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Die vorliegende Erfindung betrifft
Systeme, in denen zumindest eine Maschine gesteuert wird, und insbesondere
ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zum Anzeigen von
Daten eines solchen Maschinensteuerungs-Systems.
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Moderne Produktionsmaschinen müssen eine
Vielzahl verschiedenster Funktionsanforderungen erfüllen und
gleichzeitig einen hohen Grad an Flexibilität aufweisen. Diese Eigenschaften
werden unter anderem durch den Einsatz komplexer Maschinensteuerungen
erreicht. In einem solchen System ist es oft eine große Herausforderung
die Ursache für einen
Fehler zu finden. Beispielsweise kann der Fehler an einer gesteuerten
Maschine offensichtlich werden, obwohl er in einer steuernden Einheit
einer entfernt angeordneten anderen Maschine ausgelöst wird.
Daher werden für
eine Fehleranalyse in komplexen Maschinensteuerungs-Systemen zunehmend spezialisierte
Service- oder Wartungsterminals eingesetzt.
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1 zeigt
ein Serviceterminal 2, das einen Benutzer bei der Fehlersuche,
Wartung, Inbetriebnahme usw. in dem Maschinensteuerungs-System 1 unterstützt. Das
Serviceterminal 2 umfaßt
einen Bildschirm 18 sowie eine Tastatur 19. Ferner
ist es mit dem Maschinensteuerungs-System 1 drahtlos oder mittels
Kabel über
dessen Zugangspunkt 16 verbunden.
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In dem Maschinensteuerungs-System 1 sind über einen
Bus 17 diverse Maschinen 11 bis 13 miteinander
verbunden, die jeweils eine eigene Steuereinheit umfassen können. Ein
Datenserver 15 stellt alle in dem System 1 vorhandenen
Daten bereit, beispielsweise zur Darstellung auf einem stationären Bedienerterminal 14 oder
auf dem mobilen Serviceterminal 2. Für den normalen Steuerungsbetrieb
wird der Zustand des Systems 1 oder der Zustand einer der
Maschinen 11 bis 13 (Komponenten) auf dem Bedienerterminal 14 so
dargestellt, daß das
System 1 an dem Bedienerterminal 14 überwacht
und/oder gesteuert werden kann.
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Das Terminal 2 verwendet üblicherweise
ein fensterbasiertes Betriebssystem, eine Software zur Steuerung
des Systems 1 und eine Software zur Darstellung von Bilddaten.
Dem Bediener des Terminals 2 werden durch die Steuerungssoftware
in einem ersten Fenster der Zustand von Komponenten des Systems
dargestellt. Dazu werden Daten verwendet, die vom Datenserver 15 erhalten
werden. In einem weiteren Fenster kann sich der Bediener zumindest
ausschnittsweise einen Schaltplan des Systems anzeigen lassen. Der
Schaltplan wird dabei als eine Bilddatei gespeichert, die beispielsweise
eine E-CAD-Zeichnung
zeigt.
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Anhand des Schaltplanes prüft der Bediener, wie
die einzelnen elektronischen Elemente des Systems 1 miteinander
verbunden sind. Er erkennt in dem zweiten Fenster für welches
Element er als nächstes
den Zustand in dem ersten Fenster prüfen muß, um z. B. einen Fehler schrittweise
zu lokalisieren. Zur Analyse eines fehlerhaften Zustandes im System 1 muß der Bediener
des mobilen Terminals 2 folglich in einem iterativen Prozeß immer
wieder zwischen der Darstellung der Zustandsdaten und der Darstellung
des Schaltplanes hin- und herschalten.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zum Anzeigen von
Daten eines solchen Systems bereitzustellen, das in seiner Handhabung
für den
Bediener verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Die
abhängigen
Patentansprüche
beschreiben bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Zum Anzeigen von Daten eines Maschinensteuerungs-Systems
werden gemäß der Erfindung Zustandsdaten
für wenigstens
ein Element des Systems empfangen, die wenigstens eine physikalische Zustandsgröße repräsentieren.
