DE29623758U1

DE29623758U1 - Fehlerdiagnose-System und Anordnung

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Publication number: DE29623758U1
Application number: DE29623758U
Authority: DE
Original assignee: Baumueller Anlagen Systemtechnik GmbH and Co
Current assignee: Baumueller Anlagen Systemtechnik GmbH and Co
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2006-04-16

Description

Fehlerdiagnose-System, und -Anordnung

Die Erfindung betrifft eine Rechner-Anordnung sowie ein rechnergestütztes System zur Fehlerdiagnose und/oder -Analyse eines oder mehrerer technischphysikalischer Prozesse, insbesondere elektrischer Antriebsvorgänge, die unter der Steuerung, Regelung und/oder Überwachung durch einen oder mehrere Prozeßrechnerknoten ablaufen.

Aufgrund des inzwischen erreichten Entwicklungsstandes in der technischen

&iacgr;&ogr; Informatik sind schnelle Mikroprozessorsysteme in der Lage, das Management der Steuerungs- und Regelungstechnik sowie der Informationsübertragung zu übernehmen. Dieser bereits vorhandene Automatisierungsgrad bringt eine Komplexität der Produktionsanlagen und -statten mit sich, die zur Wartung und Reparatur Spezialisten erfordert, denen als Werkzeuge entsprechend komplexe Fehlersuchmittel zur Verfügung stehen müssen. Denn mit hochgradig automatisierten Produktionsanlagen werden inzwischen Bahngeschwindigkeiten von 10 Meter pro Sekunde erreicht, wobei mehr als tausend Informationsdaten innerhalb weniger Millisekunden anfallen und verarbeitet werden müssen. Dazu sind spezielle Meßeinrichtungen mit extrem hohen Auflösungen einzusetzen.

Diese ist erforderlich, um bei den sehr hohen Geschwindigkeiten noch die geforderte Genauigkeit einzelner Antriebskomponenten zueinander (die Antriebe wirken beispielsweise auf das gleiche bahnartige Medium, ohne miteinander mechanisch verbunden zu sein) zu erreichen. Ebenso wichtig wie die dynamischen Signale sind die Informationen der Überwachungseinrichtungen, von denen es sehr viele an einer Produktionsanlage geben kann. Sie haben die Aufgabe, Mensch und Maschine weitestgehend vor Gefahren zu schützen sowie gefährliche oder wartungsbedürftige Zustände an Anlagen bzw. Anlagenteilen anzuzeigen und gegebenenfalls die Produktion zu unterbrechen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Fehler-Diagnose und -Analysesystem zu entwickeln, das nicht nur Informationen zum aktuellen Status einer komplexen, rechnergestützten Produktionsanlage bereithalten kann,

sondern bei Ausfällen auch eine Ursachenermittlung ermöglicht und unterstützt. In dieser Hinsicht muß das Diagnose-System ferner in der Lage sein, historische bzw. zeitlich zurückliegende Daten zu speichern und für die Zukunft bereitzuhalten. Trotz Speicherung großer Datenmengen unterschiedlichster Eigenschaften darf dabei der technische Prozeß sowie die diesen begleitenden Prozeßrechner nicht so spürbar belastet werden, daß dadurch die technischen Prozesse beeinflußt und unzulässig verändert sowie die Verarbeitungsprozesse verlangsamt würden. Die anfallenden Prozeßdaten müssen in Echtzeit- und im Online-Betrieb auswertbar und im Fall einer Unregelmäßigkeit vor deren Auftreten &iacgr;&ogr; analysierbar sein.

Zur Lösung dieses Aufgabenkomplexes wird bei einer Anordnung mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß über wenigstens einem gemeinsamen Bus die Prozeßrechnerknoten mit wenigstens einem Diagnoserechnerknoten verbunden sind, in dem eine oder mehrere Diagnosedienste und/oder Funktionen implementiert sind, die dem oder den Prozessen und/oder dem oder den Prozeßrechnerknoten und/oder den darin ablaufenden Verarbeitungsprozessen zugeordnet sind. Die Prozeßrechnerknoten sind, wenn sie parallel und/oder gleichzeitig ablaufende technische Prozesse zu begleiten und/oder zu kontrollieren haben, in der Regel mit einem gemeinsamen Bus-System verbunden. An diesen läßt sich leicht noch ein zusätzlicher Rechnerknoten ankoppeln, der dann die Diagnosedienste und/oder -funktionen vollziehen kann. Beispielsweise können dann die Prozeßrechnerknoten bei Bedarf Diagnosedienste vom Diagnoserechner in Anspruch nehmen. Da bei der digitalen rechnergestützten Begleitung und Kontrolle technischer Prozesse die Verarbeitung der Daten für die Steuerung, Regelung und Visualisierung weitestgehenst digital erfolgt, können diese ohnehin vorhandenen digitalen Prozeßdaten mit der Erfindung effizient zur Analyse und Fehlerdiagnose ausgenutzt werden. In dem Diagnoserechner können, ähnlich eines &ldquor;Werkzeugkoffers", die Module zumindest teilweise enthalten sein, die das Analysieren der Zustände der Produktionsanlagen, angepaßt an den jeweiligen Automatisierungsgrad, ermöglichen. Ferner ist mit der Anschaltung des

Diagnoserechners als in sich autarkes System nur eine minimale Belastung der bereits arbeitenden Rechnerarchitekturen vor allem hinsichtlich ihres Arbeitsspeichers verbunden. Zweckmäßig können die Diagnosedienste und funktionen auch auf Diagnoserechner- und Prozeßrechnerknoten verteilt ablaufen, so daß sich die volle Rechenleistung aller angeschlossenen Rechnerknoten nutzen läßt.

