DE3605152C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Fehlerursachen in einer Ablaufsteuerung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Fällen, bei denen Fehler während des Betriebs der Ablaufsteuerung vorkamen, wurde vorgeschlagen, die Gründe für das Auftreten von Fehlern aufgrund von erfaßten Zustandsübergängen der Eingänge und Ausgänge zu ermitteln.

Nach dem vorgeschlagenen Verfahren werden die Zustände der Eingangs/Ausgangssignale der Ablaufsteuerung zeitsequentiell gespeichert und der Speicherinhalt wird, sobald ein Fehler auftritt, auf Papier ausgedruckt oder auf einem Bildschirm od. dgl. dargestellt. Der ausgedruckte oder dargestellte Inhalt wird von einer Bedienperson mit einer Prüfliste verglichen, die zuvor ausgedruckte oder dargestellte Speicherinhalte im normalen Betriebsablauf enthält.

Dieses Verfahren eignet sich zur Ermittlung der Fehler in Fällen, wo sich die Eingangs/Ausgangssignale in exakten Zeitintervallen beim korrekten Ablauf ändern.

Bei vielen Systemen ist dies jedoch nicht der Fall, sondern die Eingangs/Ausgangssignale ändern sich in unregelmäßigen Zeitintervallen.

In solchen Fällen ist die Suche der Fehlerursachen durch sequentielles Absuchen der Zustände der Eingangs- bzw. Ausgangssignale sehr schwierig. Das liegt daran, daß die Ablaufsteuerungen mit bedingter Verzweigung die Eingangs- bzw. Ausgangssignale synchron mit einem Zeitsteuersignal unabhängig vom Übergang der Eingangs- bzw. Ausgangssignale aufnehmen bzw. abgeben, so daß auch, wenn sich die Eingangs- bzw. Ausgangssignale ändern, die Änderung dann gespeichert wird, wenn der Abtastvorgang stattfindet, statt zum Zeitpunkt des Auftretens der Änderung.

Diese Fehlersuchmethode ist in der JP-B-58-20 042 beschrieben und ist der Anmeldung als Ausgangspunkt zugrunde gelegt.

Durch die DE 32 31 419 A1 ist eine programmierbare Steuereinrichtung bekannt geworden, die mit mehreren Anomalie-Diagnoseeinrichtungen ausgestattet ist. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird dort aber nicht bei der Feststellung eines Fehlers weiter nach der eigentlichen Ursache des Fehlers geforscht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Fehlerursachen in einer Ablaufsteuerung zu schaffen, das auch dann wirksam ist, wenn sich die Eingangs/Ausgangssignale nicht in regelmäßigen Zeitintervallen ändern.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Ablaufsteuerungsgeräts, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird;

Fig. 2 schematisch ein zu steuerndes System, das zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm von Eingangs/Ausgangssignalen im Normalbetrieb des in Fig. 2 dargestellten zu steuernden System;

Fig. 4 ein zur Erklärung der Betriebsweise des in Fig. 1 dargestellten Ablaufsteuerungsgeräts dienendes Flußdiagramm;

Fig. 5 ein Diagramm, das ein Beispiel eines Ablaufprogramms zeigt, das die Betriebsbedingung für einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Schaltungen einstellt;

Fig. 6 ein Diagramm des Speicherzustands eines Signalzustandsspeicherkreises, wenn das in Fig. 2 dargestellte zu steuernde System normal arbeitet;

Fig. 7 ein Zeitdiagramm für die Eingangs/Ausgangssignale, wenn das in Fig. 2 dargestellte zu steuernde System fehlerhaft arbeitet;

Fig. 8 ein Diagramm des Speicherzustands des Signalzustandsspeicherkreises, wenn das in Fig. 2 dargestellte zu steuernde System fehlerhaft arbeitet; und

Fig. 9 und 10 Diagramme verschiedener Beispiele von Zustandseinstellungen durch die Zustandseinstellschaltung.

