DD295032A5 - Verfahren zur Überwachung und Diagnostizierung binär gesteuerter Prozesse - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Ueberwachung und Diagnostizierung binaer gesteuerter Prozesse zur Steuerung von Funktionen und Handlungen bei Be- und Verarbeitungen, sowie die Diagnostizierung von, im Verlauf der Prozesse auftretenden Fehlern. Unabhaengig vom Steuerprogramm und vom Be- oder Verarbeitungsprogramm soll bei leichter Anpassung an unterschiedliche Ablaeufe, eine Fehlererkennung und -lokalisierung im on-line-Betrieb einer freiprogrammierbaren Speichersteuerung mit einem Programmspeicher und Istzustaenden meldenden Signalgebern vor sicherheitsgefaehrdenden Auswirkungen ermoeglicht werden. Dazu werden in einem Lernvorgang waehrend des Ablaufes eines Arbeitsprogrammes zu jeder Steuerungsaktion die Gebersignalaenderungen von Istpositionen in der Folge ihres Auftretens als kodierte Sollinformationen mit der zugeordneten Ablaufzeit Istposition gespeichert. Aus dem Vergleich der beim zu ueberwachenden Prozeszablauf entstehenden Gebersignalaenderungen mit den im Lernvorgang ermittelten Sollinformationen werden die fehlerhaften Gebersignale on-line ermittelt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Überwachung binär gesteuerter Prozesse, beispielsweise zur Steuerung von Maschinenfunktionen in Be- und Verarbeitungsanlagen, sowie die Diagnostizierung von im Verlauf der Prozesse auftretenden Fehlern.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus der DE-OS 3206891 ist ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern im Steuerungsverlauf bei Ablaufsteuerungen, die mit Ablaufketten programmiert sind, bekannt. Darin ist eine Diagnoseeinrichtung vorgesehen, in der die Schrittstruktur des Programms der Ablaufsteuerung in Form einer Liste von Programmadressen der einzelnen Schrittspeicher abgelegt wird. Beim Überschreiten einer im Steuerprogramm vorgegebenen Ablaufzeit wird der automatische Diagnostizierungsvorgang ausgelöst, wobei im Steuerprogramm der aktuelle Schritt anhand der Liste der Programmadressen gesucht wird und nachfolgend durch Analyse der Programmanweisungen die fehlenden Weiterschaltbedingungen des aktuellen Schrittes ermittelt werden, um daraus die Fehlerursache zu erkennen.

Der Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß diese immer nur für ein bestimmtes Steuerprogramm und nicht für andere Steuerprogrammstrukturen nutzbar ist. Darüber hinaus müssen vom Anwender bestimmte Vorschriften bei der Programmerstellung für die Ablaufsteuerung eingehalten werden. Die Fehlerlokalisierung ist nicht immer eindeutig, da nur dio für das Weiterschalten relevanten Rückmeldesignalo aus dem Prozeß ausgewertet werden. So ist eine, infolge einer Störung nicht verlassene Startposition nur indirekt, aufgrund des, als Weiterschaltbedingung der nicht erreichten Zielposition fehlenden, Rückmeldesignals erkennbar. Ebenso können alternative Weiterschaltbedingungen in einem Schritt zu falschen Aussagen führen, da nach einer Zeitüberschreitung auch die, für den weiteren Prozeßablauf nicht relevanten, jedoch fehlenden ordnungsgemäßen Weiterschaltbedingungen als Fehler ermittelt werden. Mit dieser Zeitüberwachung sind nur Unterbrechungen des Prozeßablaufes, jedoch keine potentiell gefährlichen Prozeßzustände erkenn- und durch die Steuerung auswertbar.

Ei'.io Erhöhung der Prozeßsicherheit für Fertigungssysteme durch failsafo-Eigenschaften ist mit diesem Verfahren nicht erreichbar.

