Wesentliche Eigenschaften der Simulink Blockbibliothek Funktionsplan - alle Rechte vorbehalten - Dr. Geitner ETI/TU Dresden

Das Softwarewerkzeug FUP Blockbibliothek wurde für Entwurf, Simulation, Echtzeitkodegenerierung und Dokumentation von ereignisgesteuerten Systemen, speziell in Maschinenbau, Mechatronik und Elektrotechnik entwickelt. Es stellt eine Erweiterung zu MATLAB/Simulink dar. Wesentliche Eigenschaften sind:

• Es handelt sich um ein offenes System mit blockorientiertem Aufbau und der Möglichkeit zur Generierung von C-Kode für den Echtzeiteinsatz. Die Blöcke werden wie Simulink Standardblöcke gehandhabt, d.h. es gibt kein spezielles Entwurfsfenster, keine Kompilierung bei Simulation und keinen speziellen Funktionsplan Kodierer bei Erzeugung von Echtzeitkode.
• Für die graphische Darstellung (Blockikonen) wird die Nähe zur VDI / VDE - Richtlinie 3684 "Beschreibung ereignisgesteuerter Bewegungsabläufe mit Funktionsplänen" angestrebt. Diese Richtlinie wurde durch den GMA Fachausschuß 4.20 "Bewegungssteuerungen für Be- und Verarbeitungsmaschinen" ausgearbeitet und kann über den Beuth Verlag bezogen werden.
• Beispiele für wesentliche unvermeidbare Abweichungen der graphischen Darstellung zwischen Blockbibliothek Funktionsplan und Richtlinie 3684 sind die Anschaltung des Kommentarblockes KB an den Zustandsausgängen (statt an der rechten Seite eines Zustandsblockes, z.B. ZA), die generelle graphische Kennzeichnung der Wirkungsrichtung durch Pfeile (statt nur bei Wirkungsrichtung nach oben) und die Zuführung von Ereignissen an die Ereignisblöcke mittels "Goto"-Blöcken (Ereignisnamen statt ohne Klammern in eckigen Klammern und in Blockumrandung). Der Kommentarblock kann Parameter unterschiedlicher Definition übergeben, im Gegensatz zur Richtlinie jedoch keine weiteren mathematischen Beziehungen.
• Hinsichtlich der Verschachtelung von Verzweigungen und Zusammenführungen in einem Funktionsplan bestehen keine Restriktionen, d.h. entsprechend der Syntax können Parallel- und Alternativverzweigungen verschachtelt sein.
• Bezüglich der Bildung von Teilfunktionsplänen (Untersystemen) werden keine Restriktionen vorgegeben. Damit können große Funktionspläne beliebig aufgeteilt werden. Zu beachten ist, daß die Block-Ikonen der Untersysteme dann keine spezielle Blockgraphik aufweisen. Zu empfehlen ist die Wahl eines Textes (disp-Befehl in Maskierung) zur gut wiedererkennbaren Kennzeichnung.
• Die Zustandsnummern sind, unter Ausschluß von Null, als natürliche Zahl (i.R. 4-stellig) frei wählbar. Es besteht kein Zusammenhang zwischen der Simulink-internen, automatischen Blocknumerierung und den frei wählbaren Zustandsnummern.
• Durch Vorgabe von Funktionsplannummer und Zustandsnummer besteht die Möglichkeit der gleichzeitigen Simulation mehrerer Funktionspläne. In unterschiedlichen Funktionsplänen können dabei wahlweise gleiche Zustandsnummern vergeben werden. Als Funktionsplannummer ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und 9 zulässig.
• Die durch den Kommentarblock KB - als Schnittstelle zu den Bewegungszellen (Antrieben) - generierten Parameter können sowohl logische, als auch numerische Steuervariablen darstellen. Bei Bedarf sind diese Steuervariablen im Gegensatz zu Zustandsnummern zwischen unterschiedlichen Funktionsplänen und Prozeßmodellen gültig, wenn gleiche Namen vereinbart werden.
