DE3241981C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Simulationsanordnung zur Simulation einer Regelstrecke in einem Regelkreis mit einem Regler und einem Simulator, dessen Eingangssignal das Stellsignal und dessen Ausgangssignal ein simuliertes Prozeß-Ausgangssignal ist.

Eine derartige Simulationsanordnung ist aus der DE-OS 24 13 168 bekannt. Diese bekannte Anordnung dient speziell zur adaptiven Steuerung der Einstellung der Regelbeiwerte eines Reglers, dem eine von der Stellgröße beaufschlagte nicht lineare Regelstrecke in Form eines Trag- oder Füh­ rungsmagneten eines Magnetschwebefahrzeuges nachgeschal­ tet ist, der mit einer als Magnetanker dienenden Schiene einen Luftspalt einnimmt.

Das wesentliche dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß die Anordnung ein Rechenmodell mit einer Vielzahl von Rechenkanälen aufweist, mittels denen die Variation des Gesamtmagnetflusses bei eingeprägtem Strom des Magneten durch Zerlegung in eine der Anzahl der Rechenkanäle ent­ sprechende Anzahl Teilmagnetflüsse gemäß einer spezifi­ schen Formel in Echtzeit berechnet wird. Die Rechenkanäle bestehen jeweils aus einem Mischer, dem die Größe des den Magneten eingeprägten Stromes zugeführt wird und an des­ sen Ausgang eine Zustandsgröße des betrachteten Teil­ systems Magnetschiene anliegt, ferner aus einem ersten Operator, dem jeweils die erwähnte Zustandsgröße und die gemessene Größe des Luftspaltes zuführbar ist und an des­ sen Ausgang eine nur von der Eisenstrecke des Magneten abhängige Zustandsgröße des betrachteten Teilsystems an­ liegt, aus einem zweiten Operator, der diese Zustands­ größe aufgrund der bekannten Magnetisierungseigenschaften des Magneteisens zu einem Teilmagnetfluß verarbeitet, und aus einem Differenzierglied, das mit dem Ausgang des zweiten Operators verbunden ist und das mit den weiteren Eingängen der Mischer aller einzelnen Rechenkanäle ver­ bunden ist.

Ferner ist der Ausgang des zweiten Operators mit einem dritten Operator verbunden, in dem in Abhängigkeit von der gemessenen Größe des Luftspaltes eine Zustandsgröße des betrachteten Teilsystems berechnet wird, wobei die Gesamtheit der Zustandsgrößen dem Regler zur Änderung der Regelbeiwerte zugeführt wird.

Aus der deutschen Zeitschrift "Spektrum der Wissen­ schaft", 1979, Seiten 91 bis 102, ist das Prinzip der Steuerung durch eine Hierarchie von Mikroprozessoren be­ kannt, und zwar speziell auch in Verbindung mit Produk­ tionsanlagen, die aus Teilsystemen bestehen, wobei die dabei verwendeten Computer jeweils ein Teilsystem über­ wachen können.

Um die Mikroprozessoren eines dezentralisierten Steue­ rungssystems möglichst wirtschaftlich miteinander zu verbinden, wurden verschiedene Konzepte entwickelt, von denen sich jedoch nur drei auf breiter Basis durchsetzen konnten: Das sogenannte Ring- oder Schleifensystem, der gemeinsam genutzte Unibus und der geschaltete Unibus. Beim Ringsystem sind die Prozessoren sowie die Ein- und Ausgabegeräte durch einfache Schnittstellen miteinander verbunden. Diese können aktiv oder passiv sein. Eine ak­ tive Schnittstelle ist Bestandteil des Ringes und verar­ beitet jedes Bit jeder Information. Passive Schnittstel­ len gehören dagegen nicht zum Ring im eigentlichen Sinne. Sie kopieren lediglich die an sie adressierten Informa­ tionen.

Die Schnittstellen sind auch so ausgebildet, um Nachrich­ ten in den Ring einspeisen zu können.

Der gemeinsam genutzte Unibus ist im Gegensatz zum Ring­ system eine offene Sammelleitung. Dagegen wird beim ge­ schalteten Unibus eine Nachricht gewöhnlich zunächst an eine Schaltstation geschickt, die sie dann an das Ziel weitergibt. Hierbei sind zyklische Abfragen der Schnitt­ stellen üblich.

