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Die
Erfindung betrifft ein schnelles Mensch-Maschinen-Interface nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Derartige
Mensch-Maschinen-Interfaces werden verwendet, um Industriesteuerungen
zur Ansteuerung einer Industriemaschine zu verwirklichen.
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Anzeigegeräte nach
dem Stand der Technik sind mit einem PC-Prozessorsystem via Leitungen für die Bilddaten
und die Zeigerpositionsdaten verbunden. An das PC-Prozessorsystem
ist meistens eine Industriesteuerung angeschlossen, die z. B. Zeigerpositionsdaten
des Anzeigegeräts
weiterverarbeitet.
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Zeigerpositionsdaten
werden mittels berührungssensitiven
Oberflächen
(Touch-Screen),
E (Elektrisch)-Feld Sensoren für
Gestenerkennung, Mauspads, Trackball, etc. gesteuert.
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Die
Zeigerpositionsdaten werden entweder im Betriebssystem des PC-Prozessorsystems
oder im BIOS des PC-Prozessorsystems verarbeitet, wobei die Daten
erst nach mehreren ms je nach Auslastung des Prozessorsystems für die nachgeschaltete Industriesteuerung
zur Verfügung
stehen.
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Eine
Reaktionszeit von mehreren ms ist für Echtzeitanforderungen bei
Industriesteuerungen zu lange, da nach dem Drücken bestimmter Tasten auf dem
Display eine sofortige Reaktion notwendig ist. Deshalb ist die lange
Reaktionszeit ein gravierender Mangel, basierend auf Display-Prozessorsystemen nach
dem Stand der Technik.
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Als
Beispiel wird hier angefügt,
wenn in einem Betätigungsmodul
eine Anzeigefläche
betätigt wird,
werden die Zeigerpositionsdaten von dem berührungsempfindlichen Bildschirm
an den Visualisierungsrechner übertragen,
dort werden diese Daten wie Zeigerpositionsdaten vom Betriebssystem
aufgenommen und nach entsprechender Verarbeitungszeit an die Visualisierungssoftware übergeben.
Die Visualisierungssoftware nimmt diese Zeigerpositionsdaten und
vergleicht sie in der Tabelle mit den Funktionen dieser Position
und der derzeitig aktiven Seite. Bei entsprechender Funktion einer
Taste wird diese Funktionsübergabe
von der Visualisierung über
einen entsprechenden BUS an die Steuerung vorgenommen. So ist die
Verarbeitungszeit für
eine derartige händische
Bedienung üblicherweise
deutlich zu lange.
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Nachteil
des Standes der Technik ist demzufolge, dass zwischen dem Prozessorsystem
für die Visualisierung
und dem Steuerungsprozessor für
die direkte Ansteuerung der Maschine ein Steuerkanal vorhanden ist, über den
die Steuerbefehle in langsamer Form übertragen werden. Dies liegt
daran, dass die Steuerbefehle erst über das Prozessorsystem der Visualisierung
laufen.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Mensch-Maschinen-Interface der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass eine wesentlich schnellere Übergabe
von Befehlen, die auf einer grafischen Betätigungs-Anzeigefläche erzeugt werden, an den
Steuerungsprozessor für
die Ansteuerung der Maschine übergeben
werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung wird es hierbei angestrebt, eine
zehnfach schnellere Datenübertragung
zu erzielen.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre
des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Die
Erfindung und somit der Hauptanspruch liegt nun darin, dass die
Zeigerpositionsdaten der Industriesteuerung direkt zur Verfügung stehen
und nicht der Umweg über
das PC-Prozessorsystem der Visualisierung gegangen wird.
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Um
den direkten Zeigerpositionsdaten-Zugang zu ermöglichen, besteht bei den Positionsleitungen
eine Abzweigung, die diese Daten der Steuerung bereit stellt.
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Die
Industriesteuerung kann die Datenpakete der Zeigerpositionsdaten
direkt einlesen und weiterverarbeitet. Durch das direkte Einlesen
der Zeigerpositionsdaten erhält
man Reaktionszeiten im ms Bereich, d. h. ein Betätigen einer Display-Taste wird
von der Industriesteuerung in nahezu Echtzeit registriert.
