EP1190404A2 - Verfahren zur quasi-kontinuierlichen übertragung einer zeitlich veränderlichen grösse - Google Patents

Verfahren zur quasi-kontinuierlichen übertragung einer zeitlich veränderlichen grösse

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EP1190404A2
EP1190404A2 EP00951245A EP00951245A EP1190404A2 EP 1190404 A2 EP1190404 A2 EP 1190404A2 EP 00951245 A EP00951245 A EP 00951245A EP 00951245 A EP00951245 A EP 00951245A EP 1190404 A2 EP1190404 A2 EP 1190404A2
Authority
EP
European Patent Office
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time
size
variable
course
transmitted
Prior art date
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EP00951245A
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EP1190404B1 (de
Inventor
Burkhard Werner
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP1190404A2 publication Critical patent/EP1190404A2/de
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Publication of EP1190404B1 publication Critical patent/EP1190404B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage

Definitions

  • the invention relates to a method for the quasi-continuous transmission of a time-variable variable between a transmitting and a receiving device and a control and data transmission system for carrying out the method.
  • Today's control and data transmission systems are used in a variety of ways for automation technology.
  • Information is sent from a transmitter via a transmission medium, for example a data bus, to one or more receivers. If the value of a size changes over time, there is often a need to transmit the time-varying values of the size to the recipient. Since the data line is often designed for the communication of several bus subscribers, continuous data transmission between the transmitter and receiver is generally not possible, so the data communication must be by means of the transmission of discrete ones
  • this type of transmission for example via an automation bus such as the fieldbus, means that the time-varying variable is only available in the form of discrete values at the receiver.Continuous transmission of a continuously changing variable can often not be carried out without the Block communication of other bus users with a control unit and / or with other bus users.
  • CTSATZBUTT (RULE 26)
  • RULE 26 In the case of a time-changing variable which is transmitted to a receiver via a transmission medium and is to trigger an operational function there in response to its chronological course, the problem arises that there is no data between the transmission of two values of the relevant variable.
  • a size is transmitted once per second in order not to influence the general data transfer too much, i.e. to block. Accordingly, the reaction of the system can be delayed due to the time-discrete transmission with a variable time ⁇ t, the maximum value of which is given by the time difference between two transmissions, i.e. Is 1 second.
  • a sensor signal may also be present as a control variable with a significantly higher update rate at a controller input.
  • this can often not be provided in a conventional manner by a data channel used in control and data processing systems.
  • One solution is that the size is not routed via the data channel, for example a bus, but via a direct line to the receiver.
  • this contradicts the general efforts to couple the sensors and actuators involved in a control data processing system via the bus and to control the system centrally.
  • a cable between the sensor and the receiver is necessary, which, for example, results in a high additional wiring effort if there are several positioning devices and runs counter to the concept of uniform data communication via the automation bus.
  • the object of the invention is therefore to remedy the disadvantages of the prior art shown.
  • ERSATZBL ⁇ TT REGEL26
  • this is already provided by a method with the features of claim 1 or a control and data transmission system for carrying out the method with the features of claim 13.
  • information is advantageously transmitted in discrete time intervals via the transmission medium between the transmitter and the receiver, and the information is used in a processing device downstream of the receiver device for at least approximate calculation of the time course of the variable.
  • at least approximate values of the size under consideration are available at all times.
  • An exemplary threshold or limit switch can thus be supplied with an input signal without interruption, a separate connection to the sensor can be omitted.
  • the processes “determination of the time course of the size” or “determination of the point in time at which the size reaches or exceeds a predetermined value” are to be regarded as identical according to the invention. It is within the scope of the invention to transmit a single value or a plurality of values simultaneously in a single transmission. Furthermore, the time interval between individual transmissions need not necessarily be equidistant.
  • the course of the variable over time can be calculated.
  • ERSATZBL ⁇ TT (REGEL26)
  • linear interpolation here denotes the calculation of values of the size, which can also lie outside the known interpolation points.
  • the most optimal interpolation method can be selected depending on the expected time course.
  • the interpolation method is changed over time in order to achieve a higher accuracy. For example, after a start-up time with a linear interpolation, one can switch to an interpolation with cubic splines. In this way, an adaptation of the method to the course of the time-variable variable is provided.
  • the course of the size can also be determined directly in the processing device if, for example, an initial value has been transmitted to the processing device.
  • Operational functions can thus be triggered without interruption in response to the calculated curve or the calculated variable can be used as a continuous input variable for a control circuit.
  • the term operational function refers to all actions that can play a role with regard to the operation of a system or machine, for example the activation of an actuator, the detection by a sensor, but also the collection and storage of data etc.
  • the idea of the invention can also be used if information is transmitted over the bus in discrete time intervals, which is in a specific and known relationship to the temporal course of the size.
