DE19816273A1 - Verfahren zur Prozeßüberwachung, Steuerung und Regelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere zur Prozeßüberwachung, Steue­ rung und Regelung, bei dem eine Signalverarbeitungsvorschrift auf einer rechnerge­ stützten Benutzeroberfläche durch Anordnen und Verbinden von Symbolen aufge­ baut wird und die durch den Rechner aus Einzelvorschriften enthaltenden Basismo­ dulen erzeugt wird.

Derartige Prozeßüberwachungs-, Steuerungs- und Regelungssysteme (PSR) erzeu­ gen eine Signalverarbeitungsvorschrift aus digitalen Daten, die sich bezüglich der Eingangs- bzw. Ausgangssignale ebenso verhält, wie ein entsprechender Hardware­ aufbau aus bspw. digitalen Filtern, PID-Reglern, Regelkarten. Darüber hinaus lassen sich die Signalverarbeitungsvorschriften auch zur Simulation einer Regelstrecke bzw. zur Qualitätssicherung einsetzen. Um die Programmierzeiten von PSR-Systemen ge­ ring zu halten, werden dabei graphische Benutzeroberflächen als Ersatz für die Pro­ grammierumgebung verwendet. Im mathematischen Sinne handelt es sich bei der Darstellung um eine Graphstruktur, die auf der Benutzeroberfläche aus einzelnen, bspw. Digitalfilter- und PID-Regler-Symbolen aufgebaut werden, wobei entsprechend dieser Graphstruktur auf dem Rechner eine Signalverarbeitungsvorschrift aus Einzel­ vorschriften zusammengesetzt wird. Meist sind diese Einzelvorschriften in Basismo­ dulen programmiert, wobei bestimmte Rechenoperationen mit Algorithmen in den einzelnen Basismodulen enthalten sind. Die Graphstruktur bzw. die Signalverarbei­ tungsvorschrift wird schließlich in eine sinnvolle Abarbeitungsreihenfolge übersetzt.

Ein Nachteil dieser bekannten PSR-Systeme besteht darin, daß der Aufbau der Si­ gnalverarbeitungsvorschrift aus den Einzelvorschriften kompliziert ist und daß sich bei der Weiterentwicklung der Basismodulgruppen beim Verknüpfen der Basismodule Probleme ergeben, da bei einer Ergänzung des Gesamtsystems durch weitere Ein­ zelvorschriften das gesamte Programmpaket mit der zusammengesetzten Signalvor­ schrift, wegen der sich ändernden Schnittstelle, ständig neu übersetzt werden muß. Ein Hinzufügen grundsätzlich neuer Funktionalität ist für denjenigen, der nicht im Be­ sitz des Quelltextes der Signalverarbeitungsvorschrift ist, prinzipiell nicht möglich. Die Erweiterbarkeit derartiger PSR-Systeme beschränkt sich auf Funktionalitäten, die be­ reits bei der Programmierung des PSR-Systems vorgesehen waren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Erweiterbarkeit vereinfacht und der Aufbau von Bibliotheken mit häufig verwendeten Basismodulen erleichtert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß Kennzeichen wird dabei jedem Symbol genau ein Basismodul zugeordnet und die Einzelvorschriften der ausgewählten Basismodule werden entsprechend der graphischen Einbindung der Symbole zur Übertragung und/oder Bearbeitung von Daten miteinander verknüpft.