Zunächst werden die Fig. 2 und 3 ausführlich beschrieben. Ein Motor 2, der einen Handwagen 1 antreibt, ist auf dem Handwagen 1 befestigt. Dem Motor 2 wird über einen längs den Schienen angeordneten Fahrdraht und einen Scherenstromabnehmer Betriebsstrom zugeführt. Der Motor 2 wird durch Drücken eines Druckknopfs 3 gestartet und der Handwagen 1 fährt dann in Richtung eines Zielorts. L _s1 bis L _s4 bezeichnen Grenzschalter, die längs den Schienen des Handwagens 1 vorgesehen sind. L _s1 ist an der Ausgangsstelle befestigt und L _s2 am Ort, an dem die Bremsbeschleunigung einsetzt. L _s3 ist an der Haltestelle angebracht, und L _s4 an der Nothaltestelle. Diese Grenzschalter L _s1 bis L _s4 werden vom Handwagen 1 betätigt.

In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen 3′, L _s1′, L _s2′, L _s3′ und L _s4′ die Betriebszustände des Druckknopfs 3 und der Grenzschalter L _s1 bis L _s4. Dieses Zeitdiagramm zeigt, daß ein Eingangssignal 3′ mit der Vorderflanke eingeschaltet wurde und daß Ausgangssignale L _s1′ bis L _s4′ mit der Rückflanke ausschalten.

Die Signale des Druckknopfs 3 und der Grenzschalter L _s1 bis L _s4 werden einer Eingabeschaltung 10 (Fig. 1) eines Ablaufsteuerungsgeräts eingegeben.

In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen Y 100′, Y 101′ und Y 102′ jeweils ein Signal zum Betreiben des Motors 2, ein Signal zum Antrieb des Motors 2 mit niedriger Drehzahl und ein Signal zum Bremsen des Motors 2. Diese Signale Y 100′, Y 101′ und Y 102′ werden von einer Ausgabeschaltung 12 (Fig. 1) des Ablaufsteuerungsgeräts ausgegeben.

Dieses Zeitdiagramm zeigt deutlich, daß beim Drücken des Druckknopfs 3 das Signal Y 100′ unverzögert eingeschaltet wird und daß der Motor 2 anläuft, so daß der Handwagen 1 beginnt, sich zum Ziel zu bewegen. Auf diese Weise wird der erste Grenzschalter L _s1 ausgeschaltet und der zweite Grenzschalter L _s2 eingeschaltet. Mit letzterem Schaltvorgang wird das Signal Y 101′ eingeschaltet und die Pole des Motors 2 werden geändert, so daß der Handwagen 1 mit verringerter Geschwindigkeit läuft.

Wenn der Handwagen 1 den dritten Grenzschalter L _s3 berührt, wird die Stromversorgung zum Motor 2 unterbrochen, so daß der Handwagen 1 bremst. Deshalb hält der Handwagen 1, sobald durch ihn der dritte Grenzschalter L _s3 ausgeschaltet wurde, in kurzer Zeit an.

Nun wird das in Fig. 1 dargestellte Ablaufsteuerungsgerät näher beschrieben. Es weist unter anderem folgende Komponenten auf: die Eingabeschaltung 10, eine Operationsschaltung 11, eine Ausgabeschaltung 12, einen Zeitgebersignalgenerator 13, einen Programmzähler 14, einen Programmspeicherkreis 15 und einen ROM-Speicher 17.

Die Eingabeschaltung 10 empfängt die die Betriebszustände des Druckknopfs 3 und der Grenzschalter L _s1 bis L _s4 angebenden Signale. Die Operationsschaltung 11 wird auch Zentralverarbeitungseinheit genannt, sie liest das im Programmspeicherkreis 15 gespeicherte Ablaufprogramm aus und führt die logischen Operationen mit einer Vielzahl von Signalen einschließlich der von der Eingabeschaltung 10 eingegebenen externen Information nach Maßgabe eines Befehls des Ablaufprogramms aus. Die Operationsschaltung 11 empfängt auch eine äußere Information und invertiert, integriert, differenziert oder verzögert dieses Signal. Diese Art der Operation wird aufgrund des im Programmspeicherkreis 15 gespeicherten Ablaufprogramms ausgeführt.