  • a time stamp can be given simultaneously with the transmission of the discrete value of the size, which essentially indicates the time of detection of the discrete value of the size , be transmitted.
  • the transmission time which is essentially the cause of the delay described, can thus be determined in terms of amount and is compensated accordingly, so that ultimately the time-related course of the size is available for further processing, which corresponds to a quasi real-time transmission.
  • the transmission of a time stamp for example to determine a time of acquisition, is particularly important for systems which operate according to the collision method (for example CSMA / CD) for data transmission and therefore have no fixed bus transmission times. With the simultaneous transmission of the respective time stamp, the individual bus transmission time of each individual transmission can thus be determined and taken into account in the calculation of the time course of the variable.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a basic device for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a variable that changes over time (FIG. 2a) and their approximation according to the invention (FIG. 2b)
  • FIG. 3 shows, in a second example, a variable that changes over time (FIG. 3a) and its approximation (FIG. 3b).
  • a variable S F (t) which is variable over time is detected and transmitted from a transmitting device 1 via a transmission medium or a transmission path 2 to a receiving device 3. This transmission takes place at discrete time intervals, so that 3 discrete values of size S, ie S (t 0 ), S (t 1 ), S (t 2 ), ... S (t n ), are present at the receiver. Downstream of the receiver 3 is a processing device 4, to which the received values are sent. In this processing device 4, the time course of the quantity S (t) is approximated from the received discrete values by means of a linear interpolation. Thus, the temporal course, ie the value of the size under consideration, is available at any point in time or the point in time at which the size reaches a predetermined value can be specified. An operation-related function is triggered in response to the course or the time mentioned.
  • FIG. 2 shows the course of an exemplary signal in a specific embodiment of the invention
  • FIG. 2a shows the signal S (t) from a sensor which measures the liquid level in a container.
  • the amount of liquid in the container increases over time and should be reduced by draining from the container when a predetermined limit G is reached.
  • the outlet of the container is controlled at the predetermined time.
  • the components are part of a control and data transmission system, the sensor being connected to the automation bus 2 via a bus subscriber 1 (FIG. 1).
  • the control of the container closure is connected to the automation bus 2 and the central control of the system via a further bus subscriber 3.
  • the control of the container closure requires the current liquid level in the container at all times in order to function properly.
  • Receiver device received over the automation bus of the size S (t 1 ) together with the real course are shown in Fig. 2b.
  • the control 5 of the container closure 6 is one
  • Upstream processing device 4 which determines an approximated time course from the transmitted discrete values of the water levels.
  • a linear interpolation is carried out for this purpose, but depending on the embodiment of the invention, a higher order polynomial interpolation or a spline interpolation is also possible, for example.
  • the choice of interpolation depends on the expected course of the size to be approximated. The in the
  • Processing device 4 data processing of the linear interpolation comprises the steps to be processed cyclically to determine the temporal course of the water level: a) forming the difference between the two last values obtained of the water level b) dividing the difference calculated according to a) by the difference in times at which the both values were received, c) multiplying the result obtained in b) by the time elapsed from the time the last level was received and adding the result to the last level obtained.
  • REPLACEMENT BLADE (RULE 26) the last calculated value as input variable of the control is kept constant by a special holding circuit until a newly calculated value is available.
  • the shutter is opened.
  • the calculated level curve represented by the corresponding straight line section S 3 reaches the limit value G approximately at time t x , at which the closure of the liquid container is then opened. Without approximation of the time function, the closure would only have taken place at time t 4 , ie after the transmission of the subsequent discrete water level and thus too late.
  • the processing device does not calculate the time function, but rather uses a linear interpolation to calculate the point in time at which the predetermined limit level G is reached. This calculation is carried out in a similar way to the calculation of the time function and therefore does not need to be explained in more detail.
  • the transmission time for transmitting the discrete value of the size to the receiver device should not be neglected.
  • the position sensor is connected via a bus participant to a serial ring bus system according to EN 50254, via which data can be exchanged with the control or via the control with other bus participants.
  • the bus subscriber assigned to the sensor transmits m discrete Time intervals discrete positions Y (t 1 ), Y (t 2 ) .. Y (t n ) to the receiver device, which is followed by a processing device.
  • the transmission speed and the number of bus users require a transmission time from one bus user to another of approximately 2 milliseconds. These considerations do not take into account the transmission times from the sensor to the transmitter or possible processing times, for example to provide a digital signal on the transmission side and processing times on the receiver side, since they are generally negligible compared to the bus transmission time mentioned.
  • the position being detected by a sensor and transmitted via the bus with a bus cycle time of two milliseconds to a receiver and a controller which switches off when a predetermined position is reached this means that the object was moved too far by a maximum of two millimeters if the drive moved the object at one meter per second.
