FB_CMA_MultiBandRMS
Berechnet RMS Werte für ein- und mehrkanalige reell-wertige Zeitreihen für konfigurierbarer Frequenzbänder
Der Baustein FB_CMA_MultiBandRMS berechnet für ein- und mehrkanalige Zeitreihen bezogen auf individuell konfigurierbare Frequenzbänder die RMS Werte der Signale.
Die Anzahl der Kanäle wird über den Input-Stream beschrieben. Die maximale Anzahl der für einen Kanal konfigurierten Frequenzbänder sowie die Parameter der internen Fourier-Transformation werden über die ST_CM_MultiBandRMS_InitPars übergeben. Die Konfiguration der Frequenzbänder erfolgt durch den Aufruf der Configure() Methode.
Der Baustein kann beispielsweise bei der Überwachung von Lagerschadfrequenzen eingesetzt werden.
Abgrenzung zum FB_CMA_IntegratedRMS:
Der Baustein FB_CMA_IntegratedRMS hat die zusätzliche Funktionalität, dass die Eingangszeitreihen vor der Frequenzband-limitierten RMS Berechnung, optional mit bis zur Ordnung 2 zeitlich integriert werden können. Damit kann dieser Baustein z. B. direkt den RMS Wert für Schwingbeschleunigung, Schwinggeschwindigkeit und Schwingweg für ein definiertes Frequenzband berechnen.
Konfiguration
Als Konfigurationsparameter wird der Configure() Methode des Bausteins ein dreidimensionales Array mit Werten übergeben (oder optional zweidimensional im Falle eines einzigen Eingangskanals, ansonsten werden alle Kanäle identisch konfiguriert). In diesem wird die untere sowie obere Grenze eines Frequenzbandes angegeben. Der Funktionsbaustein berechnet dann basierend auf den Eingangsdaten die RMS Werte für diese Frequenzbänder eines jeden Kanals.
Gedächtniseigenschaften
Aufgrund der Verwendung der Welch-Methode wird jeweils der aktuelle Eingangsdatenpuffer zusammen mit den zuletzt übergebenen Puffern zur Berechnung genutzt. Die Anzahl der einfließenden Puffer ist abhängig von der gewählten Überlappung (nOverlap
).
Die Frequenzanalyse berücksichtigt Sprünge in der Zeitreihe. Um ein korrektes Ergebnis zu erzielen, müssen sich deswegen die verwendeten Eingangsdatenpuffer lückenlos und ohne Sprünge aneinanderreihen.
NaN Vorkommnis
Falls der Eingangsvektor einen oder mehrere NaN (Not a Number)-Werte beinhaltet, wird der gesamte Ausgangsvektor mit NaN gefüllt. Siehe separates Kapitel für weitere Information über NaN Werte.
Behandlung von NaN-Werten Falls die oben beschriebenen Situationen, welche zu NaN-Werten führen, nicht ausgeschlossen oder sicher vernachlässigt werden können, muss das Anwendungsprogramm diese Fehlerwerte behandeln. |
Verhalten bei der Verarbeitung mehrkanaliger Eingangsdaten
Bei der Verarbeitung mehrerer Kanäle (nChannels > 1
) besteht die Möglichkeit unterschiedlicher Rückgabewerte je Kanal. In diesem Fall können gesonderte Rückgabewerte am Funktionsbaustein abgefragt werden. Sind die Ergebnisse von einem oder mehreren Kanälen unzulässig, jedoch nicht alle Kanäle, dann entspricht der Wert am Baustein eCM_InfRTime_AmbiguousChannelResults
. Sind die Ergebnisse aller Kanäle unzulässig, dann entspricht der Wert am Baustein eCM_ErrRTime_ErrornousChannelResults
.
Die Abfrage einer Liste der Rückgabewerte aller Kanäle kann über die Methode GetChannelErrors()
erfolgen.
Beispielimplementierung
Eine exemplarische Implementierung ist unter folgendem Link verfügbar: MultiBandRMS_Sample.zip.
Ein- und Ausgänge
Die Ein- und Ausgangspuffer entsprechen einer der folgenden Definitionen (input / output shape). Die variablen Parameter sind Teil des Bausteineingangs stInitPars
. Für die Verarbeitung einer beliebigen Anzahl von Kanälen (nChannels >= 1
) gilt:
Varianten | Eingangspuffer (MultiArray input stream) | Ausgangspuffer (MultiArray output stream) |
---|---|---|
Standardvariante |
|
|
Eingangsparameter
Die Eingangsparameter dieses Bausteins repräsentieren Initialisierungsparameter und müssen bereits bei der Deklaration der FB Instanz zugewiesen werden! (Alternativ: Init()-Methode). Sie dürfen nur einmalig zugewiesen werden. Eine Änderung zur Laufzeit ist nicht möglich.