Die Operationsschaltung 11 gibt das Ergebnis der Operation an die Ausgabeschaltung 12. Die Ausgabeschaltung 12 hat so viele (nicht gezeigte) Flipflops, wie die Anzahl der Ausgänge und hält die vorangehenden Signalzustände, bis das relevante Signal, das die Operationsschaltung 11 ausgibt, invertiert wird. Wie erwähnt, werden die Signale Y 100′ bis Y 102′ von der Ausgabeschaltung 12 ausgegeben.

Der Zeitgebersignalgenerator 13 erzeugt ein Zeitsteuersignal in regelmäßigen Zeitintervallen.

Der Programmzähler 14 empfängt die Zeitgebersignale vom Zeitgebersignalgenerator 13 und befiehlt die Schritte des aus dem Programmspeicherkreis 15 von der Operationsschaltung 11 ausgelesenen Ablaufdiagramms.

Der ROM-Speicher 17 speichert eine System-Software, die das Gesamtsystem als Ablaufsteuerung arbeiten läßt.

Das Ablaufsteuerungsgerät in Fig. 1 weist weiterhin einen Abtastsignalgenerator 20, einen Signalspeicherkreis 21, eine Fehlererfassungsschaltung 22, eine Einstellschaltung 23 und eine Detektorschaltung 24 auf.

Der Abtastsignalgenerator 20 erzeugt ein Abtastsignal 20′ (vgl. Fig. 3 und 7) auf den Empfang des folgenden Signals von der Operationsschaltung 11 hin. Dieses Signal gibt nämlich an, daß eines der Eingangssignale 3′ und L _s1′ bis L _s4′ der Eingabeschaltung 10 und eines der Ausgangssignale Y 100′ bis Y 102′ der Ausgabeschaltung 12 zum vorliegenden Abtastzeitpunkt im Vergleich mit dem vorangehenden Signal im vorherigen Abtastzeitpunkt invertiert wird. Damit die Operationsschaltung 11 diese Funktion erfüllen kann, wird zweckmäßigerweise ein Eingabe/Ausgabespeicherkreis 25 für zwei Abtastzeitpunkte vorgesehen. Dieser ist so aufgebaut, daß er die Eingangs/Ausgangssignale zweier verstrichener Abtastzeitpunkte fortschreiben und speichern kann. Die Operationsschaltung 11 vergleicht diese Eingangs- und Ausgangssignale über zwei Abtastzeiten und gibt an den Abtastsignalgenerator 20 ein Signal aus, sobald zumindest eines dieser Signale invertiert wurde.

Es ist offensichtlich, daß die Eingabeschaltung 10 und die Ausgabeschaltung 12 auch direkt ein Signal ausgeben können, das den Abtastsignalgenerator 20 zur Erzeugung des Abtastsignals 20′ veranlaßt. In diesem Falle braucht der Eingabe/Ausgabespeicherkreis 25 nicht zwei Abtastzeiten zu speichern.

Außerdem kann der Abtastsignalgenerator 20 das Abtastsignal 20′ jeweils in konstanten Zeitintervallen erzeugen. Bei der oben genannten Lösung, bei der der Abtastsignalgenerator 20 das Abtastsignal 20′ erzeugt, wenn eines der von der Operationsschaltung 11 verarbeiteten Signale sich ändert, ergibt sich in vielen Fällen der Vorteil, daß die Speicherkapazität des Signalzustandsspeicherkreises 21 verringert werden kann. Deshalb wird im folgenden der Fall erläutert, daß der Abtastsignalgenerator 20 das Abtastsignal 20′ erzeugt, wenn eines der von der Operationsschaltung 11 verarbeiteten Signale sich ändert.

