Testumgebung für die Implementierung und Inbetriebnahme eines adaptierbaren Leitsteuerungssystems PDF
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ISW Forschung und Praxis Berichte aus dem Institut fOr Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universitat Stuttgart Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. G. Pritschow Band 117 Springer Berlin Heidelberg New York Barcelona Budapest Hongkong London Mailand Paris Santa Clara Singapur Tokio Dirk Strassacker Testumgebung fur die Implementierung und Inbetriebnahme eines adaptierbaren Leitsteuerungssystems , Springer 094 ISBN 978-3-540-63161-3 ISBN 978-3-642-51507-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-51507-1 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschOtzt. Die $durch begrOndeten Rechte, ins besondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Verviel faltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulassig. Sie ist grundsatzlich vergOtungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag Berlin, Heidelberg· 1997 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dOrien. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VOl, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewahr fOr Richtigkeit, Volistandigkeit oder Aktualitat Obernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls fOr die eigenen Arbeiten die vollstandigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gOltigen Fassung hinzuzuziehen. Gesamtherstellung: Druckerei Kuhnle, Esslingen SPIN: 10632574 62/3020-543210 Testumgebung fUr die Implementierung und Inbetriebnahme eines adaptierbaren Leitsteuerungssystems Von der Fakultat fUr Konstruktions-und Fertigungstechnik der Universitat Stuttgart zur Erlangung der Wtirde eines Doktors der Ingenieurwissenschaften (Dr. -Ing.) genehmigte Abhandlung von DipI.-Ing. Dirk Strassacker geboren in Goppingen Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. A. Storr Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.h.c. H.-I. Bullinger Tag der Einreichung: 19. Juni 1996 Tag der mtindlichen Prtifung: 15. Januar 1997 1997 Geleitwort des Herausgebers In der Reihe "ISW Forschung und Praxis" wird fortlaufend tiber Forschungsergebnisse des Instituts ftir Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich tungen der Universitlit Stuttgart (ISW) berichtet, das sich in vieWiltiger Form mit der Weiterentwicklung des Systems Werkzeugmaschine und anderer Fertigungseinrich tungen sowie der Produktionstechnik beschliftigt. Die Arbeiten dieses Instituts konzen trieren sich im besonderen auf die Bereiche Numerische Steuerungstechnik, Planungs und Leitsysteme, Softwaretechnik, Maschinen- und Industrierobotertechnik sowie MeB-, Regel- und Antriebssysteme, also auf die aktuellsten Bereiche der Fertigungstechnik. Dabei stehen Grundlagenforschung und anwenderorientierte Entwicklung in einem steti gen Austausch, wodurch ein stlindiger Technologietransfer zur Praxis sichergestellt wird. Die Buchreihe erscheint in zwangloser Folge und sttitzt sich auf Berichte tiber ab geschlossene Forschungsarbeiten und Dissertationen. Sie soIl dem Ingenieur bei der Weiterbildung dienen und ihm Hilfestellungen zur LOsung spezifischer Probleme geben. Ftir den Studierenden bietet sie eine Moglichkeit zur Wissensvertiefung. Sie bleibt damit unter erweitertem Namen und neuer Herausgeberschaft unverlindert in der bewlihrten Konzeption, die ihr der Grunder des ISW, der leider allzu fruh verstorbene Prof. Dr.-Ing. G. Stute, im Jahre 1972 gegeben hat. Der Test und die Inbetriebnahme eines Leitsteuerungssystems flir die flexibel auto matisierte Produktion stehen im Mittelpunkt des vorliegenden Bandes. Es wird eine LOsung daflir aufgezeigt, wie Leitsteuerungssoftware mit Hilfe der Simulation ohne die zu steuemden Maschinen und Anlagen getestet werden kann, urn Inbetriebnahrnezeiten an der realen Anlage zu reduzieren. Der Herausgeber dankt der Druckerei flir die drucktechnische Betreuung und dem Sprin ger-Verlag flir Aufnahme der Reihe in sein Lieferprogramm. G. Pritschow Vorwort Die im vorliegenden Band dargestellten Forschungsergebnisse entstanden in wesent lichen Teilen wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fUr Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universitat Stuttgart. Herrn Prof. Dr.-Ing. Alfred Storr danke ich fUr die Ubernahme des Hauptberichtes und fUr seine konsequenten, stets auf strukturelle Klarheit bedachten Korrekturen. Bei Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr. h.c. Hans-Jorg Bullinger bedanke ich mich fUr die Ubernahme des Mitberichtes und fUr einige unkonventionelle PrUfungsfragen. Mein Dank gilt auch meinen ehemaligen Institutskollegen. Vor allen anderen mOchte ich Herrn Dipl.-Ing. Thomas Jost nennen, der auch nach meinem Ausscheiden aus dem Institut die Realisierungsarbeiten mitbetreute und deshalb wesentlich dazu beitrug, daB ich die Arbeit erfolgreich abschlieBen konnte. Herrn Dipl.