Ziel der Erfindung

Zweck der Erfindung ist es, bei möglichst geringem Aufwand binär gesteuerte Prozesse in ihrem Ablauf ständig zu überwachen und eventuell auftretende Störungen zu diagnostizieren, um dadurch die Sichel heit sowohl für den Prozeßablauf als auch für dio dabei zum Einsatz kommendei Geräte und Anlagen zu erhöhen.

-2- 295 032 Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung und Diagnose von binär gesteuerten Prozessen zu finden mit dem, unabhängig vom Steuerprogramm und von Be· oder Verarbeitungsprogrammen, bei einer leichten Anpassung an unterschiedliche Abläufe, eine Fehlererkennung und Lokalisierung im on-line-Betrieb einer freiprogrammierbaren Speichersteuerung mit einem Programmspeicher und erreichte Istpositionen meldenden Signalgebern vor Sicherheitsgefährdenden Auswirkungen ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Lernvorgang während des Ablaufes eines Arbeitsprogramms die von der Jeweiligen Steuerungsaktion ausgelösten Gebersignaländerungen in der Reihenfolge ihres Auftretens als kodierte Sollfolge einschließlich der Ablaufzeit gespeichert werden, wonach diese kodierten Sollinformationen während eines zu überwachenden Prozeßablaufes durch die aktuellen Gebersignaländerungen gesucht und beim Nichtauffinden derselben als Fehler gespeichert werden, bei Auffinden der Gebersignale mit der erzeugten Istfolge verglichen und bei positivem Ergebnis ebenfalls als Fehler gespeichert und bei negativem Vergleich die Gebersignaländerung aktualisiert wird. Bei Beendigung der beim Überschreiten der zulässigen Ablaufzeit werden die Gebersiqnaländerungen der jeweils aktuellen Sollfolge in der erzeugten Istfolge abgefragt und bei negativem Vergleichsergebnis als Fehler gespeichert. Gemäß weiterer Ausbildung ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die maximalen Ablaufzeiten für jede Sollfolge der Ablaufzeit während des Lernvorganges und einer vorgegebenen Toleranzzeit bestimmt wird. Ein bei einer Gebersignaländerung erkannter Fehler wird nach einer, diirch die Prozeßdynamik oder ein erforderliches Sicherheitsniveau bestimmten Zeit erneut überprüft und bei negativem Ergebnis in dem zur Fehlerspeicherung vorgesehenen Bereich des Programmspeichers gelöscht.

Ausführungsbeispiel

Di« Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: den Programmablauf an einer mechanischen Fertigungseinrichtung;

Fig. 2: die Verfahrensschritte im Lernbetrieb;

Fig. 3: die Verfahrensschritte im Überwachungsbetrieb;

Fig.4: die Behandlung von Fehlern in einem Fehlerspeicher;

Fig. 5: den Aufbau einer Diagnoseeinrichtung.

In Fig. 1 sind als Teil einer mechanischen Fertigungseinrichtung drei Signalgeber SG1 bis SG 3 in den dazugehörigen Positionen 11 bis 13 angeordnet. Ein auf dieser Fertigungseinrichtung ablaufender Prozeß beinhaltet durch Steueraktionen ausgelöste Bewegungen zwischen den Positionen 11 bis 13. Für einen ersten Bewegungsablauf A1 in einem aus einer Bewegungsablauffolge A1 bis A3 bestehenden Prozeß ist die Position 11, an der der erste Signalgeber SG1 angeordnet ist, die Startposition. Die Zielposition für den ersten Bewegungsablauf ist die Position 12, an der sich der zweite Signalgeber 2 befindet. Das Erreichen oder Verlassen einer Position 11 bis 13 ist mit einem Wechsel des Ausgangssignals des jeweils an der betreffenden Position 11 bis 13 angeordneten Signalgebers SG1 bis SG 3 verbunden. Die im vorliegenden Prozeß vorgesehene Bewegungsablauffolge A1 bis A3 sieht nach der Beendigung des ersten Bewegungsablaufes A1 einen zweiten Bewegungsablauf A2 mit der Position 12, an der der Signalgeber SG 2 angeordnet ist, als Startposition und der Position 13, an der sich der Signalgeber SG 3 befindet, als Zielposition in der gleichen Bewegungsrichtung wie der erste Bewegungsablauf A1 vor. Ein dritter Bewegungsablauf A3 ist in entgegengesetzter Bewegungsrichtung mit der Position 13 ais Startposition und der Position 11 als Zielposition vorgesehen. Entsprechend den unterschiedlichen Wegstrecken ist jedem Bewegungsablauf A1 bis A3 eine signifikante Ablaufzeit T1 bis T3 zugeordnet. Bei einer Kodierung der als Sollfolgen C1 bis C 3 kodierten Prozeßschritte ergibt sich für den Gesamtprozeß ein vorgegebener Ablauf gemäß folgender Tabelle:

