AT512066B1 - Steuervorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Bewegung eines Elementes einer Anlage - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (1 00) zur Steuerung einer Bewegung eines Elementes (175) einer Anlage (177), wobei die Steuervorrichtung (100) einen Hauptprozessor (120) und einen Hilfsprozessor (140) aufweist, wobei der Hilfsprozessor (140) mit den Hauptprozessor (120) verbunden ist und eine Rechnerarchitektur aufweist, die sich von einer Rechnerarchitektur des Hauptprozessors (120) unterscheidet, insbesondere wobei die Rechnerarchitektur des Hilfsprozessors (140) eine schnellere Verarbeitung von vorbestimmten Signalen ermöglicht, als die Rechnerarchitektur des Hauptprozessors (120). Der Hilfsprozessor (140) ist ausgebildet, um ein Hilfsprozessoreingangssignal (150) von dem Hauptprozessor (120) einzulesen und unter Verwendung des Hilfsprozessoreingangssignals (150) ein Hilfsprozessorausgangssignal (160) zu ermitteln und an den Hauptprozessor (120) auszugeben. Der Hauptprozessor (120) ist ausgebildet, um ein Eingangssignal (130) einzulesen, unter Verwendung des Eingangssignals (130) das Hilfsprozessoreingangssignal (150) zu ermitteln und an den Hilfsprozessor (140) zu übermitteln, das von dem Hilfsprozessor (140) ermittelte Hilfsprozessorausgangssignal (160) einzulesen und unter Verwendung des Hilfsprozessorausgangssignal (160) ein Steuersignal (170) zur Steuerung der Bewegung des Elementes (175) der Anlage (177) zu ermitteln.

Description

Beschreibung

STEUERVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR STEUERUNG EINER BEWEGUNG EINESELEMENTES EINER ANLAGE

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zurSteuerung einer Bewegung eines Elementes einer Anlage gemäß den Hauptansprüchen.

[0002] In vielen Automatisierungsanlagen werden heutzutage speicherprogrammierbare Steue¬rungen (SPS) eingesetzt. Diese können mit einem Programm versehen werden, um ver¬schiedenste Abläufe etwa in Fabrikanlagen zu automatisieren. Viele SPS-Systeme werden mitso genannter ,Motion’-Funktionalität kombiniert, die es ermöglich, auch komplexe Bewegungs¬abläufe, wie sie etwa bei Werkzeugmaschinen oder in der Robotik auftreten, genau zu steuern.Solche Steuerprogramme können, insbesondere im Motion-Bereich, sehr hohe Rechenleistun¬gen erfordern. Aus diesem Grund werden dafür im Allgemeinen leistungsfähige Controller oderIndustrie-PCs auf der Basis von Universalprozessoren, wie etwa PC-Hauptprozessoren oderMikrocontroller, eingesetzt. Stellvertretend für solche Systeme soll hier der Begriff,Automatisierungscontroller’ verwendet werden. Man spricht bei kompakten Steuerungen, dieMerkmale von PC-basierten Steuerungssystemen und speicherprogrammierbaren Steuerungenkombinieren, von Programmable Automation Controller, kurz PAC.

[0003] Im Bereich der Simulationstechnik werden seit einiger Zeit die Grafikprozessoren etwavon PCs dazu eingesetzt, um Berechnungen für Simulationen durchzuführen (siehe beispiels¬weise Marco Di Sarno: „Atomistische Simulationen auf neuartigen Prozessorarchitekturen -Simulationen auf Grafikprozessoren“; Hauptseminar .Moderne Simulationsmethoden in derPhysik’ an der Universität Stuttgart, 2010), entgegen ihrem ursprünglichen Zweck, nämlich demRendern von Grafiken zur Darstellung auf Bildschirmen. In vielen Fällen, insbesondere wenn essich um einfache, reguläre Programmstrukturen handelt, können durch die Nutzung von Grafik¬prozessoren erhebliche Leistungssteigerungen gegenüber der alleinigen Berechnung auf Uni¬versalprozessoren, wie etwa PC-Hauptprozessoren erreicht werden. Auch weitere Spezialpro¬zessoren, wie etwa Audio- oder Netzwerkprozessoren, können für ähnliche Zwecke genutztwerden.

[0004] Weiterhin können dynamisch konfigurierbare Logikbausteine, wie etwa Field Pro¬grammable Gate Arrays (FPGAs), als Ergänzung von Universalprozessoren zum Einsatz kom¬men. Dabei wird in Ihnen eine Konfiguration abgelegt, die spezifisch auf den jeweiligen Anwen¬dungszweck ausgelegt ist und auch dynamisch generiert werden kann, und bei geeigneterAuslegung durch die Spezialisierung eine erhebliche Beschleunigung im Vergleich zur Nutzungeines Universalprozessors ermöglicht (siehe beispielsweise Gerhard Lienhart: „Beschleunigunghydrodynamischer astrophysikalischer Simulationen mit FPGA-basierten rekonfigurierbarenKoprozessoren“, Dissertation an der Universität Heidelberg, 2004).

