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Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/1 Zustandsautomat (endlicher Automat) ein Objekt, dessen Verhalten nicht nur durch die momentanen Eingaben,

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Präsentation zum Thema: "Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/1 Zustandsautomat (endlicher Automat) ein Objekt, dessen Verhalten nicht nur durch die momentanen Eingaben,"—  Präsentation transkript:

1 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/1 Zustandsautomat (endlicher Automat) ein Objekt, dessen Verhalten nicht nur durch die momentanen Eingaben, sondern auch durch die vergangenen bestimmt wird. Besteht aus einer endlichen Anzahl innerer Konfigurationen (Zustände). Zustand: Information, die sich aus bisherigen Eingaben ergeben hat und die benötigt wird, um die Reaktion auf noch folgende Eingaben zu bestimmen. Erstellung eines Automaten Beispiel: Stellen der Uhrzeit einer Digitaluhr mit 2 Stellknöpfen. Knopf 1: Stellmodus (Normalzeit, h stellen, m stellen, s stellen) toggeln Knopf 2: Einstellen der Zeit gemäß Modus Schritt 1: Zustände und Ein- und Ausgaben identifizieren Schritt 2: Übergänge festlegen 09:17:46 Zustandsautomaten

2 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/2 Schritt 1: Zustände, Eingaben und Ausgaben identifizieren Zustände beim Stellen der Digitaluhr: Zustand Normalzeit: Nach Einlegen der Batterie (Startsignal) Zustand Stunden stellen Zustand Minuten stellen Zustand Sekunden stellen Mögliche Ereignisse: Ereignis Startsignal: Wenn Batterie eingelegt wird Ereignis Knopf 1 gedrückt Ereignis Knopf 2 gedrückt Mögliche Ausgaben: Ausgabe Stunden blinken (Zustandsanzeige für Stellen Stunde) Ausgabe Minuten blinken Ausgabe Sekunden blinken Ausgabe Stunden erhöhen (Um 1 erhöhte Anzeige der Stunden) Ausgabe Minuten erhöhen Ausgabe Sekunden stellen (Anzeige von 00 für Sekunden) Ausgabe Initialisierung (Anzeige von 00:00:00) Zustandsautomaten

3 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/3 Schritt 2: Übergänge festlegen Wie Übergänge zwischen den Zuständen in Abhängigkeit von Eingaben oder Ereignissen aussehen, welche Ausgaben oder Aktionen ausgelöst werden. Wenn Startsignal auftritt, dann Übergang in Zustand Normalzeit und Durchführung der Aktion Initialisierung. Wenn Knopf 1 gedrückt wird und Uhr im Zustand Normalzeit ist, dann Aktion Blinken ausführen und Zustand Stunden stellen einnehmen.... Zustandsautomaten

4 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/4 Zustand Anfangs- zustand (Pseudozustand) End- zustand (Pseudozustand) E/A Zustandsübergang Eingabe, Ereignis Ergebnis, Durchzuf. Aktion Zustandsautomaten

5 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/5 Beispiel Zustandsdiagramm Normal- zeit Min. stellen Sek. stellen Std. stellen Start/Initialisierung Knopf 1 gedrückt/ Stunden blinken Knopf 2 gedrückt/ Stunden erhöhen Knopf 2 gedrückt/ Minuten erhöhen Knopf 2 gedrückt/ Sekunden stellen Knopf 1 gedrückt/ Minuten blinken Knopf 1 gedrückt/ Sekunden blinken Knopf 1 gedrückt/ Normalzeit anzeigen Zustandsautomaten

6 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/6 Zustandstabelle Nur wenn Diagramme zu unübersichtlich Aktueller Zustand EreignisAktionFolgezustand StartInitialisierungNormalzeit Knopf 1 gedrücktStunden blinkenStunden stellen Knopf 1 gedrücktMinuten blinkenMinuten stellen Knopf 2 gedrücktStunden erhöhen Stunden stellen Minuten stellenKnopf 1 gedrücktSekunden blinken Sekunden stellen Knopf 2 gedrücktMinuten erhöhenMinuten stellen Sekunden stellen Knopf 1 gedrücktNormalzeit anzeigen Normalzeit Knopf 2 gedrücktSekunden stellen Kompakte Darstellung Zustandsautomaten

