E_TOF

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Beschreibung:

Der Baustein E_TOF in der IEC 61499: Ein Überblick

Einleitung

Die IEC 61499 ist ein internationaler Standard, der die Modellierung von verteilten industriellen Steuerungssystemen ermöglicht. Ein zentrales Konzept in diesem Standard ist der Funktionsbaustein (FB), der als grundlegende Komponente für die Steuerungslogik dient. Der Baustein E_TOF (Event-driven Off-Delay Timer) ist ein Beispiel für einen solchen Funktionsbaustein, der in der IEC 61499 verwendet wird, um eine verzögerte Abschaltfunktion zu modellieren. Dieser Aufsatz beschreibt die Struktur, das Verhalten und die Anwendung des E_TOF-Bausteins anhand des bereitgestellten Quelltextes. Ein besonderer Aspekt, der hervorgehoben werden soll, ist, dass dieser Baustein auch dann funktioniert, wenn er nicht zyklisch aufgerufen wird, da er intern auf dem E_DELAY-Baustein aus der IEC 61499 basiert.

Struktur des E_TOF-Bausteins

Der E_TOF-Baustein ist ein Composite Function Block (CFB), der gemäß der IEC 61499 spezifiziert ist. Ein CFB besteht aus einer Schnittstelle (Interface) und einem internen Netzwerk von Funktionsbausteinen, die zusammenarbeiten, um das gewünschte Verhalten zu realisieren.

Schnittstelle (Interface)

Die Schnittstelle des E_TOF-Bausteins besteht aus:

Eingangsereignisse (Event Inputs):
- REQ (Request): Dieses Ereignis löst die Ausführung des Bausteins aus. Es ist mit den Eingangsvariablen IN und PT verknüpft.
- R (Reset): Dieses Ereignis setzt den Timer zurück.
Ausgangsereignis (Event Output):
- CNF (Confirmation): Dieses Ereignis wird ausgelöst, wenn die Ausführung des Bausteins abgeschlossen ist. Es ist mit der Ausgangsvariable Q verknüpft.
Eingangsvariablen (Input Variables):
- IN (Input): Dies ist eine boolesche Variable, die den Zustand des Timers steuert. Wenn IN auf TRUE gesetzt ist, startet der Timer. Wenn IN auf FALSE gesetzt wird, beginnt die Verzögerungszeit.
- PT (Process Time): Dies ist eine Zeitvariable (TIME), die die Verzögerungszeit definiert, nach der der Ausgang Q auf FALSE gesetzt wird.
Ausgangsvariable (Output Variable):
- Q (Output): Dies ist eine boolesche Variable, die den Zustand des Timers anzeigt. Sie bleibt solange TRUE, bis die Verzögerungszeit PT abgelaufen ist.

Internes Netzwerk (FBNetwork)

Der E_TOF-Baustein verwendet intern drei Funktionsbausteine, um das gewünschte Verhalten zu realisieren:

E_SWITCH: Dieser Baustein steuert den Fluss der Ereignisse basierend auf dem Eingang IN. Wenn IN auf TRUE gesetzt ist, wird das Ereignis an E_RS.S weitergeleitet. Wenn IN auf FALSE gesetzt ist, wird das Ereignis an E_DELAY.START weitergeleitet.
E_DELAY: Dieser Baustein realisiert die Verzögerungszeit PT. Wenn das START-Ereignis eintritt, beginnt der Timer zu laufen. Wenn die Verzögerungszeit abgelaufen ist, wird das EO-Ereignis ausgelöst.
E_RS: Dieser Baustein ist ein bistabiles Element, das den Zustand des Timers speichert. Wenn das S-Ereignis eintritt, wird der Ausgang Q auf TRUE gesetzt. Wenn das R-Ereignis eintritt, wird der Ausgang Q auf FALSE gesetzt.

Verhalten des E_TOF-Bausteins

Der E_TOF-Baustein verhält sich wie ein Off-Delay-Timer, der eine verzögerte Abschaltfunktion realisiert. Das Verhalten des Bausteins kann wie folgt beschrieben werden:

Start des Timers: Wenn das REQ-Ereignis eintritt und die Eingangsvariable IN auf TRUE gesetzt ist, wird der Timer gestartet. Der Ausgang Q wird auf TRUE gesetzt.
Verzögerungszeit: Wenn die Eingangsvariable IN auf FALSE gesetzt wird, beginnt die Verzögerungszeit PT. Der Ausgang Q bleibt solange TRUE, bis die Verzögerungszeit abgelaufen ist.
Ablauf der Verzögerungszeit: Sobald die Verzögerungszeit PT abgelaufen ist, wird der Ausgang Q auf FALSE gesetzt, und das CNF-Ereignis wird ausgelöst, um den Abschluss der Verzögerung zu signalisieren.
Reset: Wenn das R-Ereignis eintritt, wird der Timer zurückgesetzt, und der Ausgang Q wird auf FALSE gesetzt.

