CN112534364A - 同步方法，运行工业设施的方法、装置、计算机程序产品和计算机可读介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步方法，一种用于运行工业设施的方法、装置、计算机程序产品以及计算机可读介质。本发明涉及一种用于将设施模型与真实设施同步的方法，其中该方法包括以下步骤：a)提供包括至少一个设备模型(10)的设施模型，该设备模型设置用于，通过使用数学函数从仿真的输入值计算仿真的输出值和/或仿真的状态值，并且以一个或多个所述数学函数的一个或多个数学反函数对该设备模型进行扩展，b)提供至少一个真实输出值和/或真实状态值，c)至少一个真实输出值和/或真实状态值被输送给已扩展的设备模型(10)，d)借助函数从至少一个真实输出值和/或真实状态值回算出至少一个输入值，以及e)引用回算出的至少一个输入值和/或导出值，以将该设施模型与真实设施同步。此外，本发明还涉及一种用于运行工业设施的方法、装置、计算机程序产品以及计算机可读介质。

Description

同步方法，运行工业设施的方法、装置、计算机程序产品和计 算机可读介质

技术领域

本发明涉及一种将用于对真实工业设施进行仿真的设施模型与真实设施同步的方法。此外，本发明还涉及一种用于运行工业设施的方法、装置、计算机程序产品以及计算机可读介质。

背景技术

在工业设施中，例如过程设施，可以经由设施部件处和/或设施部件中的测量位置获取用于监视、控制和调节的过程值，设施部件例如可以是箱罐或管路。在此，测量系统由相应的测量构造、测量原理和所应用的现场设备组成，现场设备一般具有至少一个传感器和测量值转换器。

为了使在工业设施上运行的过程自动化，尤其是对其进行自动化控制和/或监视，使用例如尤其以可编程逻辑控制器(SPS或PLC，Programmable Logic Controller)形式存在的自动化设备或系统。

在运行中，检测到的过程变量借助现场设备被周期性地传递到控制器，并通过将控制器所确定的调节值传输到设施的执行器的方式，周期性地作用于过程。基于或考虑检测到的过程变量，确定调节值。

期望的是，在尽量短的时间内能够以更高质量规划、安装工业设施的自动化技术装备并将其投入运行。在此，对自动化工业设施的至少部分仿真证明是有有利的。

在数字化的范围内，仿真模型的应用非常重要。申请人知晓，它们还越来越多地应用于设施寿命周期的运行阶段中并开发出新的应用目的。因此例如，伴随运行性仿真和前瞻性仿真可以用于优化或作为辅助系统使用。

在此，仿真系统允许整个过程设施的模块化以及设施的实时动态仿真。在此，尤其可以应用包括多个子模块的设施模型。自动化系统和控制逻辑例如可以用Soft PLC来仿真(例如按照VDI/VDE3693)，现场设备的工作方式可以通过设备模型和过程行为由过程仿真来仿真。在此，利用设备模型模仿实际的、真实现场设备的行为和工作方式。

用于工业设施的适当仿真工具例如由申请人的“SIMIT：仿真和虚拟启动”已知，这例如在手册“Siemens STPC7T”(2013年4月)，尤其4/2到4/6页，以及在名称为“过程管理系统SIMATIC PCS 7第2册：技术部件”的手册ST PCS 7T，2018年出版，(网址为：http://cache.industry.siemens.com/dl/files/634/10745634/att_942236/v1/KG_STPCS7T_de.pdf)，尤其在第8章“仿真和训练系统”中描述。

针对SIMIT仿真工具，例如存在SITRANS和SIPART设备程序库，其中包含通用的和详细的设备模型。这些由申请人提供，例如在以下网址：https://support.industry.simens.com/cs/ww/de/view/109757452可以调取。设备程序库的概况可以从名称为“用于SIMIT SP的SITRANS和SIPART设备程序库”的文献中获得，其也可以在上述网页上获得。此外，设备程序库在T.Heinzerling，M.Oppelt，T.Bell的文章“将设备模型集成到过程仿真中”(ATP出版社第59册第10期，2017年，第34到45页，https://doi.org/10.17560/atp.v59i10.1894)中描述。

关于“仿真”，还可以称为“设施的“数字双胞胎””或者，在呈设备模型形式的子模块时，称为“设备的数字双胞胎”。

通过仿真能够获得上述优点的基础或先决条件尤其在于，用仿真工具对仿真系统进行足够精确的仿制(真实设施的仿真模型)，并且在仿真模型与真实系统或真实设施之间的同步是首要的。

经由将真实设施的值回流到仿真模型，可以尝试使仿真和真实相匹配。但是，当前这种匹配耗费巨大，并且如果可行要投入许多人力才能勉强完成并且精度不够。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种尽可能可靠地仿真工业设施的可性性方案。

