterministisch und/oder echtzeitfähig ausgeführt wird.
10. Arbeitsmaschine (1 ) mit wenigstens einer Arbeitseinheit (2), wobei diese
Arbeitseinheit (2) wenigstens eine Antriebseinrichtung (22) aufweist und dieser Arbeitseinheit bzw. jeder dieser Arbeitseinheiten (2) jeweils eine
Steuerungseinrichtung (4) zum Steuern der Arbeitseinheit (2) zugeordnet ist und diese Steuerungseinrichtungen (4) jeweils Speichereinrichtungen aufweisen, in denen jeweils für den Betrieb der jeweiligen Maschineneinheiten erforderliche Programme abgelegt sind, und wobei den Maschineneinheiten (2) jeweils Schnittstellen zum Datenaustausch zugewiesen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Erstellung oder Änderung einer Maschinenkonfiguration der Arbeitsmaschine (1 ) eine von der Arbeitsmaschine (1 ) unabhängige virtuelle Umgebung (20) zur
Verfügung steht, in welcher eine Konfiguration erzeugbar ist und weiterhin eine Übertragungseinrichtung vorgesehen ist, welche diese Konfiguration auf die
Arbeitsmaschine (1 ) überträgt.
1 1. Arbeitsmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die reale Maschine in eine virtuelle Umgebung (30) übertragen wird.
12. Arbeitsmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die virtuelle Umgebung (30) in eine Vielzahl von Umgebungsteilen (32, 34, 36) aufgespaltet ist.
13. Arbeitsmaschine (1 ) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Arbeitsmaschine aus einer Gruppe von Arbeitsmaschinen ausgewählt ist, welche Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen, Textilherstellungsmaschinen,
Automatisierungsanlagen, Kombinationen hieraus und dergleichen enthält.
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