VAR_INPUT
stInitPars : ST_CM_MultiBandRMS_InitPars; // init parameter
nOwnID : UDINT; // ID for this FB instance
aDestIDs : ARRAY[1..cCMA_MaxDest] OF UDINT; // IDs of destinations for output
nResultBuffers : UDINT := 4; // number of MultiArrays which should be initialized for results (0 for no initialization)
tTransferTimeout : LTIME := LTIME#500US; // timeout checking off during access to inter-task FIFOs
END_VAR
stInitPars
: Baustein-spezifische Struktur mit Initialisierungsparametern vom Typ ST_CM_MultiBandRMS_InitPars. Die Parameter müssen mit der obigen Definition der Ein- und Ausgangspuffer übereinstimmen.nOwnID
: Identifiziert die Bausteininstanz mit einer eindeutigen ID. Diese muss immer größer als null sein. Eine bewährte Vorgehensweise ist die Definition einer Enumeration für diesen Zweck.aDestIDs
: Legt die Ziele durch Angabe derer IDs fest, zu denen die Ergebnisse weitergeleitet werden sollen. Die Definition des Ausgangspuffers (wie oben beschrieben) muss mit der Definition des Eingangspuffers jedes gewählten Zieles übereinstimmen.nResultBuffers
: Der Funktionsbaustein initialisiert einen Transfer Tray Stream mit der gegebenen Anzahl an MultiArray Puffern. Der Defaultwert ist vier.tTransferTimeout
: Einstellung des synchronen Timeout für interne MultiArray Weiterleitungen. Siehe Kapitel Parallelverarbeitung.
Ausgangsparameter
VAR_OUTPUT
bError : BOOL; // TRUE if an error occurs. Reset by next method call.
hrErrorCode : HRESULT; // '< 0' = error; '> 0' = info; '0' = no error/info
ipErrorMessage : I_TcMessage := fbErrorMessage; // Shows detailed information about occurred errors, warnings and more.
nCntResults : ULINT; // Counts outgoing results (MultiArrays were calculated and sent to transfer tray).
END_VAR
-
bError
: Der Ausgang istTRUE
, falls ein Fehler auftritt. -
hrErrorCode
: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom TypHRESULT
ausgegeben. Mögliche Werte sind in der Liste der Fehlercodes erläutert. -
ipErrorMessage
: Beinhaltet nähere Informationen zum aktuellen Rückgabewert. Siehe hierzu den Abschnitt Fehlerbeschreibung und Information. Für diesen speziellen Schnittstellenzeiger ist intern sichergestellt, dass er immer gültig/zugewiesen ist.
Methoden
Call():
Die Methode wird jeden Zyklus aufgerufen, um den Algorithmus auf die aktuellen Eingangsdaten anzuwenden. Der Baustein wartet auf Eingangsdaten, sofern die Methode weder neue Ergebnisse noch einen Fehler angibt. Dies ist ein reguläres Verhalten im Ablauf der Analysekette.
- Rückgabewert: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom Typ
HRESULT
ausgegeben. Mögliche Werte sind in der Liste der Fehlercodes erläutert.
METHOD Call : HRESULT
VAR_OUTPUT
bNewResult : BOOL; // TRUE every time when outgoing MultiArray was calculated and sent to transfer tray.
bError : BOOL; // TRUE if an error occurs.
hrErrorCode : HRESULT; // '< 0' = error; '> 0' = info; '0' = no error/info
END_VAR
bError
: Der Ausgang istTRUE
, falls ein Fehler auftritt.hrErrorCode
: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom TypHRESULT
ausgegeben. Mögliche Werte sind in der Liste der Fehlercodes erläutert. Dieser Ausgang ist identisch zum Rückgabewert der Methode.
Falls ein Timeout eintritt oder kein MultiArray Puffer für das Ergebnis verfügbar ist, so gehen weder die Eingangsdaten noch die Ergebnisdaten verloren. Sie werden beim nächsten Aufruf weitergeleitet. |
Configure():
Mit dem Aufruf dieser Methode müssen die Frequenzbänder zu Beginn konfiguriert werden. Das entsprechende SPS Array muss wie folgt definiert sein. Für eine erneute Konfiguration mit einem anderen Satz an Argumenten kann die Configure()
Methode ebenfalls genutzt werden.
- Rückgabewert: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom Typ
HRESULT
ausgegeben. Mögliche Werte sind in der Liste der Fehlercodes erläutert.
METHOD Configure : HRESULT
VAR_INPUT
pArg : POINTER TO LREAL; // pointer to array (LREAL) of arguments
nArgSize : UDINT; // size of arguments buffer in bytes
END_VAR
Die Eingangspuffer entsprechen einer der folgenden Definitionen (input shape). Die variablen Parameter sind Teil des Bausteineingangs stInitPars
. Die zwei zu konfigurierenden Parameter je Frequenzband und Kanal sind [fLowerFrequencyLimit, fUpperFrequencyLimit]
.
Varianten | Eingangspuffer (MultiArray input stream) |
---|---|
Identische Konfiguration aller Kanäle |
|
Frequenzbandspezifische Konfiguration |
|
Kanalspezifische Konfiguration |
|
Kanal- und frequenzbandspezifische Konfiguration |
|
Init():
Üblicherweise ist diese Methode in einer Condition Monitoring Applikation nicht notwendig. Sie bietet eine Alternative zur Bausteininitialisierung. Die Init()
Methode darf nur während der Initialisierungsphase der SPS aufgerufen werden. Sie kann nicht während der Laufzeit verwendet werden. Es sei auf die Verwendung von einer FB_init
Methode oder dem Attribut 'call_after_init
' hingewiesen (siehe TwinCAT SPS Referenz). Hiermit wird zudem die Bausteinkapselung erleichtert.
