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CN112005176A - 用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器的运行方法 - Google Patents

用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器的运行方法 Download PDF

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CN112005176A CN201980019077.4A CN201980019077A CN112005176A CN 112005176 A CN112005176 A CN 112005176A CN 201980019077 A CN201980019077 A CN 201980019077A CN 112005176 A CN112005176 A CN 112005176A
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Abstract

本发明公开了一种用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器(M)的运行的方法，在实际运行中能借助于软件代码(COD)在可编程逻辑控制器(CO)上控制该机器。根据本发明，借助于上的软件代码(COD)在预设的实施模板(SP)的基础上在模拟计算机(SC)上实施机器(M)的被模拟的控制，其中，在预设的实施模板(SP)中，通过软件代码(COD)实施的过程(PR)的时间上的实施顺序(EO)以及过程(PR)的开始时间点(ST)在虚拟时间(VT)的基础上确定，并且在虚拟时间中每个过程(PR)的实施时间被设置为零。在被模拟的控制的范畴中，在过程(PR)在模拟计算机(SC)的实际时间(RT)中结束之后才开始下一过程(PR)，下一过程根据实施顺序(EO)跟随结束的过程(PR)，其中，在下一过程开始时将虚拟时间(VT)设置为该下一过程(PR)的开始时间点(ST)。

Description

用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器的运行方法
技术领域
本发明涉及一种用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器的运行的方法。此外，本发明涉及模拟计算机以及计算机程序产品和计算机程序。
背景技术
在工业自动化系统中为以自动化方式工作的机器的运行使用可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器也被称为PLCs(PLC＝Programmable Logic Controller)。在PLCs上分别存储有软件代码，软件代码控制相应的机器的运行。在此，实施软件代码的不同的程序模块，程序模块执行机器的预设的任务。程序模块通常循环地重复并且能够接管各种功能。例如，程序模块能够控制机器驱动器，并且另外的程序模块能够执行用于机器的运动的路线计划。对于程序模块来说通常被确定优先级，使得相对于具有较低优先级的程序模块优选地实施具有较高优先级的程序模块。
用于可编程逻辑控制器的软件代码通常被进一步开发，以便例如实施软件代码中的新的功能。因此，存在以下要求：在模拟计算机上的相应的可编程逻辑控制器中实际应用之前测试软件代码，即利用相应的软件代码模拟利用可编程逻辑控制器来控制的机器的运行。经由这样的模拟能够实现识别程序错误，该程序错误在实际运行中导致机器的错误的行为。
在通过模拟计算机模拟机器的运行时存在的问题是：模拟计算机的处理器的计算速度通常明显与可编程逻辑控制器的CPU的计算速度有偏差。这能够导致：模拟计算机上的程序模块的实施顺序与实际的可编程逻辑控制器上的实施顺序有偏差，使得模拟提供与实际的可编程逻辑控制器不同的结果。