• Die durchgängige Programmierung der Funktionalität mit S-Funktionen und MEX-Files auf Basis von C-Kode und ein sparsamer Einsatz von Standardblöcken tragen zu minimierten Laufzeiten bei.
• Die Fehlerbehandlung ist in vom Normalablauf separaten Teilfunktionsplänen möglich. Von jedem Zustand aus kann ein Übergang in einen von mehreren Pfaden zur Fehlerbehandlung erfolgen, ohne daß dabei die Übersichtlichkeit der graphischen Darstellung leidet. Wenn ein Fehlersignal auftritt, wird im betreffenden Funktionsplan eine Deaktivierung aller aktiven Zustände des Normalablaufes ausgelöst, der diesem Funktionsplan zugeordnete allgemeine Fehlerzustand ZF vorübergehend aktiviert und in Abhängigkeit von Boolschen Gleichungen einer von mehreren Fehlerbehandlungszuständen eingenommen. Die Wiedereintrittspunkte in den Normalablauf nach Beseitigung des Fehlers können entsprechend den technologischen Erfordernissen frei gewählt werden.
• Mittels Anzeige aktiver Zustände ist eine Überprüfung des funktionellen Ablaufes möglich. Hierzu zeigt Block AZFx alle aktiven Zustände eines Funktionsplanes an, während Block DA die Anzeige ausgewählter Zustände mehrerer Funktionspläne realisiert.
• Die Blockbibliothek Funktionsplan bietet eine umfangreiche Entwurfsunterstützung. Für jeden Block stehen on-line Hilfetexte zu Verwendungszweck und Einsatzgrenzen mittels Browser zur Verfügung. Einfache Fehler bei der Blockparametrierung bewirken ein akustisches Signal und die Ausgabe einer Fehlermeldung. Weitere Eingabefehler undStrukturfehler werden mit Hilfe von Zusatzsoftwarewerkzeugen erkannt und angezeigt. Das betrifft z.B. definierte Variablennamen und entsprechende Zugriffe, definierte Zustandsnummern und entsprechende Boolsche Fehlergleichungen, Zustandssackgassen (Verklemmungen) oder konkurierende Steuersignale.
• Die Generierung von Echtzeitkode kann so einfach erfolgen, wie sie für Simulink Standardblöcke vorgesehen ist, d.h. ohne spezielle Kenntnisse eines gesonderten Fensters oder zusätzlicher Kodierungssoftware. Erfolgt der Entwurf der Bewegungssteuerung für eine PC-kompatible Hardware, so empfiehlt sich der MATLAB Kompiler zusammen mit der Zusatzsoftware Simulink Coder (vormals RTW, Real-Time Workshop) und xPC-Target (vormals RealLink/32) als Target Support und Hardware Treiber-Bibliothek. Mitgelieferte xPC-Target Make-Files können unverändert verwendet werden, lediglich die Bibliotheksfiles von Funktionsplan sind anzumelden.
• Kompilerschalter zur Ausblendung der Erkennung von einfachen Fehlern bei der Blockparametrierung ermöglichen die Verkürzung der Echtzeitzykluszeit am Ende des Entwurfsprozesses. Der Anwender kann auch die notwendige Größe des Speicherbereiches bei Echtzeiteinsatz beeinflussen. Hierzu sind z.B. die maximale Anzahl paralleler Zustände, die Anzahl paralleler Funktionspläne oder die Anzahl der zu übertragenden Steuervariablen in Headerfiles vorgebbar.
• Funktionsplan bietet Hilfe bei der Fehlersuche im technologischen Ablauf und bei der einfachen Realisierung von technologischen Varianten. In frühen Entwurfsstadien und bei bestimmten Fehlern kann die Ereignisgenerierung durch on-line Schalter ersetzt werden. Alternative Pfade und Variantenschalter ermöglichen den Vergleich unterschiedlicher technologischer Abläufe bei Simulation und Echtzeitbetrieb. Beide Betriebsarten können mittels über on-line Schalter generierte Ereignisse ganz oder teilweise im Schrittbetrieb arbeiten, wenn technologisch zulässig. In beiden Betriebsarten können sowohl Zustandsvariablen als auch Ereignisse aufgezeichnet werden.