ELSTERER, Stefan (Hallemannstr. 1, 90762, DE)
HOCK, Christian (Erhard-Segitz-Str. 42, Fürth, 90763, DE)
PESCHKE, Jörn (Arnulfstrasse 4, Nürnberg, 90489, DE)
VOLKMANN, Frank (Preysingstr. 15, Nürnberg, 90475, DE)
EDELMANN, Thomas (Geisfelder Str. 51, Bamberg, 96050, DE)
ELSTERER, Stefan (Hallemannstr. 1, 90762, DE)
HOCK, Christian (Erhard-Segitz-Str. 42, Fürth, 90763, DE)
PESCHKE, Jörn (Arnulfstrasse 4, Nürnberg, 90489, DE)
VOLKMANN, Frank (Preysingstr. 15, Nürnberg, 90475, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine oder Anlage durch - Ansteuern einer Komponente (1) der elektrischen Maschine oder Anlage mit einem Prädikat (3) und automatisches Überprüfen der Komponente (1) hinsichtlich der Durchführung des Prädikats (3) , dadurch gekennzeichnet, dass - in dem Prädikat (3) ein zu erwartender Wert (32) einer Größe der Komponente (1) enthalten ist, wobei bei dem Überprüfen der Komponente (1) überprüft wird, ob sich der erwartete Wert (32) bei der Durchführung des Prädikats (3) tatsächlich einstellt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem Überprüfen eine Messung der Größe der Komponente (1) erfolgt und der resultierende Messwert dahingehend überprüft wird, ob er in einen Schätzbereich, der auf dem. zu erwartenden Wert (32) basiert, fällt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zu erwartende Wert (32) ein relativer Wert ist. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei automatisch eine Fehlermeldung (5) generiert wird, wenn sich der erwartete Wert (32) bei der Durchführung des Prädikats (3) nicht tatsächlich einstellt. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Komponente (1) ein Antrieb ist. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Komponente (1) eine LaufZeitinformation (41, 42) vor- gegeben ist, die bei dem Überprüfen als Referenz für die Größe dient. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Prädikat (3) ein Ein- oder Ausschalten der Komponente (1) bedeutet . 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Größe der Strom, die Spannung oder die Drehzahl ist. 9. Steuervorrichtung für eine elektrische Maschine oder Anlage mit - einer Ansteuereinrichtung zum Ansteuern einer Komponente (1) der elektrischen Maschine oder Anlage mit einem Prädikat (3) und einer Prüfeinrichtung zum automatischen Überprüfen der Komponente (1) hinsichtlich der Durchführung des Prädikats (3), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Prädikat (3) ein zu erwartender Wert (32) einer Größe der Komponente (1) enthalten ist, wobei mit der Prüfeinrichtung überprüfbar ist, ob sich der er- wartete Wert (32) bei der Durchführung des Prädikats (3) tatsächlich einstellt. |
Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine und Steuervorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine oder Anlage durch Ansteuern einer Komponente der elektrischen Maschine oder Anlage mit einem Prädikat und Überprüfen der Komponente hinsichtlich der
Durchführung des Prädikats. Unter einem Prädikat versteht man in der Steuerungstechnik den funktionalen Zusammenhang zwischen mehreren Komponenten (in der Regel Subjekt und Objekt). Beispielsweise wird ein Antrieb mit einem Schalter eingeschaltet. Hier ist der Schalter das Subjekt, der Antrieb das Objekt und das Einschalten das Prädikat.
Heute werden automatisierungstechnische Lösungen durch meist explizite Programmierung der zu lösenden Aufgabe erstellt. Die Programmierung der Lösung macht dabei jedoch nicht den Hauptteil des Programmieraufwands aus. Noch aufwändiger als die eigentliche Lösung sind die Prüfungen, die dazu führen sollen, dass im Fehlerfall entsprechend reagiert und z.B. eine entsprechende Fehlermeldung generiert wird.
