ESPRESO : a system for process control software specification

This paper outlines a specification system for process control software, named ESPRESO, which was developed at the Nuclear Research Center, Karlsruhe, West Germany. ESPRESO is based on some new ideas, which are combined with elements taken from other systems. ESPRESO consists of a set of concepts, a specification language, a tool for the management, evaluation and validation of specifications, and the method how to use the system. Language, tool, and method are carefully adapted to the concepts. The primary aim was to demonstrate some features of a specification system which are currently not available, rather than to provide a new tool for the software market

Validierung des gekoppelten neutronenkinetischen-thermohydraulischen Codes ATHLET/DYN3D mit Hilfe von Messdaten des OECD Turbine Trip Benchmarks

Das Vorhaben bestand in der Validierung des gekoppelten neutronenkinetisch-thermohydraulischen Programmkomplexes ATHLET/DYN3D für Siedewasserreaktoren durch Teilnahme an dem OECD/NRC Benchmark zum Turbinenschnellschluss. Das von der OECD und der amerikanischen NRC definierte Benchmark basiert auf einem Experiment mit Schließens des Turbinenschnellschlussventils, das 1977 im Rahmen einer Serie von 3 Experimenten im Kernkraftwerk Peach Bottom 2 durchgeführt wurde. Im Experiment erzeugte das Schließen des Ventils eine Druckwelle, die sich unter Abschwächung bis in den Reaktorkern ausbreitete. Die durch den Druckanstieg bewirkte Kondensation von Dampf im Reaktorkern führte zu einem positiven Reaktivitätseintrag. Der folgende Anstieg der Reaktorleistung wurde durch die Rückkopplung und das Einfahren der Regelstäbe begrenzt. Im Rahmen des Benchmarks konnten die Rechenprogramme durch Vergleiche mit den Messergebnissen und den Ergebnissen der anderen Teilnehmer an dem Benchmark validiert werden. Das Benchmark wurde in 3 Phasen oder Exercises eingeteilt. Die Phase I diente der Überprüfung des thermohydraulischen Modells für das System bei vorgegebener Leistungsfreisetzung im Kern. In der Phase II wurden 3-dimensionale Berechnungen des Reaktorkerns für vorgegebene thermohydraulische Randbedingungen durchgeführt. Die gekoppelten Rechnungen für das ausgewählte Experiment und für 4 extreme Szenarien erfolgten in der Phase III. Im Rahmen des Projekts nahm FZR an Phase II und Phase III des Benchmarks teil. Die Rechnungen für Phase II erfolgten mit dem Kernmodell DYN3D unter Berücksichtigung der Heterogenitätsfaktoren und mit 764 thermohydraulischen Kanälen (1 Kanal/Brennelement). Der ATHLET-Eingabedatensatz für die Reaktoranlage wurde von der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) übernommen und für die Rechnungen zu Phase III, die mit der parallelen Kopplung von ATHLET mit DYN3D erfolgten, geringfügig modifiziert. Für räumlich gemittelte Parameter wurde eine gute Übereinstimmung mit den Messergebnissen und den Resultaten anderer Codes erzielt. Der Einfluss der Modellunterschiede wurde mit Hilfe von Variantenrechnungen zu Phase II untersucht. So können Unterschiede in der Leistungs- und Voidverteilung in einzelnen Brennelementen auf die unterschiedliche neutronenkinetische und thermohydraulische Modellierung des Reaktorkerns zurückgeführt werden. Vergleiche zwischen ATHLET/DYN3D (parallele Kopplung) und ATHLET/QUABOX-CUBBOX (interne Kopplung) zeigen für räumlich gemittelte Parameter nur geringe Unterschiede. Abweichungen in den lokalen Parametern können im wesentlichen mit der unterschiedlichen Modellierung des Reaktorkerns erklärt werden (geringere Anzahl von modellierten Kühlkanälen, keine Berücksichtigung der Heterogenitätsfaktoren und ein anderes Siedemodell in der Rechnung mit ATHLET/QUABOX-CUBBOX). Die Rechnungen für die extremen Szenarien von Phase III zeigen die Anwendbarkeit des gekoppelten Programms ATHLET/DYN3D für die Bedingungen bei Störfällen, die weit über das Experiment hinausgehen

Steuerungs- und Überwachungstechnik für modulare, kabelgeführte Handhabungssysteme

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Dynamic Devices Network Architecture