Kodierung	Soll-Folgen	Ausgangssignal	Ablaufzeit
	Signalgeber	0	Ti
C1	SG1	1	T1
	SG 2	0
C2	SG 2	1	T2
	SG 3	0
	SG 3	1
	SG 2	0
C3	SG 2	1	T3
	SG1

Die den Sollfolgen entsprechenden Ausgangssignale der Signalgeber SG1 bis SG 3 werden ebenso wie die, zu den Kodierungen C1 bis C3 der Bewegungsabläufe A1 bis A3 gehörenden Ablaufzeiten T1 bisT3 während einer ^rnphase, die einer erstmaligen Abarbeitung des Prozeßablaufes entspricht, in einem besonderen Speicher einer freiprogrammierbaren Speichersteuerung abgelegt.

In Fig. 2 sind die Verfahrensschritte, wie sie in der Lernphase abzuarbeiten sind, schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt-Cod werden in einer Ausgangsstellung am Beginn der Lernphase einer Startposition 11 mit dem Start die aktuellen Ausgangssignale der Signalgeber SG1 bis SG 3 gespeichert. Gleichzeitig mit dem Beginn des Bewegungsablaufes wird ein Timer t gestartet, der die benötigte Ablaufzeit T1 bis zum Erreichen der folgenden Zielposition, die der Position 12 entspricht, ermittelt. Bis zum Erreichen dieser Ziolposition wird in eine m ständig durchgeführten Vergleich V bei Veränderung der Ausgangssignale der Signalgeber SG1; SG 2 die neue Signalkombination in die Istfolge aufgenommen. Mit Erreichen der neuen Zielposition werden die bis zu diesem Zeitpunkt erzeugte Istfolge der Gebersignaländerungen sowie die Dauer der

Ablaufzeit 11 in den dafür vorgesehenen Bereich des Speichers SPJ als Sollwerte abgelegt, der Timer t wird gesperrt und mit Beginn der höchsten Bewegungsfolge A 2, wobei die Position 12 verlassen wird, wieder freigegeben. Dieser Vorgang wiederholt sich für die folgenden Prozeßablaufschritte A2 und A3.