该目的通过将用于仿真真实工业设施的设施模型与真实设施同步的方法得以解决，其中该方法包括如下步骤：

a)提供包括至少一个设备模型的设施模型，设备模型仿真或能够仿真设施的真实设备的功能，其中至少一个设备模型设置用于，通过使用一个或多个数学函数从仿真的输入值计算仿真的输出值和/或仿真的状态值，仿真的输入值尤其代表关于至少一个真实设备的真实输入值，仿真的输出值尤其代表至少一个真实设备的真实输出值，仿真的状态值尤其代表设施的真实状态值，并且其中，以一个或多个数学函数的一个或多个数学反函数对至少一个设备模型进行扩展，

b)提供至少一个来自于真实设施的运行的真实输出值和/或真实状态值，

c)至少一个真实输出值和/或真实状态值被输送给已扩展的设备模型，

d)借助一个或多个数学反函数，从至少一个真实输出值和/或真实状态值回算出至少一个输入值，以及

e)引用回算出的至少一个输入值和/或至少一个由该输入值导出的值，以将设施模型与真实设施同步。

换而言之，本发明基于的构思是，将用于工业设施的仿真模型的设备模型进行扩展，使得可以基于真实过程值(尤其是设施的自动化系统的过程值)回算出输入值(例如传感器值和、或调节值)并且将它们用于仿真设施与真实设施的匹配。在此，利用以下状况，即现有的且未扩展的设备模型模仿真实设备的工作方式、缩放、正常化、滤波等以及影响。因此，设备的输入值对输出值的影响，或尤其在执行器的情况下对所得出的状态值的影响是已知的，并且通过使用一个或多个反函数可以从由设施中获得的、属于特定设施状态的一个或多个输出值或状态值回推出一个或多个输入值，例如传感器值和/或调节值。

一个或多个输入值尤其可以在知晓测量原理的情况下用于至少一个设备的状态确定和状态预定。

在此，测量原理可以理解为测量的方式方法。例如，作为设施部件的容器的(静液压)液位测量(例如使用压力计)可以在容器底部的高度实现。此时，传感器例如可以经由支管与容器连接。根据参数，例如测量点的位置(偏移)，传感器将所施加的压力(可以是绝对压力或相对压力)转变为电信号。根据其他参数，测量值转换器将电信号转变为期望的输出参量，例如以百分比表示的液位，并且电信号作为模拟值在尤其可编程逻辑控制器的输入过程图(PAE)中已经作为过程值，并且代表在当前时间点的容器的(液位)状态。

至少一个设备例如可以是设施部件或过程单元。

适宜地，在步骤b)中提供一个或多个在真实设施处检测的真实输出值或真实状态值。

应指出，代表至少一个真实设备的真实输入值或真实输出值/真实状态值的、仿真的输入值或仿真的输出值/仿真的状态值以已知方法不必与真实输入值或真实输出值/真实状态值一致。确切地说，可以存在偏差，其原因例如可能在于，在真实设施部件与模型(尤其符合VDI/VDE3693的)之间存在应接受的偏差，并且模型的测量值带有可容忍的误差。适宜地，仿真的输入值或仿真的输出值一般为，根据给定的仿真模型用作为相对应的真实值的占位符或代表的值。

应指出，根据本发明的方法的步骤顺序，尤其步骤a)和b)可以有所不同，步骤a)和b)例如可以交换。

特别优选地提出，在本发明的范畴内使用一个或多个已扩展的设备模型，其中，扩展能够实现从输出值或状态值到输入值的回算。因此，扩展尤其通过一个或多个反函数给出或包括这些反函数。反函数与设备模型的一个或多个函数相反，即与以下函数相反：对于(全部)设备功能的仿真，通过该函数从输入值可以计算输出值或得到的状态值，前述值分别对应于或者相符于真实设备或真实设施的真实输入值和输出值/状态值。还可以提出，通过使用已扩展的执行器设备模型的一个或多个反函数，从尤其可编程逻辑控制器的输入端和输出端(PAE和PAA)在一时间点推导出一个或多个执行器的状态或状态过渡，并且将其施加到已扩展的设备模型，以在该时间点将设备模型初始化。

函数f的反函数f^-1尤其可以理解为函数f^-1，对其成立f*f^-1＝1。此外还可以成立，将集合A(a∈A)的每个元素a均关联集合B(b∈B)的唯一元素b的函数f：A→B的反函数通过函数f^-1：B→A给出，该函数将集合B(b∈B)的每个元素b均关联集合A(a∈A)的一个元素a。

