FB_CMA_VibrationAssessment

Schwingungsbeurteilung reell-wertiger Eingangssignale.

Der Baustein FB_CMA_VibrationAssessment führt eine Schwinungsbeurteilung reell-wertiger Eingangssignale in Anlehnung an ISO 10816-3 durch. Diese ist im Abschnitt Anwendungskonzepte näher erläutert, siehe Schwingungsbeurteilung. Der Baustein kombiniert die Berechnung integrierter RMS Werte auf konfigurierbaren Frequenzbändern und deren Klassifikation für ein- und mehrkanalige Eingangsdaten.

Das Ergebnis ist ein eindimensionales Array, welches für jedes Frequenzband drei Werte bereithält, die höchste berechnete Klassifikation (im Bereich -1..nMaxClasses) sowie die zugehörige Integrationsordnung (im Bereich 0..nOrder) und dem Kanal (im Bereich 1..nChannels). Es empfiehlt sich, das Ergebnis der Klassifikation am Sink in einem zweidimensionalen Array der Form aResult : ARRAY[1..nMaxBands] OF ARRAY [1..3] OF DINT zu speichern. Zu jedem Band liegen die Daten dann wie folgt vor: [{class},{order},{channel}].

Die erhaltenen Daten können verwendet werden um eine Aussage/Bewertung bezüglich des Maschinenzustandes auf Basis von Vibrationsmessungen zu treffen. Die mögliche Konfiguration mehrerer Frequenzbänder erleichtert die Bewertung; am Beispiel der ISO 10816-3 kann der Zustand für verschiedene Drehzahlen der Maschine simultan bestimmt werden.

	Fensterlänge beachten Der Wert von `nWindowLength` muss kleiner oder gleich dem Wert von `nFFT_Length` sein. Die Länge der FFT kann sich an der benötigten Frequenzauflösung orientieren. Typischerweise wird oft ein Wert von ca. 4/5 der FFT-Länge als Fensterlänge verwendet.

Wenn nFFT_Length größer ist als nWindowLength, wird die Frequenzauflösung der FFT (und damit auch die Länge des Vektors der Rückgabewerte) vergrößert. Die Differenz der Länge wird vor der Fouriertransformation mit Nullen aufgefüllt. Dies kann sinnvoll sein, um eine höhere Frequenzauflösung zu erreichen oder, z.B. bei der Berechnung mit Rücktransformation in den Zeitbereich, zirkuläres Aliasing zu vermeiden. Das Ergebnis enthält trotz der höheren Frequenzauflösung allerdings nicht mehr Information.

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.

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: Schwingungsbeurteilung nach ISO 10816-3 (kompakt).

Ein- und Ausgänge

Die Ein- und Ausgangspuffer entsprechen einer der folgenden Definitionen (input / output shape). Die variablen Parameter sind Teil des Bausteineingangs stInitPars.

Varianten	Eingangspuffer (MultiArray input stream) Elementtyp, Dimensionsanzahl, Dimensionsgrößen	Ausgangspuffer (MultiArray output stream) Elementtyp, Dimensionsanzahl, Dimensionsgrößen
Standardvariante (`nChannels = 1`)	`LREAL, 1, nWindowLength-nOverlap`	`DINT, 1, nMaxBands*3`
Mehrkanalige Variante (`nChannels > 1`)	`LREAL, 2, nChannels x nWindowLength-nOverlap`	`DINT, 1, nMaxBands*3`

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_VibrationAssessment_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_VibrationAssessment_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 ist TRUE, falls ein Fehler auftritt.
hrErrorCode: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom Typ HRESULT 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 ist TRUE, falls ein Fehler auftritt.
hrErrorCode: Falls ein Fehler auftritt, wird ein entsprechender Fehlercode vom Typ HRESULT 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.

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_VibrationAssessment_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_VibrationAssessment_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.

Configure():

Mit dem Aufruf dieser Methode müssen die Klassifikationsargumente und Frequenzbänder zu Beginn konfiguriert werden. Die entsprechenden SPS Arrays müssen 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
    pArg1     : POINTER TO LREAL; // pointer to 2-dimensional array (LREAL) of arguments for classification
    nArgSize1 : UDINT;            // size of arguments buffer in bytes 
    pArg2     : POINTER TO LREAL; // pointer to 2-dimensional array (LREAL) of arguments for frequency bands
    nArgSize2 : 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 sind [fLowerFrequencyLimit, fUpperFrequencyLimit] (Eingangspuffer 2).

Varianten	Eingangspuffer 1 (MultiArray input stream) Elementtyp, Dimensionsanzahl, Dimensionsgrößen	Eingangspuffer 2 (MultiArray input stream) Elementtyp, Dimensionsanzahl, Dimensionsgrößen
Identische Konfiguration aller Kanäle (`nChannels >= 1`)	`LREAL, 2, nOrder+1 x nMaxClasses`	`LREAL, 2, nMaxBands x 2`

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 Typ HRESULT der Länge nChannels.

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.

FB_CMA_VibrationAssessment

Schwingungsbeurteilung reell-wertiger Eingangssignale.

Ein- und Ausgänge

Methoden

Ähnliche Funktionsbausteine

Voraussetzungen