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Die
Zeigerpositionsdaten können
an die industrielle Steuerung basierend auf unterschiedlichen Bussystemen
wie z. B. CAN, Ethernet, EtherCAT, ProfiNET, Varan, Profibus übertragen
werden.
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Bei
multitouch-fähigen
Visualisierungen müssen
z. B. für
die Aktivierung eines bestimmten Vorgangs 2 Tasten gleichzeitig
gedrückt
werden. So wird verhindert, dass sicherheitsrelevante Vorgänge (z.
B. Schließen
einer Presse) mit nur einem Tastendruck möglich ist.
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Weiter
ermöglicht
die Anzeigeeinheit eine akustische oder eine taktile Rückmeldung
bzw. Rückmeldung.
Als taktile Wahrnehmung (von lat. tangere „berühren”) bezeichnet man eine Komponente
der haptischen Wahrnehmung von Lebewesen, durch die das Erkennen
von Vibrationen auf der Haut ermöglicht
wird. Nach dem Drücken
einer Tasten vibriert die Displayeinheit kurz. So erhält der Anwender
die Bestätigung,
dass die entsprechende Taste erfolgreich betätigt wurde.
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Der
wesentliche Unterschied der vorliegenden Erfindung gegenüber dem
Stand der Technik liegt demzufolge darin, dass ein Abzweigmodul
auf dem Kanal angeordnet ist, das zwischen der grafischen Betätigungs-Anzeigefläche und
dem Prozessorsystem für
die Visualisierung geführt
ist.
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Visualisierung
und Steuerungsprogramme können über entsprechende
Maßnahmen
(z. B. Prozessoren mit mehreren Kernen) realisiert sein. Der Umweg
der Datenübertragung über die
Visualisierung erzeugt auch dann eine lange Reaktionszeit.
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Somit
ist klargestellt, dass die Zeigerpositionsdaten, die früher – nach dem
Stand der Technik – zunächst über das
Prozessorsystem für
die Visualisierung übertragen
wurden und von dort aus auf den Steuerungsprozessor für die Ansteuerung
der Maschine übermittelt
wurden, nun nicht mehr in dieser Weise übertragen werden.
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Vielmehr
ist auf diesem Kanal, auf dem die Zeigerpositionsdaten übertragen
werden, ein sogenanntes Abzweigmodul vorhanden, welches den Datenverkehr
(die übertragenen
Zeigerpositionsdaten) sozusagen „abhört”.
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Die
Abzweigefunktion kann auch in die Schaltung der Zeigerpositionsdatenermittlung
(z. B. Touch Contoller) integriert werden.
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Dass
heißt,
die Zeigerpositionsdaten werden zwar nach wie vor noch über den
Kanal auf das Prozessorsystem für
die Visualisierung übertragen,
jedoch nicht nur ausschließlich – wie beim
Stand der Technik –,
sondern nur noch, um bestimmte Variablen im Prozessorsystem für die Visualisierung
zu erzeugen, z. B. um Darstellungen in der Betätigungs-Anzeigefläche im Betätigungsmodul
zu ändern.
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Die
eigentliche Übertragung
dieser Zeigerpositionsdaten erfolgt nun wesentlich beschleunigt durch
eine Umgehung des Prozessorsystems für die Visualisierung, nämlich über das
Abzweigmodul, welches diesen Kanal für die Übertragung der Zeigerpositionsdaten
abhört
und diese so abgehörten
Zeigerpositionsdaten unmittelbar über einen Zeigerpositionsdatenkanal
auf das Prozessorsystem für
die Maschinensteuerung überträgt.
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Ein
solcher Zeigerpositionsdatenkanal kann beispielsweise als Feldbus
oder sonstige serielle Schnittstelle ausgebildet sein, über den
eine besonders schnelle Datenübertragung
stattfindet.
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Damit
wird der wesentliche Vorteil erzielt, dass das Prozessorsystem für die Maschinensteuerung
(Steuerungsprozessor) unmittelbar die Zeigerpositionsdaten erhält, ohne
dass auf eine Übertragung
der Zeigerpositionsdaten von dem Prozessorsystem für die Visualisierung
gewartet werden muss.
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Damit
wird das Prozessorsystem für
die Maschinensteuerung wesentlich schneller mit den Zeigerpositionsdaten
versorgt.