已经证明特别合适的是，提供真实设施的尤其可编程逻辑控制器的输入过程图(PAE)的至少一部分和/或输出过程图(PAA)的至少一部分作为输出值或状态值。如果例如输入过程图或其中一部分例如在仿真工具(如SIMIT)中被发布，可以用根据本发明的方式回算输入值，例如一个或多个测量值转换器的传感器值和/或设施的一个或多个执行器的调节值。

通过本发明，能够在给定的运行状态下首次忠于细节地并且以可承受耗费实现仿真的设施与真实的设施的匹配。与手动匹配相比，该耗费大大减小。由于以可承受的耗费实现了忠于细节的正确匹配，来自例如虚拟启动或运行者训练系统的、设施仿真的仿真模型也可以继续用于运行并行仿真，并且以真实设施的状态初始化。

工业设施一般包括多个设备，例如多个传感器和/或执行器和/或测量值转换器。此时，从属的用于对设施及其运行进行仿真的设施模型还可以包括多个设备模型。此时，显然可以为多个，特别优选所有设备模型提供真实输出值或真实状态值，并且使用反函数回算这些值，将回算出的值用于匹配。

相应地，在根据本发明的方法的改进方案中可以提出，设施包括多个设备，并且

-在步骤a)中提供设施模型，设施模型包括分别用于设施的多个真实设备、尤其所有真实设备的设备模型，设备模型仿真或可以仿真设施的相应的真实设备的功能，其中相应的设备模型设置用于，通过使用一个或多个数学函数从仿真的输入值计算仿真的输出值和/或仿真的状态值，仿真的输入值尤其代表关于至少一个真实设备的真实输入值，仿真的输出值尤其代表至少一个真实设备的真实输出值，仿真的状态值尤其代表设施的真实状态值，并且其中，以相应的设备模型的一个或多个函数的一个或多个数学反函数对相应的该设备模型进行扩展，并且

-在步骤b)中提供至少一个来自于真实设施的运行的真实输出值和/或真实状态值，并且

-在步骤c)中将相应的至少一个真实输出值和/或真实状态值输送给已扩展的相应的设备模型，

-在步骤d)中借助已扩展的相应的设备模型的一个或多个数学反函数，从相应的至少一个真实输出值和/或真实状态值计算至少一个回算的输入值，

-在步骤e)中引用回算出的输入值和/或由该输入值导出的值，以将设施模型与真实设施同步。

在改进方案中可以提出，至少一个已扩展的设备模型通过测量值转换器设备模型来给出或者包括测量值转换器设备模型，该测量值转换器设备模型设置用于仿真真实设施的测量值转换器的功能，该测量值转换器尤其是将真实输入值处理成真实输出值的功能。

此时，一个或多个反函数尤其是至少一个测量值转换器设备模型的扩展或该扩展的一部分。

也可以提出，至少一个测量值转换器设备模型包括一个或多个数学函数，借助数学函数从至少一个仿真的传感器值计算或可以计算至少一个仿真的测量值转换器输出值，仿真的传感器值表示测量值转换器输入值并且代表真实设施的真实传感器的真实传感器值，仿真的测量值转换器输出值代表真实设施的真实测量值转换器输出值。

测量值转换器的输出值例如可以由过程值给出。“过程值”优选为真实设施的真实(可编程逻辑)控制器的输入过程图(PAE)的至少一部分过程图。利用模型已知传感器(测量值转换器的输入)对过程值(测量值转换器的输出，尤其PAE)的测量值转换器影响，并且经由根据本发明的逆反或回算，通过使用从属的反函数，可以从真实设施的输入过程图回算出传感器值，该输入过程图尤其对应于真实设施的真实测量值转换器的真实输出。

如果至少一个已扩展的设备模型是已扩展的测量值转换器设备模型，并且以该测量值转换器设备模型回算出一个或多个传感器值，则该一个或多个传感器值优选被输送给设施模型以用于同步。

回算的原理当然不仅可以用于具有传感器的测量值转换器，而且可以用于其他设备/部件和从属的输入值和输出值。执行器为其他示例。

相应地可以提出，至少一个已扩展的设备模型由执行器设备模型给出或包括该执行器设备模型，执行器设备模型设置用于仿真真实设施的执行器功能。至少一个执行器设备模型优选包括一个或多个数学函数，借助这些数学函数从至少一个仿真的执行器输入值计算或可以计算至少一个状态值，仿真的执行器输入值代表真实的执行器输入值，尤其代表设施的优选可编程逻辑控制器的输出过程图的至少一个值，状态值代表真实设施的真实的状态值。

