0BA7 - Anwendungsbezogene Bewertung der Blöcke "Analoger Filter" und "Mittelwert"

Hallo Liebe LOGO!-Programmierer,

die LOGO-0BA7 bringt verschiedene neue Funktionsblöcke mit. Erste Bewertungen und Hinweise dazu hatte ich bereits zusammengetragen unter

In diesem Beitrag will ich nun eine anwendungsbezogene Bewertung der Blöcke "Analoger Filter" und "Mittelwert" beitragen:

- zum Block "Analoger Filter": Dieser Block stellt praktisch die Berechnung eines sog. Gleitenden Mittelwertes aus n zurückliegenden Werten dar. Dies ist schaltungstechnisch nur mit sehr hohem Aufwand möglich, so dass von mir nur Schaltungen für n = 4, 8 bzw. 10 veröffentlicht wurden. Insofern ist die Leistung dieses Blocks bemerkenswert, denn lt. HB kann n maximal 256 betragen. Leider ist die Festlegung von n jedoch an vergleichsweise wenige vordefinierte Werte gebunden (schade, eine freie Definition von 1 bis 256 und dazu noch per Verweis wäre sehr nützlich, vor allem dann, wenn dazu auch noch eine externe Triggerung möglich wäre).

Kritisch bewerte ich die vordefinierte Festlegung des zeitlichen Abstands der Werteerfassung, denn diese ist (ausschließlich) an die (variable) LOGO!-Zyklusfrequenz (= Programmfrequenz) gekoppelt (Zitat HB: „LOGO! erfasst in jedem Programmzyklus einen Analogwert. Die Anzahl der Programmzyklen ist somit gleich der parametrierten Anzahl von Abtastungen.“). Die Zyklusfrequenz ist jedoch zur Laufzeit der Schaltung variabel und deshalb letztendlich aus Sicht eines Programmierers/Anwenders eines Filters nur zur Filterung von Analogwerten geeignet, die von einem analogen Blockausgang (im Zyklustakt) stammen und nicht unmittelbar oder mittelbar von einem Analogeingang! Die zeitlichen Abstände der Erfassung der Werte zur Filterung der Analogeingänge sollten unbedingt an die Abtastfrequenz bzw. bei der LOGO! an die Aktualisierungsfrequenzen der Analogeingänge anpassbar sein (also alle 50 ms bzw. 300 ms erfolgen; ggf. auch von Vielfachen davon, wobei dann aber ggf, eine sog. Unterabtastung die Folge ist). M.E. kann demnach die Anwendung dieses Blocks, je nach realem Signalverlauf, ggf. zu Messwertverfälschungen führen (bzw. zu einem verfälschten Ergebniswert des Blocks)!

--> FAZIT: Dieser Block ist leider nicht geeignet eine messtechnisch korrekte Filterung der Analogeingänge zu erreichen, denn leider arbeitet dieser Block "Analogfilter" auf Basis der veränderlichen LOGO!-Zyklusfrequenz, die deutlich von den Abtastraten der Analogeingänge (300 ms bei Basismodulen und 50 ms bei Zusatzmodulen AM2) abweicht. Die Ergebniswerte können ggf. deutlich von den realen Signalwerten abweichen! Weil andererseits eine externe Triggerung der Abtastzeitpunkte nicht möglich ist, kann dieser block trotz seiner "Mächtigkeit" bzw. seiner Möglichkeiten (in den meisten Fällen) auch nicht zur allgemeinen Berechnung von gleitenden Mittelwerten verwendung finden