-Ing. Martin Schluck danke ich fUr einige sehr fruchtbare Diskussionen innerhalb wie auBerhalb des Instituts und fUr seine Bereitschaft, die Testumgebung als Pilotanwender einzusetzen. Herrn Dipl.-Ing. Manfred Gartner verdanke ich tiefe Einblicke in osterreichische Kommunikationstheorie und -praxis und die Herren Dres.-Ing. Gerhard Heger und Klaus Brantner haben die Gelegenheit, meine Arbeit in frUhen Stadien zu lesen und hilfreich zu kommentieren, geduldig ertragen. Die Arbeit ware graue Theorie geblieben ohne die simulative FernunterstUtzung aus Dortmund und Magdeburg von Herrn Dipl.-Inform. Michael RUger. Ais geistiger Vater der Simulationsentwicklungsumgebung CREATE! hatte er mit bewundernswerter Geduld immer ein offenes Ohr fUr die ganz speziellen Anforderungen einer Testumgebung und fUr manch eine "unhandled exception". Meinen Eltern und meinen Freunden danke ich fUr die moralische UnterstUtzung und fUr die Starkung meiner Ausdauer, ohne die diese Arbeit nicht zustande gekommen ware. Stuttgart, im April 1997 Dirk Strassacker 7 Inhaltsverzeichnis Abkiirzungen und Formelzeichen 10 Einleitung und Problemstellung 13 2 Begriffe 15 2.1 Begriffe aus dem Gebiet der Leittechnik 15 2.2 Begriffe aus dem Gebiet der Software-Entwicklung 16 2.3 Begriffe aus dem Gebiet der Simulation 20 3 Zielsetzung und Anforderungsanalyse 22 3.1 Zielsetzung 22 3.2 Entwicklungsphasenspezifische Anforderungen an eine Testumgebung fiir Leitsysteme 23 3.2.1 Anforderungen an eine Modultestumgebung in der Codierungsphase 23 3.2.2 Anforderungen an eine Modultestumgebung in der Modultestphase 24 3.2.3 Anforderungen an Modul- und Systemtestumgebung in der SW Integrationsphase 28 3.2.4 Anforderungen an eine Systemtestumgebung in der Inbetrieb nahmephase 29 3.3 Anforderungen an ein Simulationswerkzeug als Hilfsmittel fiir den Leitsystemtest 30 3.3.1 Zu beriicksichtigende Ereignisse 30 3.3.2 Zeitliche Koordinierung zwischen zeitdiskreter Simulation des Anlagenverhaltens und zeitkontinuierlich ablaufendem Leitsystem 31 3.3.3 Weitere Anforderungen 34 3.4 Anforderungen an das Testverfahren bei Modul-und Systemtest 36 3.5 Zusammenfassung der Anforderungen an Modul- und Systemtest umgebung sowie an das Testverfahren 37 4 Stand der Technik und Aufgabenstellung 38 4.1 Stand der Technik bei den Testverfahren von allgemeinen Software Systemen 38 4.2 Stand der Technik beim Funktionstest von Leitsystemen 41 8 4.3 Stand der Technik in der Kommunikation zwischen Leitsystem und realer Anlage 44 4.4 Stand der Technik in der Simulation 45 4.5 Zusammenfassung der erkannten Defizite und daraus resultierende Aufgabenstellung 50 5 Konfigurierbare Testumgebung zur Nachbildung des ElA-Verhaltens von Leitsystem-Modulen (Modultestumgebung) 52 5.1 Voraussetzungen fi.ir eine systematische Behandlung der Struktur und der Inhalte von Nachrichten in der Intermodulkommunikation 52 5.2 Konfigurierbare Nachrichtstrukturinformation fUr die Modultest umgebung 54 5.3 Dynamische Verwaltung der Konfigurationsdaten in der Modultest- umgebung 57 5.4 Steuerung der Erzeugung und der Interpretation von Nachrichten inhalten 58 5.4.1 Konfiguration der Modultestumgebung 59 5.4.2 AbHiufe beim Erzeugen und Verschicken einer Nachricht 61 5.4.3 Ablaufe beim Eintreffen einer Nachricht 63 5.5 Zeitliche Koordination zwischen Benutzeraktionen und eintreffenden Nachrichten 63 5.6 Einsatz der Modultestumgebung 65 6 Kopplung zwischen Leitsystem und Systemtestumgebung 67 6.1 Schnittstellen eines adaptierbaren Leitsystems 67 6.2 Bewertung der Kopplungsmoglichkeiten 71 6.3 Konsequenzen fi.ir die Struktur der Systemtestumgebung 73 7 Testumgebung zur Nachbildung des Anlagenverhaltens (Systemtest- umgebung) 74 7.1 Ermittlung eines geeigneten Simulationswerkzeuges 74 7.2 Ermittlung der erforderlichen Veranderungen in CREATE! 78 7.2.1 Grundsatzliche Anderungsmoglichkeiten in CREATE! 78 7.2.2 Anderungsmoglichkeiten an den Standardbausteinen von CREATE! 79 7.2.3 Erforderliche Veranderungen im Zeitverhalten des Simulationsablaufes 84 7.3 Durchftihrung der Modifikationen in CREATE! 90 9 7.3.1 Schnittstellenbaustein SEABOLK 90 7.3.2 Neue physische Bausteine 94 7.3.3 Synchronisierung der internen und externen Ereignisse 100 8 Realisierung und Einsatzerfahrungen 103 8.1 Realisierung der Modultestumgebung 104 8.2 Einsatzerfahrungen mit der Modu1testumgebung 107 8.3 Realisierung der Systemtestumgebung 111 8.4 Einsatzerfahrungen mit der Systemtestumgebung 115 9 Zusammenfassung und Ausblick 119 Literaturverzeichnis 121 Anhang 1: Veroffentlichungen zum Software-Test 141 Anhang 2: Modellierung einer Montagezelle mittels Zustandsgraphen 141 Anhang 3: MMS-konforme Nachrichtensequenz 143 Anhang 4: Grunde1emente der Simulationsentwicklungsumgebung CREATE! 144 Anhang 5: Nachrichtenverkehr des Leitsystemmoduls FHDI 153 Anhang 6: MaterialfluBbezogener Nachrichtenverkehr zwischen Leitsystem, Testumgebung und Simulator 155
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