DE3820028C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Anlage zum Erstellen eines Steuerprogrammes für einen Rechner zur Programmierung von Maschinen oder Geräten.

Aus DE-OS 32 23 584 ist ein Programmiersystem bekannt, welches ein Bildschirm-Programmiersystem als Kleinrechner aufweist. Mit Hilfe dieses Bildschirm-Programmiersystems kann der Benutzer einen logischen Schaltplan (Folgeprogramm) erstellen, der am Bildschirm dargestellt wird. Der Ablauf gemäß dem logischen Schaltplan wird mit dem Bildschirm-Programmiersystem simuliert. Auch ist eine Schnittstelle vorgesehen, um die Simulation mit Ein- und Ausgabeeinrichtungen durchzuführen. Die Simulation läßt sich mit Ein- und Ausgaben durchführen, ohne die eigentliche Programmsteuerung zu realisieren.

Aus der Literaturstelle Manfred Holder "SPS-Esperanto" in iee. Jahrgang 33, 1988, Nr. 1, Seiten 16-18 ist ein Kleinrechner bekannt, mit dem logische Schaltpläne generiert, dargestellt, getestet und simuliert werden können. Hierbei können Baugruppen der Digitaltechnik dargestellt werden. Der logische Schaltplan wird umgesetzt in ein Steuerungsprogramm, wobei der Steuerungs­ code von der verwendeten Steuerungstype abhängig ist.

Aus DE-OS 31 21 445 ist eine Programmiereinrichtung mit einem Kleinrechner bekannt. Mit Hilfe dieser Programmiereinrichtung definiert ein Programmierer ein Datenflußdiagramm, das Datenflüs­ se zwischen Funktionen in Form eines Blockdiagramms darstellt, das dem Programmierer für die Auslegung eines Steuer- oder Regelsystems bekannt ist. Das mit der Programmiereinrichtung erstellte Programm wird dann in die Programmsteuerung geladen und dort ausgeführt.

Aus der Technik der speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) ist die Entwicklung von Steuerprogrammen für Programmsteuerungen mit Hilfe von Programmiergeräten, die einen Kleinrechner enthalten, bekannt, wobei der Programmierer so arbeiten kann, als ob er eine festverdrahtete Gatterschaltung (Funktionsplan) oder Relaisschaltung (Kontaktplan) entwickeln würde.

Bisher mußten diese Programmsteuerungen und die hierfür bestimm­ ten Steuerungsprogramme in der für den jeweiligen, die Maschinen­ steuerung übernehmenden Rechner relevanten Programmiersprache abgefaßt werden. Hierzu mußten spezielle Kenntnisse der Program­ miersprachen ermittelt werden. Ein umfangreicher Test war nur mit dem Endgerät möglich. Insbesondere wenn der die Maschinensteue­ rung übernehmende Rechner im Assembler-Code programmiert werden muß, bereitet auch die Dokumentation der Steuerprogramme Schwierigkeiten.

Beim Erstellen von komplexen Schaltplänen ist bisher in der Praxis ein großer Aufwand zu betreiben, da man gezwungen war, sich hierbei auf einfache Schaltungsbeispiele zu beschränken, um den zeitlich vorgegebenen Rahmen einhalten zu können. Daher mangelt es vielen Elektronikern an der praktischen Erfahrung im Umgang mit komplizierten Schaltplänen und deren Funktionsweise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der aus der DE-OS 32 23 584 bekannten Art bereitzustellen, mit der ein Steuerungsprogramm eines Rechners auch für komplexe Programm­ steuerungen einfach erstellt und in der praktischen Anwendung erprobt werden kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit einer Anlage zum Erstellen eines Steuerprogrammes für einen Rechner zur Programm­ steuerung von Maschinen oder Geräten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Anlage zum Erstellen eines Steuerprogrammes für einen Rechner zur Programmsteuerung von Maschinen oder Geräten ermöglicht eine zeitlich geraffte Erstellung und Darstellung von logischen Schaltplänen, welche auch komplexerer Natur sein können, und der Benutzer der Anlage kann im prakti­ schen Umgang mit dem so erstellten Steuerprogramm über die Ansteuerung von externen Einrichtungen die Funktion schnell erkennen und hierbei praktische Erfahrung im Umgang mit einer solchen Programmsteuerung sich aneignen. Dank der Simulationsbe­ triebseinrichtung können die Funktionen der später zu steuernden Geräte oder Maschinen weitestgehend getestet werden, so daß sich Schaltungsfehler erkennen lassen, bevor eine unmittelbare Funktionsverbindung mit den externen Maschinen oder Geräten hergestellt wird. Hierdurch lassen sich Beschädigungen derselben vermeiden, und man kann den erstellten Schaltplan noch vor dem Simulationsbetrieb korrigieren und ändern. Hierdurch ist eine praxisbezogene Übung im Umgang mit derartigen Programmsteuerungen von Maschinen oder Geräten zur Erweiterung des Erfahrungsschatzes möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bei der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 10 wiedergegeben.