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Dies
bedeutet, dass die Zeigerpositionsdaten direkt vorm Steuerungssystem
ausgewertet werden können
und festgestellt werden kann, ob eine entsprechende Maschinenfunktion
vorliegt und direkt an der Maschine ausgeführt werden kann.
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Es
bedarf also nicht mehr der Verarbeitung in einem Prozessorsystem
für die
Visualisierung, sondern es wird eine unmittelbare Beeinflussung
der Industriesteuerung durch die im Steuerungsprozessor direkt eingeschleusten
Zeigerpositionsdaten ermöglicht.
Damit ist eine vorher nicht bekannte Beschleunigung der Verarbeitung
der Zeigerpositionsdaten in der Industriesteuerung gegeben.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Patentansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich
der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere
erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es
zeigen:
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A:
ein Blockschaltbild einer Anordnung nach dem Stand der Technik
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1:
ein gegenüber A abgewandeltes Blockschaltbild
gemäß der Erfindung
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2:
ein Blockschaltbild bezüglich
des Abzweigmoduls
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3:
ein Blockschaltbild bezüglich
einer taktilen Rückmeldung
an dem Betätigungsmodul
für die
Betätigungs-Anzeigefläche
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Anhand
der A wird zunächst
die übliche Funktion
nach dem Stand der Technik erläutert
und im Vergleich zu der nachfolgend diskutierten 1 die
wesentlichen erfindungsgemäßen Unterschiede dargestellt.
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Nach
dem Stand der Technik gemäß A ist
in einem Betätigungsmodul 1,
welches beispielsweise als berührungsempfindlicher
Bildschirm ausgebildet ist, eine Betätigungs-Anzeigefläche 2 angeordnet.
Auf dieser Betätigungs-Anzeigefläche 2 werden
verschiedenen grafische Funktionen 3 in einem X-Y-Koordinatensystem
dargestellt und gleichzeitig werden auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm
eine Anzahl von Maschinentasten 4, 5, 6 dargestellt,
welche unmittelbar die Betätigung
von Maschinenfunktionen in der Maschine 18 bewirken sollen.
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Nach
dem Stand der Technik erfolgt die Betätigung der Funktionen in der
Maschine 18 dergestalt, dass beim Drücken einer Maschinentaste 4 die hieraus
ermittelte Position einem Controller 7 übergeben wird, der über einen
Kanal 8 die so ermittelte Position einem Prozessorsystem
für die
Visualisierung 10 zuführt.
Die Zeigerpositionsdaten über
den Kanal 8 werden dem Betriebssystem 13 zugeführt, es sie
seinerseits die Zeigerpositionsdaten der Visualisierungssoftware 12übergibt,
die unter Zuhilfenahme des Prozessorsystems 10 in einer
Zuordnungstabelle 11 ermittelt, welche Maschinentastenfunktion aktiviert
werden soll.
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Die
so ermittelte Maschinentastenfunktion wird als Steuerbefehl über den
Steuerkanal 14 dem Steuerungsprozessor 15 der
Maschine 18 zugeführt, welcher
Steuerungsprozessor 15 nun über ein Ablaufprogramm 16 unter
Kontrolle eines Echtzeit-Betriebssystems 17 den hierzu
erforderlichen Maschinensteuerbefehl erzeugt und über den
Steuerkanal 19 an die Maschine 18 überträgt.
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Aus
dem oben genannten Flusslauf der Steuerbefehle ergibt sich, dass
jeder Steuerbefehl von dem Visualisierungsprozessorsystem 10 errechnet
werden muss, sehr langsam auf den Steuerungsprozessor 15 für die Ansteuerung
der Maschine 18 übertragen
wird. Hier liegt der Nachteil des Standes der Technik, und die 1 zeigt
nun die wesentlichen Unterschiede zu dem Stand der Technik.
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Beiden
Ausführungsformen
ist auch noch gemeinsam, dass das Prozessorsystem für die Visualisierung
Bilddaten erzeugt, die über
einen Kanal 9 auf das Betätigungsmodul 1 für die Betätigungsanzeigefläche 2 zurückgeführt werden. Über diesen
Kanal 9 werden die Grafikdaten übertragen, die notwendig sind,
um die Betätigungs-Anzeigefläche 2 zu
betreiben und darzustellen.
