DIN-Fachbericht IEC TR 62390-2006 Common automation device - Profile guideline《通用自动装置 轮廓指南》.pdf

1、August 2006 Preisgruppe 20DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nurmit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 35.240.50!,k,“9720995www.din.deDDIN-Fachbericht IEC/TR 62390Leitfaden fr Gerteprofile in der Automat

2、isierungstechnik;Deutsche FassungAlleinverkauf durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 67 SeitenDIN-Fachbericht IEC/TR 62390:2006-08 2 Vorwort Dieser Fachbericht enthlt die deutsche bersetzung des IEC/TR 62390 Common automation device Profile guideline“, der von IEC TC 65 Indu

3、strial-process measurement and control“ und ISO TC 184/SC 4 Enterprise-control system integration“ ausgearbeitet wurde. National zustndig fr diese bersetzung ist das K 931 Systemaspekte“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE. DIN-Fachbericht IEC/TR

4、62390:2006-08 3 Inhalt SeiteVorwort .2 Einleitung6 1 Geltungsbereich .7 2 Normative Verweisungen.8 3 Begriffe und Abkrzungen8 3.1 Begriffe.8 3.2 Abkrzungen 11 4 berblick ber den Leitfaden .12 5 Automatisierungsmodell und Gerteprofile12 5.1 ISO 15745 12 5.2 Typische Automatisierungskonfiguration .13

5、5.3 Modulare Gertestruktur 14 5.4 Schnittstellenmodell .16 6 Schritte zur Profildefinition .16 6.1 berblick 16 6.2 Erster Schritt: Geltungsbereich, Kompatibilittsebenen und Gerteklassifizierung.18 6.3 Zweiter Schritt: Definition der Gertefunktionen und ihrer Beziehungen.22 6.4 Dritter Schritt: Defin

6、ition der Parameterliste.23 6.5 Vierter Schritt: Gruppierung von Funktionen zu funktionalen Elementen24 6.6 Fnfter Schritt: Beschreibung des Gerteverhaltens.26 6.7 Sechster Schritt (optional): Erweiterungen von bestehenden Profilen 28 7 Gerte-Formatvorlagen28 7.1 Allgemeines28 7.2 Struktur der Profi

7、l-Formatvorlage.28 8 Gertemodelle32 8.1 Abbildung der ISO-Gerteprofil-Klasse32 8.2 Vergleich der Funktionsbaustein- und Objektmodelle .34 Anhang A (informativ) Rollen des Gertes im Lebenszyklus35 Anhang B (informativ) Zusammenstellung der Parametereigenschaften .36 Anhang C (informativ) Einzelheiten

8、 der Kompatibilittsebenen39 Anhang D (informativ) Datentypen 40 Anhang E (informativ) Technische Einheiten 41 Anhang F (informativ) UML-Klassendiagramm .44 Anhang G (informativ) Beispiel fr die Gerteklassifizierung45 Anhang H (informativ) Parameterlisten-Modell .48 Anhang I (informativ) Funktionsbau

9、stein-Modell.49 I.1 Hintergrund.49 DIN-Fachbericht IEC/TR 62390:2006-08 4 SeiteI.2 Paradigmen fr Strukturen von Steuerungs- und Regelungssystemen 50 I.3 Funktionsbaustein-Paradigmen. 51 I.4 Proxy-Funktionsbausteine. 52 I.5 Verteilte Steuerungsstruktur nach IEC 61499.54 I.6 Funktionsbausteinmodell in

10、 Gerten. 55 Anhang J (informativ) Objektmodell 57 J.1 Hintergrund 57 J.2 Paradigmen der Objektmodellierung. 57 J.3 Objektmodell eines Gertes 59 Anhang K (informativ) Informationen fr die gemeinsame Profil- und Gerte-Identifikation 63 Literaturhinweise 67 Bilder Bild 1 Profil-Dokumente und deren Verf

11、asser 6 Bild 2 Profil-Entwicklung unter Anwendung der ISO 15745-1 13 Bild 3 Typisches Automatisierungsanwendungssystem. 14 Bild 4 Beispiel einer modularen Sicht der Hardware- und Software-Struktur eines Gertes . 15 Bild 5 Beispiel fr ein Klassendiagramm der Gertestruktur 15 Bild 6 Allgemeines Schnit

12、tstellenmodell eines Gertes 16 Bild 7 Schritte der Profildefinition 17 Bild 8 Beziehung zwischen Profilen und Produkten . 19 Bild 9 Ebenen der funktionalen Kompatibilitt 19 Bild 10 Beispiel fr ein funktionales Diagramm eines Leistungsantriebssystems 23 Bild 11 Beispiele fr Anwendungsflle nach UML 24