此时，根据本发明的已扩展的执行器设备模型包括一个或多个这些数学函数的一个或多个数学反函数。

经由一个或多个反函数，此时可以从真实状态值回算表示输入值的调节值，并且这些调节值可以用于模型和真实设施的同步。

如果已经提供的设施模型包括至少一个执行器设备模型，则还可以提出，在步骤b)中提供真实设施的真实的尤其可编程逻辑控制器的输出过程图的至少一个值和真实设施的真实的尤其可编程逻辑控制器的输入过程图的至少一个值，并且优选在步骤d)中利用已扩展的执行器设备模型的一个或多个数学反函数从输入过程图的至少一个值回算至少一个执行器输入值，并且优选与真实设施的真实的尤其可编程逻辑控制器的输入过程图的至少一个值比较。特别优选地，针对存在偏差的情况可以引入校准，以实现同步。

设施的执行器例如能够以阀或泵的形式给出。输入值例如可以为调节值，该调节值尤其可以表示(可编程逻辑)控制器的输出过程图的一部分。执行器优选是具有反馈的执行器，其尤其反馈或可以反馈由于至少一个所接收的调节值而到达的实际值。表示状态值的一个或多个反馈值尤其此时形成设施的优选可编程逻辑控制器的输入过程图(PAE)的一部分。从属的执行器设备模型此时相应地形成或设置。

在这种情况下，首先，即在步骤a)中提供带有至少一个执行器设备模型的设施模型，在步骤b)中优选提供真实设施的真实的尤其可编程逻辑控制器的输入过程图(PAE)的至少一部分和输出过程图(PAA)的至少一部分。执行器和从属的执行器设备模型一般反映出尤其用于在状态机中的驱控和监视的功能性。如果设施部件处于例如“泵关闭”的状态或例如“泵送或马达启动”的状态过渡，可以从由命令(PAA)和反馈(PAE)构成的组合推导出具有目标状态的状态过渡，期望状态例如为“泵应该以特定功率运送”或“泵或马达应该以特定转速和特定方向(前向)运行”，在考虑到前述状态的情况下可以实现仿真的同步。

针对真实设施或其设施部件在匹配时间点处于静态的情况，通过提供控制器的一个或多个输出值，尤其PAE的过程值可以实现根据本发明的匹配。在静态设施阶段的情况下，可以使用以下序列，尤其是输出值序列，通过该序列识别和考虑时间上的改变或发展。

根据本发明的方法的有利的实施方式的特征相应在于，在步骤b)中提供多个真实输出值，其中尤其提供在相继时间点检测的多个真实输出值的至少一个序列。

当在设施处于非静态的时间点应实现同步时，则使用至少一个已扩展的执行器设备模型是特别合适的，因为从额定值与实际值(PPA与PAE)的比较可以推导出瞬时状态。

另一实施方式的特征在于，通过使用至少一个对应表和/或特性曲线将至少一个对应值对应于在步骤d)中计算的至少一个回算的输入值，并且在步骤e)中将至少一个对应值作为导出值使用。使用一个或多个对应表和/或一个或多个特性曲线可以考虑或确定测量原理的仿真部件的具体影响。

接收一个或多个回算的输入值和/或由其导出的值，例如可以在现有仿真工具(例如SIMIT)中通过简单的脚本实现。此外可以提出，设备模型的时间常数(记忆)为了快速接收值而设为零，-例如在如果-怎么样分析的情况下回置到其本身的值。滤波器常数可以引起输入值的信号平滑，例如传感器值的信号平滑。这可以意味着，输出信号与输入信号有一定时间延迟。如果滤波器常数设为零，意味着输出信号与输入信号不存在延迟。

本发明的另一主题是用于运行工业设施的方法，其中提供用于设施仿真的设施模型，并且通过执行根据本发明的同步方法将该设施模型与工业设施同步，并且通过考虑已同步的设施模型运行工业设施。同步的设施模型例如可以用于产生特定的安全点(所谓的“快照”)。安全点可以转移，并且在给定时间点加载在同一系统中或者加载在位于其他地方的相同系统中，例如为了训练一定场景(OTS)或多次尝试设施的替代运行方式(如果-怎么样分析)。

此外本发明的另一主题是设计或设置用于执行根据本发明的同步方法或执行根据本发明的用于运行工业设施的方法的装置。

装置尤其可以包括至少一个计算设备，例如PC，或者由这种计算设备给出。如果存在至少一个计算设备，则其优选具有至少一个处理器和/或工作存储器和/或数据存储器。此时，带有至少一个已扩展的设备模型的设施模型可以在根据本发明的装置的计算设备上。根据本发明的装置也可以构成要仿真的工业设施的一部分或这种设施的自动化系统的一部分。为了提供至少一个真实设备的至少一个来源于真实设施运行的真实输出值，根据本发明的装置或其至少一部分可以与要仿真的设施的控制系统(例如可编程逻辑控制器)以线缆和/或无线连接。根据本发明的装置具有一个或多个接口用于连接。根据本发明的装置也可以集成到工业设施的控制系统中，例如可编程逻辑控制器中，或者根据本发明的装置也可以由这种控制系统形成。如果装置设计为与尤其可编程逻辑控制器分离的，则该控制器优选具有合适的接口，经由该接口可以获得至少一个真实输出值或真实状态值，尤其PAE和/或PAA的至少一个值，并将其输送给分离的装置。这种接口例如可以是具有开放/标准的OPC协议(OPCUA)的以太网接口。

