Fehlertolerante dezentrale Prozeßautomatisierung

ISBN-13: 9783540187547 / Niemiecki / Miękka / 1987 / 243 str.

Hubert Mancher

Opis

In der vorliegenden Monographie werden Verfahren zur Implementierung von Fehlertoleranz in dezentralen Automatisierungssystemen untersucht. Ausgehend von einer Analyse der angestrebten Ziele Zuverl ssigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit wird eine modifizierte Fehlertoleranz-Klassifizierung angegeben. Die exemplarische Realisierung eines fehlertoleranten Mikrorechnersystems basiert auf der globalen Grundstruktur dezentraler Automatisierungssysteme, in der durch die Zusammenfassung lokaler Subsysteme eine Rekonfiguration zur Tolerierung bestimmter Hardware-Fehler m glich wird. Dezentral realisierte Vergleichs- und Votiereinrichtungen erlauben auch die Tolerierung beliebiger Einfachfehler. Das zugeh rige Echtzeitbetriebssystem ist mit der f r Anwendungsprogramme transparenten Kommunikation in der Lage, alle Auftr ge unabh ngig vom Ort des Systemaufrufs und des Zielobjektes auszuf hren. Zur Unterst tzung des Betriebs von Echtzeitprogrammen werden Funktionszust nde zur flexiblen Anpassung an u ere Abl ufe behandelt. Anwenderprogramme in Form konfigurierbarer Software-Bausteine zeigen beispielartig die Realisierung fehlertoleranter Funktionen verschiedener Klassen, die gleichzeitig betrieben werden k nnen. Ihre Erprobung an analog simulierten Testprozessen demonstriert die Anwendbarkeit der vorgestellten Konzepte.