[0005] Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserteSteuervorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Bewegung eines Ele¬mentes einer Anlage zu schaffen.

[0006] Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vor¬teilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0007] Die vorliegende Erfindung schafft eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer Bewegungeines Elementes einer Anlage, wobei die Steuervorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: [0008] - einen Hauptprozessor, und [0009] - einen Hilfsprozessor, wobei der Hilfsprozessor mit den Hauptprozessor verbunden ist und eine Rechnerarchitektur aufweist, die sich von einer Rechnerarchitektur desHauptprozessors unterscheidet, insbesondere wobei die Rechnerarchitektur desHilfsprozessors eine schnellere Verarbeitung von vorbestimmten zeitveränderlichenSignalen ermöglicht, als die Rechnerarchitektur des Hauptprozessors und wobei der

Hilfsprozessor ausgebildet ist, um ein Hilfsprozessoreingangssignal von dem Haupt¬prozessor einzulesen und unter Verwendung des Hilfsprozessoreingangssignal einHilfsprozessorausgangssignal zu ermitteln und an den Hauptprozessor auszugeben, wobei der Hauptprozessor ausgebildet ist, um ein Eingangssignal einzulesen, unterVerwendung des Eingangssignals das Hilfsprozessoreingangssignal zu ermitteln und anden Hilfsprozessor zu übermitteln, das von dem Hilfsprozessor ermittelte Hilfsprozessor¬ausgangssignal einzulesen und unter Verwendung des Hilfsprozessorausgangssignalein Steuersignal zur Steuerung der Bewegung des Elementes der Anlage zu ermitteln.

[0010] Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Bewegungeines Elementes einer Anlage, wobei eine Steuervorrichtung einen Hauptprozessor und einenHilfsprozessor aufweist, wobei der Hilfsprozessor mit dem Hauptprozessor verbunden ist undeine Rechnerarchitektur aufweist, die sich von einer Rechnerarchitektur des Hauptprozessorsunterscheidet, insbesondere wobei die Rechnerarchitektur des Hilfsprozessors eine schnellereVerarbeitung von vorbestimmten zeitveränderlichen Signalen ermöglicht, als die Rechnerarchi¬tektur des Hauptprozessors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: [0011] - Einlesen eines Eingangssignals durch den Hauptprozessor; [0012] - Ausgeben eines Hilfsprozessoreingangssignals durch den Hauptprozessor an den

Hilfsprozessor ansprechend auf das Eingangssignal; [0013] - Empfangen eines von dem Hilfsprozessor ausgegebenen Hilfsprozessorausgangs¬ signals an dem Hauptprozessor, wobei der Hilfsprozessor das Hilfsprozessoraus¬gangssignal ansprechend auf das Hilfsprozessoreingangssignal bereitstellt; und [0014] - Bestimmen eines Steuersignals zur Steuerung der Bewegung des Elementes der

Anlage durch den Hauptprozessor, wobei das Steuersignal ansprechend auf das vomHauptprozessor bereitgestellte Hilfsprozessorausgangssignal bereitgestellt wird.

[0015] Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einemmaschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einemoptischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer dervorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einemComputer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

[0016] Somit schafft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode zurDurchführung oder Ansteuerung der Schritte des oben genannten Verfahrens, wenn das Com¬puterprogramm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.

[0017] Unter einer Anlage kann beispielsweise eine Vorrichtung der Automatisierungstechnikwie beispielsweise eine Schweißanlage, eine Förderanlage oder dergleichen verstanden wer¬den, in der einzelne Elemente wie beispielsweise ein Greifarm mit einer Schweißzange in Be¬wegung gesetzt werden. Unter einer Rechnerarchitektur kann eine Verschaltung verstandenwerden, wie die einzelnen Schalteinheiten der betreffenden Prozessoren miteinander verbun¬den sind. Beispielsweise kann durch die Rechnerarchitektur eine (zumindest teilweise) verän¬derbare (d.h. flüchtig programmierbare) oder feste (d.h. nicht-flüchtig programmierbare) Ver¬drahtung oder Verbindung der einzelnen Komponenten des Prozessors festgelegt sein. Dabeikann die Rechnerarchitektur des Hauptprozessors in Bezug auf andere Parameter optimiertsein, als die Rechnerarchitektur des Hilfsprozessors. Insbesondere kann der Hilfsprozessoreine Rechnerarchitektur aufweisen, die dazu ausgelegt ist, um eine schnellere Verarbeitung vonvorbestimmten (zeitveränderlichen) Signalen zu ermöglichen. Diese vorbestimmten (zeitverän¬derlichen) Signale können beispielsweise Signale sein, wie sie in Graphikanwendungen oderAudioanwendungen oft auftreten. Beispielsweise können vorbestimmten Signale solche sein,die eine Verschiebung eines Bildpunktes in eine vorbestimmte Richtung und Strecke repräsen¬tieren. Ein solches Signal tritt in der Bildverarbeitung auf, aber auch bei der Berechnung einerBewegung eines Elementes einer Anlage von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt. Auf dieseWeise kann zur Berechnung des von dem Element abzufahrenden Weges von dem Start- zu dem Zielpunkt auch ein Prozessor verwendet werden, der speziell für derartige Berechnungenin Bezug auf eine Verarbeitungsgeschwindigkeit optimiert ist, beispielsweise aus dem Bereichder Bildverarbeitung mit bestimmten Graphikprozessoren.

