DE102009007221A1

DE102009007221A1 - Verfahren und Anordnung zur diversitären Signalwertberechnung

Info

Publication number: DE102009007221A1
Application number: DE200910007221
Authority: DE
Inventors: Werner Hach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Bei einer diversitären Signalwertberechnung, bei der digitale Werte (13, 14, 15) mindestens zweier Signale (2, 4, 6) durch einen Rechenalgorithmus (17) zu einem Ausgangswert (18) verknüpft werden, wird der Aufwand verringert, indem - mit den digitalen Werten (13, 14, 15) auf eine Tabelle (20) zugegriffen wird, in der für verschiedene mögliche Kombinationen der digitalen Werte (13, 14, 15) einmalig vorausberechnete Ergebniswerte (21) enthalten sind, - der Ausgangswert (18) mit dem sich anhand der aktuellen Kombination der digitalen Werte (13, 14, 15) aus der Tabelle (20) entnehmbaren Ergebniswert (21) verglichen wird und - eine Fehlermeldung (23) erzeugt wird, wenn die Abweichung zwischen Ausgangswert (18) und Ergebniswert (21) ein vorgegebenes Maß übersteigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur diversitären Signalwertberechnung, wobei digitale Werte mindestens zweier Signale durch einen Rechenalgorithmus zu einem Ausgangswert verknüpft werden.
Bei elektrischen Geräten oder Systemen, die eine Sicherheitsfunktion ausführen und daher eine Zertifizierung nach der Sicherheits-Grundnorm IEC 61508 benötigen, ist es meist erforderlich, Berechnungen von Signalwerten, insbesondere von Messwerten, zu überprüfen. In solche Berechnungen gehen meist außer den eigentlichen Messwerten auch die Werte verschiedener anderer Parameter ein, wie zum Beispiel Umgebungstemperatur und/oder Umgebungsdruck. In Abhängigkeit von der jeweiligen Sicherheitsanforderungsstufe (Safety Integrity Level – SIL) muss die Berechnung diversitär erfolgen. Nach derzeitigem Stand der Technik erfolgt dies durch:

– zeitlich aufeinanderfolgende Berechnung mit unterschiedlichen Zahlenformaten wie zum Beispiel ganze Festkomma-(Integer) und Gleitkommazahlen (Floating Point),
– zeitlich aufeinanderfolgende Berechnung mit unterschiedlichen Rechenalgorithmen oder
– parallele Berechnung in verschiedenen Prozessoren und unterschiedlichen Zahlenformaten oder Algorithmen.

Zeitlich aufeinanderfolgende Berechnungen vermindern die Geschwindigkeit der Signalwertberechnung, während die parallele Berechnung in verschiedenen Prozessoren einen höheren gerätetechnischen Aufwand und Energieverbrauch bedingt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand eine diversitäre Signalwertberechnung zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur diversitären Signalwertberechnung

– digitale Werte mindestens zweier Signale durch einen Rechenalgorithmus zu einem Ausgangswert verknüpft werden,
– mit den digitalen Werten auf eine Tabelle zugegriffen wird, in der für verschiedene mögliche Kombinationen der digitalen Werte einmalig vorausberechnete Ergebniswerte enthalten sind,
– der Ausgangswert mit dem sich anhand der aktuellen Kombination der digitalen Werte aus der Tabelle entnehmbaren Ergebniswert verglichen wird und
– eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn die Abweichung zwischen Ausgangswert und Ergebniswert ein vorgegebenes Maß übersteigt.

Eine entsprechende Anordnung zur diversitären Signalwertberechnung ist gekennzeichnet durch

– eine Recheneinrichtung in der ein Rechenalgorithmus zur Verknüpfung digitaler Werte von mindestens zwei Signalen zu einem Ausgangswert implementiert ist,
– eine Speichereinrichtung, deren Speicherplätze durch mögliche Kombinationen der digitalen Werte adressierbar sind und für die Kombinationen vorausberechnete Ergebniswerte enthalten, und
– eine Vergleichseinrichtung, die dazu angeordnet und ausgebildet ist, den Ausgangswert mit dem sich anhand der aktuellen Kombination der digitalen Werte aus der Speichereinrichtung entnehmbaren Ergebniswert zu vergleichen und eine Fehlermeldung zu erzeugen, wenn die Abweichung zwischen dem Ausgangswert und dem Ergebniswert ein vorgegebenes Maß übersteigt.