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Der
Unterschied zwischen dem Stand der Technik nach A und 1 besteht
nun darin, dass auf dem Kanal 8 zur Übertragung der Zeigerpositionsdaten
ein Abzweigmodul 22 angeordnet ist, welches den Datenverkehr
auf diesem Kanal mithört und
die dort mitgehörten
Daten über
einen Zeigerpositionsdatenkanal 21 unmittelbar an den Steuerungsprozessor 15 überträgt.
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Damit
besteht der wesentliche Vorteil, dass im Prozessorsystem 10 für die Visualisierung
nicht mehr die Steuerbefehle selbst erzeugt und über einen Steuerkanal 14 übertragen
werden, sondern in diesem Prozessorsystem werden nur noch über einen
Informationskanal 20 Prozessvariablen ausgetauscht, wie
auch die Information, welche Seite der Betätigungs-Anzeigefläche gerade
aktiv ist.
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Damit
wird also nur eine Lagenzuordnung oder eine sehr schnell übertragbare
Variablenübertragung
vorgenommen, ohne dass die Steuerbefehle selbst übertragen werden müssen.
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Damit
wird eine wesentlich schnellere Übertragung
ermöglicht,
denn über
den Informationskanal 20 werden nur zeitunkritische Daten übertragen, während die
zeitkritischen Daten sozusagen direkt und ohne Zeitverzögerung über den
Zeigerpositionsdatenkanal 21 in Echtzeit übertragen
werden.
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Damit
besteht der Vorteil, dass nun die Zuordnungstabelle 11,
die bei dem Stand der Technik nach A in dem
Prozessorsystem 10 für
die Visualisierung angeordnet war, nun in dem Steuerungsprozessor 15 für die Maschinensteuerung
unmittelbar selbst angeordnet werden kann. Damit kann in dieser
Tabelle in Echtzeit angezeigt werden, welche Taste gedrückt wurde
und welche Funktion damit verbunden ist, um diese Information unmittelbar
in dem Steuerungsprozessor 15 einzuschleusen und für die Verarbeitung
der Maschinendaten zu berücksichtigen.
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Auf
diese Weise können
die in der Maschine 18 angeordneten Maschinenelemente 31, 32 wesentlich
schneller angesteuert werden, denn die Zeigerpositionsdaten werden
in Echtzeit über
den Zeigerpositionsdatenkanal 21 unter Umgehung des Prozessorsystems 10 für die Visualisierung übertragen.
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In 2 ist
beispielhaft eine Ausführungsform
dargestellt, wie ein solches Abzweigmodul 22 aufgebaut
sein könnte.
Hierbei ist die Erfindung jedoch nicht auf diese Darstellung beschränkt.
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Als
Ausführungsbeispiel
ist dargestellt, dass der Kanal 8 zweikanalig ausgebildet
ist, nämlich
in einen Kanal 8, der die Zeigerpositionsdaten von dem Betätigungsmodul 1 über das
Abzweigmodul 22 zum Prozessorsystem 10 für die Visualisierung überträgt und ferner
in einen Kanal 8a, über
den die Konfigurationsdaten, die von dem Prozessorsystem für die Visualisierung
erzeugt werden, dem Betätigungsmodul und
der Betätigungs-Anzeigefläche 2 zugeführt werden.
Damit werden die grafische Funktion 3 kalibriert. Vom berührungsempfindlichen
Bildschirm werden die X-Y-Daten kalibriert, um so einen Bezug zwischen
der grafischen Darstellung und der aktuellen Betätigung der Betätigungsanzeigefläche 2 herzustellen.
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Damit
wird eine Linearisierung und ein Offset für die Berührungspositionen auf der Betätigungs-Anzeigefläche 2 hergestellt.
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In 2 kommt
es auf den Kanal 8 darauf an, über den erfindungsgemäß die Zeigerpositionsdaten übertragen
werden. Eingangsseitig ist hierbei ein erster Verstärker 24 angeordnet,
an dessen Ausgang die Abzweigleitung 25 ansetzt. Jenseits
dieser Abzweigleitung 25 ist ein zweiter Verstärker 24a vorgesehen,
um eine Nachverstärkung
auf dem Kanal 8 zu bewerkstelligen.
