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1. WO2001075535 - PROCEDE POUR REGULER DES MECANISMES ET DES SYSTEMES TECHNIQUES, DISPOSITIF ET LOGICIEL DE COMMANDE APPROPRIES

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[ DE ]

Patentansprüche

1. Verfahren zum Steuern von Mechanismen oder technischen Systemen,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) die zu steuernden Mechanismen oder technischen Systeme in ihren Elementarfunktionen (8) mit deren befehlsgemäß definierten Zuständen und den zugehörigen Signalvektoren (15) der Sensoren (13) und Aktoren (12) in der Steuerung gespeichert werden, wobei ausgehend von einem definierten Referenzzustand (18) zu Beginn der Steuerungsaktivierung ein ständiger Vergleich der von der technischen Anlage durch die Sensoren (13) gemeldeten Ist-Zustände mit den in der Steuerung gespeicherten Sollzuständen (24) für alle Elementarfunktionen erfolgt und damit jede Abweichung im zu steuernden System vom befehlsgemäßen Sollzustand (24) erkannt wird,
b) ein den Zustand der Mechanismen oder des technischen Systems verändernder neuer Elementarbefehl (16) mit seinem Start den Sollzustand (24) für den Vergleich aktualisiert und auf der Grundlage ebenfalls gespeicherter zulässiger Kontrollzeiten (17) die Zeit bis zur Rückmeldung des befehlsgemäßen neuen Zustandes überwacht,
c) wobei Sensorsignale und vergleichbare Informationen ausschließlich der Zustandsidentifikation von Elementarfunktionen (8) dienen, Zustandsänderungen ausschließlich über den Start von Elementarbefehlen (16) erfolgen, denen die Sensor- und Aktor-Signale als Sollzustand zugeordnet sind und die auf logisch-fünktionellem Sprachniveau frei definierten Nutzungsbefehle (32) durch entsprechende Zuordnung von Elementarbefehlen (16) definiert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass in der Steuerung in einem speziellen Programmbaustein, hier als EF-Controler (23) bezeichnet, die Zustände aller Elementarfunktionen (8) als befehlsgemäß aktueller Sollzustand (24) und als aktueller Istzustand (25) mit den zugehörigen Aktoren (12) und Sensoren (13) geführt werden,
b) wobei damit jede über die Sensoren (13) erkannte Zustandsänderung des technischen Sy- stems der betroffenen Elementarfünktion (8) als aktueller Istzustand zugeordnet und mit dem in der Steuerung geführten SoUzustand (24) verglichen und bewertet werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) bei einem erkannten, nicht dem Sollzustand (24) entsprechendem Istzustand (25) einer Elementarfünktion (8) der den Istzustand beschreibende Signalvektor (15) an einen anderen speziellen Programmbaustein der Steuerung, hier als Nichtsollbewerter (38) bezeichnet, übergeben wird,
b) wobei in diesem Nichtsollbewerter (38) für ausgewählte Zustände von Elementarfunktionen (8) Reaktionsbefehle (72) gespeichert sind, die bei Übereinstimmung mit dem zur Prüfung übergebenen Zustand gestartet werden,
c) und in allen Fällen differenzierte Fehlermeldungen mit Angabe der betroffenen Elementarfünktion und des abweichenden Signales erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) einem Nutzungsbefehl (32) als Befehlssatz sowohl die neuen Sollzustände (24) der Sensoren (13) und Aktoren (12), die Kontrollzeiten (17) zum neuen Sollzustand (24) als auch die bei Abweichungen zu startenden Reaktionsbefehle (72), jeweils unterschieden in vor dem Start und nach erfolgter Ausführung zu löschende und zu setzende Reaktionsbefehle (72) auf ausgewählte Zustandsmeldungen, zugeordnet werden,
b) wobei ein weiterer spezieller Programmbaustein der Steuerung, hier als Befehlsstarter (35) bezeichnet, die dafür erforderliche Organisation im System übernimmt und damit auch die Freigabe eines nächsten Befehls bei Befehlsfolgen nach Erfüllungsmeldung des vorhergehenden sowie die Organisation von Parallelbefehlen (45) durch je nach Bedarf temporäres Eröffnen von parallelen Abarbeitsfolgen realisiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) Sensorsignale (13) und weitere zu kontrollierende Informationen in einem weiteren speziellen Programmbaustein, hier als Zustandsüberwacher (37) bezeichnet, zu einem lückenlosen Datenwort zusammengezogen werden, wobei den Signalen die Adresse der zugehörigen Elementarfunktion (8) in dem Programmbaustein EF-Controler (36) der Steuerung zugeordnet bleibt,
b) für den Vergleich jedem Sollsignal (30) das Ist-Signal (31) der Sensormeldung in gleicher Struktur gegenübersteht,