此外，本发明涉及一种计算机程序产品，其包括用于执行根据本发明的同步方法步骤或执行根据本发明的用于运行工业设施的方法步骤的程序代码工具。

最后，本发明的主题为计算机可读介质，该介质包括指令，当指令在至少一个计算机上执行时，指令使得至少一个计算机执行根据本发明的同步方法步骤或执行根据本发明的用于运行工业设施的方法步骤。

计算机可读介质例如可以是CD-ROM或DVD或USB或闪存。应指出，计算机可读介质不应仅仅被理解为实体介质，而是可以为数据流和/或代表数据流的信号的形式。

附图说明

根据以下参考附图对实施例的说明，本发明的其他特征和优点更加清楚。其中

图1是根据本发明的用于运行工业设施的方法的实施例；

图2是工业设施的部件连同相关联的设施模型的对应子模型的纯示意图；

图3是图2的部件和模型，其中测量值转换器设备模型由根据本发明的已扩展的测量值转换器设备模型给出；

图4是工业设施的部件连同相关联的设施模型的对应子模型的纯示意图；以及

图5是根据图4的部件和模型，其中执行器设备模型由根据本发明的已扩展的执行器设备模型给出。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于运行真实工业设施的方法的实施例的步骤。这包括根据本发明的、将用于对真实工业设施进行仿真的设施模型与真实设施同步的方法的实施例的步骤，具体来说是步骤S1到S6。

真实工业设施的构件在图2中纯示意性地示出。当前出于研究目的，其为工艺技术设施。这不应该被理解为限制性的。确切地说，对于用于其他目的的任意其他设施，显然也可以执行根据本发明的同步方法和根据本发明的用于运行设施的方法。

在此，设施包括：反应罐1，传感器2布置在该反应罐处以测量罐1中的当前液位；呈测量值转换器3形式的现场设备，其与传感器2连接并且获得或可以获得在运行时由传感器2检测的传感器值，并且从这些传感器值确定或可以确定过程值；以及可编程逻辑控制器4(SPS)，其与测量值转换器3连接并且从测量值转换器在运行时周期性地获得或者可以获得测量值转换器3从所获得的传感器值确定的过程值。测量值转换器3使传感器值平滑，并执行预先处理，将传感器值尤其置于SPS 4可以“读取”或“继续处理”的格式。传感器2获得的传感器值为测量值转换器3的输入值，可以被称作过程值的已处理的传感器值是其输出值。

SPS 4从测量值转换器3获得的过程值形成所谓的输入过程图(PAE)的一部分。

在图2中，经由箭头5示出从设施部件(即反应罐1)经过传感器2、测量值转换器3到达自动化系统(尤其SPS 4)的路径或方向。

在此，测量值转换器3为申请人销售的SITRANS P DS III PA。显然，同样可以使用其他测量值转换器。传感器2是集成到测量值转换器中的传感器。

替代于使用带有PROFIBUS PA的现场设备，当然可以使用带有其他通信标准，例如HART的现场设备。

应指出，设施除了图2所示部件外还包括多个其他部件，包括其他传感器2和测量值转换器3以及同样与SPS 4连接的执行器，经由这些对过程起影响。

在运行中，借助设施的传感器2检测的过程变量周期性发送到SPS 4，并且通过将SPS 4所确定的调节值传输到设施的执行器来周期性地对过程起影响。在此，基于或考虑到检测的过程变量确定调节值。

当前，对设施及其运行进行仿真。对此使用通过应用申请者的仿真工具“SIMIT SPV9.1”建立的设施模型。设施模型包括多个子模型，具体为对于在存储器或反应罐1中发生的过程的过程仿真6、反映与传感器2的接口的通用设备模型7、关于测量值转换器3的详细设备模型8和关于SPS 4的当前由Soft SPS 9给出的仿真。

由SIMIT设备程序库组成的通用设备模型包含基本功能，尤其是执行器和传感器的基本功能，其不针对具体类型并可以用于大部分现场设备。详细设备模型则专门针对特定设备的仿真而开发。详细设备模型为通用设备模型扩展了专用功能，并且可以与通用设备模型一起使用。通用和详细设备模型经由专用接口彼此连接。