  • 3b shows the time function calculated in the processing device in the curve identified by the letter A.
  • Y s represents the time delay described, which corresponds to the bus transmission time t ü .
  • this lagging of the time function is compensated in comparison to the real time course of the position Y of the workpiece in that the calculation of the Time function the bus transmission time t ö is also taken into account.
  • the multiplier is not only the time period that has elapsed from the time the last value was received, but also the bus transmission time t ü .
  • t ü is determined, for example, either by the simultaneous transmission of a time stamp, with the aid of which the transmission time is calculated by comparing it with a time stamp, or by measuring the bus transmission time once.
  • One-off detection is often sufficient, especially in a serial fieldbus system according to EN 50254, since the bus cycle time is generally constant in such a system.
  • the time function calculated in this way is shown in the curve labeled B in FIG. 3b.
  • the position signal Y applied to the control of the drive thus corresponds to the real sensor signal at all times (see FIG. 3a), which results in the desired precise positioning of the workpiece.
  • the determined relationship between the parameter of the drive and the position is stored in the processing device, for example in the form of an assignment table or a formula implemented using hardware or software.
  • this drive parameter is the power supplied to the drive.
  • the assignment matrix stored in the processing device, allows the
  • ERSATZBL ⁇ TT (REGEL26) predetermined power determine the displacement and thus the position of the object, the drive being set so that it accelerates the object up to a predetermined speed of 1 m / s and then maintains this speed.

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Description

Verfahren zur quasi-kontinuierlichen Übertragung einer zeitlich veränderlichen Größe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quasi- kontinuierlichen Übertragung einer zeitlich veränderlichen Größe zwischen einer Sende- und einer Empfängereinrichtung sowie eine Steuer- und Datenübertragungsanlage zur Ausführung des Verfahrens .
Heutige Steuer- und Datenübertragungsanlagen werden in vielfältiger Weise für die Automatisierungstechnik verwendet. Dabei werden Informationen von einem Sender über ein Übertragungsmedium, beispielsweise einen Datenbus, zu einem oder mehreren Empfängern gesendet. Ändert sich der Wert einer Größe zeitlich, besteht oftmals die Notwendigkeit, die zeitlich variierenden Werte der Größe an den Empfänger zu übermitteln. Da vielfach die Datenleitung für die Kommunikation von mehreren Busteilnehmern ausgelegt ist, ist im allgemeinen eine kontinuierliche Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger nicht möglich, somit muß die Datenkommunikation mittels der Übertragung von diskreten
Werten erfolgen. Diese Art der Übertragung, beispielsweise über einen Automatisierungsbus wie den Feldbus, hat jedoch zur Folge, daß die sich zeitlich variierende Größe nur in Form von diskreten Werten am Empfänger vorliegt, eine kontinuierliche Übertragung einer sich kontinuierlich ändernden Größe kann häufig nicht ausgeführt werden, ohne die Kommunikation anderer Busteilnehmer mit einer Steuereinheit und/oder mit anderen Busteilnehmer zu blockieren. Damit
CTSATZBUTT (REGEL 26) ergibt sich im Falle einer sich zeitlich ändernden Größe, die über ein Übertragungsmedium zu einem Empfänger übertragen wird und dort im Ansprechen auf ihren zeitlichen Verlauf eine betriebsbezogene Funktion auslösen soll, das Problem, daß zwischen der Übertragung von zwei Werten der betreffenden Größe keine Daten vorliegen.
Beispielsweise wird eine Größe 1 mal pro Sekunde übertragen um den allgemeinen Datentransfer nicht zu sehr zu beeinflussen, d.h. zu blockieren. Demnach kann sich die Reaktion des Systems aufgrund der zeitdiskreten Übertragung mit einer veränderlichen Zeit δt verzögern, deren Maximalwert durch die Zeitdifferenz zwischen zwei Übertragungen gegeben ist, d.h. 1 Sekunde beträgt.
Weiterhin kann es insbesondere für Regelungsaufgaben auch notwendig sein, daß ein Sensorsignal als Regelgröße mit einer wesentlich höheren Aktualisierungsrate an einem Reglereingang anliegt. Dies kann jedoch häufig durch einen in Steuer- und Datenverarbeitungsanlagen verwendeten Datenkanal nicht auf herkömmliche Weise bereitgestellt werden. Eine Lösung besteht darin, daß die Größe nicht über den Datenkanal, beispielsweise einen Bus, sondern über eine direkte Leitung zum Empfänger geführt wird. Dies widerspricht jedoch den allgemeinen Bestrebungen, beteiligte Sensoren und Aktoren in einer Steuer- Datenverarbeitungsanlage über den Bus miteinander zu verkoppeln und die Anlage zentral zu steuern. Weiterhin ist ein Kabel zwischen dem Sensor und dem Empfängern notwendig, was beispielsweise beim Vorliegen von mehreren Positioniereinrichtungen einen hohen zusätzlichen Verkabelungsaufwand zur Folge hat und dem Konzept einer einheitlichen Datenkommunikation über den Automatisierungsbus zuwiderläuft .