7 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/7 Ereignis Zustand StartKnopf 1 gedrückt Knopf 2 gedrückt StartInitialisierung Normalzeit Stunden blinken Stunden stellen Minuten blinkenStunden erhöhen Minuten stellenStunden stellen Minuten stellenSekunden blinken Minuten erhöhen Sekunden stellen Minuten stellen Sekunden stellen Normalz. anzeig.Sekunden stellen NormalzeitSekunden stellen Aktion Folgezustand Zustandsautomaten Zustandsmatrix 1 Nur wenn Diagramme zu unübersichtlich

8 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/8 Zustandsmatrix 2 Nur wenn Diagramme zu unübersichtlich Ereignis Aktion Zu Zustand Von Zustand NormalzeitStunden stellenMinuten stellenSekunden stellen Start Initialisierung NormalzeitKnopf 1 gedrückt Stunden blinken Stunden stellenKnopf 2 gedrücktKnopf 1 gedrückt Stunden erhöhenMinuten blinken Minuten stellenKnopf 2 gedrücktKnopf 1 gedrückt Minuten stellenSekunden blinken Sekunden stellenKnopf 1 gedrücktKnopf 2 gedrückt Normalzeit anzeigen Sekunden stellen Vorteil: alle Kombinationen Zustand/Ereignis: Vollständigkeit prüfbar Nachteil: dünn besetzt => Platzbedarf Zustandsautomaten

9 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/9 Zustandsautomat mit Endzuständen Beispiel: Roboter-Kommando erkennen o o o Drehgelenk Schulter Beugegelenk Schulter Beugegelenk Elle Beugegelenk Hand Drehgelenk Hand Greifgelenk Finger Steuerkommandos BSA+/-xxx : Beugen Schulter Absolut (Ausgabe: 1) BSR+/-xxx : Beugen Schulter Relativ (Ausgabe: 2) RSA+/-xxx : Rotieren Schulter Absolut (Ausgabe: 3) RSR+/-xxx : Rotieren Schulter Relativ (Ausgabe: 4)... Zustandsautomaten

10 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/10 Zustandsautomat mit Endzuständen Beispiel: Roboter-Kommando erkennen Start 2. Ziffer 1. Ziffer Vorzei- chen RelativAbsolut Schulter Rotieren Schulter Beugen „B“ „R“ „S“ „A“/1 „R“/2 „A“/3 „R“/4 „-“/- „+“ anderes Zeichen Falsches Kommando anderes Zeichen Ziffer/ Ziffer Steuerkommandos BSA+/-xxx : Beugen Schulter Absolut (Ausgabe: 1) BSR+/-xxx : Beugen Schulter Relativ (Ausgabe: 2) RSA+/-xxx : Rotieren Schulter Absolut (Ausgabe: 3) RSR+/-xxx : Rotieren Schulter Relativ (Ausgabe: 4) 3 Endzustände (2 Fehlerzustände) 3. Ziffer Falscher Winkel Zustandsautomaten

11 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/11 Mealy- und Moore-Automaten Mealy-Automat: Ausgaben bzw. Aktionen sind an Zustandsübergänge gekoppelt. Zustände werden für Zeitintervall eingenommen. Übergänge finden zu Zeitpunkten statt. Ausgaben zu diskreten Zeitpunkten, assoziiert mit Übergängen. Mathematische Beschreibung: Sechstupel M = (Q, , , ,, q 0 ) Q: endliche Menge von Zuständen  : endliches Eingabealphabet (Menge der Ereignisse)  : Ausgabealphabet (Menge der Aktionen)  : Übergangsfunktion (Transition) für Abbildung Q x  -> Q  (q,a) ist ein (Folge-)Zust. für jeden Zust. q und jedes Eingabesymbol a q 0 : Anfangszustand (Startzustand) : eine Abbildung von Q x  ->  (q,a) liefert Ausgabe (Aktion) bei Übergang aus q mit Eingabe a Zustandsautomaten