13、 Bild 12 Funktionale Gertestruktur einer Durchfluss-Messeinrichtung, basierend auf dem Objektmodell (Beispiel) 25 Bild 13 Funktionale Gertestruktur einer Durchfluss-Messeinrichtung, basierend auf dem Funktionsbaustein-Modell (Beispiel) . 26 Bild 14 Gerteverhalten als Zustandsdiagramm dargestellt. 27

14、 Bild 15 ISO 15745-1-Gerteprofil-Klassendiagramm . 33 Bild 16 Gerteprofil-Modelle . 34 Bild F.1 Beschreibungselemente der UML-Klassendiagramme. 44 Bild I.1 Funktionsplan abgeleitet von R z. B. durch ein Netzwerk oder ein lokales Bediengert ANMERKUNG 1 Aus IEC/TS 61915, angepasst. ANMERKUNG 2 Ein Par

15、ameter ist typischerweise durch einen Parameternamen, einen Datentyp und eine Zugriffsrich-tung gekennzeichnet. DIN-Fachbericht IEC/TR 62390:2006-08 11 3.1.23 Ressource (resource) logisches Gert Modul Gruppe von funktionalen Elementen, die unabhngige Kontrolle ber ihre Operationen hat und die An-wen

16、dungsprogrammen verschiedene Dienste zur Verfgung stellt, einschlielich des Aufrufs und der Ausfhrung von Algorithmen ANMERKUNG Die RESOURCE, die in IEC 61131-3 definiert ist, ist ein Programmiersprachen-Element, das der oben definierten Ressource entspricht. 3.1.24 Dienst (service) spezifische Arbe

17、it, die von einem Gert oder Objekt durchgefhrt wird 3.1.25 Typ (type) Hardware- oder Software-Element, das die gemeinsamen Attribute festlegt, die von allen Instanzen des Typs gemeinsam genutzt werden 3.1.26 Anwendungsfall (use case) Festlegung der Klasse einer Folge von Aktionen, einschlielich Vari

18、anten, die ein System (oder eine andere Einheit) durchfhren kann, wobei sie mit Aktoren des Systems zusammenwirken UML V 1.5 3.1.27 Variable (variable) Software-Einheit, die jeweils verschiedene Werte zu einer Zeit annehmen kann ISO 2382 ANMERKUNG Die Werte, sowohl einer Variablen als auch eines Par

19、ameters, sind blicherweise auf einen bestimmtem Datentyp festgelegt. 3.2 Abkrzungen Abkrzung Benennung Erklrung AIP Application Interoperability Profile Profil zur Interoperabilitt von Anwendungen DCS Distributed Control System verteiltes Automatisierungssystem ERP Enterprise Resource Planning Waren

20、-Wirtschafts-System FBD Function Block Diagram Funktionsbausteindiagramm HMI Human Machine Interface Mensch-Maschine-Schnittstelle I/O Input/Output Eingang/Ausgang MES Manufacturing Execution System Produktionsplanungssystem OMG Object Management Group Normungskonsortium UML Unified Modeling Languag

21、es Modellbildungs-Sprache URL Universal Resource Locator Internet-Adresse XML Extensible Markup Language Dokumentenbeschreibungssprache DIN-Fachbericht IEC/TR 62390:2006-08 12 4 berblick ber den Leitfaden Der Leitfaden fr Gerteprofile: bietet eine kurze Einfhrung in den gesamten Geltungsbereich von

22、Profilen; legt die Teilmenge fest, die im Blickfeld dieses Leitfadens liegt; stellt eine allgemeine Sicht auf die Struktur eines Gertes vor. Den Gruppen von Profilverfassern wird eine Abfolge von sechs Schritten der Profildefinition vorgeschlagen, um die notwendigen Informationen fr ein Gerteprofil

23、zusammenzustellen. Diese werden in einer Format-vorlage fr Profile aufgezeichnet, die in einem entsprechenden Abschnitt eingefhrt wird. Die Formatvorlage fr Profile ist in einer elektronisch lesbaren Form zusammenzustellen und hat als ein vom Menschen lesbares Dokument vorhanden zu sein. Dieser Leit

24、faden basiert auf den drei typischen Methoden, die in der Automatisierungsindustrie genutzt werden, dem Parameterlisten-Modell dem Funktionsbaustein-Modell und dem Objekt-Modell. Der Leitfaden empfiehlt, eines dieser drei Modelle anzuwenden. Es ist mindestens das Parameterlisten-Modell anzuwenden, u