Vorzugsweise umfaßt die Anlage eine Testeinrichtung zur Überprü­ fung der Funktionsfähigkeit des jeweils generierten und darge­ stellten Schaltplanes, welche beispielsweise von einem Analysator gebildet werden kann, der den zeitlichen Verlauf der Signale durch Darstellung der Pegel im Zeitbereich wiedergibt. Alle simulierten Bauelemente verfügen über Zeitverzögerungen, die auch bei realen Bauelementen gegeben sind. Diese Verzögerungen können am Analysator dargestellt werden. Hierdurch läßt sich das systematische Erstellen von derartigen logischen Schaltplänen erlernen.

Wenn die Schnittstelle Digital-Eingänge und/oder Digital-Ausgänge hat, so werden zweckmäßigerweise Opto-Koppler eingesetzt. Über die Leistungsausgänge können beispielsweise Motore, Stellglieder oder dgl., insbesondere Gleichstrommotore, angesteuert werden, die eine unterschiedliche Leistungsaufnahme haben können.

Die erfindungsgemäße Anlage zum Erstellen eines Steuerprogrammes für einen Rechner zur Programmsteuerung von Maschinen oder Geräten umfaßt eine Generierungs- und Darstellungseinrichtung und eine Simulationsbetriebseinrichtung mit einer Umsetzung des dargestellten Schaltplans in eine höhere Programmiersprache, wie PASCAL, BASIC, Z80-Assembler oder "C".

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und anhand von Ausführungsbeispielen von Schaltungen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Anlage zur Simulation von Schaltungen auf dem Gebiet der Digitalelektronik unter Verwendung eines Kleinrechners mit Bildschirm,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Interface bei der Anlage nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Beispiel zur Erläuterung des Verfahrens in Verbindung mit einer Und-Schaltung,

Fig. 4 ein weiteres Beispiel eines D-Flip-Flops,

Fig. 5 die Darstellung eines Umdrehungszählers als weiteres Beispiel,

Fig. 6 ein Pneumatikelement als weiteres Ausführungsbeispiel, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Mehr- Analysators zum Test der generierten und dargestellten Schaltung.

In Fig. 1 ist eine Anlage zur Simulation von Schaltungen auf dem Gebiet der Digitalelektronik insgesamt mit 1 bezeichnet. Die Anlage 1 umfaßt einen Kleinrechner 2, wie einen PC (Personal Computer), einen Bildschirm 3, einen Joy-Stick 4, ein Interface 5 und auf einer Platte angeordnete externe Einrichtungen 6, wie einen Motor 7, einen Taster 8 u. dgl.

In Fig. 2 sind nähere Einzelheiten des Interface 5 dargestellt. Mit 9 ist der Kartenstecker des Interface 5 gezeigt, der für eine serielle Schnittstelle am Kleinrechner 2 vorbereitet ist, und in den Kartenschacht des Kleinrechners 2 eingeschoben wird. Ferner weist beim dargestellten Beispiel das Interface 5 acht Digital-Eingänge 10, acht Digital-Ausgänge 11, acht Analog- Eingänge 12 und vier Leistungsausgänge bzw. Motorausgänge 13 auf. Über die Eingänge können Schalter mit der im Kleinrechner 2 erzeugten Schaltung beispielsweise verknüpft werden, über die Ausgänge 11 bzw. 12 können Taster und Leuchtdioden angesteuert werden. Über die Leistungs- bzw. Motorausgänge 13 können Gleichstrommotoren unterschiedlicher Leistungsaufnahme angesteuert werden. Alle diese Ein- und Ausgänge sowie die Verknüpfung mit dem Kartenschacht des Kleinrechners sind auf einer gedruckten Schaltungsplatte 14 untergebracht, die das Interface 5 bildet.

