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Die
Erfindung betrifft eine Steuerungs- oder Regelungseinrichtung einer
Werkzeug- oder Produktionsmaschine sowie ein Verfahren zur Parametrierung
einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung einer Werkzeug- oder
Produktionsmaschine.
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In 1 ist
in Form eines Blockschaltbildes schematisch das Antriebskonzept
einer handelsüblichen
Werkzeug- oder Produktionsmaschine dargestellt. Von einer Steuerung 1 werden
Sollgrößen für eine Regelung 4 berechnet
und diese der Regelung 4 über eine Verbindung 8 zugeführt. Die
Regelung 4 regelt z.B. die Motordrehzahl eines Motors 6 entsprechend
den von der Steuerung 1 vorgegebenen Sollgrößen. Über eine
Verbindung 9 werden Regelausgangsgrößen von der Regelung 4 einem
Umrichter 5 als Eingangsgrößen zugeführt, der den Motor 6 speist.
Die notwendige Rückführung von
Regleristgrößen ist
in 1 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
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Auf
Grund der hohen Echtzeit-Anforderungen ist die Regelungseinrichtung 4 handelsüblich auf der
Plattform eines speziellen Embedded-Rechnersystems 21b verwirklicht.
Die Steuerungseinrichtung 1 ist ebenfalls handelsüblich in
Form eines Embedded-Rechnersystems 21a verwirklicht.
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Embedded-Rechersysteme
werden in der Antriebs- und Automatisierungstechnik häufig verwendet.
Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie in das zu automatisierende
Gerät integriert
sind und auch eigenständig,
d.h. ohne die bei Personal Computern üblichen notwendigen Peripheriekomponenten
wie z.B. Tastatur, Maus oder Bildschirm betreibbar sind. Im Gegensatz
zu Personal Computern wird die Software eines Embedded-Rechnersystems
nicht vom Anwender gestartet, sondern ist in Form ei ner so genannten
Firmware fest in das Geräte
installiert und wird beim Einschalten des Gerätes automatisch gestartet.
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Das
Embedded-Rechnersystem 21a der Steuerung 1 weist
eine Echtzeitsoftware 3a, welche auf einen Echtzeitbetriebssystem
abläuft,
auf. Innerhalb der Echtzeitsoftware 3a sind die wesentlichen Steuerungsfunktionalitäten der
Steuerungseinrichtung 1 realisiert. Zusätzlich besitzt die Steuerung 1, insbesondere
bei komplexeren Maschinen eine Nichtechtzeitsoftware 2a.
Die Nichtechtzeitsoftware 2a dient im wesentlichen zur
Realisierung von Bedien- und Visualisierungsfunktionen der Maschine. Entsprechend
besitzt die Regelungseinrichtung 4 ein Embedded-Rechnersystem 21b mit
einer Echtzeitsoftware 3b zur Realisierung der Regelungsfunktionalität, welche
auf einem Echtzeitbetriebssystem abläuft und eine nichtechtzeitfähige Software 2b,
die auf einen Nichtechtzeitbetriebssystem abläuft und im wesentlichen zur
Realisierung von Bedienfunktionalitäten und Visualisierungsfunktionalitäten der
Regelung 4 dient.
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Da
man die Steuerungseinrichtung 1 oder die Regelungseinrichtung 4 als
jeweils einheitliche Hardwareplattform für die unterschiedlichsten Maschinentypen
und Anwendungen verwenden will, ist bei heutzutage üblichen
Maschinen die Parametrierung einer solchen Steuerungs- oder Regelungseinrichtung
aufwendig und komplex. So können
z.B. an die Regelungseinrichtung 4 auch mehrere Umrichter mit
einem jeweils zugeordneten Motor angeschlossen sein. Weiterhin können z.B.
verschiedene Motorentypen verwendet werden oder an die Steuerung 1 kann
nicht nur eine Regelung 4, sondern mehrere Regelungen angeschlossen
sein. Auch kann z.B. die Anzahl der Geber zur Ermittlung der Istgrößen für jede Maschine
unterschiedlich sein. Da jeder Maschinentyp und jede Maschinenkonfiguration
eine eigene individuelle Parametrierung aufweist und je nach Konfiguration
die Anzahl der Parameter und die Art der Parameter schwanken kann
ist die Parametrierung einer solcher Maschine bisher sehr aufwendig.