25、m in Einklang mit diesem Leitfaden zu stehen. Weitere Modelle, die auf dem Parameterlisten-Modell basieren, sind mglich, wenn sie auf eines der Modelle abgebildet werden knnen. Spezielle Anhnge bieten den modell-basierten Hintergrund der Schritte der Profilentwicklung und der Formatvorlage. Einige A

26、nhnge liefern zustzliche Informationen und Material fr die Gruppen von Profilverfassern. 5 Automatisierungsmodell und Gerteprofile 5.1 ISO 15745 Whrend der Erstellung eines Gerteprofils sind verschiedene Aspekte zu betrachten. Bild 2 zeigt, wie das Gerteprofil in die Beziehung zu anderen Profilen pa

27、sst, die zur Erstellung einer Automatisierungsan-wendung notwendig sind. Bild 3 zeigt eine typische Hardware-Implementierung einer Automatisierungs-anwendung. Bild 4 zeigt ein Beispiel einer funktionalen Struktur eines Gertes. Nach ISO 15745 umfasst ein allgemeines Anwendungssystem den technologisch

28、en Prozess, der einen Material- und Energiefluss hat, der Einrichtungen und Gerte umfasst, die diese Flsse transportieren, der Gerte hat, die die Informationsverarbeitung durchfhren, der die Kommunikationssysteme hat, die diese Gerte verbinden und zu dem auch die Interaktionen der Menschen mit den G

29、erten und schlielich noch der Prozess selbst gehren. Das ISO 15745-1-Modell enthlt alle Komponenten dieses Systems (siehe Bild 2). Die Automatisierungsgerte sind eine Teilmenge dieses gesamten Rahmenwerks, das im Geltungsbereich dieses Leitfadens liegt. Deshalb beschftigt sich dieser Leitfaden nur m

30、it dem Gertemodell und Gerteprofil nach ISO 15745-1 (der Geltungsbereich ist in Bild 2 mit einer Ellipse hervorgehoben). Das Kommunikationsnetzwerk-Integrationsmodell, das Profil und die Spezifikationen liegen auerhalb des Geltungsbereichs dieses Leitfadens. DIN-Fachbericht IEC/TR 62390:2006-08 13 L

31、egende: = Zeigt die Reihenfolge, in der die Aktivitten ausgefhrt werden - - - = Zeigt den Informationsfluss Bild 2 Profil-Entwicklung unter Anwendung der ISO 15745-1 5.2 Typische Automatisierungskonfiguration Das Feldgert ist typischerweise als eine Komponente in einem industriellen Automatisierungs

32、system integriert. Das Automatisierungssystem fhrt den fr die Automatisierung relevanten Teil des gesamten Anwendungssystems aus. Um das vollstndige Profil einer spezifischen Feldgerteklasse zu definieren, ist es notwendig, dass sich die Profilverfasser darauf einigen, wie die Interaktionen des Gert

33、es mit den anderen Komponenten des Automatisierungssystems ablaufen: Funktionen und notwendige entsprechende Schnittstellen (einschlielich der definierten Gerteparameter). Die Komponenten eines Automatisierungs-systems knnen in mehreren hierarchischen Ebenen angeordnet sein, die durch Kommunikations

34、systeme verbunden sind, wie es in Bild 3 veranschaulicht ist. Die Feldgerte sind Komponenten im Anwendungssystem, die ber Eingnge und Ausgnge mit dem Prozess oder den physikalischen oder logischen Unternetzwerken verbunden sind. Dies schliet auch pro-grammierbare Gerte und Router oder Gateways ein.

35、Ein Kommunikationssystem (z. B. ein Feldbus) verbindet die Feldgerte mit den Steuerungen der oberen Ebene, die typischerweise Speicherprogrammierbare Steuerungen (PLS) oder Verteilte Steuerungssysteme (DCS) oder sogar Manufacturing Execution Systeme (MES) sind. Da es vorgesehen ist, dass die Projekt

36、ierungswerkzeuge und die Betriebsetzungswerkzeuge Zugriff sowohl zu den Feldgerten als auch zu den Steuerungen haben, sind diese Werkzeuge auch auf der Steuerungsebene angeordnet. Die intelligenten“ Feldgerte knnen direkt untereinander ber den Feldbus oder die Steuerung (PLS) kommunizieren. In grere