以已知方式，设备模型分别包括一个或多个数学函数，经由数学函数反映相应设备的功能或影响。就测量值转换器设备模型8而言，具体设置一个或多个数学函数，经由这些数学函数从仿真的输入值可以计算仿真的输出值，其中，仿真的输入值在测量值转换器模型8的情况下由仿真的传感器值给出，仿真的输出值在测量值转换器设备模型8的情况下由要传递到Soft PLC 9的仿真的过程值给出。要传递给Soft PLC9的、仿真的过程值为仿真的PAE的一部分。经由测量值转换器设备模型8的一个或多个数学函数反映工作方式、缩放、正常化、滤波等等，具体来说反映设备的全部影响。

仿真的传感器值对应或代表真实传感器2的真实传感器值，并且仿真的输出值(即过程值)对应于真实测量值转换器3的真实输出值或过程值，而真实输出值或过程值构成真实PAE的一部分。

图2中在下方示出分别属于所示的设施部件1、2、3、4的模型6、7、8、9，通过这些模型纯示意性示出图元素。

如果已知设施的部件和过程，可以通过使用仿真工具(例如SIMIT)建立从属的设施模型。但挑战在于，将设施模型与处于给定运行状态的真实设施相匹配。

对此使用本发明提供可行性方案。

具体来说，在第一步骤S1(见图1)提供设施模型，其包括属于测量值转换器3的详细设备模型10，从而是已扩展的。模型10的扩展11在此由一个或多个数学函数给出，这些数学函数与测量值转换器3的详细设备模型8的一个或多个数学函数相反。在此，将每个a∈A均明确对应于特定的b∈B的函数f：A→B的反函数可理解为将每个b∈B均对应于a∈A的函数f^-1：B→A。

当前，在附图中未示出的PC或在ESX服务器系统上提供具有已扩展的设备模型10的设施模型，PC或者ESX服务器系统与真实SPS 4以同样未示出的线缆连接。

在步骤S2中提供真实测量值转换器3的真实输出值，其由真实测量值转换器3传递到真实SPS 4并且该真实输出值形成过程值和真实SPS 4的真实PAE的一部分。

输出值例如可以是液位和/或压力和/或容积和/或流量测量值或代表这些的值。

在步骤S3中将真实过程值输送给扩展的设备模型10。具体地，SPS 4的真实输出值被传输到具有设施模型的PC。在图3中这由从真实SPS 4的PAE到已扩展的设备模型10的虚线箭头12示出。该过程或该函数也可以称作“PAE REFEED”或“PAE回馈”。

在步骤S4中，已扩展的设备模型10从真实过程值计算出回算的输入值，具体来说是回算的传感器值。通过使用形成设备模型10的扩展11的一个或多个数学反函数完成计算。

如果例如经由设备模型的(至少一个)函数f经由

PV_analog＝InPV*f

可以从输入值InPV计算出例如模拟的过程值PV_analog，则可以经由

InPV＝PV_analog*f^-1

从真实过程值PV_analog回算出输入值。

在步骤S5中，通过使用对应表将对应值对应于回算出的输出值，在此为传感器值。根据设施部件和测量原理，例如在容器和基于压力的液位测量中，传感器值符合可能不能直接应用于部件模型的物理量(例如mbar)。部件模型的状态例如可以经由以米为单位的参数液位来设定。通过对应表可以考虑或确定测量原理的仿真部件的特殊影响。替代于对应表或除了对应表以外，还可以使用至少一条特性曲线。

在图3中，对应值的对应过程由以附图标记13标注的模块元素表示。模块元素13在虚线箭头14上方，该箭头从已扩展的设备模型10指向过程仿真6，并示出传感器值或对应的对应值的相应传递。

在步骤S6中，通过使用对应表获得的对应值输送给设施模型以用于其与真实设施的同步。

自动化系统的与传统操作相反的方向，即SPS 4经过设备模型7、10到仿真的设施部件的方向在图3中由另一在图中最下方绘制的箭头5示出。

在同步之后，过程仿真6将仿真的值传递给设备模型7，这在图3中由从过程仿真6到模型7的虚线箭头示出。

除了在图3中示出的传感器2和测量值转换器3外，设施模型还包括其他设备，并且从属的模型还具有用于其他真实设备的其他设备模型，其他设备模型包括一个或多个数学函数，经由它们可以计算出完整的设备影响，并且其他设备模型还可以用一个或多个数学反函数来扩展或已经扩展。

以上结合测量值转换器3和从属的扩展模型10描述的步骤可以同样用于设施的一个或多个其他的设备、尤其优选所有设备，并且全部回算出的输入值可以用于同步。

在此，根据本发明的操作不局限于传感器或属于传感器的测量值转换器。确切地说其也可以用于其他设备，例如执行器或流量测量设备。

在图4中纯示意性地示出与设施的SPS 4连接的执行器15，该执行器又与设施的包括驱动器的阀16连接。

在运行中，执行器15从SPS 4周期性获得表示执行器15的输入值的调节值，调节值构成SPS 4的输出过程图PAA的一部分。这些值为额定值。执行器15根据调节值作用于过程，当前作用于阀16。该过程在图6中通过从SPS 4的PAA经过执行器15指向阀16的箭头示出。