为了避免该问题，现有技术给出了一种方法，该方法估计软件代码的相应的指示在实际的可编程逻辑控制器上的时间消耗，并且将模拟计算机上的相应的指令的实施时间与之相匹配。该过程方式是复杂的，因为必须在考虑指令的持续时间来分析多个命令。此外，通过该方法延长了模拟计算机上的模拟持续时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器的运行的方法，利用该方法能够简单并且快速地借助于模拟计算机模拟机器的实际运行。
该目的通过根据权利要求1所述的方法或者根据权利要求7所述的模拟计算机实现。在从属权利要求中限定了本发明的改进方案。
根据本发明的方法用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器的运行，在实际运行中能借助于软件代码在可编程逻辑控制器上控制机器。以自动化方式工作的机器的概念能够被广泛地理解。特别地情况下，这样的机器也能够具有多个部件，并且在该意义上表现为技术设施。在此，该机器能够被设置用于自动执行任意的过程。特别地，该机器能够是机床。机床被理解为切削加工工件的机器，例如车床或铣床。同样地，以自动化方式工作的机器也能够是生产机器，例如是包装机器。此外，该机器也能够是物流设施或物流设施的一部分，例如自动操作的高层货架。
在根据本发明的方法的范畴中，借助于软件代码在模拟计算机上执行机器的被模拟的控制。换句话说，软件代码在模拟的范畴中不在可编程逻辑控制器上、而是在模拟计算机(例如该计算机的相应的CPU)上实施。在此，模拟的控制基于预设的实施模板。在预设的实施模板中，通过软件代码实施的过程的时间上的实施顺序基于虚拟时间被确定。同样地，该过程的开始时间点基于虚拟时间被详细说明。此外，在虚拟时间中每个过程的实施时间被设置为零。因此，在对应模拟的实际运行中的时间的虚拟时间中预设对应实际运行的实施模板。
通过将相应的过程的实施时间设置为零实现的是，确定性地、但不在过程的优先级的基础上实施实施模板，因为在虚拟时间中每个过程在其开始后立刻结束，从而使其能够不由于具有较高的优先级的另外的过程而造成过程中断。
根据本发明，在机器的被模拟的控制的范畴中，在模拟计算机的实际时间中一个过程结束之后才开始下一过程，该下一过程根据实施顺序跟随结束该过程，其中，在该下一过程开始时，将虚拟时间设置为该下一过程的开始时间点。用该特征保障的是，根据模拟计算机的实际时间，实际的过程实施跟随模拟的过程实施并且相应地再调整虚拟时间，尽管虚拟时间中的相应的过程的实施时间设置为零。作为模拟的结果所得到的是，在模拟的范畴中通过实施软件代码生成输出。在此，模拟通过实际的机器的运行造成相应的输入(例如机器位置)。通过模拟得到的输出能够随后被评估，以便确定机器的模拟的运行是否对应所期望的行为。
根据本发明的方法具有的优点为，能够以简单的方式形成模拟计算机中的过程的确定的实施模板。这通过在虚拟时间中将过程的实施时间固定为零，以及通过在模拟计算机上的相应的过程结束时调整虚拟时间来实现。在此，模拟能够以模拟计算机的全速实施。此外不要求的是，推测可编程逻辑控制器上的相应的命令的实施时间，如其在现有技术的情况中的那样。
在根据本发明的方法的一个优选的变体方案中，基于实际的过程实施，根据实际的以自动化方式工作的机器的过程，借助于在可编程逻辑存储器上的软件代码实施预设的实施模板，其中，在实际的过程实施中的、过程的时间上的实施顺序和过程的开始时间点对应于在预设的实施模板中的、实施顺序和过程的开始时间点。换句话说，预设的实施模板相对于实际的过程实施如下区分，即将各个过程的实施时间设置为零，这在实际的过程实施中不是这样的情况。
在该所述的实施方式的一个变体方案中，在根据本发明的方法的范畴中从实际的过程实施的数字细节中计算预设的实施模板。同样能够实现的是，预设的实施模板在实际的过程实施的基础上已经在根据本发明的方法开始时以数字的形式存在并且在该方法的范畴中读取。
在根据本发明的一个变体方案中，在实际的过程实施中应用的软件代码对应在模拟计算机上运行的软件代码。虽然如此，模拟计算机上的软件代码也能够具有与实际的过程实施的软件代码的不同之处。例如，模拟计算机上的软件代码能够是实际的过程实施的软件代码的进一步的开发，其中，根据本发明的方法的目标为，在模拟的范畴中测试进一步开发的软件代码。这样的测试通常被称为回归测试。