Die zunehmende Internationalisierung der Märkte, das wachsende, immer differenziertere Produktangebot und die hohe technische Innovationsgeschwindigkeit führen zu immer härteren Wettbewerbsbedingungen auf dem Markt. Diese Situation zwingt die Unternehmen nicht nur zu kontinuierlichen Anstrengungen, um ihre Produktivität und Qualität zu steigern, sondern es stehen auch immer geringere Mittel für die Realisierung von Produktions- und/oder Messeinheiten innerhalb des Produktionsprozesses zur Verfügung. Als Folge dessen werden Entwickler mit folgenden Grundforderungen konfrontiert: · Abstimmung der Architektur auf vorhandene und/oder gängige Infrastrukturen · Reduzierung des Entwicklungsaufwandes durch Modularisierung des Systemaufbaues · Reduzierung der Wartungs- und Administrationskosten durch einfache Handhabbarkeit · Maximierung der Betriebssicherheit und Minimierung der Ausfallzeiten · Einfache Erweiterbarkeit · Hohe Wiederverwendbarkeit Ein Resümee von Softwareprojekten über die letzten Jahre zeigt, dass sich der Rahmen für Softwareentwicklung insgesamt geändert hat. Softwareprojekte sind heute mehrschichtige, verteilte (ggf. auch komponentenbasierte) Anwendungen mit gestiegenen Anforderungen an Funktionalität, Qualität und Flexibilität. Leider beinhalten die Architekturen und Konzepte der ‚Verteilten Systeme' Schwächen, diese für verteilte Mess- und Steuerungssysteme direkt umzusetzen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Schwächen vorhandener Konzepte aufzuzeigen und eine Architektur vorzustellen, die den Entwickler unterstützt, verteilte Mess- und Steuerungssysteme bis hin zu Prozessleitsystemen unter dem Betriebssystem Windows zu entwickeln