Die für
das Element empfangenen Zustandsdaten werden dem Bediener in einem
Schaltplan dargestellt, der zumindest für das Element die elektrische
Verbindung des Elements in dem System anzeigt. Für den Bediener wird somit ein
Hin- und Herschalten zwischen den verschiedenen Fenstern vermieden.
Die Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche usw. des Maschinensteuerungs-Systems
wird wesentlich effizienter, da der Bediener schneller einen besseren Überblick über den
Systemzustand erhält.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des
Verfahrens erfolgt das Darstellen des Schaltplans anhand einer für das Element
gespeicherten Kennung und der Kennung zugeordneten Verbindungsdaten.
Die Verbindungsdaten repräsentieren die
elektrische Verbindung des Elements in dem System. Durch dieses
Vorgehen wird eine besonders hohe Flexibilität erreicht, da Änderungen
beispielsweise durch Erneuerung oder Erweiterung des Maschinensteuerungs-Systems
allein durch aktualisierte Verbindungsdaten berücksichtigt werden können. Aus
den aktualisierten Verbindungsdaten ergibt sich auch für ein vollständig neues
System über
die Kennung das zugeordnete Element. Die Zustandsdaten können dann
wie beschrieben empfangen und dargestellt werden.
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Es ist besonders vorteilhaft im Schritt
des Empfangens der Zustandsdaten ein Identifizieren der Elemente
vorzunehmen, die im Schaltplan darzustellen sind, und nur die Zustandsdaten
für die
identifizierten Elemente zu empfangen. Somit kann eine unnötige Übertragung
von Zustandsdaten vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung
des Verfahrens wird in Antwort auf eine Eingabe eines Benutzers,
welche für
die dargestellten Zustandsdaten einen Vorgabewert festlegt, in dem
Maschinensteuerungs-System der Vorgabewert als Wert für die entsprechende
Zustandsgröße gesetzt.
Dem Bediener wird dadurch die Möglichkeit
gegeben, im Rahmen der Fehleranalyse den Zustand des Systems zu ändern bzw.
einen bestimmten zustand zu erzwingen, um die Reaktion im System
zu beobachten.
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Gemäß weiterer Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden mit den Zustandsdaten für
das Element entsprechende Sollwerte oder Grenzwerte angezeigt. Dem
Bediener wird somit die Kontrolle erleichtert, ob ein für einen
Zustand angezeigter Wert einen Fehler bedeutet.
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In einer weiteren Ausgestaltung des
Verfahrens werden für
das Element vorangegangene Zustandsdaten, die wenigstens einen vorangegangenen
Wert für
die Zustandsgröße angeben,
dargestellt. Somit kann dem Bediener auch nachträglich die zeitliche Entwicklung
bestimmter Zustandsdaten, beispielsweise in einem Zeitfenster vor
einem aufgetretenen Fehler, dargestellt werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
ist angepaßt,
eines der obigen Verfahren auszuführen. Entsprechend wird ein
System gemäß der Erfindung durch
eine solche Vorrichtung und das Maschinensteuerungs-System gebildet.
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Die Erfindung wird im Folgenden mit
Bezug auf die Figuren näher
erläutert,
die im einzelnen zeigen:
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1 ein
Maschinensteuerungs-System mit einem Wartungsterminal;
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2 eine
schematische Darstellung der Einheiten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 eine
vereinfachte tabellarische Darstellung von Verbindungsdaten für einen
Schaltplan;
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4 eine
vereinfachte tabellarische Darstellung von Zustandsdaten eines Elements;
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5 ein
Ablaufdiagramm für
ein erfindungsgemäßes Verfahren;
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6 eine
Ansicht eines auf einem Bildschirm dargestellten Fensters, in dem
erfindungsgemäß Zustandsdaten
von Busteilnehmern dargestellt werden;
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7 eine
Ansicht eines auf einem Bildschirm dargestellten Fensters, in dem
erfindungsgemäß Zustandsdaten
in einer Baugruppenübersicht für Einheiten
mit mehreren Elementen dargestellt werden; und
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8 eine
Ansicht eines auf einem Bildschirm dargestellten Fensters, in dem
erfindungsgemäß Zustandsdaten
für einzelne
Elemente in einem Stromlaufplan dargestellt werden.