12 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/12 Mealy- und Moore-Automaten Moore-Automat: Ausgaben bzw. Aktionen sind an Zustände gebunden.  Aktivitäten (UML): Aktivität beginnt, wenn in den Zustand eingetreten wird Aktivität endet, wenn Zustand verlassen wird Notation am Beispiel Alarmanlage Mathematische Definition wie Mealy, außer Abbildung : Abbildung von Q nach , spezifiziert die mit Zustand verknüpfte Ausgabe. Ausgeschaltet Aktiv do/ Vorbeugende Maßnahme Voralarm do/ Sicherungsmaßnahmen Alarm do/ Alarmmaßnahmen EinschaltenAusschalten Alarm Bewegungsmelder Voralarm ausschalten Alarm ausschalten Alarm Glasbruchmelder Zustandsautomaten

13 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/13 Mealy- und Moore-Automaten Voraussetzung Moore: Im jeweiligen Zustand genau eine Aktivität für die Zeitdauer des Zustandes Stoppuhr-Beispiel nicht direkt als Moore-Automat darstellbar Äquivalenz: Mealy- und Moore-Automaten sind äquivalent und können jeweils ineinander überführt werden: Moore -> Mealy: An jeden Zustandsübergang wird die Ausgabe gekoppelt, die vom Zustand generiert wird. Zustandsautomaten

14 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/14 Beispiel Drehkranversuch im Automatisierungslabor Zustandsautomaten

15 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/15 Beispiel Drehkranversuch im Automatisierungslabor Zustandsautomaten

16 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/16 Beispiel Drehkranversuch im Automatisierungslabor Zustandsautomaten

17 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/17 Beispiel Drehkranversuch im Automatisierungslabor Zustandsautomaten

18 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/18 Kran nach links drehen Start Kran absenken Aufnahme- position Start- taste Kran unten Werkstück aufnehmen Kein Vakuum Vakuum Werkstück anheben Kran anheben Kran oben Kran nach rechts drehen Ablage- position Werkstück absenken Kran unten Werkstück ablegen Kein Vakuum Fehler Kran oben Fehler- anzeige 10 Sek. abgelaufen Kran anhebenKran auf Kran nach links drehenKran links StartGrüne Lampe an Kran absenkenGrüne Lampe aus; Kran ab Werkstück aufnehmenVakuum an; warte 500 ms Werkstück anhebenKran auf Kran rechts drehenKran rechts Werkstück absenkenKran ab Werkstück ablegenVakuum aus FehlerVakuum aus; Kran auf FehleranzeigeWeisse Lampe blinken ZustandAktivität do/ Not-Aus Not-Aus-Aktivität Diagramm des Drehkran-Versuchs im Automatisierungslabor aus Platzgründen nicht in normgerechter Notation: Darstellung als Moore-Automat, aber Aktivitäten sind bis auf „Fehler- anzeige“ eigentlich Aktionen. Kästen nicht abgerundet. Zustandsbezeichnungen wie Akti- vitätsbezeichnungen. Zustandsautomaten

19 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/19 Akt. ZustandEreignisAktionFolgezustand Kran anhebenKran obenKran aufKran nach links drehen AufnahmepositionKran linksStart StarttasteGrüne Lampe anKran absenken Kran untenGrüne Lampe aus; Kran ab Werkstück aufnehmen VakuumVakuum an; warte 500 ms Werkstück anheben Kein VakuumFehler Werkstück anheben Kran obenKran aufKran rechts drehen AblagepositionKran rechtsWerkstück absenken Kran untenKran abWerkstück ablegen Kein VakuumVakuum ausKran anheben FehlerKran obenVakuum aus; Kran auf Fehleranzeige 10 s abgelaufenWeisse Lampe blinken Kran anheben Zustandstabelle für den Drehkranversuch im Automatisierungslabor Zustandsmatrizen auf einem Blatt nicht darstellbar (11x12x2 bzw. 11x11x2 Elemente) Zustandsautomaten

