DE19740972C1

DE19740972C1 - Modelling and simulating for technical plant

Info

Publication number: DE19740972C1
Application number: DE1997140972
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr Klein; Klaus Mahlbacher; Jan Scheer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2017-09-18

Abstract

A plant object model (20)is prepared for modelling and simulating the technical plant from predefined function building blocks (18), which model different types of plant objects, e.g. pumps, valves etc., including their base automation. The conduct of the plant is simulated manual operation of the plant object model. A prescription model (41) is prepared for the simulation of a total conduct of the plant, whereby predefined instruction building block (46) are arranged in the prescription model to form instruction sequences. The function building blocks of the plant object model are controlled through the corresponding instruction building blocks.

Description

Im Anlagenbau muß der Auftragnehmer, beispielsweise für die elektrotechnische Ausstattung, in der Phase der Aufgaben klärung, d. h. zwischen der Auftragserteilung und der -reali sierung, mit dem Auftraggeber die konkrete Ausführung des Vorhabens spezifizieren. Hierzu wird das automatisierungs technische Verhalten der Anlage im allgemeinen mit dem Kunden in Gesprächen oder in informellen Anforderungsdokumenten ge klärt und in der Regel in einem Pflichtenheft festgehalten. Informelle Pflichtenhefte bergen die Gefahr der Mißinterpre tation von Anforderungen des Kunden. Zudem besteht in der Phase der Aufgabenklärung kaum eine Möglichkeit, die Anforde rungen auf Konsistenz, Vollständigkeit und Realisierbarkeit zu überprüfen und zu dokumentieren. Mängel in der Aufgaben klärung zeigen sich häufig erst bei der Inbetriebnahme der Anlage und lassen sich dann im allgemeinen nur mit hohem Aufwand beseitigen.In plant engineering, the contractor, for example for the electrotechnical equipment, in the phase of the tasks clarification, d. H. between placing the order and the -reali sation, with the client the concrete execution of the Specify the project. For this, the automation technical behavior of the system in general with the customer in discussions or in informal requirements documents clarifies and usually recorded in a specification. Informal specifications pose the risk of misinterpretation tation of customer requirements. In addition, there is Phase of task clarification is hardly an option, the requirement strives for consistency, completeness and feasibility to review and document. Shortcomings in the tasks Clarification often only becomes apparent when the System and can then generally only with high Eliminate effort.

Aus der US 5 666 297 ist eine Einrichtung zum Modellieren und Simulieren einer zur Durchführung eines technischen Prozesses dienenden und aus unterschiedlichen Anlagenobjekten bestehen den Anlage bekannt. Die bekannte Einrichtung enthält Funk tionsbausteine, die die unterschiedlichen Anlagenobjekte modellieren und die bei der Definition der Funktionsbausteine nach ihrer Ausführung im Rahmen der Prozeßsimulation über eine Steuerschnittstelle Ein- und Ausgangsinformationen übertragen. Die Variablen und Parameter aller Funktions bausteine werden in einer Speichereinrichtung abgespeichert und bei der Ausführung der Funktionsbausteine zwischen der Speichereinrichtung und den Funktionsbausteinen übertragen.From US 5 666 297 is a device for modeling and Simulate one to perform a technical process serving and consist of different plant objects known the plant. The known device contains radio tion blocks that represent the different plant objects model and that when defining the function blocks after their execution in the process simulation a control interface input and output information transfer. The variables and parameters of all function Modules are stored in a memory device and when executing the function blocks between the Transfer storage device and the function blocks.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit techni schen Mitteln die Planung einer technischen Anlage zu verein fachen.The invention is therefore based on the object with techni means to plan a technical system fold.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch die in Patent anspruch 1 angegebene Einrichtung gelöst. According to the invention the object is achieved by the in patent Claim 1 specified device solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrich tung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous further developments of the device according to the invention can be found in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht es in vorteil hafter Weise, Anlagenmodelle unter Verwendung von vordefi nierten Funktionsbausteinen, die unterschiedliche Typen von Anlagenobjekten modellieren, schnell und einfach zu erstellen und ihr automatisierungstechnisches Verhalten zu simulieren. Die vordefinierten Funktionsbausteine liegen dabei im wesent lichen für Anlagenobjekte vor, die einen Wiederhol-Charakter haben, also nicht spezifisch für eine bestimmte Anlage sind. Beispiele für solche Anlagenobjekte sind Pumpen, Ventile, Fördereinrichtungen, Behälter, Sensoren usw. Die Funktions bausteine enthalten jeweils ein Basismodell des nachzubilden den Anlagenobjekts, das ihm zugeführte objekttypspezifische Eingangsinformationen in objekttypspezifische Ausgangs informationen umsetzt. Dabei besteht jedes Basismodell vor zugsweise aus einem Automatisierungsteil, das das automati sierungstechnische Verhalten des Anlagenobjekts, z. B. das Ein- oder Ausschalten einer Pumpe, die Drehzahlregelung des Pumpenantriebs usw., beschreibt, und aus einem Prozeßteil, das das prozeß- oder verfahrenstechnische Verhalten des be treffenden Anlagenobjekts, z. B. den Aufbau eines Flüssig keitsdrucks nach dem Einschalten der Pumpe, modelliert. Die Zusammenhänge zwischen dem automatisierungstechnischen und dem prozeßtechnischen Verhalten, z. B. erhöht sich der Flüs sigkeitsdruck, wenn die Pumpe eingeschaltet wird, sind in dem Funktionsbaustein gekapselt und für den Anwender nicht sicht bar. The device according to the invention advantageously makes it possible Lean way to predefine plant models ned function blocks that have different types of Model plant objects, quick and easy to create and simulate their automation behavior. The predefined function blocks are essentially lichen for plant objects that have a repetitive character have, so they are not specific to a particular system. Examples of such plant objects are pumps, valves, Conveyors, containers, sensors, etc. The functional Building blocks each contain a basic model of the replica the plant object, the object type-specific one supplied to it Input information in object type-specific output implements information. Each basic model is available preferably from an automation part that automa technical behavior of the plant object, e.g. B. that Switching a pump on or off, the speed control of the Pump drive, etc., describes, and from a process part, that the process or procedural behavior of the be relevant plant object, e.g. B. building a liquid pressure after switching on the pump, modeled. The Relationships between the automation and the process engineering behavior, e.g. B. the river increases fluid pressure when the pump is turned on are in the Function block encapsulated and not visible to the user bar.