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Die Erfindung kann beispielsweise
auf das in l gezeigte und bereits
beschriebene Maschinensteuerungs-System 1 mit seinen Komponenten
angewandt werden.
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Als Maschinensteuerungs-System ist
jedes System anzusehen, durch das wenigstens eine Maschine gesteuert
wird. In seiner konkreten Ausgestaltung ist das Maschinensteuerungs-System
zunächst nur
dadurch beschränkt,
daß Zustandsdaten
für Komponenten
des Systems und deren Elemente bereitgestellt werden oder zugänglich sein
müssen.
Die Zustandsdaten repräsentieren
eine physikalische Zustandsgröße des Elements
insbesondere während des
Steuerungsbetriebes in dem Maschinensteuerungs-System.
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2 zeigt
funktionale Einheiten einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die
Vorrichtung im Folgenden auch als Endgerät bezeichnet wird. Ein solches
Endgerät
kann beispielsweise ein mobiles Service- oder Wartungsterminal sein.
Ein erfindungsgemäßes System
wird durch das Endgerät
und das Maschinensteuerungs-System gebildet.
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Das Endgerät in 2 umfaßt eine zentrale Verarbeitungseinheit
(CPU) 21, einen Arbeitsspeicher 22, einen persistenten
Speicher 24, eine Benutzereingabe-Einheit 23,
eine Benutzerausgabe-Einheit 25, einen Datenspeicher 26 zur
Speicherung von Schaltplänen
und eine Schnittstellen-Einheit 27.
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Die Benutzerausgabe-Einheit 25 umfaßt zumindest
eine Darstellungseinheit, üblicherweise
in Form eines Bildschirms.
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Über
die Schnittstellen-Einheit 27 kann die Vorrichtung Daten
mit dem Maschinensteuerungs-System austauschen.
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Das Endgerät empfängt mittels der Schnittstellen-Einheit 27 Zustandsdaten
für zumindest
ein Element des Maschinensteuerungs-Systems. Die empfangenen Zustandsdaten
stellt die Benutzerausgabe-Einheit 25 einem Bediener des
Endgerätes
in einem Schaltplan dar, der zumindest für das Element die elektrische
Verbindung des Elements in dem System verdeutlicht. Die entsprechenden
Verfahrensschritte werden nachstehend nochmals detaillierter mit
Bezug auf 5 erläutert.
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In dem Datenspeicher 26 aus 2 ist der Schaltplan vorzugsweise
in Form von Verbindungsdaten für
die Elemente des Maschinensteuerungs-Systems gespeichert. Die Verbindungsdaten können aus
einem E-CAD-System direkt übernommen
oder aus einem E-CAD-Format in ein normiertes ECAD-Format konvertiert
werden. Sie sind dann entweder in dem normierten Format oder in
einem für E-CAD-Systeme üblichen
Datenformat, wie beispielsweise VNS, DWG, PDF oder DXF, gespeichert.
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Die Schnittstellen-Einheit 27 kann
eine drahtlose und/oder eine feste Verbindung zum Maschinensteuerungs-System
bereitstellen. Beispielsweise ist es zweckmäßig die jeweils aktuellen Zustandsdaten
drahtlos zu empfangen, um die Mobilität des Endgerätes auszunutzen.
Die Schaltplandaten oder Verbindungsdaten für den Schaltplan eines zu wartenden
Maschinensteuerungs-Systems können vorab
auf das Endgerät übertragen
werden, somit ist das Endgerät
flexibel einsetzbar. Zu diesem Zweck kann ein reversibel an das
Endgerät
angestecktes Verbindungskabel verwendet werden, um eine höhere Übertragungsrate
als bei drahtloser Übertragung zu
erzielen. Weiterhin ist es möglich
die Schaltplandaten auf Datenträgern
zu speichern, die in ein entsprechendes Laufwerk des Endgerätes einsetzbar sind.
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Die Benutzerausgabe-Einheit 25 kann
als weitere Einheiten auch einen Lautsprecher, einen Drucker oder
entsprechende Anschlüsse
umfassen. Die Benutzereingabe-Einheit 23 kann einzelne
Tasten, eine Tastatur, eine Maus, eine für Berührungen sensitive Fläche oder
ein Mikrofon umfassen.