在根据本发明的方法的另一个变体方案中，在预设的实施模板中，由软件代码的程序模块实施的、被另外的程序模块一次或多次地中断的任务表现为：任务的与中断相邻的实施部段通过单独的过程表示，该单独的过程具有在实施部段开始的开始时间和设置为零的实施时间。以该方式也能够在根据本发明的方法的范畴中确定性地模拟任务的优先级。
随着根据本发明的方法的应用目的，预设的实施模板能够经由具有预设的计算能力可编程逻辑控制器能读取的以自动化方式工作的机器的运行中的预设的故障情况和/或以自动化方式工作的机器的控制。以该方式能够在模拟时考虑各种故障情况或者可编程逻辑控制器的各种类型。
在另一个设计方案中，在根据本发明的方法中，在过程实施之前在模拟计算机上根据预设的实施模板检查：预设的实施模板究竟能否在实际工作的机器上实施，并且当预设的实施模板不能在实际工作的机器上实施时生成故障状态。随着该设计方案，生成的故障状态能够具有不同的后续。在可能的情况下，能够仅数字存储相应的故障，之后在检查模拟的范畴中读出该故障。同样能够实现的是，在生成故障状态时经由使用者界面发出警报消息。由此提示使用者：根据预设的实施模板，模拟最终不能应用在实际中。相应的检查预设的实施模板究竟能否实施存在于专业人士的处理的范畴中。例如，预设的实施模板不能实施的情况为，由此使得实施的程序模块不能遵守确定的优先级顺序。
除了上述方法之外，本发明公开了用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器的运行的模拟计算机，在实际运行中能借助于软件代码在可编程逻辑控制器上控制该机器，其中，模拟计算机被设置用于实施根据本发明的方法或者根据本发明的方法的一个或多个优选的变体方案。
此外，本发明涉及具有在能机读的载体上存储的用于实施根据本发明的方法或者根据本发明的方法的一个或多个优选的变体方案的程序代码的计算机程序，该程序代码在对应之前所述的模拟计算机的计算机上实施。
此外，本发明包括具有用于实施根据本发明的方法或者根据本发明的方法的一个或多个优选的变体方案的程序代码的计算机程序，该程序代码在对应之前所述的模拟计算机的计算机上实施。
附图说明
接下来根据附图详细描述根据本发明的实施例。
示出：
图1是时间图，其描述了基于具有不同的计算能力的不同的可编程逻辑控制器，根据控制器上的相同的软件代码在实际的以自动化方式工作的机器中的过程的实施；
图2是示意图，其示出模拟计算机的基本部件，这些部件在本发明的的实施方式中被用于模拟以自动化方式工作的机器的运行；并且
图3是时间图，其基于图1的实际的过程实施，阐述在图2的模拟计算机上的过程的实施。
具体实施方式
下面，将描述根据本发明的方法的变体方案，利用该变体方案，对于两个具有不同的计算能力的可编程逻辑控制器，模拟以自动化方式工作的机器(例如机床或者生产机器)的运行。作为模拟的基础，使用实施模板，实施模板在此描述的实施方式中以图1的相应的过程实施EX1、EX2为基础，过程实施被检测用于实际的机器。
过程实施EX1涉及具有较高的处理器功率以及快速的计算时间的可编程逻辑控制器CO的以自动化方式工作的机器M中的过程的执行，相反地，过程实施EX2利用具有较低的处理器功率以及较低的计算速度的可编程逻辑控制器CO被执行。两个可编程逻辑控制器应用相同的软件代码COD’，然而其中，由于可编程逻辑控制器的不同的计算能力而得到不同的过程实施EX1和EX2。
根据图1的表格，沿着横坐标表示的是两个过程实施EX1和EX2实际时间的。通过在图1中描述的具有不同填充样式的柱表示利用相应的可编程逻辑控制器CO实施软件代码COD’的程序模块。在此，具有相同的填充样式的柱涉及相同的程序模块。对于程序模块的标号来说应用标记 OB1、OB30和OB90。在图1中，白色的柱能读取的时间部段，在该时间部段中不实施程序模块。此外，通过标号E表示相应的程序模块的实施的结束时间点。换句话说，没有设置标记的不同的柱之间的过渡不表示位于过渡左侧的程序模块的结束，而是由此能读取的程序模块的中断。