Die Modellierung des prozeßtechnischen Verhaltens ist auf Prozeßwerte beschränkt, die das betreffende Anlagenobjekt zur Ausführung seiner Funktion innerhalb der Anlage von unmittel bar benachbarten Anlagenobjekten zugeführt bekommt oder die sen zuführt. Dementsprechend weist der vordefinierte Funk tionsbaustein eine objekttypspezifische Anzahl von Verknüp fungsschnittstellen zu anderen Funktionsbausteinen auf, über die die Prozeßwerte übertragbar sind. Bei der erwähnten be vorzugten Aufteilung des Basismodells in ein Automatisie rungsteil und ein Prozeßteil bestehen die Verknüpfungs schnittstellen vorzugsweise jeweils aus einer entsprechenden Automatisierungsschnittstelle und einer Prozeßschnittstelle. Der Funktionsbaustein für das erwähnte Anlagenobjekt "Pumpe" weist beispielsweise im einfachsten Fall zwei Verknüpfungs schnittstellen zu den Funktionsbausteinen zweier weiterer Anlagenobjekte auf, von denen das eine Anlagenobjekt in Richtung des Flüssigkeitsstroms vor und das andere Anlagen objekt hinter der Pumpe liegt. Notwendige Prozeßwerte, die über die Verknüpfungsschnittstellen übertragen werden, sind z. B. der Flüssigkeitsstrom in m³/s und der Flüssigkeitsdruck in bar. Dabei sind die Verknüpfungsschnittstellen vorzugs weise so ausgebildet, daß die Prozeßwerte zwischen benach barten Funktionsbausteinen bidirektional, also nicht nur in Wirkungsrichtung, sondern auch in der entgegengesetzten Rich tung der Rückwirkung, übertragbar sind. So wird z. B. bei dem Funktionsbaustein für eine Pumpe der durch sie erzeugte Flüs sigkeitsstrom und -druck nicht nur zu dem in Richtung der Flüssigkeitsströmung nächsten Funktionsbaustein, z. B. für ein Ventil, übertragen, sondern auch in umgekehrter Richtung eine Übertragung des durch das Ventil ggf. begrenzten Flüs sigkeitsstroms und des als Folge davon erhöhten Flüssigkeits drucks ermöglicht. Damit ist es z. B. möglich, die Druckrück wirkung eines defekten Ventils auf die davorliegende Pumpe zu simulieren.The modeling of the process-related behavior is limited to process values that the relevant plant object receives for executing its function within the plant from immediately adjacent plant objects or which supplies them. Accordingly, the predefined function block has an object type-specific number of link interfaces to other function blocks, via which the process values can be transmitted. In the aforementioned preferred division of the basic model into an automation part and a process part, the link interfaces preferably each consist of a corresponding automation interface and a process interface. In the simplest case, the function block for the "pump" plant object has, for example, two link interfaces to the function blocks of two further plant objects, one of which is a plant object in the direction of the liquid flow and the other is behind the pump. Necessary process values that are transferred via the link interfaces are e.g. B. the liquid flow in m ³ / s and the liquid pressure in bar. The link interfaces are preferably designed so that the process values between neighboring function blocks are bidirectional, that is, not only in the direction of action, but also in the opposite direction of the reaction, are transferable. So z. B. in the function block for a pump, the liquid flow and pressure generated by them not only to the next function block in the direction of the liquid flow, e.g. B. for a valve, transfer, but also in the opposite direction, a transfer of the fluid flow possibly limited by the valve and the fluid pressure increased as a result. So that it is z. B. possible to simulate the pressure feedback effect of a defective valve on the pump in front.

Als weitere äußere Schnittstelle weist jeder vordefinierte Funktionsbaustein eine standardisierte Steuerschnittstelle auf, über die dem Funktionsbaustein ein zu seinem Ein- oder Ausschalten dienender Ansteuerungsbefehl sowie Sollwerte und/oder Steuerparameter zuführbar sind; in umgekehrter Rich tung werden über die Steuerschnittstelle Istwerte und/oder Zustandswerte aus dem Funktionsbaustein heraus übertragen. Da es sich bei diesen Eingangs- und Ausgangsinformationen des Basismodells nicht um prozeßtechnische, sondern um automati sierungstechnische Informationen handelt, ist die Steuer schnittstelle bei der erwähnten bevorzugten Aufteilung des Basismodells in ein Automatisierungsteil und ein Prozeßteil Bestandteil des Automatisierungsteils. Im Fall der bereits erwähnten Pumpe handelt es sich bei den Sollwerten beispiels weise um die Solldrehzahl des Pumpenantriebs; die Istwerte bestehen dann aus der Istdrehzahl.Each has a predefined external interface Function block a standardized control interface on, via which the function block can be inserted or Deactivating control command and setpoints and / or control parameters can be supplied; in reverse direction actual values and / or via the control interface Transfer status values from the function block. There this input and output information of the The basic model is not about process engineering, but about autom taxation information interface in the aforementioned preferred division of the Basic model in an automation part and a process part Part of the automation part. In the case of already The pump mentioned is for example the setpoints wise around the target speed of the pump drive; the actual values then consist of the actual speed.