Aufgabe der Erfindung ist es somit, die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik zu beheben.
ERSATZBLÄTT(REGEL26) Dies wird erfindungsgemäß schon durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. einer Steuer- und Datenübertragungsanlage zur Ausführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 13 bereitgestellt. Dabei wird vorteilhaft eine Information jeweils in diskreten Zeitabständen über das Übertragungsmedium zwischen Sender und Empfänger übertragen und in einer der Empfängereinrichtung nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtung die Information zur zumindest näherungsweisen Berechnung des zeitlichen Verlaufs der Größe verwendet. Auf überraschend einfache Weise liegen damit durch Ausnutzung einer der erfinderischen Ideen der Erfindung, d.h. durch die Übertragung von diskreten Werten und der Approximation oder Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Größe während des Zeitraums zwischen zwei Übertragungen zu jedem Zeitpunkt zumindest Näherungswerte der betrachteten Größe vor. Ein beispielhafter Schwellwert- oder Grenzwertschalter kann so ohne Unterbrechung mit einem Eingangssignal versorgt werden, eine getrennte Verbindung zum Sensor kann entfallen. Hierbei sind die Vorgänge „Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Größe", oder „Ermittlung des Zeitpunkts, an dem die Größe einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschreitet", erfindungsgemäß als identisch anzusehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, bei einer einzelnen Übertragung einen einzelnen Wert oder mehrere Werte gleichzeitig zu übertragen. Weiterhin muß der Zeitabstand zwischen einzelnen Übertragungen nicht notwendigerweise äquidistant sein.
Ist die über das Übertragungsmedium übertragene Information jeweils zumindest ein diskreter Wert der zeitlich veränderlichen Größe selbst, so kann nach der Übertragung von wenigstens zwei Werten in der Verarbeitungseinrichtung diese den zeitlichen Verlauf der Größe berechnet werden.
ERSATZBLÄTT(REGEL26) Für die Approximation des Zeitverlaufs der betrachteten Größe kommt die ganze Vielzahl der prinzipiell bekannten Methoden, beispielsweise eine lineare Interpolation, eine Polynom- Interpolation oder eine Spline-Interpolation in Frage. Erfindungsgemäß bezeichnet Interpolation hierbei die Berechnung von Werten der Größe, die auch außerhalb der bekannten Stützstellen liegen können. Dabei kann je nach zu erwartendem Zeitverlauf die optimalste Interpolationsmethode ausgewählt werden. Weiterhin ist es auf vorteilhafter Weise auch möglich, daß mit der Zunahme von übertragenen und somit bekannten Werten der Größe, die Interpolationsmethode im Verlauf der Zeit verändert wird, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen. Beispielsweise kann nach einer Anlaufzeit mit einer linearen Interpolation auf eine Interpolation mit kubischen Splines übergegangen werden. Auf diese Weise wird auch eine Adaption des Verfahrens an den Verlauf der zeitlich veränderlichen Größe bereitgestellt.
Ist die Größe in bekanntem funktionalen Zusammenhang mit der Zeit, kann der Verlauf der Größe auch direkt in der Verarbeitungseinrichtung ermittelt werden, wenn beispielsweise ein Anfangswert zur Verarbeitungseinrichtung übertragen wurde.