Darüber hinaus sind auch bereits Simulatoren zur Simula­ tion einer Regelstrecke bekannt geworden.

Fig. 1 zeigt in Form eines typischen Blockschaltbildes einen solchen herkömmlichen Simulator. Ein derartiger Simulatortyp enthält beispielsweise einen Regler 1 zur Regelung eines Heißwalzstandes, wobei dieser Regler Ein­ gangssignale erhält, welche den Zustand simulieren, wenn ein zu walzendes Material zugeführt ist oder nicht zuge­ führt ist und auch wie schnell dieses Material zugeführt wird. Der Simulator 2 liefert beispielsweise über eine Relaislogik 3, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, zum Regler 1 ein konvexioniertes Prozeß-Eingangssignal D _p . Bei diesem Simulatortyp gelangt ein Prozeß-Eingangssignal Pv zum Regler 1, um über die Relaislogik 3 eine Anlagen­ steuerung vorzunehmen. Mit anderen Worten liefert die Relaislogik 3 in Fig. 2 ein Eingangssignal ei zum Regler 1, und zwar auf der Grundlage einer logischen Verarbei­ tung bzw. Durchschaltung eines Prozeß-Eingangs-Istsignals Pv und des simulierenden Signals D _p mit Hilfe eines Simulierbetriebsartensignals Ms (Fig. 2), welches einen Eingangsanschluß einer Torsteuerschaltung 31 zugeführt wird und Instruktionen darüber liefert, ob der Simulator sich in Betrieb befindet oder nicht. Der Regler 1 führt die erforderlichen Operationen abhängig von dem Eingangs­ signal ei (beispielsweise eine PID Regeloperation) aus und gibt ein Steuersignal Po ab, welches den vorherr­ schenden Prozeß triggern kann. Das Steuersignal Po wird zum Eingangsanschluß des Simulators 2 zurückgeführt.

Der herkömmliche Simulator ist jedoch mit Nachteilen behaftet, dahingehend, daß, je größer die Anlage ist, desto größer die rückgeleitete Eingangsgröße des Simula­ tors ist, und auch dahingehend, daß die Relaislogik für die Eingangsgröße jedes Reglers 1 erforderlich ist. Da­ durch wird jedoch das System kompliziert und erfordert auch eine Abänderung in großem Maßstab, wenn die Simula­ tionslogik geändert wird. Wenn die Relaislogik aus Schal­ tern aufgebaut ist, läßt sich die Logik einfach abwan­ deln, es ergibt sich dabei jedoch ein Problem, wie bei­ spielsweise eine Pfadverzögerung, da die Eingangsgröße zum Regler 1 mit Hilfe der Schalter aufgebaut wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Simulationsanordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die Prüfung von Reglern der verschie­ densten Ausführungsart mit ein und demselben Simulator ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichnungsteil des Anspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Simulationsanordnung kann durch die Verwendung der Schnittstellen als Koppelmittel ein und derselbe Simulator an verschiedenste Signalniveaus und Signalarten angepaßt werden.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines typischen Bei­ spiels eines herkömmlichen Simulators,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung der Relaislogik, die bei dem Simulator nach Fig. 1 Verwen­ dung findet;

Fig. 3 ein allgemeiner Schaltplan der Simulationsanordnung mit Merkmalen nach der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Station, die in Fig. 3 gezeigt ist; und

Fig. 5 eine erläuternde Zeichnung, welche den Austausch von Signalen zwischen dem Anlagen- Regler und der Prozeß-Eingabe/Ausgabevor­ richtung veranschaulicht.