Bei mikroprozessorgesteuerten Systemen ist es anzustreben, wesentliche internationale Vorschriften und Richtlinien einzuhalten. Dies trifft insbesondere auf

&iacgr;&ogr; die Kommunikation unterschiedlicher autonomer Systeme zu. Darin sind entsprechende Nachrichten, Übermittlungsprotokolle und Feldbussysteme integriert. Im Antriebsbereich sind schnelle Feldbussysteme mit Bus-Topologien leistungsfähiger Rechnernetze zu verbinden. Insbesondere mit an sich bekannter Direktantriebstechnik hat sich ein hochdynamisches Antriebskonzept durchgesetzt. Dazu ist die Ankopplung des erfindungsgemäßen Diagnoserechners ohne weiteres möglich. Mit diesem können relevante analoge und digitale Daten auch direkt aus dem technischen Prozeß beispielsweise über Analog-Digitalwandler selbstständig aufgezeichnet werden. Es können Strategien und Algorithmen implementiert sein, die ein sicheres Erkennen von Störungen gewährleisten. Die Prozeßrechnerknoten sind aufgrund der Bus-Kompatibilität vom Diagnoserechnerknoten ansprechbar. Bei notwendigem Baugruppenwechsel in einem Prozeßrechnerknoten lassen sich die aktuellen Softwareparameter mittels Download auch dem Diagnoserechner eingeben. Mittels grafischer Bedienoberfläche ist eine einfache Bedienung des Diagnoserechners gewährleistet. Darin können Userbereiche mit Passwortschutz konfigurierbar sein.

Mit besonderem Vorteil ist der Diagnoserechner dem oder den Prozeßrechnern im Rahmen einer Master/Slave-Hierarchie übergeordnet. Damit kann der Diagnoserechner mit Priorität gegenüber den meisten sonstigen Verarbeitungsprozessen in den Prozeßrechnern beispielsweise sicherheitsrelevante Prozeßdaten zu jedem Zeitpunkt anfordern.

Nach einer anderen Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Diagnoserechner mit einer oder mehreren feldorientierten Schnittstellen, beispielsweise Analog/Digitalwandler, Impulszähler und/oder Binärschalter versehen. Dies kann durch Einbau einer Mikrocontrollerkarte bzw. eines Mikrocontrollernetzes (optional und anwenderspezifisch) erfolgen, die bzw. das für direktes Einlesen von analogen und digitalen Meßwerten vorgesehen ist. Als Übertragungsmedium können dabei störungssichere Lichtwellenleiter dienen.

Zur Lösung des oben genannten Aufgabenkomplexes wird bei einem

&iacgr;&ogr; rechnergestützten System zur Fehlerdiagnose mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Nachrichterservermodul vorzusehen, das über auf den Diagnose- und Prozeßrechnerknoten implementierte Nachrichtenprotokolltreiber Prozeßdaten aus dem Prozeßrechnerknoten wiederholt ausliest, und daß ferner ein Datenbankmodul vorgesehen ist, das die vom Nachrichtenservermodul erhaltenen Daten für den späteren Zugriff durch das Nachrichtenservermodul speichert und/oder archiviert, wobei das Bedienmodul mit dem Nachrichtenservermodul und dem Datenbankmodul zumindest teilweise unter der Kontrolle des Betriebssystems im Diagnoserechnerknoten kommuniziert. Mit dem Zusammenspiel des Nachrichtenservermoduls und des Datenbankmoduls ist eine Möglichkeit geschaffen, prozeßrelevante Daten insbesondere in Echtzeit mitzuprotokollieren. Daraus läßt sich im Nachhinein die Ursache für etwaige Störungen und Ausfälle und Schadensfälle objektiv ermitteln. Aufgrund der Nachrichtenprotokolltreiber auf Diagnose- und Prozeßrechnerknoten, die gegebenenfalls durch Echtzeit-Datenkanäle ergänzt sein können, ergibt sich für das Nachrichtenservermodul ein ständiges Überwachungsauge in jedem Prozeßrechnerknoten.

Um die Steuerung und Administration für die Archivierung von Prozeßdaten in dem Datenbankmodul zu gewährleisten, ist mit besonderem Vorteil ein mit dem Datenbankmodul und/oder dem Nachrichtenservermodul zusammenwirkendes Parametriermodul vorgesehen, das zur Identifikation und/oder Interpretation der vom Nachrichtenservermodul aus den Prozeßrechnerknoten gelesenen

Prozeßdaten und/oder zur Steuerung von deren Ablage und/oder Verwaltung und/oder Ausgabe im/aus dem Datenbankmodul ausgelegt ist. Dieses Parametriermodul kann gleichsam das Steuerwerk für die Datenbank und/oder auch für den Nachrichtenserver bilden. Vorzugsweise ist es ausschließlich über das Betriebssystem konfigurierbar, so daß Kundenbenutzer nicht darauf ohne weiteres zugreifen können. Gleichzeitig ergibt sich eine übersichtliche Aufteilung der anfallenden Informationen derart, daß im Datenbankmodul ausschließlich Prozeßdaten und im Parametriermodul ausschließlich Steuerparameter für die Behandlung der Prozeßdaten abgelegt sind. Mit dem Parametriermodul lassen &iacgr;&ogr; sich insbesondere das Nachrichtenservermodul, das Datenbankmodul und/oder die Prozeßrechnerknoten für verschiedenste Zwecke konfigurieren und nutzen. Selbst die Art und Weise der Meldung von Ausfällen, Störungen oder Änderungen im technischen Prozeß läßt sich über den Parametriermodul einstellen (Meldungsparametrierung).

Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn Nachrichtenservermodul und Datenbankmodul direkt miteinander kommunizieren, und das Parametriermodul direkt nur auf den Datenbankmodul einwirkt. Alternativ ist es denkbar, daß der Nachrichtenserver auch direkt Steuersignale und Informationen vom Parametriermodul empfängt. Nach einer weiteren Alternative ist das Datenbankmodul lediglich mit dem Parametriermodul verbunden, das seinerseits dann auch direkt mit dem Nachrichtenserver kommuniziert.

Damit bei technischen Prozessen mit hoher Dynamik, insbesondere bei hochdynamischen Antriebsvorgängen, die Diagnose von Fehlern und die Ursachenermittlung korrekt erfolgen kann, ist es von Vorteil, wenn das Betriebssystem für Multitasking ablaufen kann (beispielsweise durch Verwendung von WINDOWS NT). Für Anwendungen des Diagnosesystems, bei denen keine Direktantriebstechnik zu diagnostizieren ist, kann gleichwertig das Betriebssystem WINDOWS 3.1 ohne Multitasking eingesetzt werden.

• ·

Damit über das Nachrichtenservermodul in Verbindung mit dem Datenbank- und Parametriermodul Störungen erkannt werden, ist es zweckmäßig, mit diesen Modulen gekoppelte Tabellen zum Vergleich von alten und neuen Prozeßdaten gleichen Typs anzulegen. Wird eine Störung erkannt, kann vom Parametriermodul aus die Zuweisung eines Echtzeit-Datenkanals (Real-Time Pipe) an den von der Störung betroffenen Prozeßrechnerknoten erfolgen. Über das Nachrichtenservermodul läßt sich dann das Auslesen dieses Echtzeit-Datenkanals anstoßen, und die ausgelesenen Prozeßdaten werden in der Datenbank für die spätere Auswertung und Ursachenermittlung abgespeichert.

Der Realisierung der Echtzeit-Datenkanäle können an sich bekannte Pufferspeicher oder Warteschlangen dienen, die im Diagnose- und/oder Prozeßrechnerknoten physikalisch abgelegt sind.

Zur Lösung des eingangs genannten Aufgabenkomplexes wird bei einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen unter Verwendung des zuvor erläuterten Diagnose-Systems vorgeschlagen, daß das Nachrichtenservermodul wiederholt von dem Prozeßrechnerknoten Kennwerte und sonstige Daten, welche die technisch-physikallischen Prozesse und/oder Verarbeitungsprozesse charakterisieren, anfordert und einliest und diese neuen Prozeßdaten mit dem auf vorausgegangene Prozeßdaten gleichen Typs basierenden Prozeßabbild aus dem Datenbankmodul vergleicht, und im Falle von Änderungen und/oder Störungen ein aktualisiertes Prozeßabbild generiert und in das Datenbankmodul eingetragen wird, sowie ein Anzeigeprogramm in Verbindung insbesondere mit dem Bedienmodul und/oder einem bedienerorientierten Prozeßrechnerknoten, beispielsweise Leitstandsrechner, parametrisiert wird. Jede Änderung, jedenfalls wenn sie nicht vorab spezifiziert ist, löst also eine Aufzeichnung von Daten entsprechend den Prozeß- bzw. Verarbeitungsprozeßsignalen in die Datenbank aus. Die Änderung oder auch Störung wird durch ständigen, vorzugsweise zyklischen AIWNeuvergleich gleichartiger Prozeßdaten erkannt, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten vom Nachrichtenserver angefordert wurden. Bei diesem Konzept wird der Vorteil erzielt, daß die Speicherkapazität des Diagnose-

Systems nur dann außerordentlich belastet wird, wenn ungewollte Änderungen oder Störungen, die nicht dem spezifizierten Normalverlauf des Prozesses entsprechen, auftreteten. Alle nacheinander anfallenden Prozeßdaten brauchen jedenfalls nicht abgespeichert zu werden; eine die Historie bildende Serie von Prozeßdaten wird nur dann gespeichert beibehalten, wenn sie zur Ermittlung der Ursache von Störungen benötigt wird, die bei oder unmittelbar nach dieser Serie aufgetreten sind.

Aufgrund der hohen Anforderungen an die Schnelligkeit der Datenübetragung ist &iacgr;&ogr; es zweckmäßig, die Prozeßdaten zwischenzuspeichern, sei es in einer Pipe, Warteschlange, Tabelle oder dergleichen. Vor allem ein Tabellenmodul eignet sich dazu, den genannten AIWNeuvergleich zwischen frisch angeforderten und älteren, in der Datenbank archivierten Prozeßdaten durchzuführen.