Die vordefinierten Funktionsbausteine lassen sich zu einem Anlagenobjektmodell anordnen, wobei die Verknüpfung der Funktionsbausteine über ihre Verknüpfungsschnittstellen er folgt. Enthält eine zu modellierende Anlage beispielsweise drei Pumpen, so werden durch Kopieren des für das Anlagen objekt "Pumpe" vordefinierten und in einer Speichereinrich tung abgelegten Funktionsbausteins drei einzelne Funktions bausteine erzeugt und entsprechend der zu modellierenden Anlagenstruktur zusammen mit anderen Funktionsbausteinen verknüpft. Um die in dem Anlagenobjektmodell verknüpften Funktionsbausteine unterscheiden zu können, enthält jeder vordefinierte Funktionsbaustein Mittel zum Eintragen einer Kennung. Da die als Beispiel erwähnten drei Pumpen der zu modellierenden Anlage unterschiedliche Baugrößen oder Pump leistungen aufweisen können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das in dem vordefinierten Funktionsbaustein enthaltene Basis modell über die Steuerschnittstelle parametrierbar ist. So können aus einem einzigen vordefinierten Funktionsbaustein für eine Pumpe oder, um ein anderes Beispiel zu nennen, für einen Behälter durch Kopieren und Parametrieren unterschied liche Funktionsbausteine für unterschiedlich dimensionierte Pumpen bzw. Behälter erzeugt werden. Einmal parametrierte Funktionsbausteine können, wenn sie wiederholt verwendbar sein sollen, als neue vordefinierte Funktionsbausteine ab gespeichert werden. Ebenso können erstellte Anlagenobjekt modelle oder Teile davon abgespeichert werden, so daß daraus neue Anlagenobjektmodelle durch Kopieren und Modifizieren gebildet werden können.The predefined function blocks can be combined into one Arrange plant object model, the link of the Function blocks via their link interfaces follows. Contains a system to be modeled, for example three pumps, so by copying the for the plants Object "Pump" predefined and in a storage facility stored function block three individual functions Building blocks created and according to the to be modeled Plant structure together with other function blocks connected. To those linked in the plant object model Everyone contains the ability to differentiate between function blocks predefined function block means for entering a Identifier. Since the three pumps mentioned as an example of the too modeling plant different sizes or pumps can have benefits, it is preferably provided that the basis contained in the predefined function block model can be parameterized via the control interface. So can be made from a single predefined function block for a pump or, to give another example, for distinguished a container by copying and parameterizing Function blocks for different dimensions Pumps or containers are generated. Once parameterized Function blocks can be used if they are used repeatedly as new, predefined function blocks get saved. Likewise, created plant object Models or parts of it are saved, so that from it new plant object models by copying and modifying can be formed.

Mit dem erstellten Anlagenobjektmodell ist bereits das prozeßtechnische Verhalten der Anlage simulierbar, da alle Funktionsbausteine die Basisautomatisierung der modellierten Anlagenobjekte enthalten, so daß eine Hand-Bedienung des Anlagenobjektmodells möglich ist. Hierzu weisen die Funk tionsbausteine vorzugsweise Mittel zum Zuführen des An steuerungsbefehls von Hand auf. With the created plant object model that is already process-technical behavior of the system can be simulated, since all Function blocks the basic automation of the modeled Plant objects included, so that a manual operation of the Plant object model is possible. To do this, the radio tion modules preferably means for feeding the An control command by hand.

Das automatisierungstechnische Verhalten einer Anlage bildet sich nicht automatisch aus dem Einzelverhalten der Anlagen objekte. Um daher auch übergeordnete Automatisierungsaspekte einer Anlage, insbesondere ihr Gesamtverhalten, simulieren zu können, ist ein vordefinierter Befehlsbaustein vorhanden, in den die Kennung eines Funktionsbausteins sowie der an den Funktionsbaustein über seine Steuerschnittstelle übertragbare Ansteuerungsbefehl, die Sollwerte und/oder die Steuerpara meter eintragbar sind. Der Befehlsbaustein läßt sich mehrfach kopieren und in einer gewünschten Befehlsfolge anordnen, ent sprechend der die in den Befehlsbausteinen jeweils gekenn zeichneten Funktionsbausteine die in den jeweiligen Befehls bausteinen eingetragenen Ansteuerungsbefehle, Sollwerte und Steuerparameter übertragen bekommen und als Folge dessen das Verhalten des von ihnen jeweils modellierten Anlagenobjekts simulieren. Wie die Funktionsbausteine können auch die Be fehlsbausteine mit den darin enthaltenen Einträgen oder be reits aus Befehlsbausteinen erstellte Befehlsfolgen abge speichert, kopiert und modifiziert werden.The automation behavior of a plant forms do not automatically result from the individual behavior of the systems objects. Therefore also overriding automation aspects simulate a plant, especially its overall behavior a predefined command block is available in which the identifier of a function block and the to Function block transferable via its control interface Control command, the setpoints and / or the control para meters can be entered. The command block can be used several times copy and arrange in a desired command sequence, ent speaking of those known in the command blocks function blocks marked in the respective command building blocks entered control commands, setpoints and Get control parameters transmitted and as a result the Behavior of the plant object they modeled simulate. Like the function blocks, the Be faulty blocks with the entries contained therein or be Command sequences already created from command blocks be saved, copied and modified.

Um den vordefinierten Befehlsbaustein universell einsetzen zu können, ist er vorzugsweise dazu ausgebildet, die Istwerte und Zustandsparameter eines in einer Befehlsfolge angeordne ten und in dem Befehlsbaustein kennzeichenbaren Funktions bausteins abzufragen, mit in den Befehlsbaustein eintragbaren festen Werten bzw. Zuständen zu vergleichen und die Übertra gung des Ansteuerungsbefehls, der Sollwerte und/oder der Zu standsparameter in Abhängigkeit von dem Vergleich auszulösen. Ferner kann diese Übertragung auch in Abhängigkeit von dem Ablauf einer in den Befehlsbaustein eingebbaren Zeit aus gelöst werden.To use the predefined command block universally , it is preferably designed to process the actual values and state parameters one arranged in a command sequence Functional and identifiable in the command block module to be queried with those that can be entered in the command block to compare fixed values or states and the transfer supply of the control command, the setpoints and / or the Zu trigger stand parameters depending on the comparison. Furthermore, this transmission can also depend on the Expiry of a time that can be entered in the command block be solved.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht es also, eine technische Anlage oder Teile davon auf einfache Weise zu modellieren und anschließend ihr prozeß- und automatisie rungstechnisches Verhalten zu simulieren. Darüber hinaus können neben den funktionalen Aussagen zur Eignung der modellierten Anlage auch nichtfunktionale, z. B. betriebs wirtschaftliche Aussagen, wie die Kosten einer Anlagen variante, der Wasser- oder Energieverbrauch, gemacht werden, wozu die vordefinierten Funktionsbausteine vorzugsweise Mittel zum Eintrag objektspezifischer Zusatzinformationen, wie z. B. die Kosten oder der Zeitaufwand zur Realisierung des betreffenden Anlagenobjekts, enthalten. Diese objekt spezifischen Zusatzinformationen lassen sich dann aus allen in einem Anlagenobjektmodell verwendeten Funktionsbausteinen entnehmen und automatisch geordnet in eine Tabelle über tragen.The device according to the invention thus enables a technical system or parts thereof in a simple manner model and then your process and automation simulate technical behavior. Furthermore In addition to the functional statements on the suitability of the modeled plant also non-functional, e.g. B. operational economic statements, such as the cost of a plant variant, the water or energy consumption, are made, which is why the predefined function blocks are preferred Means for entering object-specific additional information, such as B. the costs or the time required for implementation of the relevant plant object. This object specific additional information can then be obtained from all Function blocks used in a plant object model remove and automatically sorted into a table carry.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, wobei als Beispiel für eine zu modellierende Anlage eine Mälzerei betrachtet wird. Im einzelnen zeigen:To further explain the invention, the following is based on the figures of the drawing are referred to, being as an example considered a malting plant for a system to be modeled becomes. In detail show:

Fig. 1 eine Darre als Beispiel für eine Teilanlage inner halb einer Mälzerei, Fig. 1 is a kiln as an example of a unit within half a malt,

Fig. 2 ein Beispiel für die Bildung eines Anlagenobjekt modells für die Teilanlage "Darre", bestehend aus einer Anordnung unterschiedlicher Funktionsbau steine, Fig. 2 shows an example for the formation of a system object model consisting stones for the unit "kiln" of an array of different functional building,

Fig. 3 ein Beispiel für den Aufbau eines Funktionsbau steins Fig. 3 shows an example of the structure of a functional block

Fig. 4 ein Beispiel für ein Gesamtmodell der Teilanlage "Darre" mit dem Anlagenobjektmodell und einem aus einem Teilrezeptmodell und einem Rezeptoperations modell bestehenden Rezeptmodell, Fig. 4 is an example of an overall model of the unit "kiln" with the system object model and a model consisting of a recipe model and a recipe recipe Operations model,

Fig. 5 ein Beispiel für das Teilrezeptmodell, bestehend aus unterschiedlichen Teilrezepten und darin enthaltenen Rezeptoperationen, Fig. 5 shows an example of the recipe model consisting of different sub recipes and recipe operations contained therein,

Fig. 6 ein Beispiel für eine Rezeptoperation in Form einer aus unterschiedlichen Befehlsbausteinen bestehenden Befehlsfolge und Fig. 6 shows an example of a recipe operation in the form of a group consisting of different instruction blocks instruction sequence and

Fig. 7 ein Beispiel für eine Tabelle mit objektspezifischen Zusatzinformationen aus den in dem Anlagenobjekt modell angeordneten Funktionsbausteinen. Fig. 7 shows an example of a table with object-specific supplementary information from the model arranged in the object system function modules.

In einer Mälzerei wird Getreide zu Malz verarbeitet, wobei sich der in der Mälzerei ablaufende Prozeß in die aufein anderfolgenden Teilprozesse "Weichen", "Keimen" und "Darren" mit dazwischen jeweils erfolgenden Be- und Entladevorgängen unterteilen läßt. Bei dem Teilprozeß "Weichen" wird das Getreide mit Wasser angereichert und gereinigt. Dieser Teil prozeß beinhaltet das Be- und Entladen, das Ein- und Aus lassen von Wasser und das Absaugen des anfallenden Kohlen dioxids. Beim Teilprozeß "Keimen" wird das Getreide eine be stimmte Zeit zum Keimen angeregt. Dieser Teilprozeß beinhal tet wiederum das Be- und Entladen, das Wenden und Befeuchten des Getreides und das geregelte Lüften und Kühlen. Beim Teil prozeß "Darren" wird das Getreide getrocknet. Dieser Teil prozeß beinhaltet wiederum das Be- und Entladen und das ge regelte Lüften und Heizen des Getreides. Durch unterschied liche Bauweisen und Standorte von Mälzereien kommt es zu Unterschieden in der Bauart der Teilanlagen und der Ma schinenteile. So muß beispielsweise anderen Außentemperatur- oder Feuchtebedingungen durch veränderte Heiz- oder Kühl maßnahmen Rechnung getragen werden. Unterschiedliche Be hälterformen wie beispielsweise runde oder rechteckige Darren verlangen verschiedene Transporteinrichtungen.In a malting plant, grain is processed into malt, whereby the process taking place in the malt house subsequent sub-processes "switch", "germination" and "kiln" with loading and unloading processes in between can be divided. In the sub-process "switch" this is Grain enriched with water and cleaned. This part Process includes loading and unloading, loading and unloading letting out water and suctioning off the resulting coals dioxides. In the sub-process "germination" the grain is a be agreed time to germinate. This sub-process included in turn, loading and unloading, turning and moistening of the grain and the regulated ventilation and cooling. At the part process "Darren" the grain is dried. This part process in turn includes loading and unloading and the ge regulated ventilation and heating of the grain. By difference There are different types of construction and locations for malting plants Differences in the design of the subsystems and the dimensions rail parts. For example, other outside temperature or humidity conditions due to changed heating or cooling measures are taken into account. Different Be container shapes such as round or rectangular kilns require different transport facilities.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Darre, hier speziell einer Einhordendarre, als Beispiel für eine Teil anlage einer Mälzerei. Über ein Frischluftventil 1 gelangt Frischluft 2 in einen Luftsammler 3. Aus diesem wird mittels eines Gebläses 4 Luft abgesaugt, wobei die Luft mittels einer Heizung 5 erwärmt wird. Die so erwärmte Luft wird an einer ersten Temperaturmeßeinrichtung 6 vorbei in einen Druckraum 7 gefördert, von wo aus sie von unten nach oben durch eine Horde 8 in einen Darrkasten 9 strömt, in dem das zu trock nende Getreide 10 enthalten ist. Mittels einer zweiten Tempe raturmeßeinrichtung 11 wird die Temperatur des Getreides 10 gemessen. Eine dritte Temperaturmeßeinrichtung 12 ist in dem Raum über dem Darrkasten 9 angeordnet, von wo aus die Luft zurück in den Luftsammler 3 gelangt. Ein Teil dieser Luft wird als Rückluft 13 zusammen mit der Frischluft 2 wieder von dem Gebläse 4 angesaugt, während der andere Teil als Abluft 14 über ein Abluftventil 15 die Darre verläßt. Fig. 1 shows the schematic structure of a kiln, here specifically a single-horned kiln, as an example of a part of a malting plant. Fresh air 2 reaches an air collector 3 via a fresh air valve 1 . Air is extracted from this by means of a fan 4 , the air being heated by means of a heater 5 . The air thus heated is conveyed past a first temperature measuring device 6 into a pressure chamber 7 , from where it flows from the bottom upwards through a tray 8 into a drying box 9 , in which the grain 10 to be dried is contained. By means of a second temperature measuring device 11 , the temperature of the grain 10 is measured. A third temperature measuring device 12 is arranged in the room above the kiln 9 , from where the air gets back into the air collector 3 . Part of this air is sucked back in by the blower 4 as return air 13 together with the fresh air 2 , while the other part leaves the kiln as exhaust air 14 via an exhaust air valve 15 .