Im Speicher des Kleinrechners 2 sind als logische Bauelemente oder Baugruppen beispielsweise Und-Verknüpfungsglieder, Oder- Verknüpfungsglieder, Nicht-Verknüpfungsglieder, Exor-Ver­ knüpfungsglieder, D-Flip-Flop-Zähler, Vergleicher usw. ge­ speichert, die die jeweils gewünschten logischen Schaltungen mit Hilfe des Kleinrechners 2 verknüpft und dann am Bildschirm 3 desselben sichtbar angezeigt und dargestellt werden können.

Anhand von Fig. 3 wird als erstes Beispiel eine Und-Schaltung dargestellt. Diese Und-Schaltung weist einen Eingang 1 und einen Eingang 2, ein Und-Verknüpfungsglied und einen Ausgang auf. Nach der Schaltlogik wird der Ausgang dieser Und-Schal­ tung nur dann aktiviert, wenn beide Eingänge 1 und 2 gesetzt sind. Wenn beispielsweise die Eingänge 1 und 2 mit Schaltern gekoppelt sind, so kann in der "Ein"-Stellung des Schalters die Verbindungsleitung vom Eingang 1 zum Und-Verknüpfungs­ glied in Form eines Lauflichtes, beispielsweise in Grün, am Bildschirm 3 aufleuchten. Wenn nun der mit dem Eingang 2 ver­ bundene Schalter in seine "Ein"-Stellung gebracht wird, leuch­ tet auch die Verbindungslinie vom Eingang 2 zum Und-Ver­ knüpfungsglied auf und gleichzeitig wird auch die Aktivie­ rung der Leitungsverbindung zum Ausgang optisch angezeigt. Über das Interface 5 können externe Schalter mit den Eingängen 1 und 2 dieser Und-Schaltung funktionsmäßig gekoppelt wer­ den, und der Ausgang kann über das Interface 5 mit einer ent­ sprechend anzusteuernden externen Einrichtung wirkungsmäßig verbunden werden. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Anlage 1 die Und-Schaltung erzeugt und in einem praktischen Beispiel über externe Einrichtungen erprobt werden. Zum Austesten der Schaltung kann der Benutzer entsprechende Schalterzustände mit Hilfe des Joy-Sticks 4 darstellen.

In Fig. 4 ist eine Lauflichtschaltung als Beispiel dargestellt. Hierbei sind mehrere D-Flip-Flops miteinander verbunden. Über einen links angeordneten und mit "TAKT" bezeichneten Taktgeber werden die D-Flip-Flops getaktet. Diese übernehmen bei jedem Takt die Information am D-Eingang zum Ausgang und die entsprechend zugeordnete Leuchtdiode wird über das Interface 5 zum Aufleuchten gebracht. Beim dargestellten Beispiel handelt es sich hierbei um die oberste Leuchtdiode von insgesamt drei dargestellten Leuchtdioden. Beim nächsten Takt vom Taktgeber wird dann die nächste Leuchtdiode zum Aufleuchten gebracht usw. Auf diese Weise läßt sich die Funktion eines D-Flip-Flops am Bildschirm 3 verdeutlichen und über das Interface 5 können dann entsprechende externe Einrichtungen 6 angesteuert werden.

Als weiteres Beispiel wird anhand von Fig. 5 ein Umdrehungszähler gezeigt. Dieser Umdrehungszähler ist für einen extern angeordneten Motor 7 bestimmt, der über das Interface 5 von dem Kleinrechner 2 angesteuert wird. Der Motor 7 betätigt über eine Schaltnocke den Taster, der in Fig. 5 links dargestellt ist. Ein Rückwärts-Zähler, der in der Mitte dargestellt ist, ist beispielsweise auf zehn Impulse voreingestellt. Die Anzahl der Impulse läßt sich mit Hilfe des Joy-Sticks 4 beliebig verändern. Nach Ablauf der zehn Impulse erhält man einen Ausgangsimpuls, der in der D-Flip-Flop eingespeichert wird, das rechts in Fig. 5 gezeigt ist. Hierdurch wird der symbolisch dargestellte Motor angehalten, der in Fig. 5 ganz rechts liegt. Über das Interface 5 kann dann der Motor 7 der externen Einrichtung 6 angesteuert werden, wobei dem Motor eine Schaltnocke als konkretes Bauteil zugeordnet werden kann, der als Meßwertaufnehmer dient und über einen der Eingänge des Interface 5 eine funktionsmäßige Kopplung mit der am Kleinrechner 2 dargestellten Schaltung herstellt. Über das Interface 5 wird somit der Motor 7 ein- und ausgeschaltet.