Durch die Zuordnung genau eines Basismoduls zu genau einem auf der Benutzeroberfläche anordenbaren Symbol, wird besonders vorteilhaft die Weiterentwicklung von Basismodulgruppen verbessert, und zwar dann, wenn verschiedene Arten des Informationsaustausches oder neue komplexe Datentypen verwendet werden sollen. Die Validierung solch komplexer Datentypen kann somit in vorteilhafter Weise schon bei der Erstellung der Signalverarbeitungsvorschrift erfolgen. Insbesondere wird die Erweiterung der Algorithmenbibliotheken bestehend aus vielen wahlweise verwendbaren Basismodulen nicht durch eine Begrenzung der durch die Benutzeroberfläche behandelten Datentypen eingeschränkt. Bevorzugt können die Eingangsdaten, Basismodulparameter und Ausgangsdaten der Signalverarbeitungsvorschrift auf der Benutzeroberfläche grafisch dargestellt werden. Durch Betätigen von Symbolauswahlfeldern entsteht auf der Benutzeroberfläche ein Symbol, das in einem dafür vorgesehenen Bereich der Benutzeroberfläche angeordnet werden kann. Jedes der Symbole steht dabei für ein bestimmtes Basismodul, welches typische Bauelemente für die Prozeßüberwachung, Steuerung und Regelung digitaltechnisch nachbildet bzw. simuliert.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Eingangsdaten, insbesondere von Sensoren, durch die gebildete Signalverarbei­ tungsvorschrift zur Erzeugung von Ausgangssignalen abgearbeitet und der dabei entstehende Datenfluß wird durch eine Ablaufsteuerung gesteuert. Auf diese Weise entsteht durch Auswahl, Verbinden und Wiederholen der Vorgänge die als Signalgraph auf dem Bildschirm dargestellte Signalverarbeitungsvorschrift. Die Symbole werden im Bereich der Benutzeroberfläche an einer bestimmten Position angeordnet und durch eine Verbindungslinie miteinander verbunden. Bspw. werden Grunddatentypen übertragen. Durch die Ablaufsteuerung kann vorteilhaft auch die Bearbeitung von komplexen Datentypen beliebiger Struktur unterstützt werden. Die Einleitung einer Datenübertragung zwischen den Basismodulen erfolgt durch die Ab­ laufsteuerung. Die Festlegung der Art der Übertragung sowie die Überprüfung der Zulässigkeit (type checking) einer Verbindung ist Aufgabe der beteiligten Basismo­ dule.

Bevorzugt wird der Datenfluß durch die Signalverarbeitungsvorschrift in Form von einzelnen Basismodulen zugeordneten Datenpakten, deren Paketgröße insbeson­ dere frei festlegbar ist, abgearbeitet und die Ablaufsteuerung ermittelt die Rechenbe­ reitschaft der Basismodule. Aus Effizienzgründen erfolgt die Übertragung der Daten in der Signalverarbeitungsvorschrift blockweise. Mehrere Blöcke zusammen bilden ein Datenpaket. Neben den relevanten Übertragungsdaten sind jedem Paket weitere Informationen hinzugefügt, insbesondere Paketname, Paketstatus, Wertebereich, physikalische Einheit, Skalierfaktor, Abtastrate. Der Paketstatus informiert über die Zugehörigkeit von Datenblöcken zu einem Symbol bzw. Basismodul. Da ein Symbol einem elektronischen Bauelement entspricht, bestimmt damit der Paketstatus auch die Zugehörigkeit des Datenblocks zu dem simulierten Bauelement, bspw. als Ein­ gangsdaten für einen PID-Regler. Mit Hilfe der Zusatzinformationen zur Abtastrate innerhalb des Datenpakets können unterschiedliche Abtastraten von Datenpaketen erkannt und behandelt werden. Die Verarbeitung von Signalen unterschiedlicher Abtastraten wird durch die Ablaufsteuerung dadurch unterstützt, daß zu Zeitpunkten, an denen kein weiteres Verarbeitungsmodul rechenbereit ist, die Liste der Quellmodule gepolt wird, bis eine oder mehrere rechenbereite Quellmodule gefun­ den werden. Je nach verwendeter Abtastrate der Quellmodule wird dies zu unter­ schiedlichen Zeitpunkten der Fall sein. Alle Nachfolger der rechenbereiten Quellmodule werden im nächsten Verarbeitungszyklus behandelt usw. (Datenflußprinzip). Die Ablaufsteuerung regelt die Bearbeitung der Einzelvorschriften der Basismodule bzw. die Verarbeitung der Daten eines Basismoduls in geeigneter Reihenfolge. Insbesondere muß jedes Basismodul zusammen mit seinen Daten mehrfach abgearbeitet werden, so daß am Eingang eines Basismoduls kein Daten­ stau auftritt. Die Ablaufsteuerung erzeugt vorteilhaft keine statische Verarbeitungsrei­ henfolge, die nur von der Struktur des Graphen abhängen würde, so daß eine be­ sonders effiziente Datenverarbeitung bei Zyklen, Mehrfachbearbeitung von Einzelvorschriften und unsymmetrisch verteilten Datenmengen in der Signalverar­ beitungsvorschrift ermöglicht wird.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung stellt die Ablaufsteue­ rung bei jeder Änderung der Eingangsdaten an einem Basismodul dessen Rechen­ bereitschaft fest. Bevorzugt wird dabei das Vorhandensein aller benötigten Ein­ gangsdaten am Basismodul und eine dem Basismodul zugeordnete Verarbeitungs­ priorität abgefragt, um die Verarbeitung der Datenpakete durch die dem Basismodul entsprechende Einzelvorschrift freizugeben. Es wird dabei das im folgenden be­ schriebene dynamische Verfahren eingesetzt, das in der Lage ist, Zyklen zu behan­ deln. Ein Basismodul meldet sich bei Ablaufsteuerung rechenbereit, wenn es in der Lage ist, seine Einzelvorschrift auszuführen. Dabei werden zwei Modularten unter­ schieden: Verarbeitungsmodule können nur dann in den Zustand rechenbereit wech­ seln, wenn sich die Menge der an den Eingängen anliegenden Daten verändert, wäh­ rend Quellmodule auch ohne Änderung von Eingangsdaten, soweit überhaupt Ein­ gänge vorhanden sind, rechenbereit sein können. Unmittelbar nach der Bearbeitung befindet sich ein Basismodul stets im Zustand nicht rechenbereit.

Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn im Signalgraphen mehrere Quellmodule existieren, die unterschiedliche Datenmengen zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw. mit verschiedenen Abtastraten liefern. Dies ist vor allem bei Multi­ sensoriksystemen der Fall, die verschiedene Meßgrößen gleichzeitig erfassen. Durch die Feststellung der Rechenbereitschaft ist eine Synchronisation der erzeugten Da­ tenströme mit unterschiedlicher Abtastrate möglich, ohne daß durch Überabtastung langsamerer Vorgänge unverhältnismäßig hohe Datenmengen entstehen. Durch die Abarbeitung der Datenpakete eines Basismoduls bei Rechenbereitschaft können auch zeitlich hintereinander eingehende Meßgrößen vorteilhaft und effizient abgear­ beitet werden. Die Feststellung der Rechenbereitschaft, insbesondere durch die Ba­ sismodule selbst, ist ein wichtiges Instrument zur Synchronisation und Zyklenbe­ handlung und eine der Voraussetzungen für die Erweiterbarkeit der Programmbiblio­ thek. Die Feststellung der Rechenbereitschaft ist aber auch eine der wichtigen Voraussetzungen zur Behandlung von Zyklen im Signalgraphen. Durch eine Rück­ kopplung (Zyklus) im Signalgraph werden Module, die im entsprechenden Verarbei­ tungszyklus bereits einmal rechenbereit waren, wieder in diesen Zustand versetzt. Durch die Erkennung des Start-Datenpaket-Status, an einem der Eingänge kann der (ansonsten unendliche) Zyklus unterbrochen werden. In diesem Fall meldet sich das "Rückkopplungsmodell" nicht mehr rechenbereit und der Bearbeitungsvorgang wird mit den in der Warteschlange verbliebenen Modulen fortgesetzt.

Bevorzugt werden, ausgehend von Quellmodulen, jene Basismodule auf Rechenbe­ reitschaft getestet, deren Eingangsdaten sich, insbesondere durch Abarbeitung einer Einzelvorschrift eines vorhergehenden Basismoduls, ändern. Bei der Abarbeitung werden zunächst alle Quellmodule auf Rechenbereitschaft getestet. Rechenbereite Quellmodule werden bearbeitet und alle weiteren Basismodule, bei denen sich da­ durch eine Änderung der Eingangsdaten ergeben könnte, also alle direkten Nachfol­ ger, werden ihrerseits auf Rechenbereitschaft getestet und ggf. bearbeitet. Beim nächsten Schritt werden wiederum deren Nachfolger auf Rechenbereitschaft getestet usw. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis keine rechenbereiten Module mehr vorhanden sind. Wenn keine rechenbereiten Basismodule mehr vorhanden sind, werden wieder die Einzelvorschriften der Quellmodule abgearbeitet. Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, daß alle rechenbereiten Verarbeitungsmodule bear­ beitet werden, da eine Änderung der Eingangsdaten und damit eine Zustandsände­ rung nur durch die Bearbeitung eines unmittelbaren Vorgängers ausgelöst werden kann. Andererseits werden Basismodule nur dann auf Rechenbereitschaft getestet, wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine Zustandsänderung besteht, was die Effi­ zienz des Verfahrens ausmacht.