20 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/20 Harel-Automaten Konzeptionelle Erweiterung der Zustandsautomaten: Hybride Zustandsautomaten Kombination von Mealy- und Moore-Automaten Bedingte Zustandsübergänge Auslösung durch Ereignis in Kombination mit einem Wächter (Bedingung) Hierarchische Zustandsautomaten Schachtelung von Zuständen (Unterzustände, Substates) Zustände mit Gedächtnis Rückkehr in den zuletzt eingenommenen Unterzustand eines Oberzustandes Nebenläufige Zustände Ein Oberzustand besteht aus Unterzuständen, in denen sich das System gleichzeitig befindet. Zustandsautomaten

21 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/21 Harel-Automaten UML-Notation Zustand 1Zustand 2 do/ Aktivität Ereignis 1 Zustand 4 Zustand 3 Entry / Aktion 3 Exit / Aktion 4 Ereignis 3 [Wächter] Ereignis 4 Anfangszustand Zustandsübergang bzw. Transition Implizites Ereignis Ereignis 2 / Aktion 2 Endzustand Bedingter Übergang (guarded transition) Zustandsübergang findet nur dann statt, wenn zum Eintrittszeitpunkt des Ereignisses die Wächterbedingung zutrifft. Ereignisbezeichner Moore Mealy Zustandsautomaten

22 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/22 Harel-Automaten Kleines Beispiel für bedingten Übergang: Parkkarten-Zahlautomat Bereit Wartet auf Geld Karte eingeschoben / Betrag anzeigen Geld eingeworfen [reicht aus] / Karte ausgeben Geld eingeworfen [reicht nicht aus] / Restbetrag anzeigen Zustandsautomaten

23 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/23 Harel-Automaten: Aktivitäten und Aktionen Aktion: Mit Zustandsübergang verbunden Sofortige Ausführung Kein Zeitintervall (idealisiert) Aktivität: Mit Zustand verbunden Zeitintervall Vorzeitig unterbrechbar Aktionen in Zuständen: Entry action: Beim Übergang in den Zustand (äquivalent zur Beinhaltung der Aktion in allen Transitionen in diesen Zustand) Exit action: Beim Übergang aus dem Zustand (äquivalent zur Beinhaltung der Aktion in allen Transitionen aus diesem Zustand) Zustand 3 do/ Aktivität entry / Aktion 1 exit / Aktion 2 Ereignis 1 Ereignis 4 Ereignis 2 Ereignis 3 Zustand 3 do/ Aktivität Ereignis 1 / Aktion 1 Ereignis 4 / Aktion 2 Ereignis 2 / Aktion 1 Ereignis 3 / Aktion 2 äquivalent Zustandsautomaten

24 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/24 Beispielhafte Umsetzung eines Automaten im Automatisierungslabor in AWL Einfacher Automat: Zustandsautomaten

25 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/25 Zustandsautomaten

26 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/26 Zustandsautomaten

27 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/27 Zustandsautomaten

28 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/28 Zustandsautomaten

29 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/29 Zustandsautomaten

30 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/30 Harel-Automaten: Hierarchische Automaten A B C a b b c d A B C a c d D Superstate Substate b Ohne Hierarchie Mit Hierarchie Zustandsautomaten

31 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/31 Harel-Automaten: Hierarchische Automaten Beispiel Roboter-Kommando Erkennung Start 2. Ziffer 1. Ziffer Vorzei- chen RelativAbsolut Schulter Rotieren Schulter Beugen „B“ „R“ „S“ „A“/1 „R“/2 „A“/3 „R“/4 „-“/- „+“ anderes Zeichen Falsches Kommando Ziffer/ Ziffer anderes Zeichen Falscher Winkel 3. Ziffer Zustandsautomaten

32 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/32 Harel-Automaten: Hierarchische Automaten UML-Regeln: Jede Verfeinerung besitzt genau einen Anfangszustand. Ein Zustandsübergang in einen verfeinerten Zustand entspricht dem Zustandsübergang in den Anfangszustand des verfeinerten Zustands. Wird ein verfeinerter Zustand durch einen Zustandsübergang verlassen, dann wird jeder Unterzustand –egal auf welcher Verfeinerungsstufe- verlassen und es werden die entsprechenden exit-Aktionen durchgeführt. Wird ein Zustand mit einem rekursiven Zustandsübergang verfeinert, dann wird bei einem erneuten Zustandseintritt der Anfangszustand eingenommen und die entry-Aktion durchgeführt. Zustandsautomaten