[0018] Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Steuerung einerBewegung eines Elementes einer Anlage durch die Auslagerung zumindest eines Teil dernumerischen Last bei der Berechnung von Steuerungsdaten für das sich bewegende Elementeiner Anlage in einen speziell für dynamische Berechnungsvorgänge ausgelegten oder opti¬mierten Prozessor, nämlich den Hilfsprozessor, sehr effizient durchgeführt werden kann. Einsolcher (Hilfs-)Prozessor kann beispielsweise ein Graphikprozessor und/oder ein Audioprozes-sor sein, der Signale für eine graphische Ausgabe aufbereitet bzw. Audiosignale für einen Aus¬gabe aufbereitet. Dieser Hilfsprozessor kann durch einen Hauptprozessor mit übergeordnetenInformationen oder Daten versorgt werden, so dass sich die Funktionalität des Hilfsprozessorsim Wesentlichen nur auf einen Teil, d.h. bestimmte Berechnungsaufgaben bei der Abarbeitungeiner Signal-Verarbeitungsvorschrift beschränken kann, für die der Hilfsprozessor besondersoptimiert wurde. Auf diese Weise kann die besondere Leistungsfähigkeit des Hilfsprozessors imBereich der Verarbeitung von dynamischen Signalen unterstützend verwendet werden, wobeidie übergeordnete Steuerung (d.h. die Bestimmung der Steuersignale für die Bewegung einesElementes) der Anlage durch den einfach und flexibel zu programmierenden Hauptprozessorgeleistet wird.

[0019] Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Kombination des Hauptpro¬zessors mit dem für bestimmte Funktionalitäten optimierten Hilfsprozessor eine wesentlicheBeschleunigung der Ermittlung des Steuersignals des Elementes der Anlage möglich ist. Dabeikann auf bereits verfügbare Komponenten zurückgegriffen werden, so dass auch im Bereichder Anlagensteuerung, der keinen derartig großen Markt darstellt, wie der Bereich der Unterhal-tungselektronik, dennoch von Innovationen im Bereich der Unterhaltungstechnik profitierenkann und zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit der Anlagensteuerungen genutzt werdenkann. Insofern kann ein Zusatznutzen in dem technischen Feld der Anlagensteuerung durch dieAusnutzung von technischen Innovationen beispielsweise aus dem Bereich der Unterhaltungs-elektronik realisiert werden.

[0020] Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Hauptprozessorderart ausgestaltet sein, dass eine Verarbeitungsvorschrift zur Verarbeitung von Signalen zu¬mindest teilweise flüchtig in dem Hauptprozessor einprogrammiert ist und/oder dass der Hilfs¬prozessor derart ausgebildet ist, dass eine Verarbeitungsvorschrift zur Verarbeitung von Signa¬len zumindest teilweise nicht- flüchtig in den Hilfsprozessor einprogrammiert ist. Eine derartigeAusführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders guten Einstel¬lungsmöglichkeit zwischen einer möglichst flexible programmierbaren übergeordneten Haupt¬prozessoreinheit, die das Steuersignal für die Bewegung des Elementes der Anlage berechnetund einer möglichst schnellen Berechnung von einzelnen Verarbeitungsschritten der gesamtenVerarbeitungsvorschrift zur Ermittlung des Steuersignals für die Bewegung des Elementes derAnlage.

[0021] Vorteilhaft ist es ferner, wenn gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindungder Hauptprozessor ausgebildet ist, um einen Teil eines Codes einer Verarbeitungsvorschrift alsVerarbeitungsvorschrift in den Hilfsprozessor zu laden, wobei der Hilfsprozessor ausgebildet ist,um unter Anwendung des Codes der Verarbeitungsvorschrift auf das Hilfsprozessoreingangs¬signal das Hilfsprozessorausgangssignal zu ermitteln. Eine derartige Ausführungsform dervorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer guten Auslastbarkeit des Hilfsprozessors, dadem Hilfsprozessor auch vom Hauptprozessor durch das Laden von bestimmtem Code die indem Code codierten Aufgaben übertragen werden können, die dann der Hauptprozessor nichtmehr abarbeiten braucht.

