Automation und Prozessrechentechnik Sommersemester 2011 Datenflussdiagramme 1 Das Problem 2
Grundidee des DFD Der Ausgang ist der Nutzen! Ausgangsdaten = transformierte Eingangsdaten Der Datenfluss ist Kern der Betrachtung = Datenflussdiagramm (DFD) Umsetzung wird mehr oder weniger bewusst zunächst detailliert! nicht berücksichtigt. Ablauf Zustände - Ereignisse 1 & mehr oder weniger detailliert! Logik sehr detailliert! Direkte Umsetzung in Rechenprogramm möglich 3 DFD als Teil der Structured Analysis Geschichte: Bis in die 1960er Jahre war Software eine Kunst, ab dann wurde sie mehr und mehr ein industriell hergestelltes Produkt. Künstlerische Fähigkeiten einzelner reichten nicht mehr aus, um in Teams effizient und zuverlässig zu arbeiten. Es wurden verschiedene Verfahren und Methoden entwickelt, um Software in einer industriellen Weise zu erstellen. Die wesentlich von Tom DeMarco und E. Yourdon in den 1970ern entwickelte Methode Structured Analysis ist eine der wichtigsten davon gewesen. Ziel: Die Anforderungen an ein (Software-, Automations-...) System eindeutig beschreiben, dabei die Art der Realisierung offen lassen. Heutiger Stand: Wird neben anderen Methoden eingesetzt, -Programme sind verfügbar. 4
DFD Wichtigstes Element dieser Methode sind Datenflussdiagramme (DFD). Beispiel: Temperaturregler (Raumthermostat): Temp.- Sensor temp.-prop. Spannung skalieren, filtern, Temp. in C Sensorfehler Regeln ein/aus Brenner im Kessel Sollwert- Einsteller Temp.wert in C letzte Werte Terminator: Grenze der Betrachtung Datenfluss Transformator: wandelt die Datenströme um Speicher 5 DFD Beispiel: Temperaturregler (Raumthermostat): Temp.- Sensor temp.-prop. Spannung skalieren, filtern, Temp. in C Sensorfehler Regeln ein/aus Brenner im Kessel Sollwert- Einsteller Temp.wert in C letzte Werte Diese Darstellung ist unabhängig von der Realsisierung! Der Regler könnte ein Rechner sein, könnte anderweitig elektronisch sein, könnte aber auch pneumatisch oder... sein. 6
Hierarchischer Aufbau allgemein nicht mehr als 8-12 Transformatoren pro Seite Die Datenflüsse der verschiedenen Ebenen müssen zueinander passen. 7 DFD: Bezeichnungen Beispiel: Temperaturregler (Raumthermostat): Temp.- Sensor temp.-prop. Spannung A skalieren, filtern, Temp. in C B Sensorfehler Regeln ein/aus Brenner im Kessel Sollwert- Einsteller Temp.wert in C letzte Werte Datenflüsse: Oft sind Datenflüsse scheinbar identisch, haben aber dennoch unterschiedliche Qualität: A und B sind beide Temperaturwerte, aber B ist geprüft und anders skaliert. Regel für die Bezeichnung: Adjektiv + Substantiv (wobei in C als Adjektiv gilt.) Transformatoren: Es macht keinen Sinn, die Namen der angeschlossenen Datenflüsse zu wiederholen. Regel für die Bezeichnung: Verb + ggf. Ergänzungen 8
Beispiel CD-Player Grundfunktion: CD gemäß Norm... Löcher Schalldruck in 3 m Abstand Musikanlage Musikhörer Besser: CD gemäß Norm... Löcher Schalldruck in 3 m Abstand Musikanlage Musikhörer Klang, Wahl des Titels Zoom eine Hierarchiestufe niedriger 9 Beispiel CD-Player Binärdaten für gewünschter Klang CD gemäß Norm... Löcher rotieren und abtasten ausgewähltes Stück wandeln und verstärken Schalldruck in 3 m Abstand Musikhörer Nummern der zu spielenden Stücke Start, Stop, alles oder aus Speicher Nummern verwalten neue Nummer, zu löschende Nr. aktuelle Nummernliste 10