33 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/33 Harel-Automaten: Hierarchische Automaten Top-Down-Entwicklung des Zustandsmodells: Modellierung von Oberzuständen („Superstates“) Beispiel: Modellierung Uhr stellen Erweiterung um Datumsanzeige 09:17:46DI:30:11 Knopf 3: Datum/Uhrzeit Uhrzeit Datum Knopf 3 gedrückt / Datum anzeigen Knopf 3 gedrückt / Normalzeit anzeigen Von jedem Unterzustand in Uhrzeit wird in den Anfangszustand von Datum übergegangen und umgekehrt. Uhrzeit Datum Knopf 3 gedrückt / Datum anzeigen Knopf 3 gedrückt / Normalzeit anzeigen Übergang von Uhrzeit nach Datum nur aus einem bestimmten Unterzustand von Uhrzeit, desgleichen für Datum nach Uhrzeit. Variante 1 Variante 2 Zustandsautomaten

34 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/34 Harel-Automaten: Hierarchische Automaten Erweiterung „Uhr stellen“ Normal- zeit Min. stellen Sek. stellen Std. stellen Start/Initialisierung Knopf 1 gedrückt/ Stunden blinken Knopf 2 gedrückt/ Stunden erhöhen Knopf 2 gedrückt / Minuten erhöhen Knopf 2 gedrückt/ Sekunden stellen Knopf 1 gedrückt/ Minuten blinken Knopf 1 gedrückt/ Sekunden blinken Knopf 1 gedrückt/ Normalzeit anzeigen Datum Tag stellen Monat stellen Wo.-Tag stellen Knopf 1 gedrückt/ Wo.-Tag blinken Knopf 2 gedrückt/ Wo.-Tag erhöhen Knopf 2 gedrückt / Tag erhöhen Knopf 2 gedrückt/ Monat erhöhen Knopf 1 gedrückt/ Tag blinken Knopf 1 gedrückt/ Monat blinken Knopf 1 gedrückt/ Datum anzeigen Knopf 3 gedrückt / Datum anzeigenKnopf 3 gedrückt / Normalzeit anzeigen Zustandsautomaten

35 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/35 Harel-Automaten: Hierarchische Automaten Top-Down-Entwicklung des Zustandsmodells: Modellierung von Oberzuständen („Superstates“) „Stubbed transition“ 1.Übergang in anderen Oberzustand nur aus bestimmten Unterzuständen des aktuellen Oberzustands 2.Übergang aus dem aktuellen Oberzustand nur in bestimmte Unterzustände des neuen Oberzustands Beispiel Roboter-Kommando Erkennung Kommando Winkel „A“/1 „A“/3 „R“/2 „R“/4 Anderes Zeichen Falsches Kommando Falscher Winkel Zustandsautomaten

36 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/36 Harel-Automaten: Hierarchische Automaten Erlaubte Zustandsübergänge Zwischen Zuständen gleicher Ebene z.B. von D nach E In einen Unterzustand, z.B. von A nach D Aus einem Unterzustand, z.B. von E nach A In einen Oberzustand, z.B. von A nach B (dessen Anfangszustand C) Aus einem Oberzustand, z.B. von B nach A Bei Ereignis b wird jeder der Unterzustände C, D oder E verlassen. A C DE B a b c d e f Zustandsautomaten

37 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/37 Hierarchische Automaten: Einfaches Beispiel Drehkran (Ausschnitt) Fehler Fehleranzeige Weisse Lampe an Weisse Lampe aus T5: 0.5s T6: 0.5s Kran oben Kran anheben T4: 10s Zustandsautomaten

38 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/38 Beispiel „a“ erstmals:Übergang in Unterzustand „C“ Dann „c“: Übergang in Unterzustand „D“ Dann „b“:Übergang in Zustand „A“ Dann „a“:Übergang in Unterzustand „D“ (letzter Unter- zustand von B) Harel-Automaten: Zustände mit Gedächtnis Eigenschaft: Bei Übergang in einen Oberzustand mit Unterzuständen Rückkehr in den zuletzt eingenommenen Zustand. A C D B a b c d H Gedächtnis- Markierung (History) Zustandsautomaten