[0022] Um eine besonders schnelle Ermittlung des Steuersignals für die Bewegung des Ele¬mentes der Anlage zu erlangen, kann eine Parallelisierung von bestimmten Verarbeitungsschrit¬ten durchgeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dazu beispielsweise zumindest ein weiterer Hilfsprozessor vorgesehen sein, wobei der weitere Hilfs¬prozessor mit dem Hauptprozessor verbunden ist und eine Rechnerarchitektur aufweist, diesich von einer Rechnerarchitektur des Hauptprozessors unterscheidet, insbesondere wobei dieRechnerarchitektur des weiteren Hilfsprozessors eine schnellere Verarbeitung von vorbestimm¬ten zeitveränderlichen Signalen ermöglicht, als die Rechnerarchitektur des Hauptprozessorsund wobei der weitere Hilfsprozessor ausgebildet ist, um ein weiteres Hilfsprozessoreingangs¬signal von dem Hauptprozessor und/oder dem Hilfsprozessor einzulesen und unter Verwen¬dung des weiteren Hilfsprozessoreingangssignal ein weiteres Hilfsprozessorausgangssignal zuermitteln und an den Hauptprozessor und/oder den Hilfsprozessor auszugeben, insbesonderewobei der Hauptprozessor ausgebildet ist, um unter Verwendung des weiteren Hilfsprozessor¬ausgangssignals das Steuersignal zur Steuerung der Bewegung des Elementes der Anlage zuermitteln.

[0023] Besonders vorteilhaft kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindungals Hilfsprozessor ein Prozessor vorgesehen sein, dessen Rechnerarchitektur für eine Verarbei¬tung von Signalen zur Anzeige einer Grafik, eine Verarbeitung von Audiodaten oder zur Einpro¬grammierung von dynamisch konfigurierbaren Logikschaltungen optimiert wurde. Die Verwen¬dung dieser Art von Prozessor als Hilfsprozessor erweist sich für eine schnelle Ermittlung desSteuersignals als sehr hilfreich.

[0024] Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derHauptprozessor ausgebildet sein, um zeitversetzt mehrere Hilfsprozessoreingangssignale(zyklisch) an den Hilfsprozessor zu übersenden und ansprechend auf jedes an den Hilfsprozes¬sor übersandte Hilfsprozessoreingangssignal ein Hilfsprozessorausgangssignal zu empfangenund wobei der Hauptprozessor ausgebildet ist, um das Steuersignal unter Verwendung der vomHilfsprozessor empfangenen Hilfsprozessorausgangssignale zu ermitteln. Eine solche Ausfüh¬rungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass einzelne zyklisch zu wiederho¬lende Arbeitsschritte bei der Ermittlung des Steuersignals wiederholt in dem Hilfsprozessorausgeführt werden können, wobei der Hauptprozessor immer wieder für die Ermittlung vonTeilergebnissen (in der Form der Hilfsprozessorausgangssignale) auf die besondere Leistungs¬fähigkeit des Hilfsprozessors zurückgreifen kann.

[0025] Um eine besonders einfache Implementierung der Steuervorrichtung zu erreichen, kanngemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Hilfsprozessor als Teileinheit ineine integrierte Schaltung mit dem Hauptprozessor eingebettet sein. Dabei kann ein Kern (bei¬spielsweise von mehreren Kernen) einer integrierten Schaltung den Hauptprozessor und einanderer Bereich der integrierten Schaltung den Hilfsprozessor bilden. Dabei können sowohl derHaupt- als auch der Hilfsprozessor in einem gemeinsamen Gehäuse der integrierten Schaltungangeordnet sein.

[0026] Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft nähererläutert. Es zeigen: [0027] Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als Steuervorrichtung; [0028] Fig. 2 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin¬ dung als Steuervorrichtung; und [0029] Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als

Verfahren.

[0030] Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleicheoder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen,deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fach¬mann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren,hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.

[0031] Ein erster Aspekt, der dem hier beschriebenen Ansatz zugrunde liegt ist, dass bei- spielsweise Grafikprozessoren auch eingesetzt werden können, um SPS- und/oder Motion-Programmcode, teilweise als Ergänzung zu einem Universalprozessor, oder ganz und autark,ablaufen zu lassen. Es ist davon auszugehen, dass sich Anwendungen ergeben werden, beidenen dadurch eine erhebliche Steigerung der Verarbeitungsgeschwindigkeit erzielen lässt, dasich sowohl in SPS- als auch in Motion-Programmcode typisch sehr reguläre Strukturen befin¬den, die sich für die Verarbeitung auf Grafikprozessoren gut eignen. An diesem Ansatz ist wei¬terhin vorteilhaft, dass Grafikprozessoren je nach verwendeter Systemarchitektur häufig autarkbzw. hinsichtlich Zugriffsprioritäten bevorzugt an den Hauptprozessor angebunden sind undnicht mit weiteren Systemkomponenten um den Zugriff auf Systembusse konkurrieren.