In der Flg. 3 sind die Verfahrensschritte bei gleichzeitigem Überwachungsbetrieb schematisch dargestellt. Zunächst wird die Kodierung Cod der, durch die aktuelle Steueraktion ausgelösten, Bewegungsfolge A1 bis A3, wie sie entsprechend der Tabelle in dem betreffenden Bereich des Speichers als Sollwert für die Überwachungsfunktionen abgelegt ist, in einem ersten Schritt-Cod ermittelt. Im folgenden Schritt V, wird die für die aktuelle Kodierung zutreffende Ablaufzeit Ti zuzüglich einer Toleranzzeit T₁₀, ermittelt und mit dem aktuellen Stand des Timers t verglichen. Liegt keine Zeitüberschreitung vor, wird im darauffolgenden Schritt V₈Q eine Änderung der Ausgangssignale der Signalgeber SG1 bis SG3 abgefragt. Sobald eine Änderung dieser Ausgangssignale eintritt, werden die Signalgeber-Ausgangssignale mit den im dazu vorgesehenen Bereich des Speichers gespeicherten Sollsignal-Kombinationen in einem Schritt V_Ku verglichen. Wird bei diesem Vergleich Übereinstimmung erzielt, wird ein Vergleich V,,, mit der von der letzten Istpositon gepufferten Ist-Signalfolge ausgeführt. Wird bei diesem Vergleich Übereinstimmung festgestellt, erfolgt ebenso wie bei dem zuvor erfolgten Vergleich V_wM mit der gespeicherten Sollsignal-Kombination im Falle einer Nichtübereinstimmung, eine Ausgabe der Änderung der Ausgangssignale der Signalgeber SG1 bis SG3 an einen Fehlerspeicher, von dem diese Information für den weiteren Ablauf zur Verfügung steht. Stimmt die abgefragte Ist-Signaländerung nicht mit der gepufferten Ist-Signalfolge überein, so wird die neue Ist-Signaländerung im Pufferspeicher aktualisiert und mit dem Ablaufschritt V₁ fortgefahren. Falls beim Vergleich V, für die Ablaufzeit Ti im Schritt V, eine Zeitüberschreitung festgestellt wurde, wird in Suchschritten Sw die aktuelle, gepuffeite Ist-Signalfolge mit der im dafür vorgesehenen Bereich des Speichers abgelegten Soll-Signalfolge verglichen. Ist dabei kein positives Vergleichsergebnis zu erzielen, wird dazu ein Fehler F_A ausgegeben. Wenn beispielsweise beim Bewegungsablauf A1 kein Wechsel von der Position 11 erfolgt, so werden nach Ablauf der Zeit t = Ti + T_(oi die fehlenden Signaländerungen als Fehler ausgegeben. In Fig. 4 ist der Ablauf zur weiteren Verfahrensweise bei der Behandlung von in den Fehlerspeicher eingegebenen Fehlerinformationen dargestellt. Diese Schritte werden nach Ablauf einer nach der Fehlererkennung durch die Prozeßdynamik oder ein notwendiges Sicherheitsniveau bestimmten Zeit ausgeführt. In einen Schritt S_ZQ wird zunächst die erste Fehlerinformation aus dem Fehlerspeicher ausgelesen. Danach wird ine inem Vergleich V_F diese Information aus dem Fehlerspeicher mit den aktuellen Ausgangssignalen der Signalgeber SG1 bis SG 3 auf eine Änderung verglichen. Bei positivem Ergebnis, d. h. wenn der Fehler nicht mehr anliegt, wird der gespeicherte Fehler als transient angesehen und in einem nächsten Schritt S_L im Fehlerspeicher gelöscht. Andernfalls bleibt der Fehler im Fehlerspeicher stehen. Sowohl nach dem Löschen eines transienten Fehlers im Schritt S_L als auch nach der Feststellung eines Fehlers im Schritt V_F, was durch ein negatives Vergleichsergebnis ausgedrückt v/ird, wird in einem weiteren Schritt S,. der Fehlerspeicher auf weitere gespeicherte Fehlerinformationen abgefragt. War der behandelte Fehler nicht der letzte im Fehlerspeicher abgelegte Fehler, wird durch das negative Vergleichsergebnis ein Weitersc'ialtbefehl B_w ausgelöst und die nächste Fehlerinformation wird aus dem Fehlerspeicher ausgelesen, die dann in der beschriebenen Weise behandelt wird. Nach der Überprüfung aller Fehlerinformationen wird der Fehlerspeicher für eine Anzeige der Fehler oder das Ablegen weiterer Fehlerinformationen in einem Schritt Sf freigegeben.

