-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für eine technische
Anlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
-
Derartige
Steuerungsverfahren sind bekannt, beispielsweise aus der
DE 43 38 598 A1 .
-
Die
dort beschriebene Überwachungs-
und Regelungseinrichtung dient zur Überwachung von Produktionsanlagen.
Bei einer solchen räumlich
begrenzten Anlage sind die erforderlichen Rechnereinheiten an einem
Platz angeordnet. Daher wird beim Bekannten auch. davon ausgegangen,
dass nur eine Überwachungseinheit
geeignet sein kann, eine Überwachung
durchzuführen.
-
Am
verbreitetsten sind sogenannte 2-von-3-Systeme. In diesen Systemen
arbeiten drei Rechnereinheiten parallel mit den gleichen Eingabedaten
und vergleichen ihre Ausgabedaten miteinander. Wenn die Ausgabedaten
einer der Rechnereinheiten von den Ausgabedaten der beiden anderen Rechnereinheiten
abweichen, werden die abweichenden Ausgabedaten unterdrückt und
die aufgrund der Abweichungen als fehlerhaft erkannte Rechnereinheit
von der technische Anlage getrennt.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein weiteres Steuerungsverfahren
anzugeben, das insbesondere bei einer verteilten technischen Anlage
effizient arbeitet.
-
Die
Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 durch die Merkmalskombination des Kennzeichens des Patentanspruches
1 gelöst.
-
Es
wird der Vorteil erzielt, dass sich die Steuereinheiten und Überwachungseinheiten
gegenseitig auf Funktionsfähigkeit überwachen.
Es sind folglich weniger Rechnereinheiten als bisher notwendig.
Das ist besonders vorteilhaft, da die technische Anlage ein Fahrweg
für ein
spurgebundenes Fahrzeug ist, der sich über eine große Distanz
erstreckt. Schließlich
wird vorteilhaft die geeignete Steuereinheit aufgrund der Position
des Fahrzeugs auf dem Fahrweg ermittelt. Das Steuerungsverfahren
nach der Erfindung ist also besonders gut für einen Fahrweg eines schienengebundenen
Fahrzeuges geeignet.
-
Beispielsweise
ist die der Steuereinheit zugeordnete Ersatzeinheit eine der Überwachungseinheiten
und der Ersatzeinheit ist zur, Übernahme
von deren Überwachungsfunktion
im Fall eines Fehlers in der Steuereinheit eine Rechnereinheit als
Ersatzüberwachungseinheit
zugeordnet.
-
Nach
einem anderen Beispiel wird die Steuereinheit aufgrund vorbestimmter
Zustände
der technischen Anlage dynamisch bestimmt. Dann lässt sich die
technische Anlage besser steuern.
-
Die
Steuereinheit kann aber auch statisch bestimmt sein.
-
Da
bei einem Fahrweg für
ein spurgebundenes Fahrzeug, z.B. für eine Magnetschwebebahn, die
Rechnereinheiten, die für
das Steuerungsverfahren notwendig sind, räumlich verteilt angeordnet sind,
ist vorzugsweise jede der Rechnereinheiten nur mit einer vorbestimmten
Zahl von Rechnereinheiten direkt verbunden: Dadurch lässt sich
der Aufwand zum Erstellen der Kommunikationsverbindungen zwischen
den Rechnereinheiten minimieren. Für jede Steuereinheit werden
dann die Überwachungseinheiten,
die Ersatzeinheit, die Reserveüberwachungseinheit
und gegebenenfalls auch die Ersatzüberwachungseinheit aus der
Anzahl der mit der Steuereinheit direkt verbundenen Rechnereinheiten
bestimmt.
-
Die Überwachungseinheiten
können
von der der Steuereinheit zugeordneten Ersatzeinheit verschieden
sein. Es ist aber auch möglich,
daß die
Ersatzeinheit eine der Überwachungseinheiten
ist. In diesem Fall ist der Ersatzeinheit zur Übernahme von deren Überwachungsfunktion
im Fall eines Fehlers in der Steuereinheit eine Rechnereinheit als
Ersatzüberwachungseinheit
zugeordnet.
-
Weitere
Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels.
Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
-
1 einen
Fahrweg für
ein spurgebundenes Fahrzeug,
-
2 einen
Teil einer Vielzahl von Rechnereinheiten,
-
3 ein Überwachungsverfahren
und
-
4 und 5 Konfigurationen
von Rechnereinheiten.
-
1 zeigt
als Beispiel einer räumlich
verteilten technischen Anlage einen Fahrweg 1, für ein spurgebundenes
Fahrzeug 2, hier eine Magnetschwebebahn. Der Fahrweg 1 ist
in mehrere Abschnitte 3 aufgeteilt. Die Abschnitte 3 sind
in je zwei Blöcke 4, 4' aufgeteilt.
Jedem Block 4, 4' ist
eine Rechnereinheit 5, 5' zugeordnet. In der Regel ist eine Vielzahl
von Rechnereinheiten 5, 5' vorhanden. Die Vielzahl kann z.