执行器15是带有反馈的执行器。执行器15相应地检测由于调节值而出现的结果实际值，这例如可以借助合适的传感机构进行，并且结果实际值被传输到SPS 4。在图4中用直线示出实际值的反馈，该直线将阀16处用附图标记17标记的检测点与执行器15和SPS 4的PAE连接。结果实际值例如可以是阀16的位置。结果实际值被周期性传递到SPS 4，并形成其输入过程图PAE的一部分。实际值为从调节值得出的状态值。

针对执行器15的仿真，设施模型可以包括用于位置调节器的执行器设备模型18，其例如可以通过SIMIT设备程序库的详细设备模型来提供。具体地，在此所描述的实施例中，从“用于SIMIT SP的SITRANS和SIPART设备程序库”设置名称为“Sipart PS2”的位置调节器模型(与执行器15对应)，其中这不应被理解为限制性的。此外，针对执行器15的定位器设置通用设备模型19，其反映执行器15的接口。

类似于图2，两个设备模型18、19在图4中在真实设施的对应部件下方同样纯示意性地示出。除了两个设备模型18、19之外，还示出设施模型的Soft PLC 9和属于阀16的过程仿真20。

在仿真的范畴中将仿真的调节值周期性从Soft PLC 9传递给执行器设备模型18，并且执行器设备模型18包括一个或多个数学函数，借助数学函数可以从所传递的仿真的调节值计算状态值，该状态值代表阀16或其驱动器/马达的实际值。仿真的调节值代表真实SPS 4的真实调节值，其表示真实执行器15的输入值。

在阀16的部件模型的情况下借助设备模型18、19将阀位置作为0到100的百分比值预设给阀模型20，并且经由阀特性曲线将阀位置映射到阀特征值。

根据本发明，在步骤S1中提供设施模型(见图5)，其替代传统的执行器设备模型18而包括已扩展的执行器设备模型21。在此，类似于已扩展的测量值转换器设备模型10，扩展22由一个或多个数学函数给出，数学函数与传统的执行器设备模型18的数学函数相反。

在步骤S2中提供真实设施的真实SPS 4的输出过程图PAA的至少一个值(当前为作为真实执行器输入值的至少一个调节值)和真实SPS 4的输入过程图PAE的至少一个值(当前为阀16的至少一个属于调节值的实际值)。

在步骤S3中将PAA的至少一个值和SPS 4的PAE的至少一个值传递给已扩展的执行器设备模型21。在图5中，这由从SPS 4的PAA或PAE指向已扩展的执行器设备模型21的虚线箭头23、24示出。

在步骤S4中，借助扩展22的一个或多个反函数从PAE的至少一个值回算出至少一个调节值，其代表执行器15的输入值。

在步骤S5中可以使用对应表，以将至少一个计算的调节值与至少一个对应值对应。

在步骤S6中，只要至少一个利用数学反函数计算的调节值与作为真实SPS 4的一部分PAA的至少一个所传递的调节值有偏差，则引入校准。

当同步应该在设施处于非静态的时间点完成，则使用至少一个已扩展的执行器设备模型是特别合适的，因为从额定值与真实值(PPA与PAE)的比较可以导出瞬时状态。

应指出，根据本发明的上述同步当然可以多次连续执行，尤其为了在完成同步之后避免和/或检测设施和模型的“分散”。上述步骤例如可以在预定时间点重复。

尽管在细节上通过优选实施例详细地展示和描述了本发明，但本发明不局限于公开的示例，并且本领域人员可以得出其他变体，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种将用于对真实工业设施进行仿真的设施模型与真实设施同步的方法，其中所述方法包括如下步骤：

a)提供包括至少一个设备模型(10)的设施模型，所述设备模型仿真或能够仿真设施的真实设备(3)的功能，其中至少一个所述设备模型(10)设置用于，通过使用一个或多个数学函数从仿真的输入值计算仿真的输出值和/或仿真的状态值，所述仿真的输入值尤其代表关于至少一个所述真实设备(3)的真实输入值，所述仿真的输出值尤其代表至少一个所述真实设备(3)的真实输出值，所述仿真的状态值尤其代表所述设施的真实状态值，并且其中，以一个或多个所述数学函数的一个或多个数学反函数对至少一个所述设备模型(10)进行扩展，

b)提供至少一个来自于所述真实设施的运行的真实输出值和/或真实状态值，

c)至少一个所述真实输出值和/或所述真实状态值被输送给已扩展的所述设备模型(10)，

d)借助一个或多个所述数学反函数，从至少一个所述真实输出值和/或所述真实状态值回算出至少一个输入值，以及

e)引用回算出的至少一个输入值和/或至少一个由该输入值导出的值，以将所述设施模型与所述真实设施同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设施包括多个设备，并且