通过柱的高度能读取的程序模块在其实施时的优先级。换句话说，相应的程序模块的优先级越高，柱就越高。因此，在图1的情况中，程序模块OB1具有最低的优先级，这意味着，待实施的程序模块OB30和OB90 中断正在实施的程序模块OB1。相对地，程序模块OB30具有中间的优先级，即该程序模块仅通过程序模块OB90被中断。程序模块OB90具有最高的优先级，即该程序模块的等待的实施总是导致两个另外的程序模块 OB1和OB30的中断。
根据较快的可编程逻辑控制器的过程实施EX1，过程OB1通过过程 OB30被中断一次，并且通过过程OB90被中断另一次。相对地，过程OB30 没有一次通过过程OB90被中断。与此不同地，在较慢的可编程逻辑控制器的过程实施EX2中，不仅左边的程序模块OB30、还有时间上较迟的右边的程序模块OB有一次通过相应的程序模块OB90被中断。此外，存在较大数量的程序模块OB1的中断。较大数量的中断是由于在实施各个程序模块时的较高的计算时间，使得常常出现通过较高优先级的程序模块的中断。
在根据本发明的方法的在此描述的实施方式中，用于模拟机器M的运行的实施模板不仅基于对应于过程实施EX1的快速的可编程逻辑控制器、还基于对应于过程实施EX2的较慢的可编程逻辑控制器被应用。
在之后描述的图2中利用SP(SP＝Sequence Pattern，序列模式)标注的实施模板描述了在相应的过程实施EX1和EX2中以过程的形式表示的程序模块。在此，过程对应相应的程序模块的直到其结束或中断前的连续的实施。换句话说，一次或多次通过另外的程序模块被中断的程序模块由多个过程组成，这些过程表示程序模块的与导致中断的程序模块时间上相邻的相应的子部段。如果程序模块需要不被中断，那么该程序模块就对应实施模板的单个过程。此外，在实施模板中存储有相应的过程的开始时间点。
实施模板能够事先被计算并且从存储器中被读取。同样能够实现的是：利用相应的过程和其开始时间点在模拟方法的范畴中从图1的相应的过程实施中计算出实施模板。
此外，图1还通过点线箭头表示两个时间点t1和t2。时间点t1能读取的了通过过程实施EX1的程序模块OB90读取当前的时间的命令。该命令也在过程实施EX2的相应的程序模块OB90中被执行，但是由于较慢的过程实施而在稍晚的时间点t2执行。在此描述的方法基于以下假设：相应的程序模块内的这样的时间之间的不同不与另外的过程实施相关，使得对于该时间来说也能够应用对应的程序模块的开始时间点。
图2阐述了用于可编程逻辑控制器的虚拟的实施系统VES(VES＝ VirtualExecution System)，该实施系统是模拟计算机SC的组成部分。除了实施系统外，模拟计算机包括CPU或处理器(在图2中利用PRO标注)。借助于处理器实施软件代码COD。该软件代码表示图1的相应的软件代码COD’的进一步开发。现在起，应当在回归测试的范畴中通过模拟测定：当该进一步开发的软件代码COD在实际的可编程逻辑控制器中应用时，进一步开发的软件代码是否导致机器运行中的故障。对此，在计算机SC 上通过处理器PRO实施软件代码COD，这通过箭头P1以及虚拟的实施系统VES内的右边的矩形表示。在此，处理器PRO以实际时间RT工作。
为了测试软件代码COD应用实施模板SP，其中，该模板根据实施的测试基于较快的可编程逻辑控制器的过程实施EX1或者基于较慢的可编程逻辑控制器的过程实施EX2。实施模板SP包括上述过程的实施顺序，对应过程实施EX1和EX2。在图2中利用EO(EO＝ExecutionOrder)标注该实施顺序，相对地，利用PR标注过程。此外，相应的过程PR的相应的起始时间点利用ST来标注。
对于实施模板SP来说，虚拟的实施系统VES应用虚拟时间VT，通过虚拟时间表示相应的可编程逻辑控制器上的过程实施的时间。换句话说，实施模板SP的起始时间点ST在虚拟时间VT中被给定。本发明重要的一个方面是：将用于相应的过程PR的实施持续时间设置为零。以该方式确保：遵守实施顺序EO并且在实施过程中不造成中断，因为过程的相应的实施立刻结束。