[0032] Auch andere Spezialprozessoren, wie etwa Audioprozessoren, können für eine Anwen¬dung bei der Beschleunigung von SPS- und/oder Motion-Programmcode geeignet sein.

[0033] Ein zweiter Aspekt des hier vorgestellten Ansatzes ist beispielsweise die Nutzung vondynamisch konfigurierbaren Logikbausteine zur Beschleunigung des Ablaufs von SPS-und/oder Motion-Programmcodes.

[0034] Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegendenErfindung als Steuervorrichtung 100 als erstes Umsetzungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.Das in der Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild des ersten Umsetzungsbeispiels der beschriebenenGrundidee zeigt eine Steuervorrichtung 100, in dem ein SPS- /Motion-Programm-Code 110(d.h. ein Programmcode, durch den eine speicherprogrammierbare Steuerung für eine Bewe¬gung (= Motion) eines Elementes einer Anlage gesteuert werden soll) in einen (von mehreren)Hauptprozessor(en) 120 (bzw. 121, 122) gespeichert werden soll. Dabei wird ein Eingangssig¬nal 130 dem Hauptprozessor 120 zugeführt, das beispielsweise einen Start eines durchzufüh¬renden Programmablaufs in dem Hauptprozessor 120 repräsentiert. Weiterhin umfasst dieSteuervorrichtung 100 zumindest einen Grafikprozessor 140, gemäß dem in Fig. 1 dargestelltenAusführungsbeispiel drei Grafikprozessoren 140, 141 und 142, die als Hilfsprozessor(en) 140arbeiten. Dabei wird durch ein Hilfsprozessoreingangssignal 150, welches vom Hauptprozessor120 an dem Hilfsprozessor 140 ausgegeben wird, ein selektierter Anteil eines für den Grafik¬prozessor 140 aufbereiteten Teils des SPS/Motion-Programmcodes übertragen, so dass imHilfsprozessor 140 Operationen entsprechend der Signal-Verarbeitungsvorschrift ausgeführtwerden, die in dem im Hilfsprozessoreingangssignal 150 übertragenen Code codiert sind. Fer¬ner können in dem Hilfsprozessoreingangssignal 150 auch konkrete Werte als Variablen über¬geben werden, die die Basis für die in dem Hilfsprozessor 140 unter Verwendung des vomHauptprozessor 120 an den Hilfsprozessor 140 übertragenen Codes ermittelten Berechnungs¬ergebnisse darstellen. Diese Berechnungsergebnisse werden dann in einem Hilfsprozessor¬ausgangssignal 160 vom Hilfsprozessor 140 an den Hauptprozessor 120 übertragen, in demdann unter Verwendung der in dem Hilfsprozessorausgangssignal 160 übertragenen Berech¬nungsergebnisse das Steuersignal 170 für die Ansteuerung der Bewegung des Elementes 175der Anlage 177 bestimmt wird. Das Element 175 kann dabei beispielsweise ein Greifarm einerFertigungsmaschine als Anlage 177 sein, beispielsweise um unter Verwendung des Greifarmes175 Schweißnähte an einem Werkstück anzubringen. Um eine Berechnung der Werte derBerechnungsergebnisse im Hilfsprozessor 140 zu beschleunigen, können optional noch weitereSignale 180 zur Kommunikation zwischen dem Hauptprozessor 120 und dem Hilfsprozessor140 ausgetauscht werden, beispielsweise zur Synchronisation der Signalübermittlung oderSteuerung der Signalverarbeitung zwischen dem Hauptprozessor 120 und Hilfsprozessor 140.

[0035] In der Fig. 1 wird somit ein Teil eines Automatisierungscontrollers 100 als Ausführungs¬beispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Hauptprozessor 120, bei denen es sich hierum einen Universalprozessor handelt, erhält das Anwenderprogramm, z.B. um einen Automati¬sierungsvorgang in einer Fabrik zu steuern. Ein Teil des Programms, der sich besonders zurVerarbeitung auf dem Grafikprozessor 140 eignet, wird gegebenenfalls in eine für den Grafik¬prozessor 140 besonders geeignete Form aufbereitet, an den Grafikprozessor 140 weitergege¬ben (beispielsweise mittels des Signals 150). Nach der Berechnung liefert der Grafikprozessor140 die Ergebnisse 160 an den Hauptprozessor 120 zurück. Zwischendurch kann gegebenen¬falls zusätzliche Kommunikation 180 stattfinden. In der Regel ist Programmcode in der Automa¬ tisierungstechnik zyklischer Natur, so dass sich dieser gesamte Vorgang, oder Teile davon,entsprechend wiederholen können.