Bevorzugt wird der Datenfluß zwischen den verknüpften Basismodulen, insbeson­ dere bei mehreren rechenbereiten Basismodulen, durch Vergabe von Prioritäten ge­ steuert. Die Auswahl bei mehreren gleichzeitig rechenbereiten Modulen läßt sich so durch die zugeordnete Priorität leicht steuern.

Bei einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird mittels eines Datenpaketstatus eine Synchronisation zeitlich unterschiedlich an den obligatorischen Eingängen eines Basismoduls ankommender Datenpakete, insbesondere bei unterschiedlichen Abtastraten, vorgenommen. Die Synchronisation ist erforderlich, da zeitlich versetzt anfallende Daten über die Einzelvorschriften der Basismodule zu einer zeitlich ein­ deutigen Gesamtaussage verknüpft werden müssen, die dann als Ausgangssignal wiederum an das nächste Basismodul weitergegeben wird. Durch die Synchronisa­ tion ist es aber auch vorteilhaft möglich, in verschiedenen Zweigen der Signalverar­ beitungsvorschrift unterschiedliche Verarbeitungszeiten oder eine zeitlich versetzte Erfassung an Meßstationen vorzusehen. In der Signalverarbeitungsvorschrift, insbe­ sondere in den Basismodulen, gibt es Synchronisationsauswerteelemente, die Infor­ mationen über die Bauteilzugehörigkeit in den Datenpaketen auswerten.

Zur Synchronisation und Zyklenbehandlung von Datenströmen aus asynchronen Datenquellen wird der Paketstatus benutzt. Rechnet ein Basismodul auf mehreren Datenblöcken, so wird sichergestellt, daß an jedem obligatorischen Eingang des Ba­ sismoduls, an dem Daten synchron anliegen müssen, Datenblöcke mit dem gleichen Paketstatus verarbeitet werden. Liegen an einem Eingang noch keine Daten an, so kann keine Rechenbereitschaft festgestellt werden. Damit wird die Bearbeitung bis zum nächsten Aufruf des Basismoduls durch die Ablaufstellung verzögert, bis die Eingangsdaten vollständig vorhanden sind, um dann mit der Verarbeitung beginnen zu können. Diese Synchronisation durch Warten auf noch fehlende Datenblöcke wird dadurch vorteilhaft unterstützt, daß die Ablaufsteuerung bei jedem eintreffenden Da­ tenpaket einen Aufruf erzeugt.

Viele Einzelvorschriften ändern die Datenrepräsentation, so erzeugt bspw. eine poly­ nomiale Regression aus zwei Vektoren mit x- und y-Werten einen Satz von Polynom­ koeffizienten. Durch die Verwendung von Paketstart- bzw. Paketendesignalen und weiterer Informationen zu den Datenpaketen können Statusinformationen in Aus­ gangsdaten eines Basismoduls die Statusinformationen ihrer zugrundeliegenden Eingangsdaten unabhängig von der Ausgabedatenlänge propagieren. Ein Datenpa­ ket aus mehreren Blöcken am Eingang eines Basismoduls kann also ein Datenpaket bestehend aus nur einem Komplettblock am Ausgang erzeugen. Spezielle Algorith­ men zur Datenpaketverarbeitung können dabei solange Daten sammeln, bis die Pa­ ketende-Information erreicht ist. Beim Eintreffen von Paketstart-Information können notwendige Initialisierungen vorgenommen werden, wodurch eine korrekte und lauf­ zeitunabhängige Behandlung von Zyklen im Signalgraphen möglich ist.

Durch die Synchronisation der Daten werden folgende Vorteile erzielt. Es können Daten verarbeitet werden, die an evtl. nicht genau vorhersagbaren Zeitpunkten am Eingang eines Basismoduls anliegen. Weg- oder Verarbeitungszeitdifferenzen in ver­ schiedenen Zweigen der Signalverarbeitungsvorschrift können korrigiert werden. Die Verarbeitung großer Datenmengen, die eine Totzeit in nicht relevanten Bereichen zwischen Bauteilen erzeugen, kann vermieden werden.

Bevorzugt können die Eingangsdaten, Basismodulparameter oder Ausgangsdaten der Signalverarbeitungsvorschrift auf der Benutzeroberfläche graphisch dargestellt werden. Dadurch können Datenänderungen, insbesondere Regelgrößenänderungen, vorteilhaft für den Benutzer auf der Benutzeroberfläche angezeigt werden.