Die Überprüfung von Systemzuständen und Fehlermöglichkeiten wird bislang explizit durchgeführt und ist damit Teil der automatisierungstechnischen Programmierung. Allerdings hat das den Nachteil, dass zum einen die Fehlermöglichkeit als solche erkannt werden muss. Diese Leistung hat der Programmierer zu erbringen. Zum anderen ist es aufwändig, diese Programmteile zu testen, da dazu der Fehlerzustand simuliert oder herbeigeführt werden muss.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, Fehler bei Automatisierungslösungen mit weniger Aufwand er- kennen zu können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine oder Anlage durch An ¬ steuern einer Komponente der elektrischen Maschine oder Anla ¬ ge mit einem Prädikat und automatisches Überprüfen der Kompo- nente hinsichtlich der Durchführung des Prädikats, wobei in dem Prädikat ein zu erwartender Wert einer Größe der Kompo ¬ nente enthalten ist, und wobei bei dem Überprüfen der Kompo ¬ nente überprüft wird, ob sich der erwartete Wert bei der Durchführung des Prädikats tatsächlich einstellt.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Steuervorrichtung für eine elektrische Maschine oder Anlage mit einer Ansteuereinrichtung zum Ansteuern einer Komponente der elektrischen Maschine oder Anlage mit einem Prädikat und ei- ner Prüfeinrichtung zum automatischen Überprüfen der Komponente hinsichtlich der Durchführung des Prädikats, wobei in dem Prädikat ein zu erwartender Wert einer Größe der Kompo ¬ nente enthalten ist, und wobei mit der Prüfeinrichtung überprüfbar ist, ob sich der erwartete Wert bei der Durchführung des Prädikats tatsächlich einstellt.
Dabei versteht man unter dem Begriff „Größe" z.B. eine physikalische oder errechnete Größe. Ihr Wert kann absolut oder relativ, aber auch unspezifisch (z.B. „Erhöhung") sein.
In vorteilhafter Weise wird das Prädikat, also die Funktion, die ausgeführt werden muss, mit einer Erwartung (zu erwartender Wert) kombiniert. Damit wird implizit bereits angegeben, welche Konseguenzen die Durchführung des Prädikats haben muss. Wenn sich diese Konsequenzen nicht einstellen, liegt ein Fehler im System vor, und es kann entsprechend reagiert werden. Umgekehrt, wenn sich die Konsequenzen einstellen, arbeitet das System fehlerfrei. Vorzugsweise erfolgt bei dem Überprüfen eine Messung der
(physikalischen) Größe der Komponente, und der resultierende Messwert wird dahingehend überprüft, ob er in einen Schätzbereich, der auf dem zu erwartenden Wert basiert und der als LaufZeitinformation zu der Komponente hinterlegt sein kann, fällt. Es wird also eine tatsächliche Messung durchgeführt und der gewonnene Messwert wird mit dem zu erwartenden Wert aus dem Prädikat oder einem Wert, der sich aus dem zu erwar- tenden Wert beispielsweise durch Offset ergibt, verglichen. Das Vergleichsergebnis kann zur Steuerung oder Information genutzt werden.
In einer speziellen Ausführungsform kann der zu erwartende Wert ein relativer Wert sein. Damit ist das Prädikat nicht darauf beschränkt, dass mit ihm nur absolute „Erwartungswerte" übertragen werden, sondern es können auch relative Werte wie beispielsweise eine Zunahme oder eine Abnahme mit dem Prädikat verknüpft sein. Eine spezifische Zunahme wäre bei- spielsweise „+3A", eine unspezifische Zunahme wäre „Erhöhung" .
Darüber hinaus kann automatisch eine Fehlermeldung generiert werden, wenn sich der erwartete Wert bei der Durchführung des Prädikats nicht tatsächlich einstellt. Dies ist insofern vorteilhaft, als etwaige Fehler sofort angezeigt werden können, um daraus möglichst rasch Konsequenzen zu ziehen.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel kann die Komponente ein Antrieb sein. Die Komponente kann aber auch jede andere Einheit einer automatisierten Anlage sein, z.B. Glühlampe, Relais oder jeder andere Aktuator.