Betriebsbezogene Funktionen können somit ohne Unterbrechung im Ansprechen auf den berechneten Verlauf ausgelöst werden oder die berechnete Größe als kontinuierliche Eingangsgröße für eine Regelschaltung verwendet werden. Hierbei bezeichnet der Begriff betriebsbezogene Funktion alle Aktionen, die im Hinblick auf den Betrieb einer Anlage oder Maschine eine Rolle spielen können, beispielsweise das Ansteuern eines Aktors, die Erfassung durch einen Sensor, aber auch das Sammeln und Abspeichern von Daten etc.. Die Idee der Erfindung ist auch anwendbar, wenn eine Information in diskreten Zeitabständen über den Bus übermittelt wird, die in einem bestimmten und bekannten Verhältnis zum zeitlichen Verlauf der Größe steht. Um weiterhin eine Zeitverzögerung in der Berechnung und damit ein zeitliches Nachlaufen des berechneten Verlaufs der Größe zum realen Verlauf zu berücksichtigen, kann beispielsweise gleichzeitig mit der Übertragung des diskreten Wertes der Größe eine Zeitmarke, die im wesentlichen den Zeitpunkt der Erfassung des diskreten Wertes der Größe angibt, übertragen werden. Damit ist die Übertragungszeit, welche im wesentlichen für die beschriebene Verzögerung ursächlich ist, betragsmäßig feststellbar und wird demgemäß kompensiert, so daß letztlich der diesbezüglich zeitgenaue Verlauf der Größe für die weitere Verarbeitung zur Verfügung steht, was einer Quasi-Echtzeitübertragung entspricht. Die Übertragung einer Zeitmarke, beispielsweise zur Festlegung eines Erfassungszeitpunktes, ist insbesondere für solche Systeme wichtig, die nach dem Kollisionsverfahren (z.B. CSMA/CD) bei der Datenübertragung arbeiten und demnach keine feste Busübertragungszeiten aufweisen. Mit der gleichzeitigen Übermittlung der jeweiligen Zeitmarke kann somit für jede einzelne Übertragung deren individuelle Busübertragungszeit ermittelt und bei der Berechnung des zeitlichen Verlaufs der Größe berücksichtigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich prinzipiell in allen bekannten Steuer- und Datenübertragungsanlagen verwenden, bei welchen Daten über eine gemeinsame Datenleitung übermittelt werden, aber auch ganz allgemein bei diskreten Übertragungen zwischen einem Sender und einem Empänger, wenn in einer dem Empfänger nachgeschaltet Einrichtung eine Aktion im Ansprechen auf den zeitlichen Verlauf eines Signals ausgelöst werden soll. Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Zugrundelegen der beiliegenden Zeichnungen erläutert, von denen Fig. 1 im Blockschaltbild im Ausschnitt eine prinzipielle Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, Fig. 2 in einem ersten Beispiel eine zeitlich veränderliche Größe (Fig. 2a) und deren erfindungsgemäße Approximation (Fig. 2b) darstellt, und
Fig. 3 in einem zweiten Beispiel eine zeitlich veränderliche Größe (Fig. 3a) sowie deren Approximation (Fig. 3b) zeigt.
Fig. 1 stellt das Prinzip der Erfindung dar. Eine zeitlich veränderliche Größe S = F(t) wird erfaßt und von einer Sendeeinrichtung 1 über ein Übertragungsmedium oder eine Übertragungsstrecke 2 zu einer Empfängereinrichtung 3 übermittelt. Diese Übermittlung vollzieht sich in diskreten Zeitabständen, so daß am Empfänger 3 diskrete Werte der Größe S, d.h. S(t0), S(t1), S(t2), ... S(tn) vorliegen. Dem Empfänger 3 nachgeschaltet ist eine Verarbeitungseinrichtung 4, welcher die empfangenen Werte jeweils zugehen. In dieser Verarbeitungseinrichtung 4 wird der zeitliche Verlauf der Größe S(t) aus den empfangenen diskreten Werten mittels einer linearen Interpolation approximiert. Somit liegt der zeitliche Verlauf, d.h. der Wert der betrachteten Größe zu jedem beliebigen Zeitpunkt vor oder es kann der Zeitpunkt angegeben werden, an dem die Größe einen vorgegebenen Wert erreicht. Im Ansprechen auf den Verlauf bzw. den genannten Zeitpunkt wird eine betriebsbezogene Funktion ausgelöst.
Den Verlauf eines beispielhaften Signals in einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 2. Dabei