Die Aufgabe wird aber auch erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 10 gelöst. Gemäß Kennzeichen wird beim Zusammensetzen der Signalverarbei­ tungsvorschrift aus den einzelnen Basismodulen anhand der den zu verknüpfenden Basismodulen zugeordneten Zusatzinformationen überprüft, ob eine Verbindung zweier benachbarter Basismodule zulässig ist. Dadurch wird bereits beim Zusam­ menstellen der Symbole beim Zeichnen des Graphen, während dem Verbinden zweier Symbole bei einem Verknüpfungsvorgang, zwischen einem Ausgang eines Vorgängermoduls und einem Eingang eines Zielmoduls geprüft, ob eine Verbindung beider Symbole und damit der zugeordneten Basismodule erlaubt ist. Dabei wird be­ vorzugt die Übereinstimmung eines vorgegebenen Sendedatentyps mit dem ge­ wünschten Empfangsdatentyps am Eingang des Basismoduls überprüft. Es kann vorgesehen sein, daß die Validierung nicht zu einer Datentypenbeschränkung führt. Bspw. kann lediglich eine Warnung angezeigt werden, jedoch die Verbindung mög­ lich sein. Dies ist gerade dann von Vorteil, wenn im Rahmen einer Weiterentwicklung von Basismodulgruppen eine andere Art des Informationsaustausches oder neue komplexere Datentypen verwendet werden sollen. Die Validierung solch komplexer Datentypen erfolgt somit vorteilhafter Weise nicht bei der Bearbeitung der Signalverarbeitungsvorschrift während der Datenübertragung, sondern bei der Er­ stellung der Signalverarbeitungsvorschrift. Durch die frühe Validierung beim Zusam­ menstellen der Signalverarbeitungsvorschrift werden leicht vermeidbare Fehler vor Ablauf der Datenverarbeitung in der Signalverarbeitungsvorschrift erkannt. Dabei wird die Erweiterung der Algorithmenbibliothek bestehend aus vielen wahlweise ver­ wendbaren Basismodulen nicht durch eine Begrenzung der durch die Be­ nutzeroberfläche behandelbaren Datentypen eingeschränkt.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Abarbeiten der Einzelvorschrift eines Basismoduls, insbesondere durch Überprüfung der Zulässigkeit des Datentyps, der Einheiten oder der Abtastraten der Informationsdaten, eine zusätzliche Validierung durchgeführt. Dies führt zu einer mehrstufigen Validierung komplexer Datentypen zwischen den Basismodulen durch die Basismodule selbst, die die Zusatzinformationen bei Datenempfang überprüfen und auswerten. Durch die Trennung in eine Validierung bei der Zusammenstellung der Signalverarbeitungsvorschrift und die Validierung bei der Datenverarbeitung benötigt die Benutzeroberfläche zunächst keine Kenntnis über die bei einer Wei­ terentwicklung in Zukunft möglicherweise verwendeten Datentypen. Komplexe Da­ tentypen, d. h. zusammengesetzte Datentypen, können deswegen frei definiert wer­ den. Damit kann das System jederzeit an neue Erfordernisse angepaßt werden.

Bevorzugt erfolgt die Validierung der Zulässigkeit der Verbindung zweier Basismo­ dule gerichtet, wobei die Zulässigkeit der Verbindung vom vorhergehenden zum fol­ genden Basismodul und umgekehrt überprüft wird. Bereits bei der Erstellung des Graphen auf der Benutzeroberfläche erfolgt die Validierung in zwei Richtungen. Da­ mit kann von beiden Seiten eine Liste möglicher kompatibler Typen geprüft werden. Ist das Quell- oder Zielmodul zu mehreren Datentypen kompatibel, kann es auf diese Weise den Wunschtyp übernehmen und an weitere Ein- und Ausgänge weiterpropa­ gieren. Bspw. kann bei einem Multiplexer nach einer einzigen Ein- oder Ausgangs­ verbindung schon feststehen, welche weiteren Datentypen an dem anderen Ein- bzw. Ausgängen zu erwarten sind.