Spis treści

1. Einführung.- 1.1 Motivation.- 1.2 Übersicht.- 2. Auswahl Der Fehlertoleranzverfahren.- 2.1 Ziele der Fehlertoleranz.- 2.1.1 Zuverlässigkeit.- 2.1.2 Sicherheit.- 2.1.3 Wirtschaftlichkeit.- 2.2 Bewertung von Fehlertoleranz.- 2.2.1 Gegenüberstellung der Begriffe und Kenngrößen.- 2.2.2 Geschlossene Darstellung der Fehlertoleranzkenngrößen.- 2.3 Klassenauswahl als Projektierungsverfahren für die Anwendung.- 2.3.1 Zuverlässigkeitsklassen für Tasks.- 2.3.2 Fehlertoleranzklassen für Funktionen.- 2.3.3 Auswahl einer Fehlertoleranzklasse.- 2.4 Realisierungsprinzipien.- 2.4.1 Industrielle Randbedingungen.- 2.4.2 Gliederung der Verfahren.- 2.4.3 Ausgewählte Verfahrenskombinationen.- 2.4.3.1 Klasse Z - Zuverlässigkeit.- 2.4.3.2 Klasse S - Sicherheit.- 2.4.3.3 Klasse W - Wirtschaftlichkeit.- 2.5 Gegenüberstellung ausgewählter Verfahren.- 3. Die System-Hardware.- 3.1 Die FIPS-Hardware-Struktur.- 3.1.1 Globale Grundstruktur dezentraler Automatisierungssysteme.- 3.1.2 Ergänzungen für die Fehlertoleranz.- 3.1.3 Systematische Gliederung und mögliche Ausbaustufen.- 3.1.3.1 Die Modulebene.- 3.1.3.2 Die Lokalsystemebene.- 3.1.3.3 Die Regionalsystemebene.- 3.1.3.4 Die Globalsystemebene.- 3.2 Das Lokalsystem als Basissystem.- 3.2.1 Anforderungen der Fehlertoleranz an das Basissystem.- 3.2.2 Der Aufbau eines Lokalsystems.- 3.2.3 Die Baugruppen des Basissystems.- 3.2.3.1 Der Mikrorechner (MIC).- 3.2.3.2 Die Speicherbaugruppe (M).- 3.2.3.3 Das Konsolen-Interface (CI).- 3.2.3.4 Die Analog-Ein/Ausgabe (AIO).- 3.2.3.5 Die Binär-Ein/Ausgabe (BIO).- 3.2.3.6 Der Globalbuskoppler (GBC).- 3.2.3.7 Die Stromversorgung (PS).- 3.3 Der Regionalbus als zusätzlicher Kommunikationsweg.- 3.3.1 Anforderungen an einen Kommunikationsweg.- 3.3.2 Das Prinzip des Regionalbus.- 3.3.3 Der Aufbau eines Regionalbuskopplers.- 3.3.4 Die wichtigsten Funktionen der Regionalbuskoppler.- 3.3.5 Die Nutzung für die Fehlertoleranz.- 3.4 Die Realisierung dezentraler Voter.- 3.4.1 Anforderungen an dezentrale Voter.- 3.4.2 Die Anordnung für hohe Zuverlässigkeit.- 3.4.3 Die Anordnung für sicherheitsgerichtetes Verhalten.- 3.4.4 Die Bedeutung des Schaltelements.- 3.4.5 Ein Implementierungsbeispiel.- 3.5 Die realisierte System-Hardware.- 3.5.1 Die Aufbautechnik.- 3.5.2 Der Umfang des aufgebauten Systems.- 4. Die System-Software.- 4.1 Die Anforderungen an das Betriebssystem.- 4.1.1 Randbedingungen in der Automatisierungstechnik.- 4.1.2 Spezielle Anforderungen durch die Fehlertoleranz.- 4.2 Das Betriebssystem REX im überblick.- 4.2.1 Die Systemphilosophie.- 4.2.2 Behandelte Objekte.- 4.2.3 Schichten und Oberflächen.- 4.3 Die dezentrale Datenhaltung.- 4.3.1 Die Segmentierung von Anwenderprogrammen.- 4.3.2 Regional zugängliche System-Informationen.- 4.3.3 Die Lokalsystembeschreibung.- 4.4 Die Koppel-Software.- 4.4.1 Die Funktionen der Koppel-Software.- 4.4.2 Ein Beispiel für die regionale Ausführung eines Systemaufrufs.- 4.5 Die Exekutive.- 4.5.1 Die Hierarchie in der Exekutive.- 4.5.2 Die Bearbeitung von Jobs und Tasks.- 4.5.2.1 Die unbewußten Exekutivzustände.- 4.5.2.2 Die bewußten Funktionszustände.- 4.5.3 Kommunikationsmittel für Jobs und Tasks.- 4.5.3.1 Direkte Kommunikation.- 4.5.3.2 Botschaftenorientierte Kommunikation.- 4.5.4 Die Prozeß-Ein/Ausgabe 146 4.5.4.1 Die analoge Eingabe als Beispiel.- 4.5.5 Eine Übersicht über Systemaufrufe.- 4.6 Der Konfigurator.- 4.6.1 Der Systemstart.- 4.7 Das Dialogsystem.- 4.7.1 Die Schnittstelle zum Anwenderprogramm.- 4.7.2 Die Bedienfunktion.- 4.8 Die Bibliothek.- 4.9 Die Realisierung des Betriebssystems.- 5. Spezielle Entwicklungshilfen.- 5.1 Hilfsdateien für die Erstellung einer Task.- 5.2 Bibliotheken und zugehörige Extern-Deklarationen.- 6. Fehlertolerante Regelprogramme.- 6.1 Digitale Regler in verschiedenen Fehlertoleranzklassen.- 6.1.1 Die Software-Realisierung der Regler.- 6.1.1.1 Rekonfigurierbare Regler der Klasse W.- 6.1.1.2 Sicherheitsgerichtete Regler der Klasse S.- 6.1.1.3 Hochzuverlässige Regler der Klasse Z.- 6.1.2 Experimente an analog simulierten Prozessen.- 6.1.2.1 Die Erzeugung von Fehlern.- 6.1.2.2 Die Versuchsanordnung.- 6.1.2.3 Ein Beispielexperiment.- 6.2 Fehlertolerierende, schnelle adaptive Mehrgrößenregelung.- 6.2.1 Der parameteradaptive Regelkreis.- 6.2.2 Die Elemente des paramateradaptiven Regelkreises.- 6.2.3 Die Realisierung in der Fehlertoleranzklasse W.- 7. Gegenüberstellung der Fehlertoleranzklassen.- 7.1 Die tolerierbaren Fehler.- 7.2 Die Verbesserung relevanter Kenngrößen.- 7.3 Der erforderliche Aufwand.- 8. Zusammenfassung.