ERßATZBLATT(REGEL26) stellt Fig. 2a das Signal S(t) eines Sensors dar, welcher den Flüssigkeitspegel in einem Behälter mißt. Die Flüssigkeitsmenge im Behälter nimmt im Laufe der Zeit zu und soll bei Erreichen einer vorgegebenen Grenze G durch Ablassen aus dem Behälter vermindert werden. Hierzu wird zum vorgegebenen Zeitpunkt der Auslaß des Behälters angesteuert. Die Komponenten sind Teil einer Steuer- und Datenübertragungsanlage, wobei der Sensor über einen Busteilnehmer 1 am Automatisierungsbus 2 angeschlossen ist (Fig. 1). Die Steuerung des Behälterverschlusses ist über einen weiteren Busteilnehmer 3 mit dem Automatisierungsbus 2 und der zentralen Steuerung der Anlage verbunden. Zum funktionsgerechten Ablauf benötigt die Steuerung des Behälterverschlusses zu jedem Zeitpunkt den aktuellen Flüssigkeitspegel im Behälter. Prinzipbedingt werden jedoch nur zu bestimmten Zeitpunkten t0, t1# ... tπ diskrete Pegelstände S (t0) , S (t ... S (tn) an den Busteilnehmer der Verschlußsteuerung gesendet. Diese diskreten Werte sind in Fig. 2a durch Punkte mit Angabe der jeweiligen Zeitpunkten in der Kurve gekennzeichnet, an denen die Pegelstände erfaßt wurden. Im vorliegenden Beispiel beträgt der zeitliche Abstand zwischen den diskreten Werten 1 Minute, so daß die Zeit zur Übertragung des Wertes über den verwendeten seriellen Feldbus vernachlässigt werden kann, da die Übertragungszeiten in derartigen Systemen typischer Weise im Bereich von Millisekunden liegen. Die von der
Empfängereinrichtung über den Automatisierungsbus empfangenen diskreten Werte der Größe S (t1) zusammen mit dem realen Verlauf sind in Fig. 2b dargestellt. Erfindungsgemäß ist der Steuerung 5 des Behälterverschlusses 6 eine
Verarbeitungseinrichtung 4 vorgeschaltet, die aus den übermittelten diskreten Werten der Pegelstände einen approximierten zeitlichen Verlauf ermittelt . Im beschriebenen Beispiel wird hierfür eine lineare Interpolation durchgeführt, je nach Ausführungsform der Erfindung ist jedoch beispielsweise auch eine Polynom- Interpolation höherer Ordnung oder eine Spline-Interpolation möglich. Die Wahl der Interpolation richtet sich dabei nach dem erwarteten Verlauf der zu approximierenden Größe. Die in der
Verarbeitungseinrichtung 4 ablaufende Datenverarbeitung der linearen Interpolation umfaßt die zyklisch abzuarbeitenden Schritte zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des Pegelstandes: a) Bilden der Differenz der beiden zuletzt erhaltenen Werte des Pegelstandes b) Teilen der nach a) berechneten Differenz durch die Differenz der Zeiten, zu denen die beiden Werte empfangen wurden, c) Multiplizieren des nach b) erhaltenen Ergebnisses mit der vom Zeitpunkt des Erhalts des letzten Pegelstandes abgelaufenen Zeitdauer und Addieren des Ergebnisses mit dem zuletzt erhaltenen Pegelstand.
Die so berechneten Werte sind an die durchgezogene Kurve in Fig. 2b) , welche selbst den realen Verlauf darstellt, in Form von Geradenabschnitten S0, S17 S2 .. S4 dargestellt . Diese Approximation erfolgt zyklisch solange, bis ein weiterer diskreter Wert des Pegelstands vorliegt, dieser Pegelstand legt den dann momentanen Wert fest, worauf die beschriebene Approximation von neuem beginnt. Ein spezielles Verfahren sorgt dafür, daß der Übergang vom approximierten zum neu empfangenen Pegelstand im Unterschied zum in Fig. 2 b) gezeigten Verlauf der Geradenabschnitte nicht sprunghaft verläuft. Der wie beschrieben erzeugte Verlauf des Pegelstandes wird als Eingangsgröße der Steuerung des Behälterverschlusses zugeführt. Während der Berechnung wird
ERSÄTZBLATT (REGEL 26) durch eine spezielle Halteschaltung jeweils der zuletzt berechnetet Wert als Eingangsgröße der Steuerung konstant gehalten, bis ein neu berechneter Wert vorliegt. Bei Erreichen des vorbestimmten Pegelstandes G wird der Verschluß geöffnet. Wie m Fig. 2b dargestellt, erreicht der durch das entsprechende Geradenabschnittes S3 dargestellte berechnete Pegelverlauf ungefähr zum Zeitpunkt tx den Grenzwert G, an dem der Verschluß des Flύssigkeitsbehälters dann geöffnet wird. Ohne Approximation der Zeitfunktion wäre der Verschluß erst zum Zeitpunkt t4, d.h. nach der Übermittlung des nachfolgenden diskreten Pegelstandes und damit zu spät erfolgt .