Beispiel: Ventilsteuerung AUF offen ZU Ventil- Steuerung und Überwachung mehr auf M mehr zu geschlossen Alarm Alarm Rückmeldung Bediener Befehl steuern und Stellsignale Ventil mit Antrieb 11 Beispiel: Ventilsteuerung Alarm Rückmeldung Befehl= Auf + Zu Bediener steuern und Ventil mit Antrieb Befehl Stellsignale Alarm offen Auf Zu Bedienerbefehl interpretieren plausibler Befehl vermuteter Zustand Ventil stellen Ventil geschlossen mehr_auf, mehr_zu 12
Beispiel Prüfung an der TUHH PA (+Prüf.-Amt) juristisch aufbereiten amtl. Ergebnis bisherige Stud.-/ Prüf.-Leistungen Prüf.-Amt Voraussetzungen prüfen Note Antrag auf Zulassung Prüfen Prof.+ Beisitzer Student Zulassungen Prüfungsleistung Anmeldung zu einer Prüfung gemeldete Teilnehmer, PO, Ort, Zeit Prof.+Prüf.-Amt Prüfung organisieren Anmeldungen Zulassung prüfen Prüf.-Amt 13 Übung Geldautomat Skizzieren Sie ein DFD für einen Geldautomaten: EC-Karte + PIN Prüfung der Zugangsdaten Gewünschter Geldbetrag Kontostand? Geldscheine verfügbar? Umfang: Zusammen ca. 8 Elemente (Terminatoren, Transformatoren, Speicher) 14
Übung Geldautomat, Lösung z. B.: Kunde Ausgezahltes Bargeld EC-Karte Prüfen PIN Gewünschter Betrag geprüfte Kontonummer Abhebung bearbeiten Anzahl Scheine Scheine- Zähler Zugangsdaten Kontostand Kontostand n. Auszahlung Aktualisierte Liste Liste mit Scheinvorrat Bankver waltung 15 Anwendung im Rahmen eines Projektes 115 V AC FAP Eth. MGCU A/C Conditions (from Monitoring & Control ) e.g. Flight Phase Ethernet Feeder 1 Feeder 2 Class A Class A Ethernet minifap Ethernet Galley-Simulation (s, GISUs, minifap) Ethernet Galley-Simulation (s, GISUs, minifap) Flex-Zonen- Simulation () GISU Class A Class B Netzwerk (TBD, Ethernet?) TUHH / 4-06 TUHH/ 6-09 GISU Class B Class A Galley-Simulation (s, GISUs) Monitoring & Control A/C Conditions (to MGCU) KID DLE E-T-A AOA 16
DFD für das Zusammenwirken aller Rechner 115 V AC. FAP minifap A/C Conditions (from Monitoring & Control ) e.g. Flight Phase Ethernet Galley- Simulation Galley- Simulation Flex-Zonen- Simulation Galley Simulation Monitoring & Control 4-06 6-09 KID DLE E-T-A AOA 6 Partner, Programme von verschiedenen Partnern in einem 17 DFD und Projektmanagement Die Methode Structured Analysis oder auch nur DFDs helfen Automation, Software oder Abläufe eindeutig und unmissverständlich zu spezifizieren, Verbindungen zwischen verschiedenen Teilfunktionen (Transformatoren) zu identifizieren und zu beschreiben, die erforderlichen Grunddaten zu erkennen und zu spezifizieren, die Arbeiten zu organisieren und ihren Umfang abzuschätzen,... 18
Software-Unterstützung, Weiterentwicklung Es gibt verschiedene Programme, die die Arbeit mit dieser Methode unterstützen Zeichnen, drucken, dokumentieren Zu allen Transformatoren, Datenflüssen, Speichern und Terminatoren weitergehende Beschreibungen verwalten Prüfen, ob die verschiedenen Hierarchieebenen konsistent sind, insbesondere, ob die Datenflüsse zueinander passen Z. T. kann geprüft werden, ob alle mit einem Transformator verbundenen Datenflüsse auch in der Beschreibung des Transformators erwähnt werden. Z. T. kann geprüft werden, ob überhaupt alle Element beschrieben sind. Viele Werkzeuge enthalten die Methode und können auch unter anderen Gesichtspunkten modellieren (z. B. Zeitverhalten) oder den Entwurf, Entwicklung (z. B. Code-Generierung) und Tests unterstützen. 19 Inhalt der Vorlesung a) Beschreibung von Automatisierungsaufgaben - logische Grundschaltungen - logische Abläufe, Bedienabläufe - Datenflussdiagramme b) Prozessrechner - Mikroprozessor - Programmierung, SPS - Messwertein- und -ausgabe - Datenübertragung - Bussysteme c) Automatisierungssysteme - Modellierung des Verhaltens technischer Anlagen - Simulation - Steuerung und Regelung mit Prozessrechner 20