In Fig. 5 ist das Blockschaltbild für einen Teil einer freiprogrammierbaren Speichersteuerung dargestellt, mit der gleichzeitig zum Steuervorgang für den Prozeßablauf eine Überwachung und Diagnose des Prozeßablaufes ausführbar ist. Ein Steuer- und Rechenwerk SRW ist über eine Sammelleitung BUS mit einem Programmspeicher PS, der als programmierbarer Halbleiterfestwertspeicher ausgeführt ist, einem als gestützter, frei zugriffsfähiger Halbleiterspeicher ausgeführten Modellspeicher MS einem Ist-Folge-Speicher IS, einem Fehlerspeicher FS und einem Abbildspeicher AS, die als frei zugriffsfähige Halbleiterspeicher ausgeführt sind, verbunden.

Im Programmspeicher PS sind Verfahrensschritte in Fcrm eines Programmes für einen zu bearbeitenden Prozeß eingeprägt. In den Modellspeicher MS werden die Kodierungen der Ausgangssignale der Signalgeber SG1 bis SG 3 als Sollsignal-Folgen und deren Ablaufzeiten im Lernbetrieb abgelegt. In den Ist-Folge-Speicher IS werden die Änderungen der Ausgangssignale der Signalgeber SG1 bis SG 3 während der Prozeßbearbeitung eingespeichert. Die aktuellen Sollsignal-Folgen werden aus dem Modellspeicher MS und die Ist-Signal-Folgen werden von dem Steuer· und Rechenwerk SRW aus dem Ist-Folge-Speicher IS entnommen und verglichen. Dabei festgestellte Fehler werden in den Fehlerspeicher FS übertragen und zur Fehlerbehandlung aus diesem entnommen und mit der aktuellen Ist-Signal-Folge verglichen, wobei transiente Fehler gelöscht werden. Der Abbildspeicher AS führt die Steuerungs- und Gebersignalzustände zur Befehlsvorgabe an den Prozeß durch das Steuer- und Rechenwerk SRW.

Claims (4)

1. Verfahren zur Überwachung und Diagnostizierung binär gesteuerter Prozesse mit einer freiprogrammierbaren Speichersteuerung mit einem Programmspeicher und erreichte Istzustände meldenden Signalgebern, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Lernvorgang während des Ablaufes eines Arbeitsprogrammes die, durch die jeweilige Steuerungsaktion verursachten, Gebersignaländerungen von Istzuständen in der Folge ihres Auftretens als kodierte Sollinformationen mit einer zugeordneten Ablaufzeit vom Beginn bis zum Abschluß der Steuerungsaktion in einem zusätzlichen Bereich des Speichers abgelegt werden, wonach diese kodierten Sollinformationen während eines zu überwachenden Prozeßablaufes durch die aktuellen Gebersignaländerungen gesucht und beim Nichtauffinden derselben als Fehler in einem zweiten zusätzlichen Speicher abgelegt, beim Auffinden der Gebersignale mit der erzeugten Istfolge verglichen und bei positivem Ergebnis ebenfalls als Fehler gespeichert und bei negativem Vergleich die Istfolge aktualisiert wird, und daß bei Beendigung der Steuerungsaktion oder bei Überschreiten der zulässigen Ablaufzeit die Gebersignaländerungen der jeweils aktuellen Sollfolge in der erzeugten Istfolge abgefragt und bei negativem Vergleichsergebnis als Fehler gespeichert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximalen Ablaufzeiten für jede Sollfolge aus der, während des Lernvorganges ermittelten Ablaufzeit und einer vorgegebenen Toleranzzeit bestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein, bei einer Gebersignaländerung erkannter Fehler, nach einer, durch die Prozeßdynamik oder ein erforderliches Sicherheitsniveau bestimmten Zeit erneut überprüft und bei negativem Ergebnis in dem zur Fehlerspeicherung vorgesehenen Bereich des Programmspeichers gelöscht wird.

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4 Seiten Zeichnungen