In diesem Fall wird das Abtastsignal 20′ ausgegeben, wie Fig. 3 zeigt.

Der Signalspeicherkreis 21 speichert die Zustände mehrerer von der Operationsschaltung 11 verarbeitete Binärsignale, und zwar so viele, wie Abtastsignale erzeugt werden, immer wenn das Abtastsignal 20′ vom Abtastsignalgenerator 20 erzeugt wird. Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm für die Schreiboperation in den Signalspeicherkreis 21 in diesem Fall. Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines Ablaufprogramms zum Setzen der Betriebsbedingungen einer Schreib-Start-Steuerschaltung 26 zum Starten der Schreiboperation in den Signalspeicherkreis 21, der Fehlererfassungsschaltung 22 und der Einstellschaltung 23.

Wenn der Druckknopf 3 (Fig. 2 und Fig. 5) nun gedrückt wird, wird ein Kontakt DIF₃ geschlossen. Dieser Kontakt DIF₃ wird nur für die Zeitdauer geschlossen, in welcher der Differentialquotient beim Drücken des Druckknopfs 3 positiv ist. Wenn der Kontakt DIF₃ geschlossen ist, wird ein Signal zum Schließen eines Kontakts X₅ ausgegeben, mit dem der Signalspeicherkreis 21 in den Bereitschaftsbetrieb gebracht wird. Der Kontakt X₅ wird im Ein-Zustand gehalten, bis der Motor 2 danach anhält.

Fig. 4 zeigt, daß immer zum Zeitpunkt der Ausgabe des Zeitsteuersignals vom Zeitgebersignalgenerator 13, die Signalzustände der Eingabesignale 3′ und L _s1′ bis L _s4′, wie sie von der Operationsschaltung 11 über die Eingabeschaltung 10 empfangen werden und der Signale Y 100′ bis Y 102′, wie sie die Operationsschaltung 11 über die Ausgabeschaltung 12 ausgibt, in den Eingabe/Ausgabespeicherkreis 25 gespeichert werden (Schritte S₁ bis S₈ in Fig. 4).

In Schritt S₉ vergleicht die Operationsschaltung 11 jedes im Eingabe/Ausgabespeicherkreis 25 zum vorigen Abtastzeitpunkt gespeicherte Signal mit dem jeweiligen Signal des jetzigen Abtastzeitpunktes. Wenn das Vergleichsergebnis zeigt, daß sich diese Signale nicht geändert haben, geht der Ablauf direkt zum Schritt S₁₂. Wenn irgendeine Änderung auftrat, folgt Schritt S₁₀. In Schritt S₁₀ erzeugt der Abtastsignalgenerator 20 das Abtastsignal 20′.

Ein Kontakt X₂₀ wird immer dann geschlossen, wenn der Abtastsignalgenerator 20 das Abtastsignal 20′ erzeugt. Ein Kontakt DIF₂₀ wird nur dann und nur so lange geschlossen, wie der Differentialquotient des Abtastsignals 20′ positiv ist, so daß der Signalspeicherkreis 21 durch die Operationsschaltung 11 jedes in dem Eingabe/Ausgabespeicherkreis 25 gespeicherte Signal zum vorliegenden Abtastzeitpunkt immer dann erhält, wenn das Abtastsignal 20′ erzeugt wurde, wie Schritt S₁₁ in Fig. 4 zeigt. Der Signalspeicherkreis 21 speichert das betreffende Signal in dafür vorgesehenen Speicherplätzen. Im Normalbetrieb werden die jeweiligen Signale im Signalspeicherkreis 21, sobald sie sich ändern, gespeichert, wie Fig. 6 zeigt.

In Schritt S₁₂ wird geprüft, ob ein Fehlersignal von der Fehlererfassungsschaltung 22 ausgegeben wurde oder nicht.