Fig. 3 zeigt einen allgemeinen Schaltplan einer Simulationsanordnung mit Merkmalen nach der Erfindung. In dieser Figur ist mit 1 ein Anlagenregler bezeichnet, mit 2 ein Simulator, der ein Simulationssignal abgibt, mit 4 eine Prozeßein­ gabe/Ausgabevorrichtung, mit 5 ein Ring-Datenbus und mit 6 A, 6 B und 6 C Stationen bzw. Schnittstellen, die in den Ring-Daten­ bus 5 eingeschleift sind. Der Anlagenregler 1, der Simu­ lator 2 und die Prozeß-Eingabe/Ausgabevorrichtung 4 sind über die Schnittstellen 6 A, 6 B und 6 C mit dem Ring-Datenbus 5 verbunden. Es ist möglich, einen Anlagen­ regler wie beispielsweise einen programmierbaren Regler, als Simulator 2 zu verwenden. In Fig. 3 ist nur ein Anla­ genregler und Prozeß-Eingabe/Ausgabevorrichtung gezeigt, es werden jedoch gewöhnlich mehrere dieser Einheiten ver­ wendet.

Das Prozeßeingangssignal Pv, welches von der Prozeß-Ein­ gabe/Ausgabevorrichtung 4 eingespeist wird, gelangt als Eingangsgröße zum Anlagenregler 1 und zwar über die Schnittstelle 6 C, den Ring-Datenbus 5 und die Schnittstelle 6 A und es wird in diesem Regler eine Regeloperation durchgeführt. Dagegen wird die Regelausgangsgröße des Reglers über die Schnittstelle 6 A, den Ring-Datenbus 5, die Schnittstelle 6 C und die Prozeß-Einga­ be/Ausgabevorrichtung 4 übertragen. Bei diesem Fall gelangt sowohl die Eingangsgröße zum Anlagenregler 1 als auch die Ausgangsgröße desselben über die Schnittstelle 6 B, die an den Simulator 2 angeschaltet ist. Indem man nun der Schnittstelle 6 B eine Funktion gibt, die äquivalent zu derjenigen der Relaislogik 3 in Fig. 1 ist, kann der Simulator 2 ein Prozeßeingangssignal Pv behandeln bzw. verarbeiten und dieses Signal zum Anlagenregler 1 übertragen.

Fig. 4 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild eines Bei­ spiels für die Schnittstelle 6 A, die in den Ring-Datenbus 5 einge­ schaltet ist.

Die Daten und das Prozeßeingangssignal, welche über den Ring-Datenbus 5 übertragen werden, werden über das Eingangs­ pufferregister 61 in einen Eingangs-Pufferspeicher 60 B eingeschrieben, der Teil einer Speicherschaltung 60 ist, und gelangen dann als Ausgangsgröße zum Anlagenregler 1. Andererseits wird die Ausgangsgröße des Anlagenreglers 1 in den Ausgangs-Pufferspeicher 60 A eingeschrieben, der ebenfalls einen Teil der Speicherschaltung 60 bildet. Die Ausgangsgröße gelangt über ein Ausgangspufferregister 62 zu einem logischen ODER-Glied 63 und zwar entsprechend einer gewünschten Zeitsteuerung. In dem ODER-Glied 63 wird die Ausgangsgröße logisch zu den Daten addiert, die in einer zugeordneten Adresse des Eingangspufferregisters 61 gespeichert sind, wobei die zugeordnete Adresse der­ jenigen des Ausgangspufferregisters entspricht. Die Aus­ gangsgröße des ODER-Gliedes 63 gelangt dann zur nachfolgen­ den Schnittstelle 6 B.

Der Aufbau der Schnittstelle 6 B, die an den Simulator 2 ange­ schaltet ist und der Aufbau der Schnittstelle 6 C, die an die Prozeß-Eingabe/Ausgabevorrichtung 4 angeschaltet ist, ist gewöhnlich dergleiche wie derjenige nach Fig. 4. In der Schnittstelle 6 B wird das vom Simulator 2 stammende Signal zum Ring-Datenbus 5 über den Ausgangspufferspeicher 60 A übertragen und gelangt als Eingangsgröße zum Anlagen-Regler 1, dessen Ausgangssignal dann zum Simulator 2 über den Eingangspuf­ ferspeicher 60 B übertragen wird. In der Schnittstelle 6 C wird das Prozeßeingangssignal über den Ausgangspufferspeicher 60 A zum Ring-Datenbus 5 übertragen und gelangt als Eingangs­ größe zum Anlagenregler 1, dessen Ausgangssignal dann zu der I/O-Vorrichtung (Eingabe/Ausgabevorrichtung) über den Eingangspufferspeicher 60 B gelangt.