Bevorzugt wird auch die Zulässigkeit des Informationsaustausches, insbesondere über gemeinsame Speicherbereiche oder Daten überprüft. Die Validierung der Kom­ munikationsart regeln bevorzugt die beteiligten Basismodule untereinander. Auf diese Weise kann die Kommunikation jederzeit auf maximale Geschwindigkeit oder maxi­ malen Programmierkomfort umgestellt werden. Aufgrund der hierarchischen Daten­ struktur (Datenblöcke und Datenpakete als Zusammenfassung mehrerer Blöcke) und der mitübertragenen Zusatzinformationen (Abtastraten, Einheiten, Wertebereiche etc.) zu den Daten können logische Validierungen während der Abarbeitung des Graphen durchgeführt werden, z. B. durch Addition gleicher Abtastraten bzw. Einhei­ ten. So wird dadurch während der Abarbeitung bspw. erkannt, wenn Meßdaten, die hintereinander mehrere Meßstellen durchlaufen, von einer der Meßstellen fehlen. Der Fehler kann z. B. auftreten, weil die Verbindung zu einer der Meßstellen unter­ brochen ist.

Mit Hilfe der hierarchischen Datenstruktur und der Zusatzinformation lassen sich aber auch logische Fehler in der Designphase des Signalgraphen erkennen, z. B. wenn versucht wird, Meßdaten zu addieren, die mit unterschiedlichen Abtastraten aufge­ nommen wurden, oder die verschiedene physikalische Einheiten besitzen. Vorteilhaf­ terweise wird durch die Kombination der frühen Validierung eine größtmögliche Er­ weiterbarkeit des Systems erreicht.

Eine Verbindung zwischen den Basismodulen, also eine Kante des Signalgraphen, kann auch durch eine Netzwerkverbindung repräsentiert werden. Damit ist eine de­ zentrale Datenerfassung/Auswertung realisierbar, die durch die Ablaufsteuerung (reine Datenflußsteuerung) ebenfalls unterstützt wird.

Mehrere Instanzen einer Ablaufsteuerung und damit mehrere Signalgraphen können auch parallel (Zeitscheibe, preemptives Multitasking) betrieben werden. Die Kommu­ nikation erfolgt datenflußorientiert. Ferner wird die Hierarchisierung von Signalgra­ phen (Makrobildung) durch die Ablaufsteuerung unterstützt.

Bevorzugt wird bei unzulässiger Verknüpfung von Basismodulen bzw. bei Daten mit unzulässigen Datenformaten, eine Fehlermeldung insbesondere durch die beteiligten Basismodule oder die Benutzeroberfläche, erzeugt.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen de­ finiert. Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Ansicht eines Computerbildschirms mit einer rechnergeschützten Benutzeroberfläche während der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Signalverarbeitungsvorschrift nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Signalverarbeitungsvorschrift zur Stemmtiefenmessung an Ventilen eines Antiblockiersystems nach ei­ nem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine auf einem Computerbildschirm 1 dargestellte Benutzeroberfläche 2 mit einer an der Oberseite angeordneten Befehlszeile 3 mit einzelnen Symbolaus­ wahlfeldern 4. Bei Betätigung eines der Symbolauswahlfelder 4 entsteht auf der Be­ nutzeroberfläche 2 ein Symbol 6 bzw. 7 das bspw. durch Computerhilfsmittel, wie ei­ ner Maus, in einem dafür vorgesehenen Bereich 8 der Benutzeroberfläche 2 ange­ ordnet wird. Jedes der Symbole 6 bzw. 7 steht dabei für ein bestimmtes Basismodul, welches typische Bauelemente für die Prozeßüberwachung, Steuerung und Rege­ lung digitaltechnisch nach bildet bzw. simuliert.

Dabei können bspw. folgende Symbole ausgewählt werden: Datenladen aus einer Datenbank, Zufallsgenerator, Funktionsgenerator für Sinus-, Dreieck-, Sägezahn-, Rechteck-, Impulssignale, Laden einer Textdatei, Steuersignale mit einstellbarem Puls-/Pausenverhältnis, Schalter, Konstantwertgeber, Bedienelement für Analog­ werteingabe, Eingabe ganzzahliger Werte (Steuersignal für Multiplexer), Module zur statistischen Verarbeitung wie Standardabweichung, Mittelwert, Sortiermodul mit Steuerausgängen, Herabsetzen der Abtastrate des Signals, schnelle und diskrete Fourier-Transformation, digitaler IIR-Filter, Filter wie Tiefpaß-, Hochpaß-, Bandpaß-, Bessel-, Tschebyschef-, Butterworth-Filter, Triggerschaltungen, statistische Filter zum Glätten von Funktionsverläufen, Module zum Konvertieren parallel anliegender Parameterwerte in einen seriellen Datenstrom, Serialisierung mehrerer skalarer und vektorieller Daten in einen seriellen Datenstrom, Fehlermodul, logische Gatter wie AND-, OR-Glieder, Flip-Flops, Monoflops, Binärcodierer, Skalierungsmodule, Module zur Erzeugung arithmetischer Grundfunktionen, Kommunikationsmodule zur Übertra­ gung von Meßdaten, Treiber für Signalprozessorkarten, I/O-Einheiten und Multiplexer für dezimale oder binäre Signale, Fuzzylogic und Mustererkennungsmodule. Natür­ lich ist diese Liste lediglich beispielhaft und beliebig erweiterbar. Der Schutzbereich der Erfindung beschränkt sich nicht lediglich auf diese Beispiele.