B. 10, 20, 50 oder mehr betragen.
-
Jede
Rechnereinheit 5, 5' liest
Eingabedaten von dem Abschnitt 3 ein, dem sie zugeordnet
ist. Jede Rechnereinheit 5, 5' ist ferner in der Lage, Ausgabedaten
an den Abschnitt 3 auszugeben, dem sie zugeordnet ist.
Ferner sind die Rechnereinheiten 5, 5' in der Lage, über ein
nur schematisch dargestelltes Kommunikationsnetz 6 miteinander
zu kommunizieren.
-
Aufgrund
der räumlichen
Ausdehnung des Fahrwegs 1 sind auch die Rechnereinheiten 5, 5' räumlich verteilt
angeordnet. Darüber
hinaus ist jede der Rechnereinheiten 5, 5' nur mit einer
vorbestimmten Anzahl ihr benachbarter Rechnereinheiten 5, 5' direkt verbunden
ist. Die Anzahl ist in aller Regel kleiner als die Vielzahl von
Rechnereinheiten 5, 5'.
-
Um
das Fahrzeug 2 ordnungsgemäß über den Fahrweg 1 zu
führen,
ist dem Fahrzeug 2 eine der Rechnereinheiten 5, 5' als Steuereinheit 5a zugeordnet.
Im Normalbetrieb ist die steuernde Rechnereinheit 5a diejenige,
in deren Block 4a sich das Fahrzeug 2 momentan
befindet. Diese Rechnereinheit 5a wirkt also auf den ihr
zugeordneten Block 4a als einen Teil des Fahrwegs 1 steuernde
Rechnereinheit 5a.
-
Wenn
das Fahrzeug 2 einen Block 4, 4' verläßt und in
einen anderen Block 4, 4' eintritt, gibt die bisher als
Steuereinheit 5a ausgewählte
Rechnereinheit 5, 5' ihre
Funktion, als Steuereinheit 5a zu wirken, an die Rechnereinheit 5, 5' weiter, in
deren Block 4, 4' das
Fahrzeug 2 dann eintritt. Die Steuereinheit 5a wird
also aufgrund der Position des Fahrzeugs 2 auf dem Fahrweg 1 dynamisch
bestimmt. Allgemeiner ausgedrückt
erfolgt die Bestimmung der Steuereinheit 5a aufgrund vorbestimmter
Zustände
der technischen Anlage 1.
-
Die
beiden Rechnereinheiten 5, 5' eines Abschnitts 3 steuern,
wie bereits erwähnt,
im Normalbetrieb jeweils nur den ihnen zugeordneten Block 4, 4'. Eingabedaten
eines Blocks 4, 4' werden
aber auch an die andere Rechnereinheit 5, 5' dieses Abschnitts 3 eingegeben.
Ferner ermittelt auch die andere Rechnereinheit 5, 5' dieses Abschnitts 3 laufend
die auszugebenden Ausgabedaten. Die beiden Rechnereinheiten 5, 5' eines beliebigen
Abschnitts 3 können daher
im Fall eines Ausfalls einer der Rechnereinheiten 5, 5' als Steuereinheit 5a jederzeit
und sofort deren Funktion als Steuereinheit 5a übernehmen.
Sie sind sich daher gegenseitig als Ersatzeinheiten 5b zugeordnet.
-
Gemäß 2 beträgt Anzahl
der direkt mit einer der Rechnereinheiten 5, 5' direkt verbundenen Rechnereinheiten 5, 5' sechs, und
zwar jeweils drei nach links und rechts. Die ge strichelten Linien
in 2 sollen dabei die Grenzen von Abschnitt 3 zu Abschnitt 3 bedeuten.
Es ist also jede Rechnereinheit 5, 5' eines Abschnitts 3 mit
jeder Rechnereinheit 5, 5' der diesem Abschnitt 3 unmittelbar
benachbarten Abschnitte 3 direkt verbunden.
-
Wenn
eine dieser Rechnereinheiten 5, 5' die Steuereinheit 5a ist,
befindet sich unter den direkt mit der Steuereinheit 5a verbundenen
Rechnereinheiten 5, 5' stets auch die Ersatzeinheit 5b.
Ferner sind der Steuereinheit zwei der direkt mit der Steuereinheit 5a verbundenen
Rechnereinheiten 5, 5' als Überwachungseinheiten 5c, 5d zugeordnet.
-
Gemäß 3 überwachen
sich die Steuereinheit 5a und die Überwachungseinheiten 5c, 5d gegenseitig
auf Funktionsfähigkeit.
Die Überwachung erfolgt
dabei dadurch, daß sich
die Steuereinheit 5a und die Überwachungseinheiten 5c, 5d gegenseitig periodisch „Lebensmeldungen", z. B. Ergebnisse
von Testrechnungen oder über
GPS (= global positioning system) empfangene Zeitangaben usw., übermitteln. Ein
gegenseitige Übermittlung
der vollständigen
Ein- und/oder Ausgabedaten hingegen ist nicht erforderlich. Die
Steuereinheit 5a und die Überwachungseinheiten 5c, 5d ermitteln
dann jeweils für
sich, ob die „Lebensmeldungen" in Ordnung sind
oder nicht.