c) wobei der Programmbaustein Zustandsüberwacher (37) bei einer erkannten Abweichung eines Ist-Signals dieses im EF-Controler (36) als neuen Istzustand der Elementarfünktion (29) aktualisiert,
d) und nach der Aktualisierung und Übergabe zur Auswertung im EF-Controler (36) das geänderte Signal als neuer Vergleichszustand im Zustandsüberwacher (37) eingetragen wird, womit ein Vergleich im Zustandsüberwacher (37) immer zum letzten ausgewerteten Zustand erfolgt und jede Zustandsänderung damit nur einmal ausgewertet wird,
e) wobei der Vergleich der Soll-Ist-Signale (30,31) im Zustandsüberwacher (37) gerichtet erfolgt und nach einer Unterbrechung für die Auswertung einer Abweichung der Vergleich bei dem der Unterbrechungsstelle folgenden Signal fortgesetzt wird, wodurch gesichert ist, dass jede zeitlich hinreichend lange Zustandsänderung erfasst und ausgewertet werden kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) jede erfasste Zustandsänderung vom Programmbaustein Zustandsüberwacher (37) in einem Ereignis-Zeit-Protokoll (85) eingetragen und dort gespeichert werden kann, b) wodurch auf einfachstem Weg zeitabhängige Prozessparameter zugängig werden, damit auch Signalschwingungen erkannt und gegebenenfalls ausgefiltert werden können.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) der Teilbereich Ausführungsrechner (2) mit den Programmbausteinen Befehlsstarter (35), EF-Controler (36), Nichtsollbewerter (38) und Zustandsüberwacher (37) nach Übergabe eines Elementarbefehls (16) an den Programmbaustein Befehlsstarter (35) in der Steuerung keine Prüfung auf Zulässigkeit enthält,
b) die Ausführung eines erhaltenen Befehls von den dem Ausführungsrechner (2) zugeordneten Programmbausteinen jeweils autark realisiert wird,
c) im Teilbereich Befehlsrechner (3) der Steuerung auf logisch-funktionellen Befehlsniveau zu den sich ausschließenden Zuständen Sperrenverzeichnisse (88) geführt und verwaltet werden, die den prozess- und maschinenseitig determinierten Anteil von fünktionellen Verriegelungen übernehmen,
d) wobei ein Nutzungsbefehl (32) neben dem Aufruf von zu ändernden Elementarfunktionen (8) auch die Informationen enthält, für welche anderen Befehle Sperren im Sperrenverzeichnis (88) während oder nach der Ausführung dieses Nutzungsbefehls (32) zu setzen oder aufzuheben sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausführungsrechner (2) und der Befehlsrechner (3) zeitlich um einen Programmschritt entkoppelt arbeiten,
a) der ausführende Teil der Steuerung, der Ausführungsrechner (2), einen erhaltenen Befehl autark ausführt, wobei ein Befehle verwaltender Teil der Steuerung, der Befehlsrechner
(3), dem ausführenden Teil Ausführungsrechner (2) den nächstfolgenden geprüften Befehl in einem Zwischenspeicher als Befehlspuffer (34) bereitstellt,
b) und nach dem Bereitstellen eines Befehls im Befehlspuffer (34) des Ausführungsrechners (2) der Zustand im Befehlsrechner (3) auf den Stand aktualisiert wird, der nach der Ausführung dieses Befehls eintreten wird, und zu diesem erwarteten Zustand die Prüfung des dann nachfolgenden Befehls auf Zulässigkeit im Befehlsrechner (3) bereits während der
Abarbeitung des vorhergehenden erfolgt,
c) wenn wegen eines Fehlers der erwartete Zustand nicht eintritt, wird der geprüfte Befehl aus dem Befehlspuffer (34) zurückgesetzt und das System auf den Fehlerzustand aktualisiert.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass Nutzungsbefehle (32) erarbeitet werden,
a) indem den sprachlich fünktionell prozessnah zu definierenden Nutzungsbefehlen (32) aus den vorher definierten Elementarbefehlen (16) solche einzeln, parallel oder als Folge zugeordnet,
b) dazu die Sperrbedingungen auf Befehlsniveau für die mit Aufruf des Nutzungsbefehls (32) vorzunehmenden Aktualisierungen in dem Sperrenverzeichnis im Befehlsrechner (88) definiert,
c) die Reaktionsbefehle (72) auf ausgewählte Abweichungen sowie geeignete Fehlermeldungen festgelegt,
d) diese Informationen in einer Befehlsbibliothek (92) abgelegt werden, wo die Steuerung dann die Befehlsinhalte für Nutzungsbefehle (32) abruft.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Nutzungsprogramm (93) für das Betreiben des technischen Systems die Reihenfolge von definierten Nutzungsbefehlen (32) festlegt, die jeweils nacheinander oder parallel abgearbeitet werden sollen.