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Dies
führt heutzutage
dazu, dass eine handelsübliche
Steuerungs- oder Regelungseinrichtung eine Vielzahl von einstellbaren
Parametern zur Parametrierung der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung
besitzt, über
die ein Anwender die Steuerungs- oder Regelungseinrichtung an die
jeweilige Applikation anpassen muss. Die Anzahl der Parameter stellt eine
Obermenge für
alle möglichen
Einstellungen dar. Für
einen konkreten Anwendungsfall müssen
jedoch oft nur weniger Parameter verstellt werden. Der Anwender
wird jedoch mit der Gesamtheit der Parameter konfrontiert, was zu
einer großen
Komplexität und
mangelnder Übersichtlichkeit
des Antriebszustandes der Maschine und damit zu zeitraubender Fehlersuche
bei Problemen führt.
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Um
für bestimmte
Standardanwendungen eine vereinfachte Inbetriebnahme zu ermöglichen, können heutzutage über einen
Einstellparameter verschiedene Sätze
von voreingestellten Werten, so genannten Default-Werten für die Parametrierung
ausgewählt
werden. Diese Auswahl ist jedoch aus Aufwandsgründen auf eine kleine Anzahl
von fest definierten einfachen Anwendungen begrenzt. Außerdem sind
diese auswählbaren
Default-Einstellungen fest
und können
nicht variabel auf den unterschiedlichen Ausbaugrad modularer Maschinen
reagieren. Die in der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung auswählbaren
Applikation müssen
hierbei auch gleichzeitig in derselben Form auf externen Tools, wie
z.B. auf einen Inbetriebnahme-Programm auf einen PC zur Verfügung gestellt
werden, was zu umfangreichen Randbedingungen bezüglich der Kompatibilität zwischen
der Softwareversion der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung und
z.B. einem auf einem externen Tool ablaufenden Inbetriebnahmeprogramm
führt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher eine einfache Parametrierung
einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung einer Werkzeug- oder
Produktionsmaschine zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Steuerungs- oder Regelungseinrichtung einer
Werkzeug- oder Produktionsmaschine gelöst, wobei die Steuerungs- oder
Regelungseinrichtung ein Rechnersystem aufweist, wobei ein Interpreter
Bestandteil einer Nichtechtzeitsoftware (2a, 2b)
des Rechnersystems ist, wobei ein ausführbares Makro von einem Speichermedium
in den Interpreter ladbar und vom Interpreter ausführbar ist
und solchermaßen
Parameter zur Parametrierung der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung
vom Interpreter bestimmbar und in einem Speicherbereich abspeicherbar
sind.
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Weiterhin
wird diese Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zur Parametrierung einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung
einer Werkzeug- oder Produktionsmaschine, wobei ein ausführbares
Makro von einem Speichermedium in einen innerhalb einer Nichtechtzeitsoftware
eines Rechnersystems realisierten Interpreter geladen und vom Interpreter
ausführt
wird und solchermaßen
Parameter zur Parametrierung der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung vom
Interpreter bestimmt und in einem Speicherbereich abgespeichert
werden.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff Werkzeugmaschinen
z.B. ein- oder mehrachsige Dreh-, Fräs-, Bohr- oder Schleifmaschinen
verstanden. Zu den Werkzeugmaschinen werden im Rahmen der vorliegenden
Erfindung auch noch Bearbeitungszentren, lineare und rotatorische Transfermaschinen,
Lasermaschinen oder Wälz-
und Verzahnmaschinen gezählt.
Allen gemeinsam ist, dass ein Material bearbeitet wird, wobei diese
Bearbeitung mehrachsig ausgeführt
werden kann. Zu den Produktionsmaschinen werden im Rahmen der vorliegenden
Erfindung z.B. Textil-, Kunststoff-, Holz-, Glas-, Keramik- oder
Steinbearbeitungsmaschinen gezählt.
Maschinen der Umformtechnik, Verpackungstechnik, Drucktechnik, Fördertechnik,
Aufzugstechnik, Pumpentechnik, Transporttechnik, Lüftertechnik
sowie Windkrafträder,
Hebewerkzeuge, Kräne,
Roboter und Fertigungsstraßen
gehören ebenfalls
im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu den Produktionsmaschinen.