Nach einer anderen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Parametriermodul des Diagnose-Systems dazu verwendet, die Bus-Adressen, Typ, Identifikationsangaben, interne Bezeichnungen, Überwachungsflag und dergleichen jeweils spezifisch für die Prozeßrechnerknoten bereitzuhalten für den Zugriff durch das Datenbank- und/oder Nachrichtenservermodul. Insbesondere kann das Parametriermodul dazu verwendet werden, dem Datenbank- und/oder Nachrichtenservermodul die Angaben zu machen bzw. die Parameterwerte zu liefern, die für die Änderungs- und/oder Störungserkennung der neu eingelesenen Prozeßdaten mit den historischen Prozeßdaten notwendig sind. Dies kann beispielsweise über Zeiger- oder indirekte Adressierung erfolgen: Wird beispielsweise aus einem Prozeßrechnerknoten, der direkten Zugriff auf die Drehzahl eines Elektroantriebs hat, ein Prozeßdatum für die aktuelle Drehzahl angefordert, können vom Nachrichtenservermodul gleichzeitig über Zeiger-Adressierung oder relative Adressierung indirekt auf Informationen bzw. Parameterwerte für zulässige Grenzwerte der Drehzahlhysterese zugegriffen werden. Von diesen Parameterwerten kann das Datenbankmodul und/oder der Parametriermodul selbst dann entlastet sein, was deren Speicherkapazität förderlich ist.

Der nachträglichen, objektiven Erforschung von Ursachen für aufgetretene Störungen dient es, wenn nach einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Diagnose-Systems mit Echtzeit-Datenkanälen bei Erkennung von Änderungen oder Störungen durch das Nachrichtenserver- und/oder Parametriermodul dem oder den betroffenen Prozeßrechnerknoten je ein Echtzeit-Datenkanal zugewiesen wird, der in das Datenbankmodul für die spätere, nachträgliche Auswertung einmündet. Dabei ist es von Vorteil, wenn in einem solchen Störungsfall der Echtzeit-Datenkanal &iacgr;&ogr; Priorität gegenüber sonstigen Datenübertragungsprozessen auf der Basis von Warteschlangen oder Pufferspeichern besitzt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:

Fig. 1 in schematisch-grafischer Darstellung die Grobstruktur einer frei

konfigurierbaren Diagnoseanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Software-Strukturbild für das frei

konfigurierbare Diagnosesystem nach der Erfindung, und

Fig. 3 ein vereinfachtes Flußdiagramm des Diagnoseverfahrens nach der

Erfindung.

Gemäß Fig. 1 sind an einem ersten Bus 1 zwei gegebenenfalls zueinander redundante Leitstand-Prozeßrechner 2a, 2b, zwei gegebenenfalls auch zueinander redundante Steuerprozeßrechner 3a, 3b sowie eine Mehrzahl Feldprozeßrechner 4a, 4b, 4c, 4d, 4e parallel angeschaltet. Die Steuerprozeßrechner 3a, 3b sind vorzugsweise frei programmierbar ausgelegt. Die Feldprozeßrechner 4a - 4e zeichnen sich durch direkte Zugriffsmöglichkeiten

auf technisch-physikalisch Prozesse aus beispielsweise auf die Antriebsvorgänge von Elektromotoren 5 mit vorgeschalteten Umrichtergeräten 6. Die Feldprozeßrechner 4a - 4e sind den Steuerprozeßrechnern 3a, 3b, welche die globalen Steuerungs- und Regelstrategien liefern, sowie den Leitstand-Prozeßrechnern 2a, 2b hierarchisch untergeordnet. Ein Diagnoserechner 7 ist über einen zweiten Bus 8 unmittelbar mit den Leitstand-Prozeßrechnern 2a, 2b verbunden. Über diese kann der Diagnoserechner 7 mittelbar auch mit den Steuerprozeßrechnern 3a, 3b kommunizieren. Alternativ ist es denkbar, daß der Diagnoserechner über ein an sich bekanntes Dual-Port-RAM mit dem oder den

&iacgr;&ogr; Steuerprozeßrechnern 3a, 3b kommuniziert. Zweckmäßig arbeitet der zweite Bus 8 an, dem die Leitstand-Prozeßrechner 2a, 2b und der Diagnoserechner 7 parallel angeschaltet sind, nach dem an sich bekannten Standardprotokoll TCP/IP (Transport Control Protocol/Interface Program). Zu dem zweiten Bus 8 sternartig angeordnet ist noch ein dritter Bus 9, der beispielsweise als serieller Feldbus nach dem Standard RS 485 ausgeführt sein kann. Daran parallel angeschaltet sind die Feldprozeßrechner 4a - 4e. Über den zweiten und dritten Bus 8, 9, die in dem Diagnoserechner 7 sternartig zusammenlaufen, ist dieser den sonstigen Prozeßrechnern 2a - 4e in einem Hierarchieverhältnis nach dem Master/Slave-Prinzip übergeordnet. Ferner ist der Diagnoserechner 7 mit einem ISDN (Intergrated Service Digital Network)-Anschluß 10 versehen, wodurch die Möglichkeit einer Ferndiagnose gegeben ist.

Grundsätzlich ist das frei konfigurierbare Diagnosesystem gemäß Fig. 2 zur

Erfüllung folgender Anforderungen ausgelegt:
25

selbstständiges Aufzeichnen relevanter, digitaler Prozeßdaten sowie auch analoger Meßwerte über Analog-Digitalwandler unmittelbar von den technischen Prozessen

- sicheres Erkennen von Störungen nicht nur in den technischen

Prozessen, sondern auch in den Verarbeitungsprozessen der
zugeordneten Prozeßrechnerknoten

Abholung aller relevanten Prozeßdaten der angeschlossenen Prozeßrechnerknoten über den oben angesprochenen Echtzeit-Datenkanal, wenn Anlagenstörungen vorliegen

Ansprechbarkeit aller Prozeßrechnerknoten innerhalb der Systemanordnung (Fig. 1) insbesondere über das Master/Slave-Verhältnis zwischen Diagnoserechner und Prozeßrechnerknoten

&iacgr;&ogr; - bei notwendigem Baugruppenwechsel im System Übergabe der

aktuellen Softwareparameter mittels Download

Anbindung des Diagnosesystems gemäß Fig. 2 an das öffentliche Telefonnetz beispielsweise mittels Modem oder dem ISDN-Anschluß 10 gemäß Fig. 1

einfache Bedienung des Diagnosesystems mittels grafischer Bedieneroberfläche

- Konfigurierbarkeit von User-Bereichen mit Passwordschutz

konfigurierbare Client/Server-Struktur

Bereitstellung konfigurierbarer Datenlisten.