In Fig. 5 ermittelt die Fehlererfassungsschaltung 22, daß ein Fehler aufgetreten ist, wenn der vierte Grenzschalter L _s4 betrieben wird, wenn beide Grenzschalter L _s1 und L _s2 eingeschaltet sind, wenn die Grenzschalter L _s2 und L _s3 gleichzeitig einschalten und wenn die Grenzschalter L _s1 und L _s3 gleichzeitig eingeschaltet sind. Auf diese Weise gibt die Fehlererfassungsschaltung 22, wie Schritt S₁₄ zeigt, ein Signal "Beende den Abtastvorgang" aus, um den Abtastvorgang zu beenden und den folgenden Speichervorgang des Signalspeicherkreises 21 anzuhalten. Die Fehlererfassungsschaltung 22 gibt ein Signal Y 500′ aus, das einen Kontakt Y₅₀₀ schließt.

Einzelne Signale oder eine Kombination mehrerer Signale, die nur beim fehlerhaften Betrieb entstehen, sind nicht auf den in Fig. 5 dargestellten Fall beschränkt. Beispielsweise genügt es, da die Signale Y 100′ und Y 102′ unmöglich gleichzeitig eingeschaltet werden können, ihre Reihenschaltungen so zu verbinden, daß die Fehlererfassungsschaltung 22 dann betrieben wird, wenn beide Ausgänge gleichzeitig einschalten.

Die Fig. 6 und 8 zeigen den Fall, bei dem der Signalspeicherkreis 21 bei Erzeugen des Abtastsignals 20′ alle Signale speicherte. Um die Speicherkapazität des Signalspeicherkreises 21 zu verringern, wird geprüft, ob Speicherplätze im Signalspeicherkreis 21 vorhanden sind oder nicht, und zwar im Schritt S₁₃. Wenn Speicherplätze vorhanden sind, kehrt die Verarbeitungsroutine direkt zum Schritt S₁ zurück. Wenn keine freien Speicherplätze vorhanden sind, kann Schritt S₁₅ folgen. Im Schritt S₁₅ wird die zum Zeitpunkt des frühesten Abtastsignals 20′ gespeicherte Information im Signalspeicherkreis 21 gelöscht.

Die Einstellschaltung 23 hat eine nicht gezeigte Einstelleinrichtung, die ein ternäres Signal ausgibt, das jeweils dem Druckknopf 3, den Grenzschaltern L _s1 bis L _s4 und den Signalen Y 100′ bis Y 102′ entspricht.

Fig. 7 zeigt ein Zeitdiagramm in dem Fall, wenn der Handwagen 1 am Ort des vierten Grenzschalters L _s4 anhält. In diesem Fall wird der vierte Grenzschalter L _s4 geschlossen, so daß die Fehlererfassungsschaltung 22 arbeitet, den Kontakt Y₅₀₀ schließt und die Einstellschaltung 23 in Betrieb gesetzt wird.

In diesem Zustand wird die Einstellschaltung 23 zur Untersuchung der Ursachen des Fehlers betrieben.

Indem die Einrichtung, die in der Einstellschaltung 23 ternäre Signale setzt, betrieben wird, werden die Bedingungen so gesetzt, daß der Speicherinhalt entsprechend dem dritten Grenzschalter L _s3 als "L" gespeichert wird; der Speicherinhalt entsprechend dem vierten Grenzschalter L _s4 als "H" und die Speicherinhalte der anderen Grenzschalter als "X" gespeichert werden, was bedeutet, daß entweder "H" oder "L" richtig sind.

Die Detektorschaltung 24 prüft, ob ein Speicherinhalt anwesend oder abwesend ist, der die obige Bedingung im Signalspeicherkreis 21 erfüllt. Im Falle, wenn sich die Signale ändern, wie in Fig. 7 gezeigt, sind die Speicherinhalte des Signalspeicherkreises 21 in Fig. 8 dargestellt. Deshalb erfaßt die Detektorschaltung 24, daß der Speicherinhalt, der die Bedingung erfüllt, im Speicherbereich f vorhanden ist. In diesem Fall teilt die Detektorschaltung 24 über einen Ton oder ein Lichtsignal mit, daß die obige Bedingung erfüllt ist. Aus diesen Gründen weiß man nun, daß ein Fehler, weil der dritte Grenzschalter L _s3 nicht normal funktioniert, aufgetreten ist.