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Es
findet hierbei eine Signalwandlung statt, wo z. B. von einem Signalpegel
einer RS 232-Signalleitung auf einen TTL-Pegel umgewandelt wird
und danach wieder auf den Signalpegel einer RS 232-Leitung.
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Gleiches
gilt im Übrigen
für den
anderen Kanal 8a, über
den die Konfigurationsdaten übertragen werden.
Hierbei werden die Verstärker 23, 23a verwendet.
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Über die
Abzweigleitung 25 werden die so „abgehörten” Zeigerpositionsdaten einem
seriell/parallel-Wandler zugeführt,
der nach der Parallelumwandlung der Daten diese in einen Microprozessor 27 einspeist,
der bevorzugt als Echtzeit-Prozessor ausgebildet
ist. Auf diese Weise wird eine besonders schnelle Verarbeitung dieser
Daten gewährleistet, die
nachfolgend von dem Microprozessor 27 auf ein nachgeschaltetes
Feldbus-Interface 28 gegeben werden. Am Ausgang des Feldbus-Interface 28 ist ein
an sich bekannter Feldbus 29 angeschlossen, der z. B. als
CAN-, als Ethernet, als Profi-Bus oder dergleichen ausgebildet sein
kann.
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Wichtig
ist demzufolge, dass der so konfigurierte Zeigerpositionsdatenkanal 21 als
Feld-Bus 29 ausgebildet ist, der eine besonders schnelle
Datenübertragung
gewährleistet.
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Der
Zeigerpositionsdatenkanal 21 kann hierbei entweder unidirektional
betrieben werden oder bidirektional. Die Erfindung ist auf beide
Ausführungsformen
gerichtet.
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Anhand
der 3 wird als bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt,
dass aufgrund der schnellen Zeigerpositionsdatenübertragung über den Zeigerpositionsdatenkanal 21 es
nunmehr möglich ist,
die in der Betätigungs-Anzeigefläche 2 angeordneten
betätigbaren
Maschinentasten 4, 5, 6 mit einer haptischen
Rückmeldung
zu versehen.
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Zu
diesem Zweck ist es nach 3 vorgesehen, dass das Betätigungsmodul 21 mit
Aktoren 30 verbunden ist, die eine mechanisch spürbare Rückmeldung
dann erzeugen, wenn eine der Maschinentasten 4–6 betätigt wurde
und eine Rückmeldung über den
Zeigerpositionsdatenkanal stattgefunden hat, so dass der Bediener
beim Drücken
der Maschinentaste 4–6 sicher
sein kann, dass der von ihm ausgelöste Befehl auch an der Maschine 18 angekommen
ist.
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Die
Anzeige ist auch multitouch-fähig.
Damit kann mehr als eine Berührung
des Bildschirmes erkannt werden, und somit kann auch das Drücken von zwei
oder mehr Maschinentasten auf diese Anzeige erkannt werden. Es können also
Kombinationen von Maschinentasten gedrückt werden, und auch diese Kombinationsbetätigungen
werden über
den Zeigerpositionsdatenkanal direkt auf den Steuerungsprozessor 15 übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungsmodul
- 2
- Betätigungs-Anzeigefläche
- 3
- Grafische
Funktion
- 4
- Maschinentasten
- 5
- Maschinentasten
- 6
- Maschinentasten
- 7
- Controller
- 8
- Kanal
(Zeigerpositionsdaten) 8a Konfiguration
- 9
- Kanal
(Bilddaten)
- 10
- Prozessorsystem
für Visualisierung
- 11
- Zuordnungstabelle
- 12
- Visualisierungssoftware
- 13
- Betriebssystem
- 14
- Steuerkanal
- 15
- Steuerungsprozessor
- 16
- Maschinenablaufprogramm
- 17
- Echtzeit-Betriebssystem
- 18
- Maschine
- 19
- Steuerkanal
- 20
- Informationskanal
(Prozessvariable)
- 21
- Zeigerpositionsdatenkanal
- 22
- Abzweigmodul
- 23
- Verstärker 23a
- 24
- Verstärker 24a
- 25
- Abzweigleitung
- 26
- Seriell/Parallel-Wandler
- 27
- Mikroprozessor
(Echtzeit)
- 28
- Feldbus-Interface
- 29
- Feldbus
- 30
- Aktor
- 31
- Maschinenelemente
- 32
- Maschinenelemente