Die Eingangsparameter der Bausteininstanz dürfen nicht bei der Deklaration zugewiesen werden, falls die Initialisierung mit der Init() Methode erfolgen soll.
- Rückgabewert: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom Typ
HRESULT
ausgegeben. Mögliche Werte sind in der Liste der Fehlercodes erläutert.
METHOD Init : HRESULT
VAR_INPUT
stInitPars : ST_CM_MultiBandRMS_InitPars; // init parameter
nOwnID : UDINT; // ID for this FB instance
aDestIDs : ARRAY[1..cCMA_MaxDest] OF UDINT; // IDs of destinations for output
nResultBuffers : UDINT := 4; // number of MultiArrays which should be initialized for results (0 for no initialization)
END_VAR
stInitPars
: Baustein-spezifische Struktur mit Initialisierungsparametern vom Typ ST_CM_MultiBandRMS_InitPars. Die Parameter müssen mit der obigen Definition der Ein- und Ausgangspuffer übereinstimmen.nOwnID
: Identifiziert die Bausteininstanz mit einer eindeutigen ID. Diese muss immer größer als null sein. Eine bewährte Vorgehensweise ist die Definition einer Enumeration für diesen Zweck.aDestIDs
: Legt die Ziele durch Angabe derer IDs fest, zu denen die Ergebnisse weitergeleitet werden sollen. Die Definition des Ausgangspuffers (wie oben beschrieben) muss mit der Definition des Eingangspuffers jedes gewählten Zieles übereinstimmen.nResultBuffers
: Der Funktionsbaustein initialisiert einen Transfer Tray Stream mit der gegebenen Anzahl an MultiArray Puffern. Der Defaultwert ist vier.
ResetData():
Die Methode löscht alle bereits hinzugefügten Datensätze, vgl. Gedächtniseigenschaft des Funktionsbausteins. Wird nach einem ResetData()
die Call()
-Methode wieder aufgerufen, muss entsprechend erst der interne Speicher wieder aufgefüllt werden um ein gültiges Ergebnis zu berechnen.
- Rückgabewert: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom Typ
HRESULT
ausgegeben. Mögliche Werte sind in der Liste der Fehlercodes erläutert.
METHOD ResetData : HRESULT
VAR_INPUT
END_VAR
PassInputs():
Solange eine FB_CMA_Source
Instanz aufgerufen wird und somit Signaldaten zu einem Zielblock übertragen werden, müssen wie in der API SPS Referenz erläutert alle weiteren Blöcke der Analysekette zyklisch aufgerufen werden.
Manchmal ist es sinnvoll, einen Algorithmus für eine bestimmte Zeit nicht auszuführen. Beispielsweise sollten manche Algorithmen nur nach vorherigem Training bzw. Konfiguration ausgeführt werden. Zwar muss der Funktionsbaustein dennoch zyklisch aufgerufen werden, aber es ist ausreichend, wenn die am Baustein ankommenden Daten im Kommunikationsring weitergeleitet werden. Dies geschieht mittels der Methode PassInputs()
anstelle der Methode Call()
. Hierbei wird der Algorithmus selbst nicht aufgerufen und entsprechend kein Ergebnis berechnet sowie kein Ausgangspuffer generiert.
- Rückgabewert: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom Typ
HRESULT
ausgegeben. Mögliche Werte sind in der Liste der Fehlercodes erläutert.
METHOD PassInputs : HRESULT
VAR_INPUT
END_VAR
GetChannelErrors():
Die Methode ermöglicht die Abfrage einer Liste der kanalspezifischen Rückgabewerte bei der Verarbeitung mehrerer Kanäle (nChannels > 1
). Ein Aufruf ist sinnvoll für den Fall, dass der Rückgabewert des Bausteins einem der Werte eCM_InfRTime_AmbiguousChannelResults
oder eCM_ErrRTime_ErrornousChannelResults
entspricht.
-
Rückgabewert: Information über den Ausleseprozess der Liste der Fehlercodes. Der Wert wird auf
TRUE
gesetzt, falls die Abfrage erfolgreich war,FALSE
anderenfalls.
METHOD GetChannelErrors : BOOL
VAR_IN_OUT
aChannelErrors : ARRAY[*] OF HRESULT;
END_VAR
-
aChannelErrors
: Fehlerliste vom TypHRESULT
der LängenChannels
.
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Voraussetzungen
Entwicklungsumgebung | Zielplattform | Einzubindende SPS-Bibliotheken |
---|---|---|
TwinCAT v3.1.4022.25 | PC or CX (x86, x64) | Tc3_CM, Tc3_CM_Base |
Eingeschränkter Funktionsumfang bereits mit CM 3.1 verfügbar. Siehe Abschnitt Kompatibilität. |