Entwicklungskonzept: Das visualisiert Batch Monitor

Asperg, 21. Juni 2009

Bei der Visualisierung bemüht sich Batch Monitor darum dem Benutzer zu zeigen:

„Wo tut sich was?“

Der Benutzer soll zu jedem Zeitpunkt auf einen Blick erkennen, ob sich seinen Anlage im „grünen“ Bereich befindet. Trifft dies nicht zu, dann muss er auf den zweiten Blick die abweichende Komponente seiner Anlage zuordnen können.

Diese beiden Aspekte führten dazu, analoge Sensoren auf diese Weise zu visualisieren:

  • die Abweichung relativ zur gegebenen Toleranz grafisch darstellen
  • je größer die Abweichung, um so größer die Fläche der Signalfarbe
  • überschreitet die Abweichung die Toleranz, dann wechselt die Signalfarbe
  • der Benutzer kann zwischen Balken- und Sektoranzeigen wählen
  • die Größe der Anzeigen kann in weiten Grenzen variiert werden
  • bei rechteckigen Anzeigen sind Orientierung und Seitenverhältnis einstellbar
  • automatische Skalierung abhängig vom minimal und maximal toleriertem Wert
  • die Skale wird nicht beschriftet
  • bei Bedarf kann alternativ der absolute Wert numerisch dargestellt werde

Die Skalierung am Beispiel einer vertikal orientierten Balkenanzeige:

Je weiter die visualisierte Größe von ihrem optimalen Wert (Sollwert) abweicht, um so größer wird die Farbfläche und um so stärker der optische Reiz für das Auge. Wird die Toleranz überschritten, wechselt noch zusätzlich die Farbe nach rot.

Der optimale Wert wir auf allen Darstellungsvarianten mit einer grünen Haarlinie markiert. Der Bereich der tolerierten Werte ist schwarz, der Bereich der nicht tolerierten Werte ist dunkel grau unterlegt. Die Toleranzschwellen sind mit einer schwarzen Haarlinie markiert. Die Skalen der Sektoranzeigen erhalten noch weitere Markierungen als Anhaltspunkte.

Sektoranzeigen haben zwar einen größeren Platzbedarf als Balkenanzeigen, nutzen dafür die sensitive Reaktion des menschlichen Auges auf Winkeländerungen.

Batch Monitor stellt drei Sektoranzeigen zur Auswahl, die einen Winkel von 360°, 180° oder 90° nutzen. Die Sektoranzeige über 90° zeigt ab einer bestimmten Größe auch den absoluten Istwert numerisch in der rechten oberen Ecke an.

Digitale Ein- und Ausgänge bezeichnen wir als digitale Sensoren und Aktoren. Treffender wäre wohl, sie „binär“ zu bezeichnen, da sie nur zwei Zustände erkennen bzw. ausgeben können. In Anlehnung an analoge Sensoren und Aktoren wird bei Mikrocontrollern zumeist der Begriff „digital“ verwendet.

Analoge Aktoren zeigen hingegen einen absoluten Wert in gelb an. Der Startpunkt befindet sich immer am Anfang der Skale und wird mit einer gelben Haarlinie markiert.

Per Tastendruck kann die Form der Visualisierung zwischen Balken- und Sektoranzeige, sowie der numerischen Ausgabe mit dem absoluten Wert, umgeschaltet werden.

Batch Monitor visualisiert digitale Sensoren als auch Aktoren als LED. Nach Wunsch mit Bezeichnung, vertikal oder horizontal ausgerichtet. Die Farbe der LED kann beliebig eingestellt und die Größe in weiten Grenzen variiert werden.

Die Position von Servoachsen wird numerisch angezeigt, kann aber auch als vertikaler oder horizontaler Balken dargestellt werden.

Batch Monitor visualisiert in der Grundversion die Sensoren und Aktoren auf einem statischen Abbild. Eine Ausnahme hiervon macht die Positionsmarke. Sie kann an die x- und y-Achse gebunden werden und folgt dann auf einem maßstabsgetreuem Abbild der Position dieser Achsen.

Eine umfangreiche Kinematik zu visualisieren, ist einer speziellen Ausführung vorbehalten.

Beim Einsatz für die Automatisierung von Prüfplätzen visualisiert Batch Monitor vorzugsweise auf einem schematisierten Anlagenabbild. Bei bestimmten Anlagen eignet sich auch ein fotografisches Abbild für diese Zuordnung.

Ein schematisiertes Anlagenabbild

Ein fotografiertes Anlagenabbild

Sequenz von Messwerten darstellen

Wenn für die Auswertung einer Prüfung eine Sequenz von Messwerten herangezogen werden muss, um daraus eine binäre Entscheidung für gut oder schlecht (Passed/Failed) abzuleiten, dann wird dieser Prozess in einem virtuellen Port (Periphereral) gekapselt. Es besteht aus einem Firmware-Modul auf dem Mikrocontroller und einem korrespondierendem Software-Modul innerhalb von Batch Monitor.

Bei dieser Kapselung visualisiert dieses Port die generalisierten Sensoren und Aktoren wie oben beschrieben und erhält zusätzlich eine Anzeige für die aufgezeichneten Messwerte. Das folgende Beispiel eines Gradienten-Detektors soll dies verdeutlichen.

Gradienten-Detektor visualisieren

Geprüft wird die Elektronik für den Sanftanlauf von Elektromotoren. Für diese Prüfung wird ein Elektromotor mit einem Inkrementalgeber ausgestattet. Es wird der zurückgelegte Weg über der Zeit im Ab­stand von 10ms gemessen. Die gemessenen Werte werden mit dem Item „Sequenz“ erfasst und angezeigt.

Aus der Sequenz dieser Positionswerte soll die Totzeit, die Hochlauf­zeit, die erreichte Endgeschwindigkeit und die resultierende Be­schleunigung abgeleitet und zur Auswertung herangezogen werden.

Für die abgeleiteten Größen lassen sich alle Parameter wie bei realen Analogsensoren einstellen. Zwei digitale Aktoren zeigen an, ob die Prüfung läuft und der Motor über den Sanftanlauf eingeschaltet ist. Das Symbol für „Prüfung“ ist ein normaler digitaler Aktor. Das Symbol „Motor“ basiert auch auf einem realen digitalen Aktor, ist aber in der Firmware auf dem Mikrocontroller implementiert.

Für die erreichte Endgeschwindigkeit, Tot- und Hochlaufzeit wird die numerische Anzeige, für die Beschleunigung die Sektoranzeige über 90° gewählt. Die Maßeinheit für die Zeit wird in Millisekunden, die Geschwindigkeit in Inkremente pro Sekunde und die Beschleunigung in Geschwindigkeit pro Sekunde angegeben. Vor der Auswertung werden die Messwerte geglättet.

Die sequenzielle Anzeige erstreckt sich über 256 Messwerte und kann zwischen Strecke, Geschwindigkeit (ungeglättet und geglättet) sowie Beschleunigung umgeschaltet werden.

Die Breite des Diagramms lässt sich nur bis zu diesem Wert ausdeh­nen. Die Höhe kann nach Bedarf eingestellt werden. Die Auslenkung in der y-Achse kann für jede Anzeige individuell auf die Diagrammhö­he in den Ausrüstungsdetails eingestellt werden.

Verfasst am 21.06.2009 von Anton Kling

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