Am Beispiel dieser Darre soll im folgenden erläutert werden, wie mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Anlage bzw. Teilanlage modelliert und ihr Verhalten simuliert werden kann. Using the example of this kiln, we will explain below how with the device according to the invention a system or The unit is modeled and its behavior simulated can.

Fig. 2 zeigt eine in einer Speichereinrichtung 16 abgelegte Objektbibliothek 17, die für den Branchenbereich "Mälzerei" eine Vielzahl von vordefinierten Funktionsbausteinen 18 ent hält, die unterschiedliche Typen von Anlagenobjekten modellieren. Diese Typen von Anlagenobjekten umfassen beispiels weise den Typ "Ventil", der bei der in Fig. 1 gezeigten Darre einmal als Frischluftventil 1 und einmal als Abluft ventil 15 vorkommt. Weitere Typen von Anlagenobjekten finden sich in der Heizung 5, dem Gebläse 4, den Temperaturmeß einrichtungen 6, 11 und 12 und den hier im einzelnen nicht bezeichneten Luftführungskanälen, zu denen auch der Luft sammler 3 gehört. Neben der Objektbibliothek 17 enthält die Speichereinrichtung 16 weitere Objektbibliotheken 19 für weitere Branchen. FIG. 2 shows an object library 17 stored in a storage device 16 , which contains a large number of predefined function blocks 18 for the "Malting" sector, which model different types of plant objects. These types of plant objects include, for example, the "valve" type that occurs once in the kiln shown in FIG. 1 as a fresh air valve 1 and once as an exhaust valve 15 . Other types of plant objects can be found in the heater 5 , the blower 4 , the temperature measuring devices 6 , 11 and 12 and the air duct channels, which are not shown here in detail, including the air collector 3 . In addition to the object library 17 , the storage device 16 contains further object libraries 19 for other industries.

Wie Fig. 2 weiter zeigt, lassen sich die einzelnen vordefi nierten Funktionsbausteine 18 aus der Objektbibliothek 17 herauskopieren und entsprechend dem Stofffluß in der zu mo dellierenden Anlage, hier also entsprechend der Luftführung in der Darre, zu einem Anlagenobjektmodell ("Darre") 20 verknüpfen. Dabei wird jedem einzelnen Funktionsbaustein 18 des Anlagenobjektmodells 20 eine eigene Kennung zugeordnet, um auch mehrfach vorkommende Funktionsbausteine 18 ein und desselben Anlagenobjekttyps, hier z. B. des Typs "Temperatur meßeinrichtung", identifizieren zu können. Jeder Funktions baustein 18 enthält, wie im folgenden noch erläutert wird, ein ihm zugeführte objekttypspezifische Eingangsinformationen in objekttypspezifische Ausgangsinformationen umsetzendes Basismodell des betreffenden Anlagenobjekts sowie ein zum Eintrag der Kennung ausgebildetes Kennzeichnungsteil. Bei zumindest einem Teil der Funktionsbausteine 18 kann das Basismodell parametriert werden, um beispielsweise bei dem Anlagenobjekt des Typs "Darrkasten" unterschiedliche Bau größen einstellen zu können.As further shown in FIG. 2, the individual predefined function blocks 18 can be copied out of the object library 17 and linked to a plant object model ("Darre") 20 according to the material flow in the system to be modeled, in this case according to the air flow in the kiln . Each individual function block 18 of the plant object model 20 is assigned its own identifier in order to also include function blocks 18 of one and the same plant object type that occur repeatedly, in this case e.g. B. of the type "temperature measuring device" to identify. Each function block 18 contains, as will be explained in the following, an object-type-specific input information supplied to it, which converts object-type-specific output information into a basic model of the system object in question, and a marking part designed to enter the identifier. In at least some of the function blocks 18 , the basic model can be parameterized in order, for example, to be able to set different sizes for the “Darrkasten” type plant object.