Die Symbole 6 bzw. 7 werden im Bereich 8 der Benutzeroberfläche 2 an einer be­ stimmten Position angeordnet und durch eine Verbindungslinie 9 miteinander ver­ bunden. Durch derartige Verbindungslinien 9 sind auch Rückkopplungsschleifen er­ zeugbar. Auf diese Weise entsteht durch Auswahl, Verbinden und Wiederholen der Vorgänge die als Signalgraph 10 dargestellte Signalverarbeitungsvorschrift.

In einem weiteren Bereich 11 der Benutzeroberfläche 2 ist bspw. ein Dickenprofil 12 der kapazitiven Banddickenmessung von Metallfolien dargestellt. In einem weiteren Bereich 13 der Benutzeroberfläche 2 sind Meßergebnisse wie die Bandbreite, Dicke des beispielhaften Profils usw. in Form einer Digitalanzeige 14 dargestellt.

In einem Bereich 16 der Benutzeroberfläche 2 werden auf je einer Analoganzeige 17 und 18 zwei Regelgrößen zur statistischen Regelung des Prozesses visualisiert. Zwei Eingabefelder 19 und 20 dienen zur Vorgabe des Dicken-Sollwerts und zur Auswahl des Meßmoduls.

Der in Fig. 2 dargestellte aus Symbolen aufgebaute Signalgraph 21 der Signalverarbeitungsvorschrift wird bei Meßaufgaben zur Prozeßvisualierung und Steuerung eingesetzt. Der Signalgraph 21 weist u. a. ein Modul 22 zur Datenaquisi­ tion, mehrere Skalierungsmodule 23, die die Meßsignale skalieren, Triggermodule 24, Module 26, die Teildatensätze aus Datenpaketen ausschneiden und Regressi­ onsanalysemodule 27, in dessen Folge charakteristische Kennwerte wie Keil- oder Hohlform des Dickenprofils numerisch berechnet werden. Diese Kennwerte zur Re­ gelung des Prozesses werden an einem Ausgabemodul 28 an eine Pro­ duktionsmaschine ausgegeben.

In dem in Fig. 3 dargestellten Signalgraphen 31 zur Stemmtiefenmessung an Venti­ len eines Antiblockiersystems wird anstelle eines Endlos-Bandmaterials Stückgut vermessen. In ein nicht dargestelltes Ventilgehäuse wird ein Dichtring eingepreßt, dessen stabiler und paßgenauer Sitz durch eine optische Triangulationsmessung überwacht werden soll. Bei der Simulation durch den Signalgraphen 31 werden Meßwerte durch das Einlesemodul 32 aus einer Datei ausgelesen. Vier Bereiche an unterschiedlichen Stellen des Ventilgehäuses werden zur Qualitätskontrolle herange­ zogen. In der Modulgruppe 33 werden daraus zwei Differenzen gebildet und die ge­ wünschte Stemmtiefe wird jeweils berechnet und dargestellt. Durch die Multiplexmo­ dule 34 im Signalgraphen 31 wird erreicht, daß die Daten einer Hauptmessung in ei­ nem anderen Teilgraph ebenfalls verarbeitet werden können. Neben einer Speiche­ rung und Archivierung der Meßdaten durch die Modulgruppe 36 wird auch eine Sor­ tierung in Gut-/Schlecht-Teile bei der Modulgruppe 37 vorgenommen. In der Modul­ gruppe 38 wird eine Prozeßstatistik einer Produktionsschicht vorgenommen. An ei­ nem Ausgangsmodul 39 wird das Sortierergebnis in Form digitaler Ausgangsdaten zur Verfügung gestellt.