39 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/39 Harel-Automaten: Nebenläufige Zustände Eigenschaft: Ein Oberzustand kann aus Unterzuständen bestehen, in denen sich das System gleichzeitig befindet. Beispiel Oberzustand Y mit nebenläufigen Komponenten A und D Eintritt in Y: System befindet sich gleichzeitig in B und F: (B,F). „a“: Simultane Übergänge B nach C und F nach G: (B,F) -> (C,G). „b“: (B,F) -> (B,E) „c“: (in G) Übergang nur, wenn Komponente D in Zustand G. Nebenläufigkeitsmarkierung B C E a c (in G) G F b e a d A D Y Synchr. Zustandsautomaten

40 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/40 SelbsttestInitialisierung entry/ Display Reset do/ Parameter laden exit/ a/c-Typ anzeigen Suchphase entry/ ok anzeigen do/ a/c suchen Trackingphase do/ Pos messen und anzeigen; v messen; Status anzeigen (Stop, too short, too far) exit/ on-block Meldung, Bild Flugzeugtypfehler Entry/ Fehlermeldung do/ Stop anzeigen Exit/Display Reset Selbsttestfehler Flugzeug det. [nicht gemeldeter Typ] Flugzeug det. [gemeldeter Typ] v Flugzeug < 0 Chocks on Trackingfehler On-block phase do/ Stop anzeigen; Pos.messen; v messen; exit/ Display Reset Chocks off Pushback-Detektion do/ Pos. messen; v messen Exit/ Pushback melden Wartephase Init Parameter geladen t > sched.arr. time Markenerkennung zu schlecht Markenerkennung ok Fehlerquittierung Überfälligfehler Entry/ Fehlermeldung do/ Stop anzeigen Exit/Display Reset a/c lost Beispiel DGS Parameter: a/c-Modell, sched. arr. Time, Gate Modell Zustandsautomaten

41 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/41 Übung 1 U1: Zeichne das Zustandsdiagramm des Stapelmagazin-Versuches des Automatisierungslabors. U2: Entwickle Stoppuhr mit zwei Knöpfen, die nicht gleichzeitig gedrückt werden können. Die Stoppuhr soll folgende Funktionen haben. 1.Stoppuhr kann ein- und ausgeschaltet werden 2.Stoppuhr kann gestartet und gestoppt werden. Nach Stopp wird die zwischen Start und Stopp vergangene Zeit angezeigt. 3.Nach dem Start kann eine Zwischenzeit genommen werden, während die Uhr im Hintergrund weiterläuft. Dann kann entweder die Zwischenzeit oder die seit Start abgelaufene Gesamtzeit angezeigt werden. Ferner kann die im Hintergrund weiterlaufende Zeit gestoppt werden, ohne dass sich die Anzeige ändert. 4.Die zwischen Start und Stopp vergangene Zeit kann bei gestoppter Uhr und bei Anzeige der Gesamtzeit auf Null zurückgesetzt werden. U3: Entwirf die Zustandsübergangstabelle und die beiden Arten der Zustandsmatrizen für das Zustandsübergangsdiagramm aus U1. Zustandsautomaten

42 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/42 Übung 1 Lösung: Zustandsautomaten

43 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/43 Übung 2 Modellieren Sie folgende vereinfachte Aufzugsteuerung als Harel-Automat: Der Aufzug fährt zwischen zwei Stockwerken S1 und S2. Dort gibt es jeweils einen Druckknopf D1 und D2, mit dem der Aufzug angefordert werden kann sowie eine Tür T1 bzw. T2 zum Betreten des Aufzugs mit jeweils einer Lichtschranke L1 und L2, welche Menschen in der Tür detektieren, und den Sensoren T1z bzw. T2z und T1o bzw. T2o, der signalisiert, ob die jeweilige Tür zu oder offen ist. In jedem Stockwerk ist ein Niveausensor N1 bzw. N2, der ein Signal gibt, wenn der Kabinen- und der Stockwerkboden auf gleicher Höhe sind. In der Aufzugkabine befindet sich ein Druckknopf F, mit dem die Fahrt veranlasst werden kann. In Bereitschaft steht der Aufzug mit geöffneter Tür in S1. Wird F gedrückt, wird die Tür geschlossen und der Aufzug fährt danach nach S2. Nach Erreichen von S2 wird die Tür geöffnet. Wird danach wiederum F gedrückt, läuft der Vorgang umgekehrt ab. Sonst wartet der Aufzug mit geöffneter Tür in S2. Steht der Aufzug mit geöffneter Tür in einem Stockwerk und wird dann der Anforderungs-Druckknopf des anderen Stockwerks gedrückt, läuft der Vorgang analog wie oben ab. Wenn die Lichtschranke einer schließenden Tür anspricht, wird der Schließvorgang abgebrochen und die Tür wieder geöffnet. Zustandsautomaten