Konzept eines modulbasierten Engineerings in der Anlagenautomatisierung

Im Anlagenbau nimmt die Automatisierung einen immer größeren werdenden Anteil an der Gesamtwertschöpfung einer Anlage ein. Die Entwicklungsleistungen der Automatisierung können im Einzelfall bereits mehr als die Hälfte des Gesamtengineerings ausmachen. In einem Markt, der geprägt ist von immer kürzeren Durchlaufzeiten, höherer Qualität und reduzierten Kosten, werden die Automatisierung und insbesondere deren Softwarelösungen zur Abgrenzung im Wettbewerb durch Schaffung neuer und eigenständiger Leistungsmerkmale einer Anlage benutzt. Vor dem Hintergrund steigender Entwicklungsleistungen in der Automatisierung erweisen sich die Problemfelder des Anlagenbaus wie fehlende Durchgängigkeit der ausgetauschten Planungsun-terlagen zwischen Anlagenbau und Automatisierung, die unterschiedlichen Werkzeuge der Automa-tisierung für die einzelnen Stufen der Automatisierungspyramide mit ihren proprietären Datenfor-maten als Insellösungen und die fehlenden Möglichkeiten zur Wiederverwendung von Automatisierungslösungen als gravierende Nachteile für eine kosten- und zeitoptimale Abwicklung einer Anlagenplanung. Um diesen Problemfeldern zu begegnen, wird ein Konzept vorgestellt, das auf zwei Ebenen ansetzt: einerseits wird ein neues Dokumentenformat auf Basis von XML für die industrieweit eingesetzte Motoren- und Komponentenliste (MuK-Liste) veröffentlicht, was die Kommunikation zwischen Anlagenbau und Automatisierung vereinfacht; andererseits wird ein Konzept zur Verwaltung und Wiederverwendung von Musterlösungen der Automatisierung auf Basis einer Modulbibliothek vorgestellt. Beide Ebenen arbeiten zusammen, wobei das Konzept zur Modulverwaltung die Informationen der MuK-Liste importieren und automatisch auswerten kann. Dabei werden die benötigten Module der Bibliothek referenziert und zur weiteren Verwendung in einem neuen Projekt parametriert, womit die Durchlaufzeit des Projektes in der Automatisierung verkürzt wird. Mit herkömmlichen Vorgehensweisen ist eine modulorientierte Entwicklung über die verschiedenen Ebenen der Automatisierung und deren unterschiedliche Engineeringwerkzeuge nicht möglich. Mit der vollständigen Unterstützung der Aspekte nach DIN EN 61346 durch das Konzept, ist eine verbesserte Verwaltung der Referenzkennzeichen für Bauteile einer Anlage durch Überführung eines Aspektes in einen anderen möglich, wie in DIN EN 61346 gefordert und eine Vereinfachung der Verständigung zwischen Anlagenbau und Automatisierung gegeben. Hier wird auf der Basis des Softwarekomponentenmodells COM und eines unterlagerten Da-tenbankmanagementsystems (DBMS) ein Software- und Datenbankkonzept erarbeitet, das nicht nur dem modulbasierten Engineeringansatz folgt, sondern sich durch den Aufbau als COM-basiertes System flexibel skalieren und um weitere Module in der Funktionalität erweitern lässt. Durch die Definition eines einzigen klar strukturierten und offen gelegten Interfaces für Erweite-rungen bietet das Konzept die Möglichkeit zur Anbindung beliebiger Planungssysteme der Auto-matisierung. Das System wird abgerundet durch die Möglichkeit unterschiedlichste Datenbankmanagement-systeme einsetzen zu können, weil durch das COM-Modell die allgemeinen Datenbank-Zugriffskomponenten ADO als Teil des Betriebssystems zur Verfügung stehen, sowie durch ein Customizing, das es dem Anwender ermöglicht, gezielt die Funktionen von Planungswerkzeugen anzusprechen und zu selektieren, um damit die benötigte Planungsunterstützung zu skalieren. Die Umsetzung dieses Konzepts wird exemplarisch für das Zusammenwirken des erarbeiteten Softwaretools und dem unterlagerten DBMS als Prototypen am Beispiel des SPS-Programmiersystems SIMATIC STEP 7 gezeigt. Im Anlagenbau nimmt die Automatisierung einen immer größeren werdenden Anteil an der Gesamtwertschöpfung einer Anlage ein. Die Entwicklungsleistungen der Automatisierung können im Einzelfall bereits mehr als die Hälfte des Gesamtengineerings ausmachen. In einem Markt, der geprägt ist von immer kürzeren Durchlaufzeiten, höherer Qualität und reduzierten Kosten, werden die Automatisierung und insbesondere deren Softwarelösungen zur Abgrenzung im Wettbewerb durch Schaffung neuer und eigenständiger Leistungsmerkmale einer Anlage benutzt. Vor dem Hintergrund steigender Entwicklungsleistungen in der Automatisierung erweisen sich die Problemfelder des Anlagenbaus wie fehlende Durchgängigkeit der ausgetauschten Planungsun-terlagen zwischen Anlagenbau und Automatisierung, die unterschiedlichen Werkzeuge der Automa-tisierung für die einzelnen Stufen der Automatisierungspyramide mit ihren proprietären Datenfor-maten als Insellösungen und die fehlenden Möglichkeiten zur Wiederverwendung von Automatisierungslösungen als gravierende Nachteile für eine kosten- und zeitoptimale Abwicklung einer Anlagenplanung. Um diesen Problemfeldern zu begegnen, wird ein Konzept vorgestellt, das auf zwei Ebenen ansetzt: einerseits wird ein neues Dokumentenformat auf Basis von XML für die industrieweit eingesetzte Motoren- und Komponentenliste (MuK-Liste) veröffentlicht, was die Kommunikation zwischen Anlagenbau und Automatisierung vereinfacht; andererseits wird ein Konzept zur Verwaltung und Wiederverwendung von Musterlösungen der Automatisierung auf Basis einer Modulbibliothek vorgestellt. Beide Ebenen arbeiten zusammen, wobei das Konzept zur Modulverwaltung die Informationen der MuK-Liste importieren und automatisch auswerten kann. Dabei werden die benötigten Module der Bibliothek referenziert und zur weiteren Verwendung in einem neuen Projekt parametriert, womit die Durchlaufzeit des Projektes in der Automatisierung verkürzt wird. Mit herkömmlichen Vorgehensweisen ist eine modulorientierte Entwicklung über die verschiedenen Ebenen der Automatisierung und deren unterschiedliche Engineeringwerkzeuge nicht möglich. Mit der vollständigen Unterstützung der Aspekte nach DIN EN 61346 durch das Konzept, ist eine verbesserte Verwaltung der Referenzkennzeichen für Bauteile einer Anlage durch Überführung eines Aspektes in einen anderen möglich, wie in DIN EN 61346 gefordert und eine Vereinfachung der Verständigung zwischen Anlagenbau und Automatisierung gegeben. Hier wird auf der Basis des Softwarekomponentenmodells COM und eines unterlagerten Da-tenbankmanagementsystems (DBMS) ein Software- und Datenbankkonzept erarbeitet, das nicht nur dem modulbasierten Engineeringansatz folgt, sondern sich durch den Aufbau als COM-basiertes System flexibel skalieren und um weitere Module in der Funktionalität erweitern lässt. Durch die Definition eines einzigen klar strukturierten und offen gelegten Interfaces für Erweite-rungen bietet das Konzept die Möglichkeit zur Anbindung beliebiger Planungssysteme der Auto-matisierung. Das System wird abgerundet durch die Möglichkeit unterschiedlichste Datenbankmanagement-systeme einsetzen zu können, weil durch das COM-Modell die allgemeinen Datenbank-Zugriffskomponenten ADO als Teil des Betriebssystems zur Verfügung stehen, sowie durch ein Customizing, das es dem Anwender ermöglicht, gezielt die Funktionen von Planungswerkzeugen anzusprechen und zu selektieren, um damit die benötigte Planungsunterstützung zu skalieren. Die Umsetzung dieses Konzepts wird exemplarisch für das Zusammenwirken des erarbeiteten Softwaretools und dem unterlagerten DBMS als Prototypen am Beispiel des SPS-Programmiersystems SIMATIC STEP 7 gezeigt