Der Inhalt der Tabelle bzw. des Speichers kann mit einem externen PC berechnet werden, wobei die Rechendauer so gut wie keine Rolle spielt, weil die Berechnung nur ein einziges Mal erfolgt. Aus diesem Grunde kann auch diese Berechnung mit einem aufwändigeren diversitären Algorithmus oder in einem anderen Zahlenformat erfolgen, als bei dem zur eigentlichen Signalwertberechnung verwendeten Rechenalgorithmus.
Da die Sicherheitstoleranz für die Sicherheitsfunktion üblicherweise deutlich höher ist als die geforderte Messgenauigkeit, kann in vorteilhafter Weise die Stellenanzahl bzw. Bitbreite) der verwendeten digitalen Werte bei der Erstellung der Tabelle auf jeweils eine vorgegebene Anzahl der höchstwertigsten Stellen beschränkt werden. Dadurch wird die Tabellengröße bzw. Anzahl der benötigten Speicherplätze und damit der Adressbereich der Speichereinrichtung reduziert. Auch kann dadurch die Rechenzeit zur Berechnung der Ergebniswerte für die Tabelle reduziert werden, was wiederum die Verwendung rechenintensiverer Algorithmen ermöglicht. Da auch die Ergebniswerte selbst eine im Vergleich zu den Ausgangswerten reduzierte Stellenanzahl bzw. Bitbreite aufweisen, kann im Weiteren auch der Vergleich zwischen dem Ausgangswert und dem Ergebniswert vereinfacht werden, indem für den Vergleich nur eine der reduzierten Stellenanzahl des Ergebniswertes entsprechende Anzahl der höchstwertigsten Stellen des Ausgangswertes herangezogen wird.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die einzige Figur der Zeichnung Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung zur diversitären Signalwertberechnung zeigt.
Die vereinfacht als Blockschaltbild dargestellte Anordnung weist einen Sensor 1 auf, der ein analoges Messsignal 2, beispielsweise ein Durchflussmesssignal, liefert. Das Durchflussmesssignal 2 ist temperatur- und druckabhängig, was bei der weiteren Messsignalverarbeitung eine Berücksichtigung der beiden Parameter Temperatur und Druck erforderlich macht. Ein Temperatursensor 3 liefert ein analoges Temperaturmesssignal 4 und ein Drucksensor 5 ein analoges Druckmesssignal 6. Die Messsignale 2, 4, 6 werden in analogen Signalverarbeitungsstufen 7, 8, 9 vorverstärkt und ggf. gefiltert und anschließend in Analog-/Digital-Umsetzern 10, 11, 12 in digitale Werte 13, 14, 15 umgesetzt. Die Genauigkeit der Durchflussmesswerte 13 beträgt 10 Bit; die Genauigkeiten der Temperatur- und Druckmesswerte 14, 15 betragen jeweils 8 Bit. Aus den Werten 13, 14, 15 wird in einer Recheneinrichtung 16 mittels eines darin implementierten Rechenalgorithmus 17 ein Ausgangswert 18 mit 10-Bit-Genauigkeit berechnet, der den von den Temperatur- und Druckeinflüssen befreiten Durchfluss anzeigt.
Die 8 höchstwertigsten Stellen (Bits) des Wertes 13 und die 6 höchstwertigsten Bits der Werte 14 und 15 werden als 20-Bit-Adresse zum Adressieren von Speicherplätzen einer Speichereinrichtung 19 verwendet. Die Speicherplätze bilden in ihrer Gesamtheit eine Tabelle 20. Jede mögliche Kombination der in ihrer Bitbreite reduzierten Werte 13, 14, 15 adressiert jeweils einen Speicher- oder Tabellenplatz, in dem ein mit einem anderen Algorithmus als dem Rechenalgorithmus 17 einmalig für die betreffende Wertekombination berechneter Ergebniswert 21 mit einer Länge von 8 Bit abgespeichert ist.
Zur Überprüfung des mittels des Rechenalgorithmus 17 aus den Werten 13, 14, 15 berechneten Ausgangswertes 18 werden dessen 8 höchstwertigsten Bits in einer Vergleichseinrichtung 22 mit dem für diese Werte 13, 14, 15 vorausberechneten Ergebniswert 21 verglichen, wobei die Vergleichseinrichtung 22 eine Fehlermeldung 23 erzeugt, wenn die Abweichung zwischen dem Ausgangswert 18 und dem Ergebniswert 21 ein vorgegebenes Maß übersteigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- IEC 61508 [0002]