-在步骤a)中提供设施模型，所述设施模型包括分别用于所述设施的多个所述真实设备、尤其所有真实设备的设备模型(10)，所述设备模型仿真或可以仿真所述设施的相应的所述真实设备(3)的功能，其中相应的所述设备模型(10)设置用于，通过使用一个或多个数学函数从仿真的输入值计算仿真的输出值和/或仿真的状态值，所述仿真的输入值尤其代表关于至少一个所述真实设备(3)的真实输入值，所述仿真的输出值尤其代表至少一个所述真实设备(3)的真实输出值，所述仿真的状态值尤其代表所述设施的真实状态值，并且其中，以相应的设备模型(10)的一个或多个函数的一个或多个数学反函数对相应的该设备模型(10)进行扩展，并且

-在步骤b)中提供至少一个来自于所述真实设施的运行的真实输出值和/或真实状态值，并且

-在步骤c)中将相应的至少一个所述真实输出值和/或所述真实状态值输送给已扩展的相应的所述设备模型(10)，

-在步骤d)中借助已扩展的相应的所述设备模型(10)的一个或多个所述数学反函数，从相应的至少一个所述真实输出值和/或所述真实状态值计算至少一个回算的输入值，

-在步骤e)中引用回算出的输入值和/或由该输入值导出的值，以将所述设施模型与所述真实设施同步。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个已扩展的所述设备模型(10)通过测量值转换器设备模型来给出或包括所述测量值转换器设备模型，所述测量值转换器设备模型设置用于仿真所述真实设施的测量值转换器(3)的功能，所述测量值转换器将真实输入值处理成真实输出值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，至少一个测量值转换器设备模型(10)包括一个或多个数学函数，借助所述数学函数从至少一个仿真的传感器值计算或者能够计算至少一个仿真的测量值转换器输出值，所述仿真的传感器值表示测量值转换器输入值并且代表所述真实设施的真实传感器(2)的真实传感器值，所述仿真的测量值转换器输出值代表所述真实设施的真实测量值转换器输出值。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，至少一个已扩展的所述设备模型由执行器设备模型给出或包括该执行器设备模型，所述执行器设备模型设置用于仿真所述真实设施的执行器的功能，其中至少一个所述执行器设备模型优选包括一个或多个数学函数，借助所述数学函数从至少一个仿真的执行器输入值计算或能够计算至少一个执行器状态值，所述仿真的执行器输入值代表真实的执行器输入值，尤其代表所述设施的优选可编程逻辑控制器模型的输出过程图的至少一个值，所述执行器状态值代表所述真实设施的真实执行器的真实的执行器状态值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤b)中提供所述真实设施的真实的尤其可编程逻辑控制器的输出过程图的至少一个值和所述真实设施的真实的尤其可编程逻辑控制器的输入过程图的至少一个值，并且优选在步骤d)中利用已扩展的所述执行器设备模型的一个或多个数学反函数从所述输入过程图的至少一个值回算出至少一个执行器输入值，并且该执行器输入值优选与所述真实设施的真实的尤其可编程逻辑控制器的输入过程图的至少一个值比较并且特别优选针对存在偏差的情况引入校准。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中提供在所述真实设施处检测的至少一个真实输出值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中提供多个真实输出值，其中尤其提供在相继时间点检测的多个真实输出值的至少一个序列。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中提供所述真实设施的尤其可编程逻辑控制器(4)的输入过程图(PAE)的至少一部分和/或输出过程图(PAA)的至少一部分作为至少一个真实输出值。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过使用至少一个对应表和/或特性曲线将至少一个对应值对应于在步骤d)中计算的至少一个回算的输入值，并且在步骤e)中将至少一个对应值作为导出值输入给所述设施模型。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个已扩展的设备模型(10)模仿通过真实设备(3)对输入值的尤其是缩放和/或正常化和/或滤波的工作方式。

12.一种用于运行工业设施的方法，其中，提供用于设施仿真的设施模型，并且通过执行根据前述权利要求中任一项所述的方法将所述设施模型与所述工业设施同步，并且通过考虑已同步的所述设施模型运行所述工业设施。

13.一种装置，所述装置设计和设置用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

14.一种计算机程序产品，包括用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法的程序代码工具。

15.一种计算机可读介质，包括指令，当所述指令在至少一个计算机上执行时，所述指令使得至少一个计算机执行权利要求1至12中任一项所述的方法的步骤。

Images