Claims (15)

1. Verfahren, insbesondere zur Prozeßüberwachung, Steuerung und Regelung, bei dem eine Signalverarbeitungsvorschrift auf einer rechnergestützten Benutzer­ oberfläche (2) durch Anordnen und Verbinden von Symbolen (6, 7) aufgebaut wird und durch den Rechner aus Einzelvorschriften enthaltenden Basismodulen (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Symbol (6, 7) ein Basismodul (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) zugeordnet ist und daß die Einzelvorschriften der ausgewählten Basismodule (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) entsprechend der graphischen Einbindung der Symbole (6, 7) zur Übertragung und/oder Verarbeitung von Daten miteinander verknüpft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangsdaten, insbesondere von Sensoren, durch die gebildete Signalverarbeitungsvorschrift zur Erzeugung von Ausgangssignalen abgearbeitet werden und der dabei entstehende Datenfluß durch eine Ablaufsteuerung gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Daten­ fluß durch die Signalverarbeitungsvorschrift in Form von einzelnen Basismodulen (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) zugeordneten Datenpaketen, deren Paketgröße insbesondere frei festlegbar ist, abgearbeitet wird und die Ablaufsteue­ rung die Rechenbereitschaft der Basismodule (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) ermittelt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteue­ rung bei jeder Änderung der Eingangsdaten an einem Basismodul (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) dessen Rechenbereitschaft feststellt, wobei insbe­ sondere das Vorhandensein aller benötigten Eingangsdaten am Basismodul (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) und eine dem Basismodul (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) zugeordnete Verarbeitungspriorität abgefragt wird, um die Verarbeitung der Datenpakete durch die dem Basismodul (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) entsprechende Einzelvorschrift freizugeben.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von Quellmodulen jene Basismodule (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) auf Rechenbereitschaft getestet werden, deren Eingangsdaten sich, insbe­ sondere durch die Abarbeitung einer Einzelvorschrift eines vorhergehenden Basis­ moduls (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39), ändern.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei fehlender Rechenbereitschaft aller Basismodule (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) die Verarbeitung der Eingangsdaten bzw. bei den Quellmodulen (22, 32) fortgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenfluß zwischen den verknüpften Basismodulen, insbesondere bei mehreren rechenbereiten Basismodulen (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39), durch Vergabe von Prioritäten gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Datenpaketstatus eine Synchronisation zeitlich unterschiedlich an den obligatorischen Eingängen eines Basismoduls (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) ankommender Datenpakete, insbesondere bei unterschiedlichen Abta­ straten, erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangsdaten, Basismodulparameter oder Ausgangsdaten der Signalverarbeitungs­ vorschrift auf der Benutzeroberfläche (2) graphisch dargestellt werden.

10. Verfahren, insbesondere zur Prozeßüberwachung, Steuerung und Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine Signalverarbeitungsvorschrift aus Basismodulen (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) zusammengesetzt wird, einzelne Basismodule (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) zur Übertragung von Informationsdaten miteinander über Schnittstellen verbunden und die Daten in den Basismodulen (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) der Signalverarbeitungsvorschrift verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusammensetzen der Signalverarbeitungsvor­ schrift aus den einzelnen Basismodulen (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) anhand der den zu verknüpfenden Basismodulen (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) zugeordneten Zusatzinformationen überprüft wird, ob eine Verbindung zweier benachbarter Basismodule (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) zulässig ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abarbeiten einer Einzelvorschrift eines Basismoduls (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39), insbesondere durch Überprüfung der Zulässigkeit des Datentyps, der Ein­ heiten oder der Abtastraten der Informationsdaten, eine zusätzliche Validierung er­ folgt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vali­ dierung der Zulässigkeit der Verbindung zweier Basismodule (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) gerichtet erfolgt, wobei die Zulässigkeit der Verbindung vom vorhergehenden zum folgenden Basismodul (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) und umgekehrt überprüft wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Validierung auch die Zulässigkeit des Informationsaustausches, insbesondere über gemeinsame Speicherbereiche oder Dateien, überprüft wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Validie­ rung beim Zusammensetzen der Signalverarbeitungsvorschrift die Verwendung kom­ plexer Datentypen nicht eingeschränkt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei unzulässiger Verknüpfung von Basismodulen (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39) bzw. bei Daten mit unzulässigen Datenformaten eine Fehlermeldung, insbesondere durch die beteiligten Basismodule (22, 23, 24, 26, 27, 28; 32, 33, 34, 36, 37, 38, 39), erzeugt wird.