Ferner kann für die Komponente eine LaufZeitinformation vor- gegeben sein, die bei dem Überprüfen als Referenz für die (physikalische) Größe dient. Diese LaufzeitInformation ist eine physikalische Größe wie z.B. die Drehzahl, die Stromaufnahme und dergleichen während der Laufzeit der elektrischen Maschine bzw. Anlage. Wenn diese LaufZeitinformation in einem Steuerprogramm zu der Komponente abgespeichert ist, ist die Überprüfung des Systems mit dem Steuerprogramm möglich. Das Prädikat kann ein Ein- oder Ausschalten der Komponente bedeuten. Es kann aber auch eine andere Funktion, z.B. bei einem Schrittmotor „einen Schritt ausführen", oder andere Funktion eines automatisierten Systems bedeuten.
Des Weiteren kann die (physikalische) Größe, zu der ein erwarteter Wert in dem Prädikat enthalten ist, der Strom, die Spannung oder die Drehzahl sein. Grundsätzlich kann diese (physikalische) Größe aber auch jede andere Größe sein, die zum Überprüfen an der Komponente gemessen werden kann (z.B. Frequenz, Helligkeit, C0 2 -Ausstoß und dergleichen) .
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die schematisch ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung widerspiegelt.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Die Programmierung einer automatisierungstechnischen Anlage durch funktionale Modellierung und die semantische Beschreibung der funktionalen Zusammenhänge bietet erfindungsgemäß neue Möglichkeiten für die automatische Erkennung von Fehler Situationen. Die grundlegende Idee besteht darin, die Beschreibung von funktionalen Zusammenhängen um nichtfunktionale Aspekte zu erweitern. Die zusätzlichen Informati onen, die diese nicht-funktionalen Aspekte betreffen, werden zum Generierzeitpunkt (z.B. im Engineering-System) sowie zur Laufzeit (im Run-Time-System) benutzt, um obligatorischen Randbedingungen und Fehlersituationen automatisch zu begegnen .
Durch die automatische Überwachung wird der Applikation- sersteller (Projekteur) von Routinearbeiten entlastet. Darüber hinaus wird eine häufige Fehlerquelle bei der Anlagenentwicklung minimiert, denn in einer durchschnittlichen Anla c
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genentwicklung nach bisherigem Stand verbringt ein Applikati- onsersteller typischerweise 30% seiner Entwicklungszeit mit der Erstellung von Komponententests oder ähnlichen Arbeiten zur Fehlerbehandlung. Es wird also angestrebt, Fehlersituati- onen durch das Laufzeitsystem zu erkennen, ohne dass dafür explizite Programmierung nötig wäre. Außerdem wäre eine automatische Erzeugung von menschenlesbaren Fehlermeldungen vorteilhaft . Nachfolgend wird eine konkrete Ausgestaltung am Beispiel der Figur näher dargelegt. Aus einem Gesamtsystem wird hier beispielhaft die Steuerung einer einzelnen Komponente 1 betrachtet, die das Objekt darstellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Objekt bzw. der Komponente 1 um einen Antrieb. Der Antrieb wird von einem Schalter, der das Subjekt 2 darstellt, angesteuert. Der funktionale Zusammenhang zwischen dem Subjekt 2 und dem Objekt bzw. der Komponente 1 ist in dem Prädikat 3 definiert. Das Prädikat 3 repräsentiert hier die Funktion „einschalten". Es verknüpft Subjekt 2 und Objekt (Kompo- nente) 1 durch die entsprechende Funktion. Im vorliegenden Beispiel lautet der funktionale Zusammenhang: „Der Antrieb wird durch einen Schalter eingeschaltet". Generell kann jeder Zusammenhang zwischen den Komponenten eines automatisierten Systems durch eine ähnliche funktionale Verknüpfung darge- stellt werden.