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Wenn der Bediener des Endgerätes durch eine
Eingabe auf der Benutzereingabe-Einheit 23 angibt, daß er einen
Ausschnitt oder eine Übersicht über einen
Schaltplan betrachten möchte,
werden die für
diesen Ausschnitt in dem Datenspeicher 26 gespeicherten
Daten ausgelesen. Die Elemente, die in dem Ausschnitt darzustellen
sind, werden anhand der Kennung identifiziert. Über die Daten- Schnittstellen-Einheit 27 werden
nur Daten für
die identifizierten Elemente angefordert bzw. empfangen. Die so
empfangenen Zustandsdaten werden dem Bediener in dem Schaltplan
mittels der Ausgabeeinheit 25 dargestellt.
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Für
die im Schaltplan dargestellten Zustandsdaten wird dem Bediener
weiterhin die Möglichkeit
gegeben, den wert dieser Zustandsgröße in dem Maschinensteuerungs-System
zu verändern. Der
Bediener gibt über
die Benutzereingabe-Einheit 23 einen entsprechenden Vorgabewert
für die
Zustandsgröße ein.
Der Vorgabewert wird an das Maschinensteuerungs-System als ein zu
setzender Wert übertragen
und entsprechend auch gesetzt. Der Vorgabewert kann somit als Wert
für die
Zustandsgröße eines
Elements erzwungen werden. Der Bediener beobachtet dann die Reaktion
des Maschinensteuerungs-Systems auf diesen veränderten Zustand.
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Der persistente Speicher 24 speichert
neben einem Betriebssystem ein Programm, das geeignet ist, die beschriebene
Funktionalität
des Endgerätes bereit
zu stellen. Dieses Programm steuert sowohl den Empfang der Zustandsdaten
als auch deren Darstellung in dem Schaltplan.
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wenn der Schaltplan, wie in den Folgenden beiden
Ausgestaltungen, mit Hilfe von Bilddateien dargestellt wird, kann
das Endgerät
vereinfacht werden. Das Endgerät
muß dann
nicht mehr die Verbindungsdaten beispielsweise in Form von E-CAD-Daten interpretieren
können.
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Für
eine Bilddatei, die den Schaltplan ausschnittsweise darstellt, sind
als Schaltplandaten einem Element zugeordnete Positionen zu speichern. Die
Position gibt eine relative Position in der Bilddatei an, die es
dem Endgerät
erlaubt die Zustandsdaten auf oder bei dem Element darzustellen.
Das Endgerät
stellt die Bilddatei und somit das Element dar. Anhand der dem Element
zugeordneten Position, werden die Zustandsdaten auf oder bei dem
Element dargestellt.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann
der Schaltplan auch Element für
Element aus Bilddateien aufgebaut werden. Dem Element wird dazu
eine Bilddatei zugeordnet, die zumindest das Element darstellt.
Als Schaltplandaten sind der Verweis zwischen Element und zugeordneter
Bilddatei sowie Informationen zur Verbindung bzw. Anordnung der
Elemente zu speichern. Auch Verbindungen zwischen den Elementen
können
als Bilddateien verwaltet werden. Weiterhin können die Positionen der Bilddateien
in einem jeweiligen Schaltplanausschnitt gespeichert sein. Das Endgerät interpretiert
die gespeicherten Informationen, um aus den Bilddateien die Darstellung des
Schaltplanes zusammenzusetzen. Die Zustandsdaten werden in die Bilddatei
des jeweiligen Elements eingeblendet.
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Das Bereitstellen der jeweils benötigten Schaltplandaten
für oder
zusammen mit den Bilddateien kann mittels eines automatischen Umformer
erfolgen. Der Umformer kann im Maschinensteuerungs-System oder einem
E-CAD-System angeordnet sein, um beispielsweise aus geänderten E-CÄD-Daten
automatisch jeweils aktuelle Schaltplandaten und /oder Bilddateien
zu erzeugen.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm für
ein entsprechendes Verfahren zum Anzeigen von Daten eines Maschinensteuerungs-Systems mit Schritten
52 und 53. Ein Schritt 51 des Lesens von Schaltplandaten ist ein
optionaler Schritt.