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Eine
erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass das Makro Kontrollanweisungen enthält. Wenn das Makro Kontrollanweisungen,
z.B. in Form von Schleifen und bedingten Ausführungen enthält, kann
die Parametrierung auf einfache Art und Weise an die vorliegende Maschine
individuell angepasst werden.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Makro in einer Hochsprache
programmierbar ist. Mit Hilfe einer solchen Programmiersprache kann
das Makro besonders einfach programmiert werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass als Hochsprache XML oder HTML vorgesehen ist. XML (Extended
Markup Language) oder HTML (Hyper Text Markup Language) sind in
der Technik üblicherweise verwendete
Hochsprachen.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, dass das Makro zu einem beliebigen
Zeitpunkt nachladbar und/oder ausführbar ist, da die Parametrierung
dann vom Anwender zu jedem beliebigen Zeitpunkt verändert werden
kann.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, dass ein Anwender zur Eingabe von
Daten vom Makro aufforderbar ist. Hierdurch wird eine aktive Kommunikation
mit einem Anwender ermöglicht.
So können
z.B. die Makros auf einen Bildschirm Text erscheinen lassen, der
den Anwender zu Eingaben auffordern. Hierdurch kann z.B. mit Hilfe
von geeigneten Fragen, die vom Makro an den Anwender gestellt werden,
die aktuelle Maschinenkonfiguration vom Makro ermittelt werden.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, dass als Rechnersystem ein Embedded-Rechnersystem vorgesehen
ist. Embedded-Rechnersysteme
werden zur Steuerung- oder Regelung von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen
häufig
eingesetzt, wobei der Einsatz eines Interpreters innerhalb eines
Embedded-Rechnersystems bisher nicht bekannt ist.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, dass das Makro in einer Hochsprache
programmiert wird. Mit Hilfe einer solchen Programmiersprache kann das
Makro besonders einfach programmiert werden.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, dass das Makro zu einem beliebigen
Zeitpunkt nachgeladen und/oder ausgeführt werden kann, da die Parametrierung
dann vom Anwender zu jedem beliebigen Zeitpunkt verändert werden
kann.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Steuerungs-
oder Regelungseinrichtung zur Steuerung oder Regelung einer Werkzeug-
oder Produktionsmaschine verwendet wird.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, dass das Makro einen Anwender zur
Eingabe von Daten auffordert. Hierdurch wird eine aktive Kommunikation mit
einem Anwender ermöglicht.
So können
z.B. die Makros auf einen Bildschirm Text erscheinen lassen, der
den Anwender zu Eingaben auffordern. Hierdurch kann z.B. mit Hilfe
von geeigneten Fragen, die vom Makro an den Anwender gestellt werden,
die aktuelle Maschinenkonfiguration vom Makro ermittelt werden.
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Zwei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 das
Antriebskonzept einer Werkzeug- oder Produktionsmaschine,
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2 eine
erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung,
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3 ein
Makro und
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4 eine
erfindungsgemäße Regelungseinrichtung.
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In
dem Blockschaltbild gemäß 2 ist
eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung 1.
dargestellt. Die Steuerung 1 weist eine Echtzeitsoftware 3a,
welche auf einem Echtzeitbetriebssystem abläuft, auf. Innerhalb der Echtzeitsoftware 3a sind
die wesentlichen Steuerungsfunktionalitäten der Steuerungseinrichtung 1 realisiert.
Zusätzlich
besitzt die Steuerung 1, eine Nichtechtzeitsoftware 2a.
Die Nichtechtzeitsoftware 2a dient im wesentlichen zur Realisierung
von Bedien- und Visualisierungsfunktionen der Maschine.
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Weiterhin
besitzt die Steuerung 1 ein nichtflüchtiges Speichermedium 11,
welches z.B. in Form einer Flashkarte oder einer Festplatte vorliegen kann.
Auf dem Speichermedium 11 sind im Rahmen des Ausführungsbeispiels
gemäß 2 fünf Makros 12a, 12b, 12c, 12d und 12e in
Form von ausführbaren
Dateien gespeichert. Weiterhin ist auf dem nichtflüchtigen
Speichermedium 11 eine Default-Parameterdatei 13 gespeichert,
die bei der Inbetriebnahme der Maschine beim erstmaligen Einschalten
der Steuerungseinrichtung 1 Default-Parameter zur Verfügung stellt.
Die Default-Parameter, der Default-Parameterdatei 13 werden
hierzu beim Hochlaufen der Steuerung 1 in einen flüchtigen
Speicherbereich 22 kopiert, was durch einen Pfeil 20 in 2 angedeutet ist.