-
Wenn
die Überwachungseinheiten 5c, 5d einen
Fehler in der Steuereinheit 5a ermitteln, melden sie dies
unabhängig
voneinander an die Ersatzeinheit 5b. Diese übernimmt
die Funktion der der Steuereinheit 5a dann und nur dann,
wenn ihr von beiden Überwachungseinheiten 5c, 5d ein
Fehler in der Steuereinheit 5a übermittelt wird. Im Falle eines
Fehlers in der Steuereinheit 5a wird diese somit durch deren
Ersatzeinheit 5b ersetzt.
-
Wenn
die Steuereinheit 5a und eine der Überwachungseinheiten 5c, 5d einen
Fehler in der anderen der Überwachungseinheiten 5c, 5d ermitteln,
melden sie dies unabhängig
voneinander an eine weitere Rechnereinheit 5e. Die weitere
Rechnereinheit 5e wird nachfolgend als Reserveüberwachungseinheit 5e bezeichnet.
Die Reserveüberwachungseinheit 5e befindet
sich ebenfalls unter den direkt mit der Steuereinheit 5a verbundenen
Rechnereinheiten 5, 5'.
-
Die
Reserveüberwachungseinheit 5e übernimmt
die Überwachungsfunktion
der als fehlerhaft erkannten Überwachungseinheit 5c, 5d dann
und nur dann, wenn ihr von der Steuereinheit 5a und von
der ordnungsgemäß arbeitenden Überwachungseinheit 5c, 5d ein
Fehler in der anderen der Überwachungseinheiten 5c, 5d übermittelt
wird. Im Falle eines Fehlers in einer der Überwachungseinheiten 5c, 5d wird diese
somit bezüglich
ihrer Überwachungsfunktion durch
die Reserveüberwachungseinheit 5e ersetzt.
-
Die
Ersatzeinheit 5b kann gemäß 3 eine der Überwachungseinheiten 5c, 5d sein.
In diesem Fall kann die Ersatzeinheit 5b in ihrer Funktion
als Überwachungseinheit 5c, 5d nicht
nur durch einen Eigenfehler ausfallen, sondern auch dadurch, daß sie aufgrund
eines Fehlers in der Steuereinheit 5a deren Funktion übernehmen
muß. Falls
die Ersatzeinheit 5b eine der Überwachungseinheiten 5c, 5d ist,
ist der Ersatzeinheit 5b daher zur Übernahme von deren Überwachungsfunktion
eine Rechnereinheit 5, 5' als Ersatzüberwachungseinheit 5f zugeordnet. Auch
die Ersatzüberwachungseinheit 5f ist
mit der Steuereinheit 5a direkt verbunden. Die Ersatzüberwachungseinheit 5f kann
die Reserveüberwachungseinheit 5e sein.
Es kann aber auch eine andere Rechnereinheit 5, 5' als Ersatzüberwachungseinheit 5f bestimmt
werden.
-
Gemäß 4 sind
der Steuereinheit 5a als Überwachungseinheiten 5c, 5d je
eine der Rechnereinheiten 5, 5' eines benachbarten Abschnitts 3 zugeordnet.
In diesem Fall kann bei einem Fehler in der Steuereinheit 5a oder
einer der Überwachungseinheiten 5c, 5d die
als fehlerhaft erkannte Rechnereinheit 5a, 5c bzw. 5d jeweils
durch die andere Rechnereinheit 5, 5' des Abschnitts 3 ersetzt
werden, dem die als fehlerhaft erkannte Rechnereinheit 5a, 5c bzw. 5d zugeordnet
ist.
-
Gemäß 5 sind
der Steuereinheit 5a als Überwachungseinheiten 5c, 5d ihre
Ersatzeinheit 5b und eine der Rechnereinheiten 5, 5' eines benachbarten
Abschnitts 3 zugeordnet. Wenn die Steuereinheit 5a als
fehlerhaft erkannt wird, übernimmt
die bisherige Ersatzeinheit 5b deren Funktion und gibt
ihre eigene bisherige Überwachungsfunktion
an die Ersatzüberwachungseinheit 5f ab.
Wenn die Ersatzeinheit 5b als fehlerhaft erkannt wird, übernimmt
die ihr zugeordnete Reserveüberwachungseinheit 5e deren Überwachungsfunktion.
Wenn die andere Überwachungseinheit,
z. B. 5d, als fehlerhaft erkannt wird, übernimmt die ihr zugeordnete
Reserveüberwachungseinheit 5e deren Überwachungsfunktion.
-
Die
Aufgabe beider Reserveüberwachungseinheiten 5e und
der Ersatzüberwachungseinheit 5f ist
gemäß 5 beispielhaft
der Ersatzeinheit der Überwachungseinheit 5d zugeordnet.
In diesem Fall wird für
die Realisierung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens nur
die minimale Anzahl von insgesamt vier Rechnereinheiten 5, 5' benötigt.