Hard- und Software
Logiflash - logische Schaltungen simulieren
luk4/2009, 3 Seiten
Digitaltechnik - VPS und SPS Die Rechentechnik basiert im Wesentlichen auf der Digitaltechnik und dualen Logik. Die moderne Steuerungstechnik bedient sich der gleichen technischen Basis. Mit den logischen Grundverknüpfungen UND, ODER und NICHT (Tafel ) ist ein formales System zur mathematischen Beschreibung und grafischen Darstellung von Steuerungsaufgaben verfügbar, das sowohl zum Entwurf verdrahtungsprogrammierter Steuerungen (VPS) als auch bei der Programmierung speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) genutzt werden kann. Der Unterschied zwischen beiden Vorgehensweisen besteht eigentlich nur darin, dass bei der VPS die im Funktionsplan dargestellten Komponenten auch tatsächlich verdrahtet werden, während bei der SPS der Funktionsplan mit der Programmiersoftware erstellt und anschließend in die Hardware übertragen wird. Der Funktionsplan ist nur eines der nach DIN EN 61131 möglichen Darstellungshilfsmittel (Programmiersprache) zur Programmierung einer SPS. Fähigkeiten zum Entwickeln und Testen von Logikplänen sind also nicht nur theoretisches Grundlagenwissen, sondern eine unverzichtbare Basis für praxisorientiertes Fachwissen. Logi Flash - frei verfügbar Die Funktion einfacher digitaler Schaltungen lässt sich noch recht gut anhand von „Kreideexperimenten“ veranschaulichen. Werden die Schaltungen aber etwas komplexer, gelangt man recht schnell an die Grenzen dieser Vorgehensweise. Der Einsatz von Experimentierkästen war lange Zeit die einzige und materiell aufwendige Alternative zur Lösung dieses Problems. Da die Digitaltechnik aber ohnehin ein recht hohes Abstraktionsvermögen (Black Box) voraussetzt, lassen sich hier Zusammenhänge - nahezu ohne Verlust der Anschaulichkeit - statt anhand eines Experimentes mittels einer Simulation verständlich machen. Von den in [1, 2, 3] vorgestellten Lösungen unterscheidet sich Logi Flash insbesondere bezüglich der inhaltlichen Ausrichtung, der Komplexität des Lösungsansatzes und der zur Programmerstellung verwendeten Technologie. Moderne Technologie Die vom Lehrstuhl für Technische Informatik der Universität Frankfurt/Main entwickelte Software Logi Flash ist zwar für die Ausbildung von Informatikern und Ingenieuren konzipiert worden, aber wegen des gelungenen methodischen Konzeptes ohne Einschränkungen auch in der Fach-und Meisterausbildung des Elektrotechnikerhandwerkes nutzbar. Der Name enthält sowohl einen Hinweis auf den Programmgegenstand als auch auf die verwendete Technologie (Macromedia-Flash). Die Software kann als Zip-Datei (rund 600 kByte) unter www.ti.cs.uni-frankfurt.de heruntergeladen werden. Die Installation beschränkt sich auf das Entpacken der Datei. Bei Bedarf lässt sich das Verzeichnis auf einen USB-Stick kopieren, so dass das Programm - ohne Einschränkungen - auch portabel nutzbar ist. Zusätzlich zur eigentlichen Anwendung (Logi Flash-Composer) werden eine Anleitung und ein Viewer geliefert. Die Arbeit mit Logi Flash Moderne Computer sind nicht nur vorzügliche Hilfsmittel zur Erleichterung der Büroarbeit, mehr und mehr sind Anwendungen verfügbar, die bei der Ausbildung von Elektrofachkräften sinnvoll einsetzbar sind. Komplexe Zusammenhänge können durch die deutlich gestiegene grafische Leistungsfähigkeit der Technik anschaulich dargestellt werden. Software Logi Flash - logische Schaltungen