Claims

Verfahren zur diversitären Signalwertberechnung, bei dem – digitale Werte (13, 14, 15) mindestens zweier Signale (2, 4, 6) durch einen Rechenalgorithmus (17) zu einem Ausgangswert (18) verknüpft werden, – mit den digitalen Werten (13, 14, 15) auf eine Tabelle (20) zugegriffen wird, in der für verschiedene mögliche Kombinationen der digitalen Werte (13, 14, 15) einmalig vorausberechnete Ergebniswerte (21) enthalten sind, – der Ausgangswert (18) mit dem sich anhand der aktuellen Kombination der digitalen Werte (13, 14, 15) aus der Tabelle (20) entnehmbaren Ergebniswert (21) verglichen wird und – eine Fehlermeldung (23) erzeugt wird, wenn die Abweichung zwischen Ausgangswert (18) und Ergebniswert (21) ein vorgegebenes Maß übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung der Tabelle (20) und die aktuelle Ermittlung des Ergebniswertes (21) im Vergleich zur Verknüpfung der digitalen Werte (13, 14, 15) durch den Rechenalgorithmus (17) mit einer jeweils vorgegebenen Anzahl der höchstwertigsten Stellen der digitalen Werte (13, 14, 15) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Vergleich zwischen dem Ausgangswert (18) und dem Ergebniswert (21) nur eine vorgegebene Anzahl der höchstwertigsten Stellen des Ausgangswertes (18) herangezogen wird.
Anordnung zur diversitären Signalwertberechnung, mit – einer Recheneinrichtung (1) in der ein Rechenalgorithmus (17) zur Verknüpfung digitaler Werte (13, 14, 15) von mindestens zwei Signalen (2, 4, 6) zu einem Ausgangswert (18) implementiert ist, – einer Speichereinrichtung (19), deren Speicherplätze durch mögliche Kombinationen der digitalen Werte (13, 14, 15) adressierbar sind und für die Kombinationen vorausberechnete Ergebniswerte (21) enthalten, und – einer Vergleichseinrichtung (22), die dazu angeordnet und ausgebildet ist, den Ausgangswert (18) mit dem sich anhand der aktuellen Kombination der digitalen Werte (13, 14, 15) aus der Speichereinrichtung (19) entnehmbaren Ergebniswert (21) zu vergleichen und eine Fehlermeldung (23) zu erzeugen, wenn die Abweichung zwischen dem Ausgangswert (18) und dem Ergebniswert (21) ein vorgegebenes Maß übersteigt.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherplätze der Speichereinrichtung (19) nur mit einer jeweils vorgegebenen Anzahl der höchstwertigsten Bits der digitalen Werte (13, 14, 15) adressierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (22) dazu ausgebildet ist, für den Vergleich zwischen dem Ausgangswert (18) und dem Ergebniswert (21) nur eine vorgegebene Anzahl der höchstwertigsten Stellen des Ausgangswertes (18) heranzuziehen.