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In dem Schritt 52 werden Zustandsdaten
für wenigstens
ein Element des Maschinensteuerungs-Systems, die wenigstens eine
physikalische Zustandsgröße repräsentieren,
empfangen. In dem Schritt 53 werden die empfangenen Zustandsdaten in
einem Schaltplan, der zumindest für das Element die elektrische
Verbindung des Elements im System anzeigt, dargestellt.
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In dem optionalen Schritt 51 werden
Verbindungsdaten gelesen, um die Elemente zu identifizieren, die
in dem Schaltplan darzustellen sind. Mittels einer für das jeweilige
Element gespeicherten Kennung wird dann zunächst bestimmt, welche Zustandsdaten überhaupt
zu empfangen sind. Dadurch werden in dem Schritt 52 nur diejenigen
Zustandsdaten empfangen, die anschließend auch in dem Schritt 53
für den
Bediener dargestellt werden sollen.
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Das Empfangen von Zustandsdaten schließt abhängig vom
Maschinensteuerungs-System auch ein entsprechendes Anfordern der
Zustandsdaten ein. Angefordert und Empfangen werden können auch
vorangegangene Werte eines Zustands. Manche Fehler treten nur einmal
auf und sind nachträglich
auch zunächst
nicht mehr reproduzierbar, insbesondere solange der Auslöser des
Fehlers nicht bekannt ist. Daher speichern entweder der Datenserver 15 oder
eine speziell für
diese Aufgabe vorgesehene Einheit vorangegangene Zustandsdaten.
Beispielsweise wird der Wert einer Zustandsgröße solange in einem Ringpuffer
gespeichert bis ein Fehler auftritt. Der Bediener kann anhand vorangegangener
Werte dann auch zu einem späteren
Zeitpunkt die konkrete Entwicklung, die zu dem Fehler geführt hat,
nachvollziehen.
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In 3 ist
in einer Tabelle 30 ein vereinfachtes Beispiel für Verbindungsdaten dargestellt, wobei
für jedes
Element in einer Spalte 31 eine entsprechende Element-ID
als Kennung und in einer Spalte 32 ein Element-Typ angegeben
sind. Der Element-Typ bestimmt den Typ der physikalischen Zustandsgröße des Elements.
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Für
die Element-ID 1 ist der Element-Typ ein Schalter, für die Element-ID 2 ein
Steuerbit-Eingang, für
die Element-ID 3 ein Steuerbit-Ausgang, für die Element-ID 4 eine
Steuergröße und für die Element-ID 5 eine
Spannung.
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Eine solche Tabelle muß nicht
erst für
die Elemente angelegt werden, sondern liegt zumeist durch die E-CAD-Daten
bereits in geeigneter Form vor. Die Kennung der Spalte 31 sollte
vorzugsweise so gewählt
sein, dass sie gleichzeitig zur Identifizierung des Elements in
dem Maschinensteuerungs-System
geeignet ist.
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4 zeigt
tabellarisch Zustandsdaten für die
Elemente mit der Kennung 1 bis 5 aus 3.
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Eine Spalte 42 zeigt einen
Ist-Wert für
das jeweilige Element. Zusätzlich
sind in einer Spalte 43 Sollwerte für das entsprechende Element
bzw. in einer Spalte 44 ein Bereich für erlaubte werte der Zustandsdaten
des entsprechenden Elements dargestellt.
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Vorzugsweise wird zunächst nur
der Ist-Wert in dem Schaltplan auf oder bei dem entsprechendem Element
dargestellt. Optional können
entweder automatisch oder auf Anfrage des Bedieners des Endgerätes Soll-
und/oder Bereichswerte angezeigt werden. Eine solche erweiterte
Darstellung kann beispielsweise von dem Bediener durch ein Anwählen des
im Schaltplan dargestellten Elements mit einer Eingabeeinheit ausgelöst werden.
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Die 6 bis 8 zeigen drei verschiedene
Ansichten, die einem Bediener auf dem Bildschirm eines Endgeräts gemäß der Erfindung
angezeigt werden. Auf oder bei den dargestellten Elementen sind jeweils
Zustandsdaten dargestellt.