Fig. 5 ist eine erläuternde Zeichnung, welche den Aus­ tausch von Signalen zwischen dem Anlagenregler 1 und der Prozeß-Eingabe/Ausgabevorrichtung 4 veranschaulicht. Mit der strichlierten Linie 50 in Fig. 5 ist der Fluß des Prozeßeingangssignals angegeben und mit der strichpunk­ tierten Linie 51 ist der Fluß des Ausgangssteuersignals oder Regelsignals des Anlagenreglers 1 angegeben. Im Simu­ lationszustand nimmt der Simulator 2 die Stelle der Vor­ richtung 4 ein.

Bei einer derart aufgebauten Simulationsanordnung gelangt bei dem gewöhnlichen Regelzustand das Prozeßeingangssignal Pv über die Prozeß-Eingabe/Ausgabevorrichtung 4, die Schnittstelle 6 C und den Ring-Datenbus 5 zum Anlagenregler 1. Im Simu­ lationszustand wird die Ausgangsgröße des Simulators 2 logisch mit dem Prozeßeingangssignal Pv bei der Schnittstelle 6 B summiert und das Ausgangssignal des Simulators 2 kann über den Ring-Datenbus 5 als Eingangssignal zum Anlagenregler verwendet werden.

Mit anderen Worten ist es beispielsweise im Falle einer Steueranlage einer Heißwalzstraße möglich den Zustand entsprechend dem Nichtvorhandensein von Material in einer tatsächlichen Anlage (logische "0") anzuzeigen und ferner den Zustand anzuzeigen, der dessen Vorhandensein angibt (logisch "1") und zwar über den Simulator 2.

Der Anlagenregler 1 funktioniert somit so als ob Material vorhanden wäre und es wird von demselben eine Simulations­ operation durchgeführt. Da der Simulator 2 Ausgangsgrößen erzeugen kann, welche die verschiedenen Anlage-Bedingungen oder Zustände angeben, ist eine Simulation des Anlagenreg­ lers 1 unter den verschiedensten Bedingungen oder Zustän­ den möglich.

Bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen in den Schnittstellen 6, wie in Fig. 4 gezeigt ist, getrennt, sie können jedoch auch in einer Station vorhanden sein.

Wie ausgeführt wurde werden die Signale, wenn die Prozeß- Eingabe/Ausgabesignale über den Ring-Datenbus übertragen werden, bei dem Durchgang ausgetauscht. Daher wird beim Gegenstand nach der vorliegenden Erfindung keine spezielle Hardware benötigt und es wird ein Simulator mit hoher Betriebsge­ schwindigkeit und der Möglichkeit einer einfachen Wartung realisiert.

Claims (3)

1. Simulationsanordnung zur Simulation einer Regel­ strecke in einem Regelkreis mit einem Regler und einem Simulator, dessen Eingangssignal das Stell­ signal und dessen Ausgangssignal ein simuliertes Prozeß-Ausgangssignal ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (1), der Simulator (2) und eine Prozeß-Ein­ gabe/Ausgabeeinrichtung (4) über je eine Schnitt­ stelle (6 A, 6 B, 6 C) mit Eingabe/Ausgabepuffer­ speichern an einen Ring-Datenbus (5) gekoppelt sind.

2. Simulationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle (6 A) des Reglers (1) ein Eingangs- Pufferregister (61) und einen mit dem Eingangs- Pufferregister (61) gekoppelten Eingangs-Puffer­ speicher (60 B), ferner einen Ausgangs-Puffer­ speicher (60 A) und ein mit diesem gekoppeltes Aus­ gangs-Pufferregister (62) enthält, wobei der Aus­ gangs-Pufferspeicher (60 A) die Ausgangsgröße des Reglers (1) aufnimmt.

3. Simulationsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangs-Pufferregister (61) über ein ODER-Glied (63) mit dem Ausgangs-Pufferregister (62) gekoppelt ist, und daß der Ausgang des ODER-Gliedes (63) mit dem Ring-Datenbus (5) verbunden ist.