Fig. 3 zeigt etwas detaillierter den allgemeinen Aufbau eines Funktionsbausteins 18 mit dem darin enthaltenen Basis modell 21 des dem Funktionsbaustein 18 jeweils zugeordneten Anlagenobjekttyps. Das Basismodell 21 besteht aus einem Auto matisierungsteil 22, das das automatisierungstechnische Ver halten des Anlagenobjekts modelliert, und einem Prozeßteil 23, das das prozeß- oder verfahrenstechnische Verhalten des Anlagenobjekts nachbildet. Jeder Funktionsbaustein 18 weist, wie auch Fig. 2 zeigt, eine objekttypspezifische Anzahl von Verknüpfungsschnittstellen 24 zu anderen Funktionsbausteinen 18 auf. Dabei besteht die Verknüpfungsschnittstelle 24 aus einer Automatisierungsschnittstelle 25 zur Verknüpfung der Automatisierungsteile 22 und aus einer Prozeßschnittstelle 26 zur Verknüpfung der Prozeßteile 23 jeweils aneinandergrenzen der Funktionsbausteine 18. Das Automatisierungsteil 22 und das Prozeßteil 23 sind über eine interne Schnittstelle 27 miteinander verbunden. Weiterhin weist das Automatisierungs teil 22 nach außen eine Steuerschnittstelle 28 auf. Über die Steuerschnittstelle 28 und die Verknüpfungsschnittstellen 24 werden die dem Basismodell 21 zugeführten Eingangsinforma tionen und die von dem Basismodell 21 daraus erzeugten Aus gangsinformationen übertragen. Fig. 3 shows in somewhat greater detail the general structure of a function block 18 having contained therein the base model 21 of the function block 18 respectively associated system object type. The basic model 21 consists of an auto mation part 22 , which models the automation behavior of the plant object, and a process part 23 , which simulates the process or procedural behavior of the plant object. As FIG. 2 also shows, each function module 18 has an object type-specific number of link interfaces 24 to other function modules 18 . The link interface 24 consists of an automation interface 25 for linking the automation parts 22 and a process interface 26 for linking the process parts 23 , each of which adjoins the function blocks 18 . The automation part 22 and the process part 23 are connected to one another via an internal interface 27 . Furthermore, the automation part 22 has a control interface 28 to the outside. Via the control interface 28 and the link interface 24 are functions which the base model 21 and the supplied input Informa From generated by the base model 21 from output information transmitted.

Über die Steuerschnittstelle 28 sind dem Funktionsbaustein 18 als Eingangsinformationen ein Ansteuerungsbefehl 29 zum Ein- oder Ausschalten des Funktionsbausteins 18 und Sollwerte und/oder Steuerparameter 30 zuführbar. Darüber hinaus weist der Funktionsbaustein 18 Mittel 32 zum Ein- oder Ausschalten von Hand auf. Schließlich sind Mittel 35 und 36 vorhanden, um über die Steuerschnittstelle 28 eine Kennung für den Funk tionsbaustein 18 und objektspezifische Informationen, wie z. B. der Preis des betreffenden Anlagenobjekts, in den Funk tionsbaustein 18 einzutragen. Das Automatisierungsteil 22 nimmt aufgrund der ihm zugeführten Eingangsinformationen einen Automatisierungszustand ein, der zusammen mit prozeß bezogenen Sollwerten über die interne Schnittstelle 27 dem Prozeßteil 23 mitgeteilt wird. In umgekehrter Richtung werden prozeßbezogene Istwerte von dem Prozeßteil 23 an das Auto matisierungsteil 22 übergeben. Als Ausgangsinformationen kann der Funktionsbaustein 18 über die Steuerschnittstelle 28 Ist werte und/oder Zustandsparameter 31 abgeben.Via the control interface 28 to the function block 18 as input information, a drive command 29 are supplied to the switching on or off of the function block 18 and actual values and / or control parameters 30th In addition, the function block 18 has means 32 for switching on or off manually. Finally, means 35 and 36 are available to use the control interface 28 to identify the function block 18 and object-specific information, such as. B. the price of the relevant plant object in the function block 18 to enter. The automation part 22 assumes an automation state on the basis of the input information supplied to it, which is communicated to the process part 23 together with process-related setpoints via the internal interface 27 . In the opposite direction, process-related actual values are transferred from the process part 23 to the automation part 22 . The function block 18 can output actual values and / or status parameters 31 via the control interface 28 as output information.

Die Verknüpfungsschnittstellen 24 dienen dazu, Prozeßwerte 33 zwischen den in dem Anlagenobjektmodell 20 jeweils benach barten Funktionsbausteinen 18 zu übertragen. Die Übertragung erfolgt dabei bidirektional, also sowohl in Wirkungsrichtung als auch in Rückwirkungsrichtung. Das bedeutet, daß ein Funk tionsbaustein 18 einem in einem Materialstrom nachgeschalte ten Funktionsbaustein 18 ein Material mit bestimmten, durch die Prozeßwerte 33 definierten Eigenschaften anbietet. Der nachgeschaltete Funktionsbaustein 18 entscheidet, ob er das Material mit den angebotenen Eigenschaften annimmt und mit diesen oder modifizierten Eigenschaften an einen übernächsten Funktionsbaustein 18 weiterreicht. Wenn der nachgeschaltete Funktionsbaustein 18 das Material annimmt, meldet er die Ab nahmemenge an den vorgeschalteten Funktionsbaustein 18 zurück, der dann seinerseits entsprechend durch eine Meldung an den davorliegenden Funktionsbaustein oder durch Verändern der angebotenen Stoffmenge reagiert. Neben den Prozeßwerten 33 können über die Automatisierungsschnittstellen 25 unab hängig von einer übergeordneten Steuerung über die Steuer schnittstelle 28 Befehle 34 zum Ein- und Ausschalten, Soll- und Istwerte sowie Automatisierungszustände direkt zwischen den Funktionsbausteinen 18 übertragen werden.The link interfaces 24 serve to transfer process values 33 between the function blocks 18 which are respectively adjacent in the plant object model 20 . The transmission takes place bidirectionally, that is, both in the direction of action and in the direction of reaction. This means that a radio tion block 18 a serving in a material flow nachgeschalte th function block 18, a material having certain defined by the process values 33 properties. The downstream function block 18 decides whether it accepts the material with the properties offered and passes these on to modified function block 18 with these or modified properties. When the downstream function block 18 accepts the material, it reports the quantity received from the upstream function block 18 , which then in turn reacts accordingly by a message to the preceding function block or by changing the amount of substance offered. In addition to the process values 33 28 34 commands can be used to turn on and off, set and actual values, as well as automation states transferred directly between the function blocks 18 of the automation interface 25 inde pendent interface from a higher-level control via the control.