simulieren F a c h w i s s e n L e r n f e l d e r 6 - 1 3 6 LERNEN KÖNNEN 4/09 Das Kürzel VHDL steht für Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language. Es handelt sich hierbei um eine Hardwarebeschreibungssprache die von ihrem Aufbau vieles mit XML gemeinsam hat, aber nicht davon abgeleitet wurde. VHDL erlaubt die Beschreibung komplizierter digitaler Systeme. Eine solche Beschreibung besteht im Wesentlichen aus einer Schnittstellen-und einer Modellbeschreibung. VHDL wurde in verschiedenen Standards fixiert und ist vor allem in Europa verbreitet. VHDL Symbol Verknüpfung Funktionsgleichung UND X = A B ODER X = A B NICHT X = Tafel Grundverknüpfungen - Symbole und Funktionsgleichungen Logiflash - Hauptmenü mit geöffnetem Beispiel A X setzt lediglich das Vorhandensein eines Browsers mit Flash-Player voraus. Für die ersten Schritte (Bild ) lohnt ein Blick in die verschiedenen Beispiele. Die Benutzeroberfläche des Programms ist einfach und übersichtlich. Komponenten Die zum Erstellen der Schaltpläne notwendigen Komponenten werden über die am linken Bildschirmrand angeordneten und beschrifteten Buttons aufgerufen (Bild ). Nach Aktivierung einer Kategorie erhält man keine verschiedenen Symbole zur Auswahl eingeblendet, sondern es erscheinen Untermenüs, die eine Auswahl (Bild a) und Konkretisierung (Bild b) der jeweiligen Komponente erlauben. Diese Verfahrensweise erscheint anfangs etwas aufwendig, erweist sich aber nach einigem Üben als sehr effektiv. Die Handhabung dieser Auswahlmöglichkeiten wird zwar in der Anleitung erläutert, aber anschaulicher sind die interaktiv nutzbaren Darstellungen (Bild ) innerhalb der Demo. Betriebsmodi Über die am oberen Bildschirmrand angeordneten Symbole können verschiedene Betriebsmodi/Bearbeitungsmöglichkeiten aktiviert werden. Es stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung: · Schrittmodus an/aus · Simulation an/aus · Komponenten bewegen und verdrahten · Komponenten löschen · Gatter drehen · Komponenten ändern · Teilschaltung selektieren · Übungsaufgaben · eigenen Komponenten erstellen · Schaltung löschen · Laden/Speichern aus/in Logi Flash-System · Laden/Speichern im XML-Format · VHDL-Export. Die meisten Symbole sind nahezu selbsterklärend. Werden sie mit dem Mauszeiger angefahren, erhält man zudem einen Hinweistext eingeblendet. Übungsaufgaben Der Modus Übungsaufgaben macht deutlich, dass Logi Flash zu Lehrzwecken entwickelt wurde. Über diesen Modus können Übungsaufgaben sowohl angelegt als auch bearbeitet werden. Bei der Anlage einer neuen Aufgabe wird zunächst eine korrekte und vollständige Lösung entwickelt. Im Anschluss daran wird der Modus gewechselt und es können Testmuster vereinbart sowie Manipulationen (z. B. Verdrahtung entfernt) eingearbeitet werden. Eigene Komponenten Logi Flash ist von vornherein als offenes erweiterbares System konzipiert. Teile einer Logikschaltung können zusammengefasst und als selbstdefinierte eigene Komponente gespeichert werden. Die logischen Eigenschaften der Teilschaltung werden auf die neu definierte Komponente übertragen. Diese Vorgehensweise entspricht einer in der Elektronikentwicklung üblichen Praxis. Pan und Zoom Die Größe der einzelnen Komponenten kann schon bei deren Auswahl und Platzierung bestimmt werden. Die Größe eines bereits angelegten Schaltungsentwurfes ist über die Zoom-Funktion veränderbar und mittels der Pan-Funktion ist eine Verschiebung auf