此外，虚拟的实施系统VES包括时间管理单元TM，时间管理单元基于虚拟时间VT，如通过箭头P2所示。此外，利用该时间管理单元在确定的时间点根据来自软件代码COD的命令实施时间读取命令，这通过箭头 P3表示。因为过程的相应的实施时间是零，所以以该方式将图1中输出的时间点t1和t2映射在程序模块OB90的相应的虚拟的开始时间上。
此外，图2的虚拟的实施系统VES包括确定性的时间计划器，该时间计划器以标号SBS(SBS＝Sequence based Scheduler，基于序列的调度器)标注。该计划器处理实施模板SP，如通过箭头P4表示的那样。时间计划器基于虚拟时间VT借助于时间管理单元TM被触发，如通过箭头P5 表示的那样。时间计划器SBS根据软件代码COD的程序模块来启动程序，如通过箭头P6表示的那样。
为了确保在相应的过程实施之后跟踪虚拟时间VT，基于实施模板SP 调整该虚拟时间，这通过箭头P7表示。该调整的流程为：仅在相应的过程在处理器PRO的实际时间RT中结束之后重置虚拟时间VT，也就是说将虚拟时间设置为实施模板SP的下一过程的开始时间点。
如上述得出的那样，通过图2的系统以简单的方式实现用于基于快速和慢速的可编程逻辑控制器的机器的被模拟的控制的确定性的过程实施。在此，本发明的基本在于，在虚拟时间中将过程的实施时间设置为零，以便由此遵守实施顺序，并且此外，如果之前的过程根据模拟计算机的实际时间结束，将虚拟时间设置为接下来的过程的开始时间点。
图3示例性地再次表示出根据图2的实施模板SP的过程实施EX2’，具体地说，基于慢速的可编程逻辑控制器的过程实施EX2。在此，横坐标表示虚拟时间。如图3所示，对于图1的过程实施EX2中的柱的每个关联的部段在图3中都存在相应的过程，其中，图3中的过程描述为示意性的柱。如果图1中的过程不中断，那么图3中的柱就对应程序模块。这是程序模块OB90的情况。
相对地，对于图1中的程序模块的由于中断造成的子部段来说在图3 的过程实施EX2’中存在相应的单独的过程。因此，对于程序模块OB1来说，由于其中断而存在四个过程OB1-a、OB1-b、OB1-c和OB1-d。此外，图1的左边的程序模块OB30也通过程序模块OB90被中断，由此造成两个过程OB30-a和OB30-b。相应地，由于右边的程序模块OB30的中断也造成两个过程OB30-a和OB30-b。
通过描述在图3中狭长的柱表明：程序模块或其子部段在实施模板 SP中具有为零的实施时间。因此，图3中的柱的位置对应相应的过程的开始时间点。
本发明的之前描述的实施方式具有一系列的优点。通过在模拟机器运行的范畴中应用虚拟时间，能够对于相应的过程将实施时间确定为零。以该方式，能够实现过程实施的确定性的时间过程。此外，能够通过为程序模块的相应的子部段限定单独的过程映射代码中断，并且由此模拟基于优先级的行为。在此，模拟计算机的处理器能够以全速工作并且不通过虚拟时间而延迟。通过应用预先限定的基于相应的实施模板的过程行为能够在模拟的范畴中考虑具有不同性能等级的可编程逻辑控制器。

Claims (10)

1.一种用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器(M)的运行的方法，在实际运行中能够借助于软件代码(COD)在可编程逻辑控制器(CO)上控制所述机器，其中，
-借助于所述软件代码(COD)基于预设的实施模板(SP)在模拟计算机(SC)上执行所述机器(M)的被模拟的控制，其中，在所述预设的实施模板(SP)中，基于虚拟时间(VT)确定通过所述软件代码(COD)实施的过程(PR)的时间上的实施顺序(EO)以及所述过程(PR)的开始时间点(ST)，并且将每个过程(PR)在所述虚拟时间(VT)中的实施时间设置为零，