Der Speicherbereich 22 kann z.B. in Form eines RAM (Random
Access Memory) vorliegen. Die von der nichtechtzeitfähigen Software 2a und
der Echtzeitsoftware 3a benötigten Parameter werden der
jeweiligen Software vom Speicherbereich 22 zur Verfügung gestellt,
was durch zwei Pfeile 14 und 16 angedeutet ist.
Die Default-Parameter dienen lediglich dazu, ein ordnungsgemäßes erstmaliges
Hochlaufen z.B. im Rahmen einer Inbetriebsetzung der Steuerungseinrichtung 1 zu
gewährleisten
und enthalten noch keine Informationen über die tatsächlich vorhandene
Maschinenkonfiguration.
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Als
Bestandteil der Nichtechtzeitsoftware 2a des Embedded-Rechnersystems 21a weist
das Embedded-Rechnersystems 21a erfindungsgemäß, einen
Interpreter 10 auf.
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Zur
Parametrierung der Maschine wird vom Anwender der Maschine ein Makro
ausgewählt,
wobei in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2,
das Skript 12a ausgewählt
wurde und in den Interpreter 10 geladen wird, was durch
einen Pfeil 19 in 2 angedeutet
ist. Das ausführbare
Makro 12a wird anschließend vom Interpreter 10 ausgeführt und
solchermaßen
werden Parameter zur Parametrierung der Steuerungseinrichtung vom
Interpreter 10 bestimmt. Die Parameter werden in dem Speicherbereich 22 abgespeichert,
wobei die Default-Parameter überschrieben
werden. Die Parameter werden der Nichtechtzeitsoftware 2a und
der Echtzeitsoftware 3a vom Speicherbereich 22 zur
Verfügung
gestellt, was durch zwei Pfeile 14 und 16 angedeutet
ist. Weiterhin werden die nun korrekten Parameter, die im Speicherbereich 22 gespeichert
sind, auf dem nichtflüchtigen
Speichermedium 11 gespeichert, wobei in dem Ausführungsbeispiel
die Default-Parameter, der Default-Parameterdatei 13 von
den neuen nun mehr korrekten Parametern überschrieben werden, was durch
den Pfeil 20 in 2 angedeutet ist. Alternativ können die
korrekten Parameter aber auch in einer separaten Datei gespeichert
werden. Bei einem zukünftigen
Hochfahren der Steuerungseinrichtung 1 werden die nunmehr
korrekten Parameter der Default-Parameterdatei 13 in den
Speicherbereich 22 geladen, so dass der Steuerungseinrichtung 1 sofort die
richtigen Parameter der aktuellen Maschinenkonfiguration zur Verfügung stehen,
ohne dass ein Makro oder der Interpreter 10 benötigt wird.
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In 3 ist
beispielhaft der Aufbau des Makros 12a dargestellt. Das
Makro 12a ist in einer Hochsprache, insbesondere in einer
interpretativen Hochsprache, d.h. einer Hochsprache, die von einem
Interpreter ausgeführt
werden kann, programmiert. Der Interpreter kann dabei in Form eines
handelsüblichen Interpreters
für diese
Hochsprache vorliegen. Als interpretative Hochsprachen bieten sich
dabei z.B. XML oder HTML an, da diese in der Technik weit verbreitet
und somit allgemein bekannt sind. Ein Makro besteht im wesentlichen
aus zwei Arten von Anweisungen. So besteht in dem Ausführungsbeispiel das Makro 21a aus
den Zuweisungsanweisungen 18a, 18b und den drei
Kontrollanweisungen 18c, 18d und 13e.
Selbstverständlich
besitzt das Makro 12a wesentlich mehr Anweisungen, wobei
jedoch der Übersichtlichkeit
halber in 3 nur fünf Anweisungen 18a, 18b, 18c, 18d und 18e dargestellt
sind. Durch die. Zuweisungsanweisung 18a wird in dem Ausführungsbeispiel
z.B. der Parameter "Anzahl
der Motoren" auf
einen Wert von 1 gesetzt. In einer zweiten Zuweisungsanweisung 18b wird
der Parameter "Motorleistung" z.B. des Motors 6 gemäß 1 auf
einen Wert von 500 Watt gesetzt. Neben den reinen Zuweisungsanweisungen
sind, da die Makros ausführbar sind,
auch Kontrollanweisungen z.B. in Form von bedingten Verzweigungen,
Schleifen oder Abfragen während
der Parametrierung an einen Anwender möglich. So fragt z.B. die Kontrollanweisung 18c ab, ob
bei der aktuellen Maschinenkonfiguration ein Drehzahlregler mit
Geber vorhanden ist. Eine Anweisung, insbesondere eine Kontrollanweisung,
besteht aus einem entsprechenden ausführbaren Programmcode in der
verwendeten Hochsprache des Makros. So erzeugt z.B. die Kontrollanweisung 18c für den Anwender
auf einen Bildschirm eine entsprechende Eingabemaske und fordert
ihn auf, anzugeben, ob ein Drehzahlregler mit Geber vorhanden ist.