37、n Automatisierungssystemen kann eine weitere hhere Ebene existieren, die ber ein Kommuni-kationssystem wie LAN oder Ethernet angebunden ist. In dieser hheren Ebene sind Visualisierungssysteme (HMI), DCS, zentrale Projektierungswerkzeuge und SCADA angeordnet. Mehrfache Gruppen von Feldgerten (mit ode

38、r ohne eine Steuerung, wie es oben beschrieben ist) knnen ber LAN miteinander oder mit den Systemen der hheren Ebene verbunden sein. DIN-Fachbericht IEC/TR 62390:2006-08 14 Manufacturing Execution System (MES), Enterprise Resource Planning (ERP) und weitere Systeme, die auf Informationstechnology (I

39、T) basieren, knnen zu den Feldgerten indirekt Zugriff ber das LAN und die Steuerungen oder direkt ber Router haben. Bild 3 Typisches Automatisierungsanwendungssystem ANMERKUNG Die grauen Blcke stellen Feldgerte dar, die bei der Profileerstellung im Vordergrund stehen. Die hellgrauen Blcke sind Gerte

40、 mit Netzwerkverbindung, die auch als Gerte betrachtet werden knnen, die im Geltungsbereich dieses Leitfadens liegen. 5.3 Modulare Gertestruktur Das Feldgert ist typischerweise als eine Komponente in einem industriellen Automatisierungssystem integriert. Das Automatisierungssystem fhrt den fr die Au

41、tomatisierung relevanten Teil des gesamten Anwendungssystems aus. Um das vollstndige Profil einer spezifischen Feldgerteklasse zu definieren, ist es notwendig, dass sich die Profilverfasser darauf einigen, wie die Interaktionen des Gertes mit den anderen Komponenten des Automatisierungssystems ablau

42、fen: Funktionen und notwendige entsprechende Schnittstellen (einschlielich der definierten Gerteparameter). Die Komponenten eines Automatisierungs-systems knnen in mehreren hierarchischen Ebenen angeordnet sein, die durch Kommunikationssysteme verbunden sind, wie es in Bild 3 veranschaulicht ist. Da

43、s Gert kann in einer hierarchischen Form strukturiert werden, wie es in Bild 4 gezeigt ist. Die Hauptkom-ponenten der Struktur knnen Container sein, die als Module (z. B. im Gebiet der dezentralen E/A), Ressourcen (z. B. in IEC 6131-3 und IEC 61499) oder logische Gerte (z. B. in einigen Feldbussen)

44、bekannt sind, die noch weiter in funktionale Elemente unterteilt werden knnen. Ein funktionales Element ist ein allgemeiner Begriff fr Parameterlisten, Funktionsbausteine und Objekte. Alle funktionalen Elemente besitzen Parameter und gegebenenfalls ein Verhalten. Module, Ressourcen und logische Gert

45、e und auch die funktionalen Elemente knnen hierarchisch strukturiert werden. In manchen Fllen kann die Hierarchie des Gertes, der Ressource (Modul/logisches Gert) und des funktionalen Elements zusammenfallen, wenn z. B. ein Gert nur eine Ressource mit einem einzelnen funk-tionalen Element besitzt, k

46、ann es nur eine Parameterliste zur Verfgung stellen. DIN-Fachbericht IEC/TR 62390:2006-08 15 Bild 4 Beispiel einer modularen Sicht der Hardware- und Software-Struktur eines Gertes Die oben gezeigte Gertestruktur ist als UML-Klassendiagramm dargestellt in Bild 5 (siehe Anhang F). Bild 5 Beispiel fr e

47、in Klassendiagramm der Gertestruktur DIN-Fachbericht IEC/TR 62390:2006-08 16 5.4 Schnittstellenmodell Ein Gert kann auch aus einer Schnittstellensicht modelliert werden, wenn seine interne Struktur nicht rele-vant ist. Die Struktur der Schnittstelle kann von den Rollen abgeleitet werden, die das Ger

48、t whrend seines Betriebs spielt. Bild 6 zeigt die folgenden Schnittstellen: Prozessschnittstelle, die den Anschluss an den Prozess darstellt, Diagnoseschnittstelle, die alle Diagnoseinformationen darstellt, die von einem Gert zur Verfgung gestellt werden, Parametrierungs-/Konfigurierungsschnittstell

49、e, die alle strukturierten und funktionalen Einstellungen eines Gerts whrend der Inbetriebsetzung, Betriebsparametrierung und Instandhaltung darstellt, Steuerungsschnittstelle, die alle Daten darstellt, die sich auf die Steuerung von anderen Gerten oder hheren Steuerungshierarchien beziehen. ANMERKUNG Die Daten der Steuerung, Diagnose