44 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/44 Übung 2 Lösung: Wartet in S1 Wartet in S2 Tür1 schließt Tür1 öffnet Aufzug fährt nach S2 Tür2 öffnet F gedrückt D2 gedrückt L1 T1o T1z N1 T2o Tür2 schließt Tür2 öffnet Aufzug fährt nach S1 Tür 1 öffnet F gedrückt D1 gedrückt L2 T2o T2z N2 T1o Zustandsautomaten

45 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/45 Übung 3 Modellieren Sie das Softwaresystem für die Steuerung einer automatischen Personenschleuse als Zustandsautomaten: Die Schleuse soll im Normalfall durch eine einzige Person von „außen“ nach „innen“ durchquert werden. Der Boden von Bereich „A“ ist mit einer Kontaktmatte belegt, die ein Signal gibt, wenn eine Person darauf steht. Der Boden des Bereichs „B“ besteht statt dessen aus einer Waage, mit der anhand einer durch Wartungspersonal einstellbaren Gewichtsschwelle entschieden werden kann, ob sich wirklich nur eine Person in Bereich „B“ befindet. Im Bereich „B“ ist ein Ausweisleser untergebracht, der die Ausweisdaten der Person in „B“ liest und an ein Leitsystem weitergibt. Das Leitsystem gibt ein Signal zurück, ob der Ausweis zum Eintreten nach „innen“ berechtigt. Ferner ist im Bereich „B“ eine Anzeige angebracht, die „Eintreten“, „Ausweis“, „zurück“ und „weiter“ anzeigen kann, um zum Betreten, zur Eingabe des Ausweises oder zum Verlassen der Schleuse nach „außen“ oder nach „innen“ aufzufordern. Das zu modellierende Softwaresystem soll durch Öffnen und Schließen der Türen sicherstellen, dass nur eine einzige berechtigte Person von „außen“ nach „innen“ passieren kann. Grundzustand: „A“ und „B“ sind leer, Tür 1 und Tür 2 sind zu, Die Anzeige zeigt „Eintreten“. Normaler Ablauf: Eine Person betritt „A“. Dann öffnet Tür 1, wenn außerdem „B“ leer und Tür 2 geschlossen ist. Person betritt „B“, Tür 1 schließt. Ist der Gewichtswert kleiner als der Schwellwert, zeigt die Anzeige „Ausweis“ an. Wird nach 30 Sekunden der Ausweis in den Leser gegeben, erfolgt das Auslesen und die Übertragung der Ausweisdaten an das Leitsystem. Ist die Rückmeldung durch das Leitsystem positiv, wird Tür 2 geöffnet und die Anzeige zeigt „weiter“ an. Hat die Person „B“ verlassen, wird Tür 2 geschlossen und die Anzeige auf „Eintreten“ geschaltet. Ausnahmeablauf: Wie zuvor bis zur Gewichtsprüfung. Gewicht der Person in B ist größer als der Schwellwert oder das Ergebnis der Ausweisprüfung ist negativ: Tür 1 öffnet und die Anzeige zeigt „zurück“. Nach Verlassen von „B“ wird Tür 1 geschlossen und es wird „Eintreten“ angezeigt. Zustandsautomaten

46 Vorlesung Automatisierungsprojekte Seite 4/46 Übung 3: Lösung Zustandsautomaten


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