AR_CALIBRATE

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Einleitung

Der Funktionsblock AR_CALIBRATE dient der Offset- und Skalenkalibrierung eines analogen Eingangssignals, das über einen Adapter bereitgestellt wird. Er ermöglicht eine zweistufige Kalibrierung: Zunächst wird der Offset durch Vergleich mit einem Referenzwert bei aktiver Kalibrierung (CO) ermittelt, anschließend die Skalierung über eine zweite Referenz (CS). Das kalibrierte Ausgangssignal wird kontinuierlich berechnet.

Schnittstellenstruktur

Ereignis-Eingänge

Ereignis	Typ	Mit	Beschreibung
SET	EInit	Y_Offset, Y_Scale	Setzt die Referenzwerte für Offset- und Skalenkalibrierung

Ereignis-Ausgänge

Der Funktionsblock besitzt keine eigenen Ereignis-Ausgänge. Ereignisse werden jedoch über die angeschlossenen Adapter gesendet (z. B. Y.E1, OFFSET.EO1, SCALE.EO1).

Daten-Eingänge

Name	Typ	Beschreibung
Y_Offset	REAL	Referenzwert für die Offset-Kalibrierung
Y_Scale	REAL	Referenzwert für die Skalen-Kalibrierung

Daten-Ausgänge

Der FB hat keine direkten Daten-Ausgänge. Die berechneten Werte werden über die Adapter Y, OFFSET und SCALE zur Verfügung gestellt.

Adapter

Plugs (bereitstellende Schnittstellen):

Adapter	Typ	Beschreibung
Y	adapter::types::unidirectional::AR	Kalibrierter Ausgang (Daten + Ereignis)
OFFSET	adapter::types::bidirectional::AR2	Liefert den berechneten Offsetwert (bidirektional)
SCALE	adapter::types::bidirectional::AR2	Liefert den berechneten Skalenfaktor (bidirektional)

Sockets (nutzende Schnittstellen):

Adapter	Typ	Beschreibung
X	adapter::types::unidirectional::AR	Analoger Eingangswert (unidirektional)
CO	adapter::types::unidirectional::AX	Trigger für Offset-Kalibrierung (Ereignis + Daten)
CS	adapter::types::unidirectional::AX	Trigger für Skalen-Kalibrierung (Ereignis + Daten)

Funktionsweise

Der FB arbeitet mit drei Basisalgorithmen, die in den Zuständen REQ, CO und CS ausgeführt werden:

• REQ (Normalbetrieb):
  Y.D1 := (X.D1 + OFFSET.DI1) * SCALE.DI1
  Der Ausgangswert wird aus dem Eingang, dem aktuellen Offset und dem Skalenfaktor berechnet.

• CO (Offset-Kalibrierung):
  OFFSET.DO1 := Y_Offset - X.D1
  Der Offset wird als Differenz zwischen dem Referenzwert Y_Offset und dem aktuellen Eingangswert ermittelt.

• CS (Skalen-Kalibrierung):
  SCALE.DO1 := Y_Scale / (X.D1 + OFFSET.DI1)
  Der Skalenfaktor ergibt sich aus dem Referenzwert Y_Scale geteilt durch den um den Offset korrigierten Eingangswert.

Ablauf der Kalibrierung:
1. Im Zustand REQ wird der FB durch ein Ereignis auf dem Adapter CO (mit Daten) in den Zustand CO überführt. Dort wird der Offset berechnet und über den Adapter OFFSET ausgegeben. Anschließend kehrt der FB sofort nach REQ zurück.
2. Analog erfolgt die Skalenkalibrierung über den Adapter CS und den Zustand CS.
3. Das Ereignis SET aktualisiert die Referenzwerte Y_Offset und Y_Scale, ohne den Kalibrierungszustand zu verlassen.
4. Wiederholte Messungen (über X.E1) aktualisieren den Ausgang Y mit den aktuellen Kalibrierparametern.

Die Übergänge zwischen den Zuständen sind wie folgt definiert:

• REQ → REQ: bei X.E1, SET, OFFSET.EI1 oder SCALE.EI1
• REQ → CO: wenn CO.E1 eintritt und das assoziierte Datum (CO.D1) gültig ist
• REQ → CS: wenn CS.E1 eintritt und das assoziierte Datum (CS.D1) gültig ist
• CO → REQ: immer (Bedingung 1)
• CS → REQ: immer (Bedingung 1)

Technische Besonderheiten

• Adapterbasierte Kommunikation: Sämtliche Ein- und Ausgänge (außer den Referenzwerten) werden über Adapter realisiert. Dies ermöglicht eine flexible Kopplung mit unterschiedlichen analogen Eingangsbausteinen.
• Bidirektionale Kalibrieradapter: Die Adapter OFFSET und SCALE sind bidirektional ausgelegt, sodass sie sowohl vom Kalibrier-FB beschrieben als auch von externen Bausteinen gelesen werden können.
• Zweistufige Kalibrierung: Offset und Skalierung werden nacheinander kalibriert. Der Skalenfaktor verwendet bereits den ermittelten Offset, um eine korrekte lineare Korrektur zu gewährleisten.
• Keine eigene Ereignisausgabe: Der FB erzeugt keine eigenen Ereignisse, sondern löst über die Adapter-Ereignisse aus (z. B. Y.E1 nach jeder Berechnung).

Zustandsübersicht

Zustand	Beschreibung	Aktion
REQ	Normalbetrieb – Berechnung des kalibrierten Ausgangs	Führt Algorithmus REQ aus, sendet Ereignis auf Y.E1
CO	Offset-Kalibrierung	Führt Algorithmus CO aus, sendet Ereignis auf OFFSET.EO1
CS	Skalen-Kalibrierung	Führt Algorithmus CS aus, sendet Ereignis auf SCALE.EO1

Anwendungsszenarien

• Industrielle Messwertverarbeitung: Kalibrierung von Drucksensoren, Temperaturfühlern oder anderen analogen Gebern, bei denen Offset und Verstärkung nachjustiert werden müssen.
• Einmessung von Messketten: Nach dem Anschluss eines Sensors kann durch Anlegen eines bekannten Nullpunkts (Offset) und eines bekannten Messwerts (Skalierung) die gesamte Kette linearisiert werden.
• Automatische Nachkalibrierung: Durch zyklisches Auslösen der Kalibrierungsadapter können Drift-Effekte kompensiert werden.

Vergleich mit ähnlichen Bausteinen

Einfache Skalierungsbausteine (z. B. SCALE) bieten nur eine feste Multiplikation und Addition, ohne automatische Kalibrierung. Der AR_CALIBRATE hingegen integriert die gesamte Kalibrierlogik – inklusive Referenzvorgabe und ereignisgesteuerter Aktivierung – und eignet sich daher für dynamische Umgebungen, in denen Parameter während des Betriebs angepasst werden müssen.

Fazit

Der Funktionsblock AR_CALIBRATE stellt eine robuste Lösung zur Offset- und Skalenkalibrierung analoger Signale dar. Dank der Adapter-basierten Schnittstellen und der klaren Zustandsmaschine lässt er sich leicht in bestehende Automatisierungslösungen integrieren und ermöglicht eine präzise, wiederholbare Messwertkorrektur.