Zur Erfüllung dieses Anforderungsprofils dienen die in Fig. 2 gezeigten Softwaremodule, dargestellt in einer vereinfachten Übersicht. Dabei gliedern sich die wesentlichen Module in das Betriebssystem 11 mit modular aufgebauten Protokolltreibern 12, dem Message bzw. Nachrichten-Server 13, dem Bedienmodul 14 und der relationalen Datenbank 15. Der mit dem seriellen Bus 9 verbundene Protokolltreiber 12a stellt eine universelle serielle Schnittstelle (USS)

• ·

dar, wie es Standard ist. Der weitere Protokolltreiber 12b, der einem Fernservice bzw. einer Ferndiagnose 16 dient, ist ein Submodul des Betriebssystems &ldquor;WINDOWS NT 3.51", bekannt unter der Bezeichnung &ldquor;RAS" (Remote Access Service). Der dritte Protokolltreiber 12c, der der Nachrichtenübermittlung mit dem Fremdsystem 17 über dem zweiten BUS 8 (vgl. Fig. 1) dient, ist bereits oben anhand von Fig. 1 erläutert. Der zweite Protokolltreiber 12b (RAS) arbeitet, wie an sich bekannt, mit einem Modem. Als Netzwerk-Verknüpfung oder -erstreckung für das Diagnosesystem 18 zum Fremdsystem 17 (beispielsweise die Prozeßrechner 2a - 4e gemäß Fig. 1) kann das an sich bekannte Ethernet dienen. Als

&iacgr;&ogr; Kommunikationsverbindung 19 zwischen dem Betriebssystem 11 und dem Nachrichtenserver 13 wird zweckmäßig eine an sich bekannte Laufzeitbibliothek (DLL - Dynamic Library Link) verwendet. Als Kommunikationsverbindung 20 zwischen dem Nachrichtenserver 13 und dem Bedienmodul 14 dient eine dynamische Programmkommunikation zwischen Anwendungen (DDE - Dynamic Date Exchange). Dem Informationsaustausch zwischen der Datenbank 15 einerseits und dem Nachrichtenserver 13 bzw. Bedienmodul 14 andererseits dienen je eine Kommunikationsverbindung 21 bzw. 22, die mit einer Datenmanipulationssprache für das Wiederauffinden und für den Änderungsdienst einer relationalen Datenbank (SQL) arbeiten. Mit besonderem Vorteil ist noch ein Parametrierungsmodul 23 vorgesehen, das mit der Datenbank 15 in einer Kommunikationsverbindung 24 steht, die ebenfalls nach SQL arbeitet. Alternativ oder zusätzlich kann das Parametriermodul 23 über eine (gestrichelt angedeutete) Kommunikationsverbindung 25 direkt an den Nachrichtenserver 13 angekoppelt sein.

Zur Funktionsweise des Diagnose-Systems 18 in Fig. 2 wird folgendes ausgeführt:

Durch den Nachrichtenserver 13 ergibt sich die Verbindung zwischen den Prozeßrechnerknoten 2a - 4e (Fig. 1) bzw. den zugehörigen technischphysikalischen Prozessen einerseits und dem Prozeß-Abbild bzw. der Datenbank 15 sowie des Bedienmoduls 14 andererseits. Über den USS-Protokolltreiber 12a wird nach dem Master/Slaveprinzip gearbeitet, wobei das Diagnosesystem 18 den

Master, und die Prozeßrechnerknoten 2a - 4e die Slaves darstellen. Das Diagnosesystem 18 bzw. der entsprechende Diagnoserechner 7 (Fig. 1) stellt zyklisch Anforderungen an die Prozeßrechnerknoten 2a - 4e und wartet auf die entsprechende Antwort. Insbesondere entsprechend der Vorgabe des Parametriermoduls 23 werden Prozeßwerte repräsentierende Prozeßdaten zyklisch von den Prozeßrechnerknoten 2a - 4e abgefragt. Ergeben sich durch AIt-/Neuvergleich (vgl. Fig. 3) Änderungen, werden diese im Hauptspeicher-Prozeßabbild aktualisiert. Sind aufgrund des - kundenspezifisch - programmierten Parametriermoduls 23 weitere Überprüfungen oder Aktionen notwendig, werden

&iacgr;&ogr; diese veranlaßt, insbesondere Schreiben in die Datenbank 15. Bei einer derartigen Weiterverarbeitung der Prozeßdaten ist sicherzustellen, daß der Nachrichtenserver 13 in seiner zyklischen Verarbeitung nicht behindert wird. Deshalb sind, falls notwendig, weitere Prozesse über Warteschlangen-Funktionen zu aktivieren, um die Verarbeitung vom Telegramm/Daten-Verkehr zeitlich zu entkoppeln. Wird eine Änderung als Störung erkannt, dann kann dieser Störung insbesondere aufgrund des Parametriermoduls 23 ein Echtzeit-Datenkanal zugeordnet sein. Dessen Auslesen wird angestoßen, und die zur Störung gehörigen Prozeßdaten in dem Datenbank für die spätere Auswertung der Historie abgespeichert.