Es kommt selten vor, daß die Fehlerursache schon gefunden ist, wenn die obige Operation einmal ausgeführt wurde. In diesem Fall wird der von der Einstellschaltung 23 ausgeführte Einstellvorgang geändert und die gleiche Operation wiederholt ausgeführt.

Falls alle Bedingungen von der Einstellschaltung 23 auf "H" oder "L" gesetzt werden, kann eine binäre Signaleinstelleinrichtung verwendet werden.

Wenn die Anzahl der Eingänge der Eingabeschaltung 10 und die Anzahl der Ausgänge der Ausgabeschaltung 12 groß sind, ist das Speichern der Signalzustände, bezogen auf sämtliche Eingänge und Ausgänge, nicht erwünscht. In diesem Fall reicht es, die Signalzustände entweder nur der Eingangs- oder der Ausgangssignale zu speichern. Das ist zur Untersuchung der Fehlerursachen ausreichend.

Zusätzlich kann man auch die Signale, die die von der Einstellschaltung 23 gesetzten Bedingungen erfüllen, an einer Kathodenstrahlröhre oder einer Flüssigkristallanzeige darstellen.

Andererseits ergibt die Verwendung eines COUNT-Befehls die Erfassungsschaltung zur Erfassung der Anzahl der Bereiche im Signalspeicherkreis 21 frei, die die in Klammern stehenden Bedingungen erfüllen.

Wie Fig. 10 zeigt, gibt die Verwendung eines Befehls zum Erfassen der Anzahl der Schritte auch die Detektorschaltung 24 zur Erfassung der im Signalspeicherkreis 21 gespeicherten Zahl der Schritte von dem in der ersten Klammer stehenden Bedingungssatz zu dem in der zweiten Klammer stehenden Bedingungssatz frei.

Claims (4)

1. Verfahren zur Ermittlung von Fehlerursachen in einer Ablaufsteuerung, die im wesentlichen aufweist:

• - Eine Eingabeschaltung (10) für Eingangssignale,
• - einen Programmspeicherkreis (15) zur Speicherung eines Ablaufprogramms,
• - eine Operationsschaltung (11) zur Verarbeitung zugeführter Eingangssignale nach Maßgabe des aus dem Programmspeicherkreis (15) ausgelesenen Ablaufprogramms,
• - eine Ausgabeschaltung (12) zur Aufnahme der von der Operationsschaltung (11) gelieferten Ausgangssignale und zur Abgabe von entsprechenden Steuersignalen und
• - eine Fehlererfassungsschaltung (22), die bei Vorhandensein mindestens eines fehlerhaften Betriebszustandes anspricht,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Speicherung der während eines vorbestimmten Abtastzyklus auftretenden Eingangs- und Ausgangssignalzustände der Operationsschaltung (11) in einem Signalspeicherkreis (21),
• - Bereitstellung von fehlerhaften Kombinationsmöglichkeiten der Eingangs- und Ausgangssignalzustände der Operationsschaltung (11), welche während des vorbestimmten Abtastzyklus bei störungsfreiem Betrieb nicht auftreten dürfen, in einer Einstellschaltung (23) nach deren Auslösen durch die Fehlererfassungsschaltung (22),
• - Vergleich der von der Einstellschaltung (23) gebildeten Kombinationsmöglichkeiten mit dem Inhalt des Signalspeicherkreises (21) durch eine Detektorschaltung (24) auf Übereinstimmung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in festgelegten Abtastzyklen ein Abtastsignal durch einen Abtastsignalgenerator (20) abgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Änderung mindestens eines der Eingangs- und/oder Ausgangssignalzustände der Operationsschaltung (11) ein Abtastsignal abgegeben wird.