[0036] Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegendenErfindung als Steuervorrichtung 100. Entgegen der Darstellung aus Fig. 1 ist dabei jedoch derbzw. die Hilfsprozessor(en) 140 als FPGA(s) (FPGA = field programmable gate array = (An-wendungs-)Feld programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnung) ausgestaltet. Somit ist in der Fig.2 ein weiteres Umsetzungsbeispiel der beschriebenen Grundidee abgebildet. In der Darstellungaus Fig. 2 ist wiederum ein Teil eines Automatisierungscontrollers 100 dargestellt. Dabei wirdder auf dem FPGA 140 auszuführende Programmcode gegebenenfalls in eine für den FPGA140 in der vorliegenden Konfiguration nutzbare Form gebracht. Anschließend wird der bzw.werden die FPGAs 140 vom Hauptprozessor 120 mittels eines Konfigurationssignals 200 derartkonfiguriert, dass sie den vorliegenden Programmcode bzw. Teile davon möglichst effizientausführen können. Das Konfigurationssignal 200 enthält somit eine Logik-Konfigurationsinfor¬mation wie die einzelnen Schaltungs- bzw. Logikeinheiten des FPGAs 140 miteinander zuverschalten sind, damit sie möglichst schnell und effizient die vom FPGA als Hilfsprozessor 140auszuführenden Arbeitsschritte ausführen können. Ab dann läuft das weitere Vorgehen (d.h. dieÜbertragung von Information zwischen dem Haupt- und Hilfsprozessor) ähnlich wie im Ausfüh¬rungsbeispiel ab, welches in der Fig. 1 dargestellt und näher beschrieben wurde. Die über dasKonfigurationssignal 200 bereitgestellte FPGA-Konfiguration kann für die Laufzeit der Steue¬rungsvorrichtung 100 statisch sein. Alternativ kann der FPGA 140 während der Laufzeit derSteuerungsvorrichtung 100 überdas Konfigurationssignal 200 umkonfiguriert werden.

[0037] Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine Implementierung von SPS- und Motion-Funktionalität auf Spezialprozessoren und/oder FPGAs als Ergänzung oder Ersatz für Univer¬salprozessoren. Wichtige Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich somit beispiels¬weise auf die Nutzung eines oder mehrerer Hilfs- bzw. Grafikprozessoren zum Beschleunigendurch partielle Ausführung oder zur exklusiven Ausführung von SPS-Programmcode einerseitsund Motion-Programmcode andererseits, wobei der Motion-Programmcode, der speziell Be¬rechnungsschritte für Bewegungen der Elemente betrifft, auf dem besonders ausgestaltetenHilfsprozessor ausgeführt wird. Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Nutzungeines oder mehrerer anderer Spezialprozessoren, etwa Audioprozessoren zum Beschleunigendurch partielle Ausführung oder zur exklusiven Ausführung von SPS-Programmcode (insbeson¬dere auf dem Hauptprozessor) einerseits und einem Motion-Programmcode (insbesondere aufdem Hilfsprozessor) andererseits. Auch ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung darinzu sehen, dass eine Nutzung eines oder mehrerer dynamisch konfigurierbarer Logikbausteinewie etwa Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) zum Beschleunigen durch partielle Ausfüh¬rung oder zur exklusiven Ausführung von SPS-Programmcode einerseits und einem Motion-Programmcode andererseits verwendet wird. Zugleich können auch der oder die Hilfsprozesso¬ren, d.h. der jeweilige Zusatzbaustein bzw. die jeweiligen Zusatzbausteine (Grafik-/Spezialpro-zessor oder FPGA) ganz oder teilweise in den bzw. in die Hauptprozessoren integriert sind. Einweiterer Aspekt der Erfindung betrifft ferner eine automatische Selektierung (die teilweise auchals Mapping bezeichnet wird) der durch den oder die vorstehend genannten Grafikprozessoren,den oder die anderen vorstehend genannten Spezialprozessoren, oder den oder die vorstehendbeschrieben dynamisch konfigurierbaren Logikbaustein(e) zu beschleunigen. Dabei werdenAnteile des Programmcodes zur Berechnung des Steuersignals durch den Compiler, denHauptprozessor zur Laufzeit oder durch manuelle Selektierung durch den Benutzer bei derProgrammerstellung abgespalten und in den Hilfsprozessor eingeschrieben, damit die Teile derVerarbeitungsvorschrift, die in den abgespaltenen Anteilen enthalten sind, in dem Hilfsprozes¬sor ausgeführt werden.