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In 6 sind
die sequentiell miteinander verbundenen Einheiten 62 bis 69 jeweils
mit einem Feld 61 für
eine Zustandsinformation dargestellt. Diese Darstellungsform ist
insbesondere geeignet zur Prüfung
einer Signalkette bzw. von Busteilnehmern. In diesem Beispiel wird
der Signalfluß von
der Tastenbox 69, über
die Signalaustausch-Einheit 68, das Sortierwerk 67,
den Maschinenantrieb 66, den Not-Aus-Schalter 65,
die Spannungsversorgung 64 bis zum Netzgerät 62 und
der Steuereinheit 63 gezeigt. Anhand der jeweils zugehörigen Zustandsdaten,
die im Feld 61 angezeigt werden, kann nun erkannt werden
kann, ab welcher Einheit in der Kette die Zustandsdaten einen Fehler
anzeigen.
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Durch ein einzelnes Bit von Zustandsdaten können beispielsweise
die folgenden Zustandsgrößen repräsentiert
werden: Ein oder Aus, Steuerbit gesetzt oder nicht gesetzt, Fehler
oder Nichtfehler, Schalter geschlossen oder nicht geschlossen. wie
in dem Beispiel aus 6 gezeigt,
sind solche Zustandsdaten einfach durch eine entsprechende weiße oder
schwarze Fläche 61 dargestellt.
Insbesondere können
dabei Signalfarben wie beispielsweise Rot und Grün eingesetzt werden.
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Anstelle einer separaten Fläche 61,
kann auch die Farbe des ganzen dargestellten Elementes oder die
Hintergrundfarbe für
ein Element als Repräsentation
für den
Zustand des Elements verwendet werden. Entsprechend sind beispielsweise
geschlossene Schalter grün
und offene Schalter rot darzustellen. Dadurch kann ein zusätzlicher
Verwaltungsaufwand für
die Größe und die
Lage der separaten Flächen 61 vermieden
werden.
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Die Darstellung der Zustandsdaten
kann aber auch an das Element angepaßt sein. Beispielsweise erfolgt
dies durch Darstellen eines geöffneten oder
geschlossenen Schalters, durch Anzeigen des Ist-Werts, wie einer
anliegenden Spannung, oder einer graphischen Repräsentation
für eine
Abweichung eines Ist-wertes von einem Soll-Wert.
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7 zeigt
zwischen zwei Leitungen 72 und 73 verdrahtete
Einheiten 74 und 75. Diese Einheiten enthalten
jeweils eine Vielzahl von Elementen, beispielsweise Eingangs-Steuerbits
E.01 und E.1 und Ausgangs-Steuerbits A.O und A.1, deren Zustandsdaten
in Feldern 71 in Form eines Aufbauplans angezeigt werden.
Eine Auswahl, welche Zustandsdaten einer größeren Einheit angezeigt werden
sollen, kann automatisch auf die Eingangs- und Ausgangsgrößen oder
auf für
die Einheit kritische Größen beschränkt werden.
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8 zeigt
einen Stromlaufplan (Verdrahtungsplan) mit Gruppen 82 bis 85 von
Elementen. Die Zustandsdaten werden in entsprechenden Feldern 81 angezeigt.
Wie bereits beschrieben können
die Felder farbig gekennzeichnet sein. wenn in der Gruppe 83 beispielsweise
ein Meßgerät angeordnet
ist, wird jedoch anstelle des Feldes 81 oder in dem Feld 81 der
wert einer entsprechenden Meßgröße angezeigt.
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Jede physikalische oder funktionale
Einheit des Maschinensteuerungs-Systems kann als Element des Maschinensteuerungs-Systems
dargestellt werden.
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Einzelne Vorteile und Merkmale der
Erfindung sind jeweils mit Bezug auf nur eine Figur beschrieben.
Es ist aber offensichtlich, daß die
Vorteile und Merkmale miteinander ohne weiteres kombiniert werden
können.
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Unter „Schaltplan" werden erfindungsgemäß auch Stromlaufpläne, Aufbaupläne, Buspläne, Gerätestücklisten.
Klemmenpläne,
Kabelpläne
usw. verstanden.