Das Bedienmodul 14 umfaßt folgende Funktionen:

Grafische Darstellung von Prozeßwerten, insbesondere deren zeitlicher Verlauf, wobei zwischen Echtzeit oder historischer Darstellung der in der Datenbank 15 archivierten Prozeßdaten gewählt werden

kann

Logbuchfunktionen über die erfaßten Störungen (&ldquor;Störmeldelogbuch" über die Historie)
30

Sichern/Laden von Parametersätzen im Download-Verfahren insbesondere in das Parameteriermodul 23 und/oder in die über den

seriellen Bus 9 angekoppelten Prozeßrechnerknoten 2a - 4e Bearbeiten von in der Datenbank 15 archivierten Parametersätzen

- Online-Änderungen einzelner Parameter der angeschlossenen

Prozeßrechnerknoten 2a - 4e

Auswerte- und Analysefunktionen insbesondere im Zusammenhang mit dem oben genannten &ldquor;Störmeldelogbuch"

Bereitstellen von Daten für Systeme außerhalb des frei konfigurierbaren Diagnosesystems 18 beispielsweise durch Modem- und/oder ISDN-Anschluß

- Ein-/Ausschalten der Erfassung/Archivierung in der Datenbank 15

Alle diese Funktionen und Dienste können entweder direkt vor Ort am Diagnoserechner 7 oder über Remote Access Service (Modem) zur Ferndiagnose betätigt werden.

Im Parametriermodul werden für jeden angeschlossenen Prozeßrechnerknoten 2a - 4e folgende Angaben hinterlegt:

- Adresse im maschinen- bzw. prozeßnahen RS 485-Feldbus

Typ des Knotens bzw. der Komponente (z.B. firmenspezifisch, Steuerungssystem, digitaler Signalprozessor usw.)

- Bezeichnung zum Einsatz als Variable

Ein-/Ausschalten oder Ein-/Ausblenden der Überwachung des

betreffenden Prozeßrechnerknotens

Für die Parameter und Werte der einzelnen Prozeßrechnerknoten werden folgende Angaben benötigt:

Parameternummer, welche die Adressierung des Parameters innerhalb eines Prozeßrechnerknotens beschreibt;

&iacgr;&ogr; - Parametergruppe, in der verschiedene Parameter vor allem unter

schiedlicher Prozeßrechnerknoten (z.B. digitaler Signalprozessor und Umrichter) komponentenübergreifend zu logischen Gruppen zusammengefaßt werden

- Beschreibung des Parameters durch Hinterlegung eines beschrei

benden Klartextes

Parameter-Format, wobei folgende Darstellungsformate unterschieden werden:
- Wort: ganzzahliger Wert 16 Bit-Integer

Doppelwort: ganzzahliger Wert 32 Bit-Integer Gleitkomma: 32 Bit-Gleitkommawert nach IEEE

Parameter-Typ zur Angabe, wie der Inhalt eines Parameters zu interpretieren ist (prinzipiell wird unterschieden zwischen Status-

/Steuerworten (Bitfelder), die bestimmte Zustände bzw. Zustandsvorgaben widerspiegeln, und Wertanzeigen bzw. Wertangaben; Beispiele für Statusworte sind Zustände wie &ldquor;ein/aus", &ldquor;frei/gesperrt", für Wertanzeigen &ldquor;Drehzahl-Istwert", &ldquor;Regeldifferenz")

Angaben für Grenzwerte, wobei obere und untere Grenzwerte direkt oder indirekt angegeben sein können (bei der direkten Angabe wer-

den hier die Werte festgelegt; indirekte Grenzwerte verweisen auf Parameter in einer beliebigen, angeschlossenen Prozeßrechnerkomponente)

- Überwachung (Erfassung) einzelner Parameter kann ein- oder aus

geschaltet werden

Die Grenzwertüberwachung für einzelne Parameter kann ein- oder ausgeschaltet werden

Parametrierung der Meldung, die beschreibt, wie bestimmte Ereignisse an übergeordnete Systeme weiterzumelden sind, z.B. Grenzwertverletzungen, Auftreten von bestimmten Zuständen oder Störungen

Echtzeit-Datenkanal (Real-Time-Pipe - RTP), der für zeitkritische Werte in einem angeschlossenen Prozeßrechnerknoten (z.B. digitaler Signalprozessor) geführt wird, wobei in einer Art Ringpuffer die Werte in Echtzeit mitprotokolliert, sozusagen &ldquor;mitgefilmt" werden (tritt eine Störung auf und ist dieser Störung eine RTP zugeordnet, wird

diese RTP vom frei konfigurierbaren Diagnosesystem 18 ausgelesen, so daß der zeitliche Verlauf dieses Wertes vor Auftreten der Störung insbesondere für die objektive Ursachenermittlung auswertbar ist)

Gemäß Fig. 2 ist im Zusammenhang vor allem mit dem Bedienmodul 14 ein Online-Anbindungsmodul 26 implementiert. Zusätzlich kann dieses auch mit anderen Software-Modulen in Verbindung treten (gestrichelt angedeutet). Das Online-Anbindungsmodul 26 ermöglicht beispielsweise in Verbindung mit dem Bedienmodul 14 das Ansprechen aller Daten und/oder Parameter der Prozeßrechnerknoten 2a - 4e in Echtzeit (während des laufenden Prozesses).