- zum Block "Mittelwert": Dieser Block stellt praktisch die Berechnung eines sog. periodischen Mittelwertes aus n zurückliegenden Werten dar. Dies ist schaltungstechnisch durchaus gut realisierbar, jedoch bei voller Nutzung der Auflösung der Analogeingänge z. B. nur bis zu Werten n = 32 (mit vertretbarem Schaltungsaufwand und bei Begrenzung des Eingangswertebereiches Ax von 0 bis 1000) möglich. Insofern ist die Leistung dieses Blocks bemerkenswert, denn lt. HB kann n (je nach Größe der Abtastzeit) bis zu maximal 32767 betragen und jeder Eingangswert darf aus dem vollen Analogwertebereich von -32768 bis 32767 stammen!
Leider beträgt jedoch die kleinste Gesamt-Abtastzeit St 1 s (Anm.: Der Abstand zwischen 2 Messwerterfassungen ergibt sich dabei aus St/SN.). Eine Anwendung dieses Blocks für Signale, die von Analogeingängen stammen, sind die Erfüllung von Randbedingungen erforderlich, um z. B. eine Unterabtastung und damit ggf. eine nicht erkennbare Messwertverfälschung bzw. einen verfälschten Ergebniswert des Blocks zu vermeiden.

Anmerkungen: Ab der Serie 0BA6 gibt es eine Möglichkeit der „Filterung der Analoganzeigewerte in einer Textmeldung, die m. E. ebenfalls so arbeitet, das die Aktualisierungsrate (einstellbar) reduziert wird, was auch wieder eine Unterabtastung des Signals bedeuten kann. Um einen Anzeigewert „ruhiger“ erscheinen zu lassen mag dieses Vorgehen (bzw. auch eine entsprechende Anwendung des Blocks "Analoger Filter") ggf. akzeptierbar sein – für Messwerte, die weiterverarbeitet werden jedoch nicht. Dabei ist mir natürlich klar, dass auch die von der LOGO!-Hardware vorgegebenen Abtast- bzw. Aktualisierungsraten der Analogeingänge bei sich sehr schnell ändernden Signalen zu einer Unterabtastung führen können, nur daran lässt sich (bei Einsatz der LOGO!) nichts ändern. Jede Verringerung der Signalabtast- bzw. –auswertefrequenz sollte jedoch vermieden werden, damit die digitalisierten Analogwerte dem realen Signalverlauf möglichst präzise folgen…

Leider lassen sich kein einziger Blockparameter per Verweis definieren!

Analyse des Blockverhaltens bei Ansteuerung der Blockeingänge "EN" und "R":
Wird der Blockeingang "R" aktiviert, dann werden die laufende Abtastzeit und der Blockausgang zurückgesetzt. Wird der Blockeingang "EN" zeitweise auf "0" gesetzt, dann pausiert die Abtastzeit - sie wird also NICHT zurückgesetzt! (Was haben sich die Entwickler dabei nur gedacht?) Dadurch ist es leider nicht möglich, die Abtastzeit OHNE Zurücksetzen (= Löschen) des Ausgangswertes zu Starten, um z. B. eine (einmalige zwischenzeitliche oder auch eine periodische) Synchronisation zu erreichen. Der/Ein Schaltungsteil, der den Blockausgang weiterverwendet muss deshalb berücksichtigen, dass für die Dauer St anstelle eines "alten" Messwertes der Wert "0" am Blockausgang anliegt...

--> FAZIT: Alternativ (zu den von mir bereits veröffentlichten Schaltungen) kann zur Filterung der Analogeingänge der Block "Mittelwert" (der LOGO!-0BA7)verwendet werden, wenn (und nur dann) für dessen Parameter (Gesamt-)Abtastzeit St und Anzahl der Abtastungen SN folgende Bedingungen erfüllt sind bzw. werden:

St / SN = 0,300 s (bei Analogeingängen am Basismodul bzw.
St / SN = 0,050 s (bei Analogeingängen an Zusatzmodulen AM2

MfG
Betel

Hallo Robert,

ganz so schlecht ist das Fazit doch auch wieder nicht, denn der Block "Mittelwert" ist ja durchaus dafür geeignet einen ganzen Schaltungsteil (eine periodische Mittelwertberechnung, z. B. zur Analogeingangsfilterung) zu ersetzen. Es sind halt dazu geeignete Parameter festzulegen.

Beispiel ist die zür die 0BA7 überarbeitete Schaltung

DEMO_Mischersteuerung_V8e (0BA7)_(Forum_ohne_GBK).zip

aus dem Beitrag