Natürlich können auch andere reale Geräte, wie Pressen oder Fahrstühle mit Hilfe des Kleinrechners 2 am Bildschirm simuliert und gegebenenfalls nach einem Testlauf über das Interface 5 an einem konkreten Beispiel ausprobiert werden.

In Fig. 6 ist ein weiteres Beispiel, nämlich ein Pneumatik- Element dargestellt. Über A 0 wird das Pneumatik-Element in seine Rechtstellung verfahren und über A 1 wird das Pneumatik-Element in seine Linksstellung verfahren. E 0 und E 1 liefern bei Erreichen der jeweiligen Endstellung ein Kontaktsignal. Über das Interface 5 können dann konkrete externe Einrichtungen 6 angesteuert werden, um die Funktionsfähigkeit des Pneumatik-Elements zu demonstrieren.

In Fig. 7 ist für den Eigentest der Schaltung als Beispiel ein Mehrkanal-Analysator 15 gezeigt. Im oberen Teil der Fig. 7 ist ein Schieberegister dargestellt, das fünf Kanäle 0, 1, 2, 3, 4 umfaßt. Über diese Kanäle werden die einzelnen miteinander verknüpften Logik-Bausteine angesteuert, und ein Analysator 15 kann Fehlschaltungen, wie Kurzschlüsse oder fehlerhafte Verbindungen zweier Ausgänge beispielsweise erkennen und hierfür kann eine Fehlermeldung erfolgen, die sichtbar und/oder hörbar sein kann. Nach Beheben der mit Hilfe des Mehrkanal-Analysators 15 erkannten Fehlern der am Bildschirm 3 dargestellten Schaltung kann dann der Simulationsbetrieb durchgeführt werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Hilfe des Kleinrechners 2 eine Schaltung aus mehreren Logik-Bauelementen, wie Und-Verknüpfungselement, Oder-Verknüpfungselement, Nicht- Verknüpfungselement, Exor-Verknüpfungselement, D-Flip-Flop, Zähler, Vergleicher usw., generiert und am Bildschirm 3 dargestellt. Dann kann die so am Bildschirm 3 dargestellte Schaltung im Simulationsbetrieb beispielsweise unter Verwendung des Joy-Sticks 4 betrieben werden und es wird eine Verbindung zu externen Ein- und Ausgabeeinrichtungen 10 bis 13 über eine Schnittstelle bzw. ein Interface 5 hergestellt. Somit können externe Einrichtungen 6 angesteuert werden, die dann entsprechend der hergestellten logischen Schaltung arbeiten und deren Funktionsablauf mit diesen externen Einrichtungen 6 verdeutlicht werden kann.

Mit Hilfe des in Fig. 7 beispielsweise dargestellten Mehrkanal-Analysators 15 kann die generierte und am Bildschirm 3 des Kleinrechners 2 dargestellte Schaltung hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit getestet werden, bevor eine unmittelbare Wirkungsverbindung über das Interface 5 mit den externen Einrichtungen 6 hergestellt wird.

In den Anlagen I bis IV sind Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der Erfindung angegeben.

Anlage I zeigt einen möglichen, vom Compiler erzeugten Zwischencode. Falls nur rein binäre Schaltelemente verwendet werden (keine Timer oder Analogbauelemente), so kann ein möglicher Zwischencode eine Notierung für eine speicherprogrammierbare Steuerung darstellen (sogenannte SPS-Notierung). Diese Sprache wird heute häufig bei industriellen Steuerungen verwendet. Somit ist eine Verbindung von der aufgebauten digitalen Programmsteuerung und der entsprechenden Schaltung zu dieser speicherprogrammierbaren Steuerungssprache geschaffen.

Bei der Verwendung der analogen oder zeitbehafteten Bauelemente kann man den Endcode (PASCAL, BASIC, C usw.) auch direkt ohne Umweg über die speicherprogrammierbare Steuerungssprache erzeugen. Weiter wird die Möglichkeit geschaffen, auch direkt aus der speicherprogrammierbaren Steuerungssprache den obengenannten Quellcode zu generieren.

Anlage II zeigt einen möglichen, vom Compiler erzeugten Quellcode in PASCAL. Ein wichtiges Merkmal ist, daß in diesem Quellcode - wie auch in dem Quellcode von Anlage III und IV - Kommentare angegeben sind, die beim Verfahren und der Anlage selbsttätig erzeugt werden. Hierdurch kann der erzeugte Quellcode einerseits besser verstanden und andererseits auch einfacher modifiziert werden, falls beispielsweise der Zielrechner eine bestimmte Initialisierung usw. benötigt.