1 '&Igr; :

Dies könnte direkt vom Diagnoserechner 7 oder über Modemanbindung erfolgen. Damit ist die Möglichkeit einer Optimierung von Daten und Parametern geschaffen (z.B. Anpassung der Reglerparameter an Verschleiß von Maschinenelementen im technisch-physikalischen Prozeß). Ein Spezialist braucht bei Modemanbindung 5 oder Einsatz sonstiger Mittel zur Datenfernübertragung nicht vor Ort zu sein. Zudem können die (wichtigen) Unterprogramme beispielsweise des Bedienmoduls 14 über das Online-Anbindungsmodul 26 auf Femdiagnose umgeschaltet werden.

Zur Ferndiagnose und Anbindung an Netztopologien können vom Betriebssystem &iacgr;&ogr; 11 folgende Funktionen zur Verfügung gestellt werden:

Remote Access Service (RAS - Ferndiagnose über Modem)

Netzwerk-Anbindung (lokale Netze, Fremdsysteme 17) über TCP/IP und Ethernet (Novell)

Das Nachrichtenservermodul 13 stellt die Echtzeit-Kommunikation zwischen den technischen Prozessen und den darauf in Echtzeit zugreifenden Prozeßrechnerknoten 2a - 4e sowie den sonstigen Prozeßrechnerknoten 2a, 2b, 3a, 3b und dem Bedienmodul 14 her. Diese Funktion ist vorzugsweise in der Programmiersprache C/C++, um eine schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erreichen. Gemäß Fig. 3 wird durch das Programm-Teilmodul 27 über das USS-Protokoll bzw. den entsprechenden Protokolltreiber 12a das Prozeßdatum bzw. die Prozeßdaten von den unterlagerten Systemen mit technischen Prozessen und Prozeßrechnerknoten 2a - 4e angefordert und in beispielsweise einer internen Tabelle gespeichert. Die Speicherung erfolgt aufgrund einer Interpretation des eingelesenen Prozeßdatums gemäß Teilmodul 28 insbesondere in Kombination mit dem Parametriermodul 23. Daraufhin erfolgt gemäß Verzweigungsmodul 29 eine Abfrage, ob zwischen der letzten Speicherung von Prozeßdaten und den aktuellen Prozeßdaten eine Änderung festzustellen ist. Wenn ja, wird über den Zweig 30 in das Teilmodul 31 verzweigt, mit dem eine Aktualisierung des vom

Nachrichtenserver 13 generierten Prozeßabbilds erfolgt. Sodann wird gemäß Teilmodul 32 das aktualisierte Prozeßabbild in der Datenbank 15 archiviert. Zur Vermeidung von Datenverlust kann das Abspeichern in die Datenbank 15 über ein oder mehrere Warteschlangen oder sonstige Zwischenpuffer erfolgen.

Zweckmäßig wirkt auf dem Datenbankeintrag das Parametriermodul 23 steuernd und/oder administrativ ein. Nachfolgend kann gemäß Teilmodul 33 optional noch eine Ausgabe an den Bediener oder Benutzer erfolgen, sei es über den Diagnoserechner 7 oder über einen der Leitstand-Prozeßrechnerknoten 2a, 2b. Sodann kann die in Fig. 3 dargestellte Programmschleife von vorne beginnen.

&iacgr;&ogr; Wird beim AIWNeu-Vergleich gemäß Verzweigungsmodul 29 keine Änderung festgestellt, wird über den zweiten Programmzweig 34 ebenfalls an den Anfang der Programmschleife zurückgekehrt.

Claims

Schutzansprüche

1. Anordnung zur Fehler-Diagnose und/oder -Analyse eines oder mehrerer technisch-physikalischer Prozesse (5,6), insbesondere elektrischer

Antriebsvorgänge, die unter der Steuerung, Regelung und/oder Überwachung durch einen oder mehrere Prozeßrechnerknoten (2a,2b,3a,3b,4a,4b,4c,4d,4e) ablaufen, dadurch gekennzeichnet, daß über wenigstens einen gemeinsamen Bus (8,9) die Prozeßrechnerknoten &iacgr;&ogr; (2a-4e) mit wenigstens einem Diagnoserechnerknoten (7) verbunden sind,

in dem eine oder mehrere Diagnosedienste und/oder -funktionen (12,13,15) implementiert sind, die dem oder den Prozessen (5,6) und/oder dem oder den Prozeßrechnerknoten (2a-4e) und/oder den darin ablaufenden Verarbeitungsprozessen zugeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, mit einer hierarchischen Struktur der Prozeßrechnerknoten (2a-4e) untereinander, gekennzeichnet durch separate, jeweils einer Hierarchiestufe zugeordnete Bussysteme (8,9), über die die Prozeßrechnerknoten (2a-4e) der jeweiligen Hierarchiestufe mit dem Diagnoserechnerknoten (7) vorzugsweise in Sternanordnung kommunizieren.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer (9) der separaten Busse (8,9) für serielle Informationsübertragung ausgelegt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnoserechnerknoten (7) den Prozeßrechnerknoten (2a-4e) im Rahmen einer Master/Slave-Hierarchie übergeordnet ist.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere Prozeßrechnerknoten (2a,2b) bedienerorientiert, beispielsweise

als Leitstandrechner, und ein oder mehrere andere Prozeßrechnerknoten (3a,3b) steuerungsorientiert, beispielsweise als freiprogrammierbare Steuerungen, ausgelegt sind, und diese Prozeßrechnerknoten (2a-3b) über einen gemeinsamen ersten Bus (1) miteinander in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnoserechnerknoten (7) über einen

zweiten separaten Bus (8) mit entweder dem oder den bedienerorientierten (2a,2b) oder dem oder den anderen, steuerungsorientierten Prozeßrechnerknoten (3a,3b) in Verbindung steht und mittelbar über diese auch mit dem oder den steuerungsorientierten beziehungsweise dem oder &iacgr;&ogr; den bedienerorientierten Prozeßrechnerknoten (2a- 3b) kommuniziert.