-其中，在所述被模拟的控制的范畴中，在所述模拟计算机(SC)的实际时间(RT)中的一个过程(PR)结束之后才开始下一过程(PR)，该下一过程根据所述实施顺序(EO)跟随结束的该过程(PR)，其中，在该下一过程(PR)开始时将所述虚拟时间(VT)设置为该下一过程(PR)的开始时间点(ST)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于实际的过程实施(EX1、EX2)，根据实际的以自动化方式工作的所述机器(M)的过程，借助于在所述可编程逻辑存储器(CO)上的软件代码(COD’)实施所述预设的实施模板(SP)，其中，在所述实际的过程实施(EX1、EX2)中的、所述过程的时间上的实施顺序和所述过程的开始时间点对应于在所述预设的实施模板(SP)中的、所述实施顺序(EO)和所述过程(PR)的开始时间点(ST)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述预设的实施模板(SP)中将由所述软件代码(COD)的程序模块(OB1、OB30、OB90)实施的并被另外的程序模块(OB1、OB30、OB90)一次或多次地中断的任务表示为，使得由单独的过程(PR)表示所述任务的与中断相邻的实施部段，所述单独的过程具有所述实施部段开始的开始时间点(SP)和设置为零的实施时间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预设的实施模板(SP)表示以自动化方式工作的所述机器(M)的运行中的预设的故障情况、和/或经由具有预设的计算能力的所述可编程逻辑控制器(CO)对以自动化方式工作的所述机器(M)的控制。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法中，在实施所述过程(PR)之前，根据所述预设的实施模板(SP)在所述模拟计算机(SC)上检查所述预设的实施模板(SP)实际上是否能在实际工作的所述机器(M)上实施，并且当所述预设的实施模板(SP)不能在实际工作的所述机器(M)上实施时生成故障状态。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，模拟呈机床或生产机器或物流设施的至少一部分的形式的、自动化方式工作的所述机器(M)的运行。
7.一种用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器(M)的运行的模拟计算机，在实际运行中能够借助于软件代码(COD)在可编程逻辑控制器(CO)上控制所述机器，其中，所述模拟计算机(SC)被设置用于执行方法，在所述方法中，
-借助于所述软件代码(COD)基于过程(PR)的预设的实施模板(SP)在所述模拟计算机(SC)上执行所述机器(M)的被模拟的控制，其中，在所述预设的实施模板(SP)中，基于虚拟时间(VT)确定通过所述软件代码(COD)实施的过程(PR)的时间上的实施顺序(EO)以及所述过程(PR)的开始时间点(ST)，并且将每个过程(PR)在所述虚拟时间(VT)中的实施时间设置为零，
-其中，在所述被模拟的控制的范畴中，在所述模拟计算机(SC)的实际时间(RT)中的一个过程(PR)结束之后才开始下一过程(PR)，该下一过程根据所述实施顺序(EO)跟随结束的该过程(PR)，其中，在该下一过程(PR)开始时将所述虚拟时间(VT)设置为该下一过程(PR)的开始时间点(ST)。
8.根据权利要求7所述的模拟计算机，其中，所述模拟计算机(SC)被设置用于执行根据权利要求2至6中任一项所述的方法。
9.一种计算机程序产品，具有存储在机器能读取的载体上的程序代码，当所述程序代码在对应于模拟计算机(SC)的计算机上实施时，所述计算机程序产品用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序，具有程序代码，当所述程序代码在对应于模拟计算机(SR)的计算机上实施时，所述计算机程序用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
CN201980019077.4A 2018-03-15 2019-03-07 用于计算机支持地模拟以自动化方式工作的机器的运行方法 Active CN112005176B (zh)

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