[0038] Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindungals Verfahren 300 zur Steuerung einer Bewegung eines Elementes einer Anlage. Die Steuer¬vorrichtung weist einen Hauptprozessor und einen Hilfsprozessor auf, wobei der Hilfsprozessormit dem Hauptprozessor verbunden ist und eine Rechnerarchitektur aufweist, die sich von einerRechnerarchitektur des Hauptprozessors unterscheidet, insbesondere wobei die Rechnerarchi¬ tektur des Hilfsprozessors eine schnellere Verarbeitung von (zeitveränderlichen) Signalen er¬möglicht, als die Rechnerarchitektur des Hauptprozessors. Das Verfahren umfasst ferner einenSchritt des Einlesens 310 eines Eingangssignals durch den Hauptprozessor. Weiterhin umfasstdas Verfahren 300 einen Schritt des Ausgebens 320 eines Hilfsprozessoreingangssignals durchden Hauptprozessor an den Hilfsprozessor ansprechend auf das Eingangssignal. Ferner um¬fasst das Verfahren 300 einen Schritt des Empfangene 330 eines von dem Hilfsprozessor aus¬gegebenen Hilfsprozessorausgangssignals an dem Hauptprozessor, wobei der Hilfsprozessordas Hilfsprozessorausgangssignal ansprechend auf das Hilfsprozessoreingangssignal bereitge¬stellt hat. Schließlich umfasst das Verfahren 300 einen Schritt des Bestimmens 340 eines Steu¬ersignals zur Steuerung der Bewegung des Elementes der Anlage durch den Hauptprozessor,wobei das Steuersignal ansprechend auf das vom Hilfsprozessorprozessor bereitgestellte Hilfs¬prozessorausgangssignal bereitgestellt wird.

[0039] Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinan¬der kombiniert werden. BEZUGSZEICHENLISTE100 Steuervorrichtung110 SPS-/Motion-Programm-Code 120 Hauptprozessor 121 weiterer Hauptprozessor 122 weiterer Hauptprozessor130 Eingangssignal 140 Hilfsprozessor 141 weiterer Hilfsprozessor 142 weiterer Hilfsprozessor 150 Hilfsprozessoreingangssignal160 Hilfsprozessorausgangssignal170 Steuersignal175 Element, Greifarm 177 Anlage, Fertigungsmaschine, Schweißanlage 180 Signale zur weiteren Kommunikation zwischen dem Haupt- und dem Hilfsprozessor200 FPGA-Konfigurationssignal