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung berechnet die Verarbeitungseinrichtung nicht die Zeitfunktion, sondern mittels einer linearen Interpolation den Zeitpunkt, an welchem der vorgegebene Grenzpegelstand G erreicht wird. Diese Berechnung vollzieht sich in ähnlicher Weise wie die Berechnung der Zeitfunktion und muß folglich nicht näher erläutert werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung ist jedoch die Übertragungszeit zur Übermittlung des diskreten Wertes der Größe zur Empfängereinrichtung nicht zu vernachlässigen. Ein derartiges Beispiel betrifft Fig. 3. Die in Fig. 3a dargestellte Kurve beschreibt die Verschiebung eines Werkstückes m einer Dimension mittels eines Antriebes, wobei der Antrieb bei Erreichen einer vorgegebenen Position Y=G abgestellt werden soll. Ähnlich wie beim ersten Beispiel sind die Komponenten Teil eines Automatisierungssystems . Der Positionssensor ist über einen Busteilnehmer an ein serielles Ringbussystem nach EN 50254 angeschlossen, über welches Daten mit der Steuerung bzw. über die Steuerung mit anderen Busteilnehmern ausgetauscht werden können. Der dem Sensor zugeordnete Busteilnehmer übermittelt m diskreten Zeitabständen diskrete Positionen Y(t1), Y(t2).. Y(tn) zur Empfängereinrichtung, an welche sich eine Verarbeitungseinrichtung anschließt. Die
Übertragungsgeschwindigkeit und die Anzahl der Busteilnehmer bedingen eine Übertragungsdauer von einem Busteilnehmer zum anderen von etwa 2 Millisekunde. Bei diesen Betrachtungen sind die Übertragungszeiten vom Sensor zum Sender bzw. mögliche Verarbeitungszeiten, beispielsweise zur Bereitstellung eines digitalen Signales auf der Sendeseite sowie Verarbeitungszeiten auf der Empfängerseite nicht berücksichtigt, da sie im allgemeinen gegenüber der genannten Bus -Übertragungszeit zu vernachlässigen sind. Für das Beispiel der Positionierung eines Gegenstandes, wobei die Lage mit einem Sensor erfaßt und über den Bus mit einer Buszykluszeit von zwei Millisekunde zu einem Empfänger und einer nach olgenden Steuerung übertragen wird, die bei Erreichen einer vorgegebenen Position den Antrieb abschaltet, bedeutet dies, daß der Gegenstand um maximal zwei Millimeter zu weit bewegt wurde wenn der Antrieb den Gegenstand mit einem Meter pro Sekunde bewegt. Eine derartig hohe
Positionier-Ungenauigkeit ist jedoch für die meisten Verschiebeantriebe, beispielsweise bei der Platinenbestückung, nicht akzeptabel.
In Fig. 3b ist die in der Verarbeitungseinrichtung berechnete Zeitfunktion in der durch den Buchstaben A gekennzeichneten Kurve dargestellt. Man erkennt im Vergleich zur in Fig. 3a gezeigten Kurve, die den realen Verlauf der Position mit den zu den Zeitpunkten tx erfaßten Werten Y0, Y1 . . Ys darstellt, die beschriebene zeitliche Verzögerung, welche der Busübertragungszeit tü entspricht.
Erfindungsgemäß wird dieses Nachhinken der Zeitfunktion im Vergleich zum realen Zeitverlauf der Position Y des Werkstückes dadurch kompensiert, daß in die Berechnung der Zeitfunktion die Bus-Übertragungszeit tö mitberücksichtigt wird. Im Falle einer linearen Interpolation geht als Multiplikator nicht allein die Zeitdauer ein, welche vom Zeitpunkt des Erhalts des letzten Wertes abgelaufen ist sondern zusätzlich auch noch Bus -Übertragungszeit tü . tü wird dabei beispielsweise entweder durch das gleichzeitige Übertragung einer Zeitmarke, mit dessen Hilfe durch einem Vergleich mit einer Zeitmarke beim Empfang die Übertragungszeit berechnet wird, oder durch einmaliges Messen der Busübertragungszeit festgestellt. Das einmalige Feststellen ist insbesondere bei einem seriellen Feldbussystem nach EN 50254 häufig ausreichend, da in einem derartigen System die Buszykluszeit in der Regel konstant ist. Die auf diese Weise berechnete Zeitfunktion ist in der mit B bezeichneten Kurve der Fig. 3b dargestellt. Das an die Steuerung des Antriebs angelegte Positionssignal Y entspricht somit zu jedem Zeitpunkt dem realen Sensorsignal (s. Fig. 3a) , was die gewünschte genaue Positionierung des Werkstückes zur Folge hat.