Der Anwender gibt den entsprechenden Parameter an, z.B. eine 1 wenn
ein Drehzahlregler mit Gebers vorhanden ist oder eine 0 wenn
kein Drehzahlregler mit Geber vorhanden ist. In den beiden nächsten Kontrollanweisungen 18d und 18e wird
anschließend
durch die beiden bedingten Verzweigungen der Parameter "Hochlaufzeit" auf 5 Sekunden oder
auf 2 Sekunden gesetzt, je nach dem ob ein Drehzahlregler mit Geber in
der momentanen Ausführung
der Maschine vorhanden ist oder nicht.
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Die
solchermaßen
bestimmten Parameter werden in einem Speicherbereich 22,
wie schon oben beschrieben und durch den Pfeil 15 angedeutet,
abgelegt. Es ist somit möglich
mit Hilfe eines einzigen Makros sämtliche Parameter der Maschine
zu parametrieren. Im allgemeinen ist es jedoch oft sinnvoller mehrere
Makros auf dem Speichermedium 11 zu hinterlegen, die dann
vom Anwender durch einen Menüpunkt
angewählt
werden können.
Die Makros sind dann auf die individuellen Bedürfnisse des jeweiligen Kunden
zugeschnitten. Die Makros sind dabei auf Anforderung vom Anwender
zu einen beliebigen Zeitpunkt nachladbar. So können z.B. einzelne Parameter,
die im Betrieb der Maschine oder während eines kurzzeitigen Stillstandes
der Maschine bei dem z.B. ein neues Werkzeug eingespannt wird, verändert werden
müssen,
leicht verändert
werden.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
die im Speicherbereich 22 gespeicherten Parameter über die
Verbindung 8 gemäß 1 an
die Regelung 4 zu übertragen,
so dass die Regelungseinrichtung 4 mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 1 parametriert werden
kann.
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In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, in Form einer Regelungseinrichtung 4, dargestellt.
Einige Maschinen, insbesondere einfache Maschinen wie z.B., ein
Lüfter
besitzt in der Regel keine eigene Steuerungseinrichtung gemäß 1.
Die Konfiguration entspricht dann der Konfiguration gemäß 1 ohne
die Steuerungseinrichtung 1. Die Soll-Regelgrößen z.B. die Solldrehzahl des
Lüfters
wird der Regelungseinrichtung 4 dann direkt als feste Sollgröße in Form
eines Parameters innerhalb der Regelung vorgegeben.
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Die
erfindungsgemäße Regelungseinrichtung
gemäß 4 stimmt
mit der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung 1 gemäß 2 bis
auf die Tatsache, dass anstatt der Steuerungseinrichtung 1 eine
Regelungseinrichtung 4 vorliegt, sowohl funktionell wie
auch in der Bezeichnung der einzelnen Komponenten überein,
so dass bezüglich
der Funktionsweise der Regelungseinrichtung 4 und Bezeichnung
der Komponenten auf die in der Beschreibung zu 2 gemachten
Ausführungen
verwiesen wird, wobei in 4 im Gegensatz zu 5 die Nichtechtzeitsoftware mit 2b,
die Echtzeitsoftware mit 2b und das Embedded-Rechnersystem mit 21b bezeichnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren
kann also sowohl zur Parametrierung einer Steue rungseinrichtung 1 wie
auch zur Parametrierung einer Regelungseinrichtung 4 verwendet
werden.
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Selbstverständlich kann
das Speichermedium 12 auch außerhalb der erfindungsgemäßen Steuerungs-
oder Regelungseinrichtung realisiert sein.
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Weiterhin
können
die Makros auch von externen Einrichtungen wie z.B. von einem Personal Computer,
auf dem ein Inbetriebnahme- oder Bedienprogramm abläuft, geladen
und interpretiert werden.
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Selbstverständlich können zur
Realisierung der Erfindung anstatt der Embedded-Rechnersysteme 21a und 21b,
auch normale Rechnersysteme z.B. in Form eines Personal Computers,
verwendet werden.