Unabhängigkeit vom zyklischen Aufruf

Ein entscheidender Vorteil des E_TOF-Bausteins ist, dass er nicht zyklisch aufgerufen werden muss, um korrekt zu funktionieren. Dies liegt daran, dass der Baustein intern auf dem E_DELAY-Baustein basiert, der in der IEC 61499 spezifiziert ist. Der E_DELAY-Baustein ist ein ereignisgesteuerter Timer, der unabhängig vom zyklischen Aufruf des übergeordneten Bausteins arbeitet. Das bedeutet, dass der E_TOF-Baustein auch in Systemen eingesetzt werden kann, die nicht zyklisch arbeiten, z.B. in ereignisgesteuerten oder verteilten Steuerungssystemen.

Anwendungsbeispiele

Der E_TOF-Baustein kann in verschiedenen industriellen Steuerungsanwendungen eingesetzt werden, insbesondere in Szenarien, in denen eine verzögerte Abschaltfunktion erforderlich ist. Einige Beispiele sind:

Maschinensteuerung: Der Baustein kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass eine Maschine nach dem Ausschalten noch für eine bestimmte Zeit weiterläuft, z.B. um Prozesse abzuschließen oder Sicherheitsvorkehrungen zu treffen.
Beleuchtungssteuerung: Der Baustein kann in Beleuchtungssystemen eingesetzt werden, um das Licht nach dem Ausschalten des Schalters noch für eine bestimmte Zeit brennen zu lassen.
Ventilsteuerung: Der Baustein kann verwendet werden, um ein Ventil nach dem Schließen noch für eine bestimmte Zeit offen zu halten, um z.B. Druck abzulassen.

Fazit

Der E_TOF-Baustein ist ein vielseitiger Funktionsbaustein in der IEC 61499, der eine verzögerte Abschaltfunktion realisiert. Durch seine interne Verwendung des E_DELAY-Bausteins kann er auch dann korrekt funktionieren, wenn er nicht zyklisch aufgerufen wird. Dies macht ihn besonders geeignet für ereignisgesteuerte und verteilte Steuerungssysteme, in denen zyklische Aufrufe nicht immer gewährleistet sind.

Der bereitgestellte Quelltext zeigt, wie der E_TOF-Baustein in der Praxis implementiert werden kann, und bietet eine solide Grundlage für die Entwicklung ähnlicher Bausteine in industriellen Steuerungssystemen. Die Unabhängigkeit vom zyklischen Aufruf ist dabei ein entscheidender Vorteil, der den Baustein für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht.

Vergleich E_TOF zu FB_TOF

Kapitel 1: Der FB_TOF-Baustein

Der FB_TOF (Off-Delay Timer) ist ein standardisierter Funktionsbaustein gemäß der IEC 61131-3, der eine verzögerte Abschaltfunktion realisiert. Ein wesentliches Merkmal dieses Bausteins ist der Ausgang ET (Elapsed Time), der die verstrichene Zeit seit dem Start der Verzögerung anzeigt. Dieser Ausgang ist besonders nützlich, um den Fortschritt der Verzögerungszeit zu überwachen und in Steuerungslogiken zu verwenden.

Ein kritischer Aspekt des FB_TOF-Bausteins ist jedoch, dass er zyklisch aufgerufen werden muss, um korrekt zu funktionieren. Das bedeutet, dass der Baustein in jedem Zyklus des SPS-Programms ausgeführt werden muss, um die verstrichene Zeit ET korrekt zu berechnen und die Verzögerungszeit PT einzuhalten. Wenn der Baustein nicht regelmäßig aufgerufen wird, kann der Timer nicht korrekt arbeiten, und die Verzögerungszeit wird möglicherweise nicht eingehalten. Diese Abhängigkeit vom zyklischen Aufruf macht den FB_TOF-Baustein ideal für traditionelle SPS-Systeme, die in festen Zyklen arbeiten.

Kapitel 2: Der E_TOF-Baustein

Der E_TOF (Event-driven Off-Delay Timer) ist ein Funktionsbaustein gemäß der IEC 61499, der ebenfalls eine verzögerte Abschaltfunktion realisiert. Im Gegensatz zum FB_TOF besitzt der E_TOF keinen Ausgang ET, der die verstrichene Zeit anzeigt. Stattdessen basiert der E_TOF intern auf dem E_DELAY-Baustein, der in der IEC 61499 spezifiziert ist und eine ereignisgesteuerte Verzögerungsfunktion bietet.

Ein entscheidender Vorteil des E_TOF-Bausteins ist, dass er nicht zyklisch aufgerufen werden muss, um korrekt zu funktionieren. Da der interne E_DELAY-Baustein unabhängig vom zyklischen Aufruf des übergeordneten Bausteins arbeitet, kann der E_TOF auch in Systemen eingesetzt werden, die nicht zyklisch arbeiten, z.B. in ereignisgesteuerten oder verteilten Steuerungssystemen. Dies macht den E_TOF-Baustein besonders flexibel und geeignet für moderne, verteilte Steuerungsarchitekturen, bei denen zyklische Aufrufe nicht immer gewährleistet sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der FB_TOF durch seinen Ausgang ET eine detaillierte Überwachung der verstrichenen Zeit ermöglicht, jedoch einen zyklischen Aufruf erfordert. Der E_TOF hingegen verzichtet auf den Ausgang ET, bietet dafür aber die Flexibilität, unabhängig von zyklischen Aufrufen zu arbeiten, was ihn ideal für ereignisgesteuerte Systeme macht.