Mit dem in Fig. 2 gezeigten Anlagenobjektmodell 20 ist be reits das prozeßtechnische Verhalten der modellierten Anlage bzw. Teilanlage simulierbar, weil jeder Funktionsbaustein 18 in seinem Automatisierungsteil 22 die Basisautomatisierung des jeweiligen Anlagenobjekts enthält. Damit ist eine Hand- Bedienung des Anlagenobjektmodells 20 möglich. Um darüber hinaus auch übergeordnete Automatisierungsaspekte, ins besondere das Gesamtverhalten der Anlage, simulieren zu können, werden, wie im folgenden erläutert wird, die Funk tionsbausteine 18 des Anlagenobjektmodells 20 über ihre Steuerschnittstellen 28 von Befehlsbausteinen angesteuert, die ähnlich den Funktionsbausteinen 18 in dem Anlagenobjekt modell 20 innerhalb eines Rezeptmodells angeordnet werden können.With the example shown in Fig. 2 system object model 20 of the modeled system or part of plant is simulated already be the process-related behavior, because each function block 18 in its automation part 22 contains the basic control system of the respective object. This enables manual operation of the system object model 20 . In order to be able to also simulate higher-level automation aspects, in particular the overall behavior of the system, the function modules 18 of the system object model 20 are controlled by command modules via their control interfaces 28 , which are modeled similarly to the function modules 18 in the system object, as will be explained below 20 can be arranged within a recipe model.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für das Gesamtmodell 40 der zu modellierenden Anlage bzw. Teilanlage, bestehend aus dem Rezeptmodell 41 und dem Anlagenobjektmodell 20. Das Rezept modell 41 besteht seinerseits aus einem Teilrezeptmodell 42 und einem Rezeptoperationsmodell 43. Das Teilrezeptmodell 42 besteht aus allen notwendigen Teilrezepten 44 zum Steuern des Anlagenobjektmodells 20, wobei die einzelnen Teilrezepte 44 parallel und sequentiell verknüpfbar sind. FIG. 4 shows an example of the overall model 40 of the system or partial system to be modeled, consisting of the recipe model 41 and the system object model 20 . The recipe model 41 in turn consists of a partial recipe model 42 and a recipe operation model 43 . The partial recipe model 42 consists of all necessary partial recipes 44 for controlling the plant object model 20 , the individual partial recipes 44 being able to be linked in parallel and sequentially.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel für das Teilrezeptmodell 42 zum Ansteuern des in Fig. 2 gezeigten Anlagenobjektmodells 20 mit der Bezeichnung "Darre". In der in Fig. 1 gezeigten Darre wird das gekeimte Getreide 10 getrocknet. Dazu muß das Getreide 10 zunächst in den Darrkasten 9 geladen und dann gleichzeitig beheizt und belüftet werden. Ist der gewünschte Trocknungsgrad erreicht, wird der Darrkasten 9 wieder ent laden. Um diesen Sachverhalt zu modellieren, werden vier Teilrezepte 44 für das "Beladen", "Heizen", "Lüften" und "Entladen" angelegt und entsprechend der auszuführenden Reihenfolge verknüpft. Jedes einzelne dieser Teilrezepte 44 enthält in einem von dem Anwender auszufüllenden Dialog eine Auflistung von abzuarbeitenden Rezeptoperationen 45 sowie ggf. Sollwerte "SW", mit denen die Rezeptoperationen 45 ver sorgt werden müssen. Sobald z. B. das Teilrezept "Beladen" vom Anwender oder von einem vorgeschalteten Teilrezept aktiviert wird, werden nacheinander die Rezeptoperationen "200-Start", "400-Justieren" usw. aktiviert. In diesen Rezeptoperationen 45 ist spezifiziert, wie die Funktions bausteine 18 des Anlagenobjektmodells 20 angesteuert werden sollen. FIG. 5 shows an example of the partial recipe model 42 for controlling the plant object model 20 shown in FIG. 2 with the designation "Darre". In the kiln shown in FIG. 1, the germinated grain 10 is dried. For this purpose, the grain 10 must first be loaded into the kiln 9 and then simultaneously heated and ventilated. When the desired degree of dryness is reached, the kiln 9 is loaded again. In order to model this situation, four partial recipes 44 for “loading”, “heating”, “ventilation” and “unloading” are created and linked in accordance with the sequence to be carried out. Each of these partial recipes 44 contains, in a dialog to be filled in by the user, a list of recipe operations 45 to be processed and, if appropriate, setpoints “SW” with which the recipe operations 45 must be provided. As soon as. B. the recipe "loading" is activated by the user or by an upstream recipe, the recipe operations "200 start", "400 adjustment" etc. are activated in succession. These recipe operations 45 specify how the function blocks 18 of the plant object model 20 are to be controlled.

Wie Fig. 4 zeigt, sind die einzelnen Rezeptoperationen 45 Bestandteil des Rezeptoperationsmodells 43 und bestehen je weils aus einer Folge von Befehlsbausteinen 46, mit denen die Funktionsbausteine 18 des Anlagenobjektmodells 20 über ihre Steuerschnittstellen 28 unmittelbar angesteuert werden. Ent sprechend dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel besteht die Rezeptoperation "200-Start" aus dem Teilrezept "Beladen" (vgl. Fig. 5) aus vier hintereinandergeschalteten Befehls bausteinen 46, die jeweils direkt Ansteuerungsbefehle an die Funktionsbausteine 18 ausgeben. Die einzelnen Befehlsbau steine 46 basieren auf einem allgemein gültigen, vordefinier ten Befehlsbaustein, der Mittel 47 zum Eintragen der Kennung eines Funktionsbausteins 18, hier z. B. ein Fahrantrieb mit der Kennung "05M7004", Mittel 48 zum Eintragen des Ansteue rungsbefehls, hier "Aus", und Mittel 49 zum Eintragen einer vorgegebenen Anzahl von Sollwerten und Steuerparametern auf weist. Der Ansteuerungsbefehl, hier also das Ausschalten des Fahrantriebes mit der Kennung "05M7004", wird je nach Eintrag über weitere Mittel 50 entweder bedingt oder unbedingt an den gekennzeichneten Funktionsbaustein 18 übertragen. Bei der un bedingten Übertragung (Schaltfläche "immer") wird der An steuerungsbefehl sofort an den Funktionsbaustein 18 über mittelt. Bei der bedingten Übertragung (Schaltflächen "wenn Wert" und "wenn Zustand") wird der Ansteuerungsbefehl in Ab hängigkeit davon übermittelt, ab der Istwert oder Zustands parameter eines durch Angabe seiner Kennung auswählbaren Funktionsbausteins 18 mit einem eingebbaren festen Wert bzw. Zustand übereinstimmt oder im Falle des Istwertes größer oder kleiner als der feste Wert ist. Darüber hinaus kann die Über tragung des Ansteuerungsbefehls auch in Abhängigkeit davon erfolgen, ob bei einem Zeitgeber (Schaltfläche "Timer") eine eingegebene Zeit abgelaufen ist. Bei dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel wird der Fahrantrieb mit der Kennung "05M7004" dann ausgeschaltet, wenn ein Positionsschalter mit der Ken nung "05PIC10" eingeschaltet ist.As shown in FIG. 4, the individual recipe operations 45 are part of the recipe operation model 43 and each consist of a sequence of command blocks 46 with which the function blocks 18 of the plant object model 20 are controlled directly via their control interfaces 28 . Corresponding to the example shown in FIG. 6, the recipe operation "200 start" consists of the partial recipe "loading" (cf. FIG. 5) of four consecutive command blocks 46 , each of which directly outputs control commands to the function blocks 18 . The individual command blocks 46 are based on a generally valid, predefined th command block, the means 47 for entering the identifier of a function block 18 , here z. B. a drive with the identifier "05M7004", means 48 for entering the control command, here "off", and means 49 for entering a predetermined number of setpoints and control parameters. The control command, in this case the turning off of the travel drive with the identifier "05M7004" is transmitted depending on the entry of further means 50 either conditionally or unconditionally on the designated function block 18th In the unconditional transmission ("always" button), the control command is immediately transmitted to the function block 18 . In the case of conditional transmission (buttons "if value" and "if state"), the control command is transmitted as a function of whether the actual value or state parameter of a function block 18 which can be selected by specifying its identifier corresponds to an inputable fixed value or state or in If the actual value is larger or smaller than the fixed value. In addition, the control command can also be transmitted depending on whether a timer has expired ("Timer" button). In the exemplary embodiment shown, the travel drive with the identifier "05M7004" is then switched off when a position switch with the identifier "05PIC10" is switched on.