dem Zeichenblatt möglich. Speichern und Exportieren Unabhängig davon, ob innerhalb des beim Entpacken angelegten Filesystems oder an anderer Stelle gespeichert wird, alle Schaltungsentwürfe werden grundsätzlich im XML-Format [4] abgelegt. Damit einmal entwickelte Schaltungsentwürfe nicht nur mit Logi Flash, sondern auch mit einem anderen Entwurfsprogramm weiter bearbeitet werden können, verfügt diese Lösung über einen VHDL-Export. Logi Flash-Viewer Der Viewer dient zur Einbettung von Schaltungen in HTML-Seiten und kommt dabei weitgehend ohne Menüs aus. Die dazu nötigen Arbeitsschritte werden in der Anleitung beschrieben, sind aber eher etwas für fortgeschrittene HTML-„Programmierer“. Das enorme Potential des Programms - Composer und Viewer - wird anhand einer auf der Webseite des Projektes platzierten und über das Internet in-Software LERNEN KÖNNEN 4/09 Umfangreiche Auswahl an Komponenten F a c h w i s s e n L e r n f e l d e r 6 - 1 3 Komponenten werden über Untermenüs konkretisiert a) Auswahl von Signalquellen b) Schwellenwertgatter parametrieren Erläuterungen - detailliert und interaktiv nutzbar a) Funktion von Signalquellen lassen sich testen b) Grundzusammenhänge werden erklärt Ampelsteuerung - ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit a) b) F a c h w i s s e n L e r n f e l d e r 6 - 1 3 8 LERNEN KÖNNEN 4/09 teraktiv „bedienbaren“ Ampelsteuerung deutlich (Bild ). Einarbeitung Das Programm ist weitestgehend intuitiv bedienbar. Daher gelingt die Anlage einfacher Beispiele nahezu auf Anhieb - zumindest aber nach einem Blick in die Demo. Die Anlage von Übungsaufgaben erfordert schon eine etwas intensivere Auseinandersetzung mit den Unterlagen. Gleiches gilt auch für die Erarbeitung von Beispielen zur Einbindung in HTML-Seiten. Etwas gewöhnungsbedürftig ist das Laden und Speichern von Projekten. Fazit Logi Flash ist ein gleichermaßen für Lehrende und Lernende nützliches Produkt. Bedingt durch den Leistungsumfang schlägt es eine Brücke zwischen der Grundlagenausbildung in der Digitaltechnik und der Fachausbildung in der Steuerungstechnik. Darüber hinaus ist dieses Programm auch hervorragend dazu geeignet, die Zusammenhänge zwischen Digital- und Steuerungstechnik sowie der Informationstechnik einschließlich der Programmierung deutlich zu machen. Literatur [1] Möbus, H.: Berechnung und Simulation elektrischer Netze. Elektropraktiker Berlin 59(2005)6, Lernen und Können S. 11-12. [2] Möbus, H.: Analoge und digitale Schaltungen simulieren. Elektropraktiker Berlin 61(2007)8, Lernen und Können S. 1-2. [3] Möbus, H.: eXact - Simulation von Gleich-und Wechselstromkreisen. Elektropraktiker Berlin 62(2008)9, Lernen und Können S. 6-7. [4] Möbus, H.: XML - ein universeller Weg zur Informationsspeicherung. Elektropraktiker Berlin 56(2002)8, Lernen und Können S. 16-19. H. Möbus Das Kürzel XML steht für eXtensible Markup Language und kann als „erweiterbare Auszeichnungssprache“ übersetzt werden. Beim XML-Konzept erfolgt eine konsequente Trennung von Inhalt, Struktur und Layout eines Dokumentes. Darüber hinaus erlaubt XML die Formulierung spezifischer Markierungselemente. XML hat daher als Basis zur Vereinbarung fachspezifischer Auszeichnungssprachen in den letzten Jahren weite Verbreitung gefunden. XML ist universell einsetzbar und wird langfristig andere Lösungsansätze verdrängen. XML
Autor
- H. Möbus
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