Die Anlagen III und IV zeigen weitere Beispiele von ausgegebenen Steuerprogrammen mit entsprechenden Kommentierungen.

Wie gezeigt, ermöglicht die Erfindung unter Verwendung eines Kleinrechners 2 die Verknüpfung von einzelnen logischen Bauelementen zu einer logischen Schaltung, insbesondere zu Lernzwecken, deren Funktion dann mit Hilfe von externen Einrichtungen verdeutlicht werden kann. Hierdurch ist eine praxisbezogene Übung für die Erstellung von logischen Schaltungen auf dem Gebiet der Digitalelektronik auf einfache Weise mit Hilfe eines Kleinrechners 2 möglich.

Bezugszeichen

 1 Anlage insgesamt
 2 Kleinrechner
 3 Bildschirm
 4 Joy-Stick
 5 Interface
 6 Externe Einrichtungen
 7 Motor
 8 Taster
 9 Kartenstecker
10 Digital-Eingänge
11 Digital-Ausgänge
12 Analog-Eingänge
13 Leistungs-Ausgänge bzw. Motorausgänge
14 Gedruckte Schaltungsplatte
15 Mehrkanal-Analysator

Claims (10)

1. Anlage zum Erstellen eines Steuerprogrammes für einen Rechner zur Programmsteuerung von Maschinen oder Geräten mit

• - einem Kleinrechner (2) mit Bildschirm (3), wobei im Speicher des Kleinrechners (2) die Funktionen von Bauelementen oder Baugruppen der Digitalelektronik gespeichert sind,
• - eine Generierungs- und Darstellungseinrichtung zur frei wählbaren Verknüpfung der Bauelemente oder Baugruppen in Form eines Schaltplans zur Beschreibung der Programm­ steuerung und Darstellung des Schaltplans am Bildschirm (3),
• - und einer Simulationsbetriebseinrichtung zur Simulation des Betriebs einer Schaltung nach dem dargestellten Schaltplan mit einer Schnittstelle (5), über welche eine Kommunikationsverbindung herstellbar ist zwischen der simulierten Schaltung und externen Einrichtungen (6) zur Ein- und/oder Ausgabe von Daten der Maschine oder des Geräts,
• - wobei der Kleinrechner aus dem dargestellten Schaltplan das Steuerprogramm in einer höheren Programmiersprache, wie PASCAL, BASIC, Z80-Assembler oder "C", erstellt und über eine Ausgabeeinrichtung ausgibt.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine Testeinrichtung (15) zur Überprüfung der Funktionsfähig­ keit des jeweils generierten und dargestellten Schalt­ plans, wobei bei der Erkennung von unlogischen Verknüp­ fungen zwischen den Bauelementen und Baugruppen, wie Kurzschlüsse oder dgl., eine farbliche Markierung des betroffenen Leitungszugs erfolgt.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Testeinrichtung ein Analysator (15), insbesondere ein Mehrkanal-Analysator ist, der den zeitlichen Verlauf der Signale und deren Verhältnis zueinander darstellt.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schnittstelle (5) als Meßwertaufnehmer ausgebildet ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schnittstelle (5) die Ein- und/oder Ausgabeeinrichtungen zur Ansteuerung der externen Einrichtungen (6) hat.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle (5) Digital-Eingänge (10) und/oder Digital- Ausgänge (11) und/oder Analog-Eingänge (12) und/oder Leistungsausgänge (13) aufweist.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsausgänge (13) zur Ansteuerung von Motoren, insbesondere Gleichstrommotoren, bestimmt sind.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß acht Digital-Eingänge (10), acht Digital-Ausgänge (11), acht Analog-Eingänge (12) und vier Leistungsausgän­ ge (13) an der Schnittstelle (5) vorgesehen sind.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die darstellbaren Bauelemente oder Baugrup­ pen der Digitalelektronik Und-Verknüpfungsglieder, Oder- Verknüpfungsglieder, Nicht-Verknüpfungsglieder, Exor- Verknüpfungsglieder, D-Flip-Flops, Zähler, Vergleicher oder dgl. sind.

10. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig vom erstellten Steuerungs­ programm und dessen Ablaufgeschwindigkeit alle Zeit- und Verzögerungsbauelemente ihre realen Verzögerungs- und Zeitfaktoren beibehalten, wobei auch die Taktfrequenz des Kleinrechners (2) eingebbar ist.