Die Komponenten in einem Laufzeitsystem (z.B. Sensoren, Antriebe, Teilanlagen etc.) haben eine streng typisierte funktionale Schnittstelle. Dies bedeutet, dass eine Komponente nur mit fest vorgegebenen Befehlen angesteuert werden kann (z.B. Einschalten, Ausschalten). Die Komponenten 1 im Laufzeitsystem haben zudem eine Selbstbeschreibung 4. Dabei kann es sich um typisierte, produktbeschreibende Eigenschaften wie Daten für einen Antrieb handeln. Derartige Daten 41, 42 wären beispielsweise: die Stromaufnahme I = 2...5 A und die Drehzahl n = 0...500 U/min. Außerdem kann die Selbstbeschreibung 4 einer Komponente 1 auch eine typisierte LaufzeitInformation 43 enthalten. Im vorliegenden Beispiel lautet die Laufzeitin- formation 43 beispielsweise: Stromaufnahme I_ist = 2A. Diese LaufZeitinformation wird aktuell gemessen und in dem entsprechenden Datenfeld hinterlegt. In dem Beispiel der Figur soll also der Antrieb durch den Schalter gemäß dem Prädikat 3 eingeschaltet werden („on") . Die Verschaltung der Komponenten (das Subjekt 2 ist ebenfalls eine Komponente) erfolgt also mittels funktionaler Zusammenhänge (Prädikate) . Die Prädikate haben neben der Hauptfunkti- on 31 (hier „on" = einschalten) auch eine semantische Beschreibung 32 über die möglichen Auswirkungen des Prädikats 3 auf die Komponenten 1, 2. Im vorliegenden Beispiel soll sich durch das Prädikat „on" (einschalten) die Stromaufnahme und die Drehzahl erhöhen. Die semantische Beschreibung 32 besagt hier, dass beim Einschalten des Antriebs eine Stromerhöhung um 3A erwartet wird. Die semantischen Informationen liegen maschineninterpretierbar vor.
Durch die Verschaltung von Komponenten 1, 2 mittels Prädika- ten 3 im Rahmen der Programmierung werden implizit Informationen verschaltet, die das Laufzeitsystem benutzt, um Integrationstests (Tests vor Inbetriebnahme) oder Tests während des Betriebs durchzuführen. Im vorliegenden Beispiel wird gemäß dem Prädikat 3 erwartet, dass der Antrieb 1 nach dem Ein- schalten eine um 3A erhöhte Stromaufnahme besitzt. Die zum
Antrieb 1 hinterlegte Eigenschaft 42 besagt, dass die Stromaufnahme des Antriebs 1 zwischen 2 und 5A liegen muss. Der elektrische Antrieb besitzt also in Ruhe eine Stromaufnahme von 2A durch die Steuerungselektronik und bei maximaler Leis- tung eine Stromaufnahme von 5A. Zu dem Antrieb 1 wird nun die Laufzeitinformation bereitgestellt, dass die aktuelle Stromaufnahme I_ist = 2A ist. Dies bedeutet, dass sich trotz Ein- schaltens des Antriebs keine Erhöhung der Stromaufnahme ergeben hat. Sie ist vielmehr gleich geblieben bei 2A. Dies wie- derum bedeutet, dass die tatsächliche Stromaufnahme nicht der erwarteten Stromaufnahme entspricht, denn der erwartete Wert für die Stromaufnahme wäre 2A (Grundstrom) + 3A (relative Erhöhung) = 5A. Das Laufzeitsystem kann aber auch auf die Änderung der Stromaufnahme im tatsächlichen Fall abstellen. Im vorliegenden Fall beträgt die relative Änderung tatsächlich 0 (Al_ist = 0) , während die erwartete Änderung der Stromaufnahme ΔΙ = 3A beträgt. Diesen Unterschied stellt das Laufzeitsystem fest und generiert eine entsprechende Fehlermeldung 5. Alternativ kann aus dieser Information auch ein Steuersignal für das System, d.h. die Anlage bzw. elektrische Maschine, gewonnen werden. Die Fehlermeldung bzw. Information kann also auf der Basis der semantischen Beschreibung und typisierter Komponenteneigenschaften generiert werden. Ein Beispiel einer menschenlesbaren Fehlermeldung wäre: „Fehler beim Einschalten" oder „zu wenig Strom beim Einschalten" und dergleichen.
Erfindungsgemäß ist somit eine Erkennung von Fehlersituationen durch das Laufzeitsystem möglich, ohne dass dafür explizite Programmierung nötig wäre. Es ist also eine Logik für die Fehlererkennung im System enthalten.
Bezugszeichenliste
Objekt
Subj ekt
Prädikat
31 Hauptfunktion
32 semantische Beschreibung 4 Selbstbeschreibung
41, produktbeschreibende Daten
43 LaufzeitInformation
Fehlermeldung
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