11. Verfahren zur Erstellung von Steuerungssoftware,
dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung der Steuerungssoftware durch ein Entwicklungssystem mit Dialogführung unterstützt wird,
a) wobei für die Beschreibung des zu steuernden Systems die Angabe der hierarchischen Funktionsstruktur (5) abgefragt wird,
b) das jeweils untere Ende dieser Struktur als Elementarfunktion (8) betrachtet wird und jede Elementarfunktion (8) ebenfalls im Dialog in ihren Befehlszuständen zu definieren ist, c) wobei diesen definierten Elementarbefehlen (16) die Signale der Sensoren (13), der Aktoren (12), die Kontrollzeiten (17) für den Übergang zwischen den befehlsgemäßen Zuständen und ein Referenzzustand (18) für den Beginn zuzuordnen sind,
d) die Einbindung komplexerer Teilsysteme ebenso als Elementarfünktion (8) erfolgen kann, wenn die Stellung in der Funktionsstruktur (5) solches ausweist,
e) wobei das Dialogsystem als Grundlage für die Beschreibung der Funktionalität des technischen Systems nur die hier genannten primären Angaben zu Struktur (5) und zu den Elementarfunktionen (9) verlangt.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das dialoggeführte Entwicklungssystem zur Erstellung der Steuerungssoftware nach Eingabe der primären Angaben
a) den System-Elementarbefehlsspeicher (21 ),
b) den EF-Controler (36) und den
c) SoUsignalvektor (30) sowie den Istsignalvektor für den Zustandsüberwacher (37) anlegt und generiert und damit das technische System bereits inbetriebgenommen, auf fehlerfreie Signaldefinition im Referenzzustand (18) überprüft und mit den definierten Elementarbefehlen (16) in einem Inbetriebnahmestatus gesteuert und soweit zulässig mit diesen Einzelbefehlen getestet und geprüft werden kann.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass Änderungen von Informationen zu Struktur (5) und Elementarfunktionen (8) nur über die Editierebene (19) möglich sind und die nachfolgende automatische Generierung die
Konsistenz des geänderten Zustandes sichert.

14. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Entwicklungssystem für die Definition von Nutzungsbefehlen (32) in spezifischen Dialogen
a) die verfügbaren Elementarbefehle (16) des Systems zur Zuordnung anbietet,
b) Sperrbedingungen für das Sperrenverzeichnis (88) abfragt, wobei die Angaben für festzulegende Sperren grafisch über Auswahl in der Funktionsstruktur (5) und Sperrfestlegungen in Formulierungen „dieser Elementarbefehl", „diese Elementarfunktion", „dieser Zweig der Funktionsstruktur" oder „alle Funktionen dieses Funktionszweiges außer diesem Elementarbefehl" erfolgen können,
c) Festlegungen zu spezifischen Reaktionsbefehlen (72) auf besondere Fehler abgefragt werden,
d) alle Festlegungen gespeichert und in der Befehlsbibliothek (92) eingeordnet und verwaltet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass für ein so aufgebautes Steuerungssystem Änderungen an Elementarfunktionen (8) lokal begrenzt bleiben,
b) dass jederzeit und ebenfalls mit überschaubarer lokaler Wirkung neue Nutzungsbefehle
(32), Sperrbedingungen in dem Sperrenverzeichnis (88) oder Fehlerreaktionen durch Reaktionsbefehle (72) erweitert oder geändert werden können, c) dass unterschieden durch die Vergabe von Statusinformationen (90) für das System ohne jede Rückwirkung auf schon definierte Programme neue Definitionen von Nutzungsbefehlen (32) und Befehlsbedingungen erfolgen können.

16. Einrichtung zum Steuern von Mechanismen oder technischen Systemen,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass für die unterschiedlichen Aufgaben unterschiedliche Bereiche der Einrichtung vorgesehen sind und diese nach den wichtigsten Aufgabenmerkmalen konfiguriert werden, wobei insbesondere kurze Reaktionszeiten auf erkannte Ereignisse und sichere Programmabläufe erreicht werden,
b) dass die Programmbausteine für alle zeitkritischen Aufgaben der Steuerung Befehlsstarter (35), EF-Controler (36), Nichtsollbewerter (38) und Zustandsüberwacher (37) in einem hier als Ausführungsrechner (2) bezeichneten Teil der Einrichtung angeordnet sind, c) der Ausführungsrechner (2) bei umfangreichen Programmen mit großer Programmvariabilität für diese zeitkritischen Aufgaben über einen eigenen Prozessor verfügt,
d) dass der Ausführungsrechner (2) für die Kommunikation mit der zu steuernden Einrichtung über die Sensoren (13), die Aktivierung von Aktoren (12), den Soll-Ist- Vergleich, Reaktionen auf Abweichungen des Ist- (25) zum Soll-Zustand (24) und die Abarbeitung eines erhaltenen Befehls autark ist,
e) zur Verwaltung von Nutzungsbefehlen (32) in Befehlsbibliotheken (92), das Führen von Sperrenverzeichnissen (88), die Abarbeitung von Nutzungsprogrammen (93) durch schrittweise Übergabe von Befehlen an den Ausführungsrechner (2) sowie zur äußeren Kommunikation von dem hier als Befehlsrechner (3) bezeichneten Bereich der Einrichtung ein weiterer Prozessor vorgesehen ist, wenn die Merkmale von c) zutreffen, f) für die Aufgaben der Prozessgestaltung, soweit sie nicht Ausführungs- oder Befehlsrechner betreffen, ein Bereich Anwendungsrechner (4) vorgesehen ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) für Kleinsteuerungen (94) mit geringem Befehlsumfang und unkritischen Zeitforderungen in einem Steuerungs-Hardwarebaustein (95) die Module des Ausführungsrechners (2) und des Befehlsrechners (3) mit festen Befehlssätzen eingebracht sind,
b) zur Bedienung und Kommunikation übliche Schalt- und Anzeigegeräte (96) vorgesehen sind,
c) über eine Schnittstelle (97) ein externer Computer (98) für das Einbringen der Steuerungssoftware sowie im Bedarfsfall für eine komfortable Kommunikation und Diagnose ankoppelbar ist.

Hierzu 17 Blatt Zeichnungen