Der Anwender bildet das Rezeptoperationsmodell 43 durch Kopieren und Anordnen des vordefinierten Befehlsbausteins 46 in der gewünschten Folge. Wie Fig. 4 zeigt, wird durch zu sätzliche Kontrollbausteine 51 in Verbindung mit den Befehls bausteinen 46 erreicht, daß die Befehlsbausteine 46 nicht zwangsweise in einer Linie nacheinander abgearbeitet werden müssen. Die Kontrollbausteine 51 erlauben Fallunterschei dungen, wobei je nach Erfüllung einer Bedingung anschließend entweder der eine oder ein anderer Befehlsbaustein aufgerufen wird, und Schleifen, bei denen ein Befehlsbaustein mit einer fest vorgegebenen oder variablen Anzahl an Wiederholungen bearbeitet wird.The user forms the recipe operation model 43 by copying and arranging the predefined command block 46 in the desired sequence. As shown in FIG. 4, additional control modules 51 in conjunction with the command modules 46 ensure that the command modules 46 do not necessarily have to be processed one after the other in a line. The control modules 51 allow differentiation of cases, depending on the fulfillment of a condition, either one or another command module is then called, and loops, in which a command module is processed with a fixed or variable number of repetitions.

Fig. 7 zeigt schließlich ein Beispiel für eine Tabelle, in der die in den im Anlagenobjektmodell 20 verwendeten Funk tionsbausteinen 18 eingetragenen objektspezifischen Zusatz informationen automatisch angeordnet sind. FIG. 7 finally shows an example of a table in which the object-specific additional information entered in the function blocks 18 used in the plant object model 20 are automatically arranged.

Claims

1. Device for modeling and simulating a plant used to carry out a technical process, which contains different plant objects (e.g. 4 , 5 ), with the following features:

- In a memory device ( 16 ) predefined, different types of plant objects ( 4 , 5 ) modeling function blocks ( 18 ) are included,
- each function block ( 18 ) contains a basic model ( 21 ) of object type-specific input information that is fed to it, converting object type-specific input information into object type-specific output information, and a marking part designed to enter an identifier,
- The function block ( 18 ) has a control interface ( 28 ), via which, as input information, a control command for switching the function block ( 18 ) on and off and setpoints and / or control parameters and as output information, actual values and / or status parameters each in one capped, object-specific number are transferable,
- The function block ( 18 ) also has an object-specific number of linking interfaces ( 24 ) to other function blocks ( 18 ), via which process values relevant as input and / or output information can be transmitted,
- There are means for copying the predefined function blocks ( 18 ) and for identifying and linking the copied function blocks ( 18 ) to a plant object model ( 20 ),
- There is a predefined command block ( 46 ) which has means ( 47 , 48 , 49 ) for entering the identifier of a function block ( 18 ), for entering the control command, the setpoints and the control parameters and for transmitting this input information to the Control interface ( 28 ) of the function block ( 18 ) identified in each case are formed,
- There are means for copying the predefined command block ( 46 ) and for arranging the copied command blocks ( 46 ) in a desired command sequence, in accordance with which the command blocks ( 46 ) for transmitting the input information entered in them to the respectively marked function blocks ( 18 ) be called.

2. Device according to claim 1, characterized in that the predefined command block ( 46 ) has further means ( 50 ) which are designed to enter the identifier of a function block ( 18 ) arranged in the plant object model ( 20 ), the actual values and Query the state parameters of the function block ( 18 ) identified in this way via its control interface ( 28 ), compare the actual values and state parameters queried with fixed values or states that can be entered in the command block ( 46 ), and transfer the control command, the setpoints and / or the control parameters trigger depending on the comparison.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the predefined command block ( 46 ) contains a timer which is designed to transmit the control command, the setpoints and / or the control parameters depending on the expiry of an enterable time trigger.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the base model ( 21 ) contained in the predefined function block ( 18 ) can be parameterized via the control interface ( 28 ).

5. Device according to one of the preceding claims, by in that the base model (21) consists of a the automation-related behavior of the equipment object (z. B. 4, 5) modeling automation part (22) and a the process-technical behavior of the system object (4 , 5 ) modeling process part ( 23 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the predefined function block ( 18 ) has means ( 32 ) for supplying the control command by hand.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the link interfaces ( 24 ) of the function block ( 18 ) are designed for bidirectional transmission of the process values in the direction of action and the direction of reaction.