In Abwandlung zur letzten Ausführungsform wird in einer weiteren Ausführungsform nicht die Position selbst, sondern ein Parameter des Antriebs in diskreten Zeitabständen über den Bus übermittelt. Mittels dieses Parameter läßt sich zu jedem Zeitpunkt in eindeutiger Weise die Position des
Gegenstandes berechnen. Die determinierte Beziehung zwischen dem Parameter des Antriebs und der Position ist dabei in der Verarbeitungseinrichtung abgelegt, beispielsweise in Form einer Zuordnungstabelle oder einer mittels Hardware oder Software implementierten Formel. Dieser Antriebsparameter ist im vorliegenden Fall die dem Antrieb zugeführte Leistung. Über eine in der Verarbeitungseinrichtung abgelegten Zuordnungsmatrix läßt sich bei vorgegebener Zuführdauer der
ERSATZBLÄTT(REGEL26) vorgegebenen Leistung die Verschiebung und damit die Position des Gegenstandes ermitteln, wobei der Antrieb so eingestellt ist, daß er den Gegenstand bis zu einer vorgegebenen Geschwindigkeit von 1 m/s beschleunigt und dann diese Geschwindigkeit beibehält.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bereitstellung einer quasikontinuierlichen Übertragung einer zeitlich veränderlichen Größe zum Auslösen einer betriebsbezogenen Funktion in einer Steuer- und Datenübertragungsanlage, umfassend die Schritte:
- Übertragung zumindest einer Information (Ξ,Y) in diskreten Zeitabständen über ein Übertragungsmedium (2) zur Empfängereinrichtung (3) und
- Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Größe zumindest näherungsweise in einer der Empfängereinrichtung (3) nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtung (4) unter Berücksichtigung zumindest einer übertragenen Information.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die übertragene Information ein diskreter Wert der zeitlich veränderlichen Größe (S (t ) ist und der zeitliche Verlauf unter Berücksichtigung von zumindest zwei übertragenen diskreten Werten der Größe wenigstens näherungsweise ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragene Information ein diskreter Wert einer Größe ist, die den zeitlichen Verlauf der Größe, welche die betriebsbezogene Funktion auslöst, in vorbestimmter Art, insbesondere durch eine in der
Verarbeitungseinrichtung abgelegten Zuordnung, festlegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Zeitverlaufs der Größe eine Interpolation, beispielsweise eine lineare Interpolation, eine Polynom- Interpolation oder eine Spline-Interpolation umf ßt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansprechen auf den berechneten zeitlichen Verlauf der Größe eine betriebsbezogenen Funktion ausgelöst wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Größe als Eingangsgröße für eine Regelschaltung verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die betriebsbezogenen Funktion zu einem Zeitpunkt tx ausgelöst wird, an dem die ermittelte Größe einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe ein Maß für die Position eines zur Bewegung angetriebenen Gegenstandes ist, und der Antrieb für das Erreichen einer vorgegebenen Position des Gegenstandes abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
©SATZBLATT (REGEL 26) gleichzeitig mit der Größe oder der Information eine Zeitmarke zum Empfänger übertragen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Größe eine Zeitverschiebung tu eingeht, welche im wesentlichen der durch die Übertragung der Information über das Übertragungsmedium hervorgerufenen Zeitverzögerung entspricht .
11. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Zeitverlaufs der Größe im Zeitraum zwischen dem Empfang von Werten die zyklische Abarbeitung der Schritte um umfaßt : a) Bilden der Differenz der beiden zuletzt erhaltenen oder berechneten Werten der Größe b) Teilen der nach a) berechneten Differenz durch die Differenz der Zeiten, zu denen die beiden Werte erhalten wurden c) Addieren der vom Zeitpunkt des Erhalts des letzten Wertes der Größe abgelaufenen Zeitdauer mit Tu d) Multiplizieren der nach b) und c) berechneten Ergebnisse e) Addieren des zuletzt erhaltenen Wertes der Größe mit dem nach d) berechneten Ergebnis.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Zeitverlaufs der Größe im Zeitraum zwischen dem Empfang von Werten die zyklische Abarbeitung der Schritte umfaßt : a) Addieren der vom Zeitpunkt des Erhalts des letzten Wertes abgelaufenen Zeitdauer mit Tü zu einer Zeitdauer td b) Ermitteln des Momentanwertes der Größe aus der Zeitdauer td und der vorgegebenen Zuordnung zwischen der Zeitdauer und der Größe.
13. Steuer- und Datenübertragungsanlage zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zumindest umfassend
- eine Steuereinrichtung zur Steuerung von
- E/A-Komponenten (1,3) über
- einen Automatisierungsbus (2), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an eine E/A-Komponente (3) eine
Verarbeitungseinrichtung (4) angeschlossen ist, die zur zumindest näherungsweisen Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Größe unter Berücksichtigung zumindest einer über den Bus übertragene Information eingerichtet ist, wobei ferner eine Einrichtung (5) umfaßt ist, welche im Ansprechen an den zeitlichen Verlauf der Größe eine betriebsbezogene Funktion ausführt.
14. Steuer- und Datenubertragungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (4) eine Logikeinrichtung zur Durchführung einer Interpolation oder einer Regression unter Zugrundelegen von übertragenen diskreten Werten (S0, Sx, .. S5) der Größe zur Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Größe umfaßt.
ERSATZBLÄTT(REGEL 26)
15. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (4) eine Einrichtung umfaßt, in welcher in einer Hard- und/oder Softwareimplementation eine Zuordnung der über den Bus übertragenenen Information und einer Zeitdauer zum zeitlichen Verlauf der Größe abgelegt ist.
16. Steuer- und Datenübertragungsanlage nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor die Position eines angetriebenen Gegenstandes erfaßt, die diskret über den Bus übertragen wird und der Antrieb im Ansprechen auf den ermittelten zeitlichen Verlaufs der Position steuerbar ist.
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