6. Anordnung nach Anspruch 5, mit einem oder mehreren feldorientierten, nämlich direkt auf den Prozeß mittels Sensoren und Stellglieder einwirkenden oder zugreifenden Prozeßrechnerknoten (4a-4e), beispielsweise digitale Signalprozessoren und/oder Antriebsregler, die über den ersten Bus (1) mit den sonstigen Prozeßrechnerknoten (2a-3b) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnoserechnerknoten (7) über einen dritten separaten Bus (9), der vorzugsweise für serielle Informationsübertragung ausgelegt ist, mit dem oder den feldorientierten Prozeßrechnerknoten (4a-4e) verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diagnoserechnerknoten (7) eine oder mehrere feldorientierte Schnittstellen, beispielsweise Analog/Digitalwandler, Impulszähler und/oder Binärschalter, und/oder ein oder mehrere benutzerorientierte Schnittstellen, beispielsweise Tastatur und/oder Bildschirm, aufweist, die für analoge, digitale und/oder telekommunikative Datenfernübertragung ausgelegt sind, beispielsweise Modem und/oder ISDN-Anschluß (10).

8. Rechnergestütztes System zur Fehler-Diagnose und/oder -Analyse eines oder mehrerer technisch-physikalischer Prozesse (5,6), insbesondere

elektrischer Antriebsvorgänge, für eine Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der wenigstens ein Diagnoserechnerknoten (7) mit einem oder mehreren Prozeßrechnerknoten ((2a-4e) kommuniziert, und mittels eines Bedienmoduls (14) Daten, Befehle und/oder Parameter ein- und/oder ausgebbar sind, gekennzeichnet durch ein Nachrichtenservermodul (13), das über auf den Diagnose- und Prozeßrechnerknoten (7,2a-4e) implementierte Nachrichtenprotokolltreiber

(12) Prozeßdaten aus den Prozeßrechnerknoten (2a-4e) wiederholt ausliest, und ein Datenbankmodul (15), das die vom Nachrichtenservermodul (13)

&iacgr;&ogr; erhaltenen Daten für den späteren Zugriff durch das Nachrichtenservermodul

(13) speichert und/oder archiviert, wobei das Bedienmodul (14) mit dem Nachrichtenservermodul (13) und dem Datenbankmodul (15) zumindest teilweise unter der Kontrolle des Betriebssystems (11) im Diagnoserechnerknoten (7) kommuniziert.

9. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein mit dem Datenbankmodul (15) und/oder dem Nachrichtenservermodul (13) zusammenwirkendes Parametriermodul (23) zur Identifikation und/oder Interpretation der vom Nachrichtenservermodul (13) gelesenen Prozeßdaten und/oder Steuerung von deren Ablage und/oder Verwaltung und/oder Ausgabe im/aus dem Datenbankmodul (15).

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachrichtenservermodul (13) mit dem Parametriermodul (23) unmittelbar gekoppelt ist.

11. System nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebssystem (11) wenigstens des Diagnoserechnerknotens (7) für Multitasking ausgelegt ist und/oder die Nachrichtenprotokolltreiber (12) als Submodule ansteuert.

12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebssystem (11) einen oder mehrere Submodule zum Lesen, Beschreiben, Konfigurieren und/oder Ändern des Parametriermoduls (23) und/oder für Dienste zur Datenfernübertragung (12b-RAS) und/oder Anbindung (12c-TCP/IP) an externe Rechner-Netzwerke aufweist.

13. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit dem Nachrichtenservermodul (13)

&iacgr;&ogr; eine oder mehrere Tabellen zum Vergleich von alten und neuen

Prozeßdaten gleichen Typs, Warteschlangenfunktionen und/oder Pufferspeicher, die in Diagnose- und/oder Prozeßrechnerknoten (7,2a-4e) realisiert sind, für ausgelesene Prozeßdaten zur Entkopplung von nachfolgenden Prozeßdaten angelegt sind.

14. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Echtzeit-Datenkanäle für Prozeßdaten zwischen dem Nachrichtenservermodul (13) und einem oder mehreren Prozeßrechnerknoten (2a-4e).

15. System nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Echtzeit-Datenkanäle mit der oder den Vergleichstabellen, Pufferspeichern und/oder Warteschlangen verbunden und/oder versehen sind, die in Diagnose- und/oder Prozeßrechnerknoten (7,2a-4e) realisiert sind.

System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachrichtenservermodul (13) insbesondere in Verbindung mit dem oder den Echtzeit-Datenkanälen eine oder mehrere Prozeßdatenpipes auf den Diagnose- und/oder Prozeßrechnerknoten (7,2a-4e) zum Auslesen der Prozeßdaten von den Prozeßrechnerknoten (2a-4e) aufweist.

16. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachrichtenservermodul (13) insbesondere in Verbindung mit dem oder den Echtzeit-Datenkanälen eine oder mehrere Prozeßdatenpipes auf den Diagnose- und/oder Prozeßrechnerknoten (7,2a-4e) zum Auslesen der Prozeßdaten von den Prozeßrechnerknoten (2a-4e) aufweist.

M:\Mandanten_B\0005 BAS\Schutzansprüche, B005-022 P DE.doc