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Steuervorrichtung (100) zur Steuerung einer Bewegung eines Elementes (175) einer Anla¬ge (177), wobei die Steuervorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: - einen Hauptprozessor (120), und - einen Hilfsprozessor (140), wobei der Hilfsprozessor (140) mit dem Hauptprozessor(120) verbunden ist und eine Rechnerarchitektur aufweist, die sich von einer Rechnerar¬chitektur des Hauptprozessors (120) unterscheidet, insbesondere wobei die Rechnerar¬chitektur des Hilfsprozessors (140) eine schnellere Verarbeitung von vorbestimmtenSignalen ermöglicht, als die Rechnerarchitektur des Hauptprozessors (120) und wobeider Hilfsprozessor (140) ausgebildet ist, um ein Hilfsprozessoreingangssignal (150) vondem Hauptprozessor (120) einzulesen und unter Verwendung des Hilfsprozessorein¬gangssignals (150) ein Hilfsprozessorausgangssignal (160) zu ermitteln und an denHauptprozessor (120) auszugeben, wobei der Hauptprozessor (120) ausgebildet ist, um ein Eingangssignal (130) einzulesen,unter Verwendung des Eingangssignals (130) das Hilfsprozessoreingangssignal (150) zuermitteln und an den Hilfsprozessor (140) zu übermitteln und das von dem Hilfsprozessor (140) ermittelte Hilfsprozessorausgangssignal (160) einzulesen und unter Verwendung desHilfsprozessorausgangssignals (160) ein Steuersignal (170) zur Steuerung der Bewegungdes Elementes (175) der Anlage (177) zu ermitteln.
2. 2. Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptprozes¬sor (120) derart ausgestaltet ist, dass eine Verarbeitungsvorschrift zur Verarbeitung vonSignalen zumindest teilweise flüchtig in dem Hauptprozessor (120) einprogrammiert istund/oder dass der Hilfsprozessor (140) derart ausgebildet ist, dass eine Verarbeitungsvor¬schrift zur Verarbeitung von Signalen zumindest teilweise nicht-flüchtig in den Hilfsprozes¬sor (140) einprogrammiert ist.
3. 3. Steuervorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass der Hauptprozessor (120) ausgebildet ist, um einen Teil eines Codes einerVerarbeitungsvorschrift als Verarbeitungsvorschrift in den Hilfsprozessor (140) zu laden,wobei der Hilfsprozessor (140) ausgebildet ist, um unter Anwendung des Codes der Verar¬beitungsvorschrift auf das Hilfsprozessoreingangssignal (150) das Hilfsprozessoraus¬gangssignal (160) zu ermitteln.
4. 4. Steuervorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnetdurch zumindest einen weiteren Hilfsprozessor (141) wobei der weitere Hilfsprozessor (141) mit dem Hauptprozessor (120) verbunden ist und eine Rechnerarchitektur aufweist,die sich von einer Rechnerarchitektur des Hauptprozessors (120) unterscheidet, insbeson¬dere wobei die Rechnerarchitektur des weiteren Hilfsprozessors (141) eine schnellere Ver¬arbeitung von vorbestimmten Signalen ermöglicht, als die Rechnerarchitektur des Haupt¬prozessors (120) und wobei der weitere Hilfsprozessor (141) ausgebildet ist, um ein weite¬res Hilfsprozessoreingangssignal von dem Hauptprozessor (120) und/oder dem Hilfspro¬zessor (140) einzulesen und unter Verwendung des weiteren Hilfsprozessoreingangssignalein weiteres Hilfsprozessorausgangssignal zu ermitteln und an den Hauptprozessor (120)und/oder den Hilfsprozessor (140) auszugeben, insbesondere wobei der Hauptprozessor(120) ausgebildet ist, um unter Verwendung des weiteren Hilfsprozessorausgangssignalsdas Steuersignal (170) zur Steuerung der Bewegung des Elementes (175) der Anlage(177) zu ermitteln.
5. 5. Steuervorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass als Hilfsprozessor (140) ein Prozessor vorgesehen ist, dessen Rechnerar¬chitektur für eine Verarbeitung von Signalen zur Anzeige einer Grafik, eine Verarbeitungvon Audiodaten oder zur Einprogrammierung von dynamisch konfigurierbaren Logikschal¬tungen optimiert wurde.
6. 6. Steuervorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass der Hauptprozessor (120) ausgebildet ist, um zeitversetzt mehrere Hilfs¬prozessoreingangssignale (150) zyklisch an den Hilfsprozessor (140) zu übersenden undansprechend auf jedes an den Hilfsprozessor (140) übersandte Hilfsprozessoreingangs¬signal (150) ein Hilfsprozessorausgangssignal (160) zu empfangen und wobei der Haupt¬prozessor (120) ausgebildet ist, um das Steuersignal (170) unter Verwendung der vomHilfsprozessor (140) empfangenen Hilfsprozessorausgangssignale (160) zu ermitteln.
7. 7. Steuervorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass der Hilfsprozessor (140) als Teileinheit in eine integrierte Schaltung mitdem Hauptprozessor (120) eingebettet ist.
8. 8. Steuervorrichtung gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn¬zeichnet, dass der Hilfsprozessor (140) als Teileinheit einer elektronische Schaltung mitdem Hauptprozessor (120) verbunden ist.
9. 9. Verfahren (300) zur Steuerung einer Bewegung eines Elementes (175) einer Anlage (177),wobei eine Steuervorrichtung (100) einen Hauptprozessor (120) und einen Hilfsprozessor(140) aufweist, wobei der Hilfsprozessor (140) mit dem Hauptprozessor (120) verbundenist und eine Rechnerarchitektur aufweist, die sich von einer Rechnerarchitektur des Haupt¬prozessors (120) unterscheidet, insbesondere wobei die Rechnerarchitektur des Hilfspro¬zessors (140) eine schnellere Verarbeitung von vorbestimmten Signalen ermöglicht, als dieRechnerarchitektur des Hauptprozessors (120), wobei das Verfahren (300) die folgendenSchritte aufweist: - Einlesen (310) eines Eingangssignals (130) durch den Hauptprozessor (120); - Ausgeben (320) eines Hilfsprozessoreingangssignals (150) durch den Hauptprozessor(120) an den Hilfsprozessor (140) ansprechend auf das Eingangssignal (130); - Empfangen (330) eines von dem Hilfsprozessor (140) ausgegebenen Hilfsprozessor¬ausgangssignals (160) an dem Hauptprozessor (120), wobei der Hilfsprozessor (140)das Hilfsprozessorausgangssignal (160) ansprechend auf das Hilfsprozessoreingangs¬signal (150) bereitgestellt hat; und - Bestimmen (340) eines Steuersignals (170) zur Steuerung der Bewegung des Elemen¬tes (175) der Anlage (177) durch den Hauptprozessor (120), wobei das Steuersignal(175) ansprechend auf das vom Hilfsprozessor (140) bereitgestellte Hilfsprozessoraus¬gangssignal (160) bereitgestellt wird.
10. 10. Datenträger, dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Programm zur Durchführungoder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens (300) gemäß Anspruch 9 auf einer Steuer¬vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 gespeichert ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen