DE10122906C1 - Verfahren zur Fehlerbehandlung und Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern - Google Patents
Verfahren zur Fehlerbehandlung und Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie RoboternInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerbehandlung von Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen sowie Robotern, mit einzeln angetriebenen Maschinenelementen. Mit mindestens einer Datenverbindung (AB1, AB2, LB, Q) wird Prozessinformation zwischen den Antrieben (A1-A6) ausgetauscht, so dass eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand nach Erkennung eines fehlerhaften Antriebs (A1-A6) eingeleitet wird und die Istwerte (G1, G2) des fehlerhaften Antriebs (A1-A6) den beteiligten fehlerfrei operierenden Antrieben (A1-A6) als Sollwerte übermittelt werden. Damit ist ein synchroner Antriebsverlauf bis zum Anlagen- oder Teilanlagenstillstand gewährleistet.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fehlerbe
handlung und Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktions
maschinen, sowie Robotern, mit einzeln angetriebenen, rotie
renden Maschinenelementen.
Aus EP 0 687 395 B1 ist ein Verfahren zur Schadensverhütung
an numerisch gesteuerten Maschinen bei Netzausfall bekannt.
Dort ist beschrieben, wie bei einem Netzausfall eine Versor
gungsspannung für mindestens einen Achsantriebsmotor aus der
kinetischen Energie von mindestens einem anderen erhalten
wird, so dass ein lagegeregelter, programmierter Notrückzug
erfolgt.
Aus EP 0 583 487 B1 ist ein Verfahren zur zeitoptimalen bahn
treuen Abbremsung der Achsantriebe von numerisch gesteuerten
Maschinen bekannt. Bei diesen Maschinen ist für Gefahrensitu
ationen eine Notbremsung der Achsantriebe vorgesehen. Wird
diese ausgelöst, so sollen die Antriebe der numerisch gesteu
erten Maschine in kürzester Zeit durch entsprechende Vorgabe
der Drehzahlsollwerte linear abgebremst werden. Mit einer
zeitoptimalen bahntreuen Abbremsung soll vermieden werden,
dass das Werkzeug bei einer Bahnabweichung mit dem Werkstück
oder anderen Gegenständen kollidiert.
Aus der Offenlegungsschrift DE 41 21 841 A1 ist ein Verfahren
und eine Anordnung zur Koordinierung von Achsantrieben für
sich überlagernde Bewegungsabläufe von flexiblen Blechteil
transporteinrichtungen mit Eigenantrieb an Pressen, bekannt.
Dort werden zur Vermeidung einer absehbaren Kollision Notrou
tinen als Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe generiert.
Tritt eine Fehlfunktion eines Antriebs in einem technischen
Prozess auf, so dass ein Antrieb seinen zugehörigen Motor
nicht mehr kontrollieren kann, so trudelt dieser Antrieb bis
zu seinem Stillstand aus. Selbst wenn weitere, beteiligte An
triebe zu einem Anlagenstillstand gebracht werden, so erfolgt
dies in der Regel in unkontrollierter Weise. So kann bei
spielsweise ein Produktions- oder Transportgut durch das un
kontrollierte Auslaufen des fehlerhaften Antriebs beschädigt
werden und/oder eine beteiligte Anlage selber kann Schaden
durch das unkontrollierter Auslaufen der Antriebe nehmen. Im
Fehlerfall eines Antriebs ist ein Anlagen- oder Teilanlagen
stillstand einzuleiten
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur
Fehlerbehebung und/oder Schadensverhütung an Werkzeug-, Pro
duktionsmaschinen und/oder Robotern anzugeben, welches zumin
dest einen der vorgenannten Nachteile verbessert.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass zur Fehlerbehandlung und
Schadensverhütung
- - eine Notroutine abläuft,
- - über mindestens eine Datenverbindung Prozessinformation eines zugehörigen technischen Prozesses ausgetauscht wird,
- - eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand nach Erkennung eines fehlerhaften elektrischen Antriebs, eines unzulässigen Antriebszustands oder eines unerlaubten Maschinenzustands eingeleitet wird und
- - Istwerte des fehlerhaften elektrischen Antriebs oder mit einer Fehlfunktion in Verbindung stehenden Antriebs je nach Prozesserfordernissen bedarfsweise durch mindestens eine mathematische Funktion verändert, den beteiligten fehlerfrei operierenden elektrischen Antrieben als Soll werte übermittelt werden,
ergibt sich ein verbessertes Verfahren zur Fehlerbehandlung
und/oder Schadensverhütung bei Werkzeug-, Produktionsmaschi
nen und/oder Robotern. Erfassbare Istwerte eines fehlerhaften
Antriebs sind weiteren beteiligten Antrieben als Sollwert
vorgebbar.
Durch dieses Verfahren ist es vorteilhaft möglich:
- a) Schaden an der Maschine zu minimieren oder zu vermeiden
- b) Produktschaden zu minimieren oder zu vermeiden
- c) kürzere Stillstandszeiten aufgrund kürzerer Reparaturzei ten zu erreichen.
Die genannten Vorteile führen zu einer höheren Verfügbarkeit
der Anlage und somit zu einer verringerten finanziellen Be
lastung des Anlagenbetreibers im Fehlerfall.
Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass als Datenverbindung eine echtzeitfähige
Kommunikationsverbindung eingesetzt wird. Durch eine echt
zeitfähige Kommunikationsverbindung ist es möglich, dass noch
funktionsfähige Antriebe sich in Echtzeit auf den fehlerhaf
ten Antrieb synchronisieren. Somit ist eine schnellere Syn
chronisation aller fehlerfrei arbeitenden Antriebe auf den
fehlerhaften Antrieb, als auch eine schnellere Reaktion auf
Istwertänderungen des fehlerhaften Antriebs möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist da
durch gekennzeichnet, dass als echtzeitfähige Datenverbindung
ein echtzeitfähiges Ethernet eingesetzt wird. Somit kann vor
teilhaft ein standardisiertes, universell einsetzbares Bus
protokoll verwendet werden, was zudem eine hohe Übertragungs
kapazität ermöglicht. Die Verwendung eines echtzeitfähigen
Ethernet kurze Buszyklen und damit eine schnelle Detektion
von Messparametern, was wiederum ein schnelles Ausregeln von
Sollwertvorgaben ermöglicht.
Eine vorteilhafte Verwendung der Erfindung ergibt sich in
Werkzeug-, Produktionsmaschinen oder Roboter mit mindestens
jeweils einem Einzelantrieb in einem zusammenhängenden tech
nischen Prozess und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ver
fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 Anwendung findet.
Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung in einer Produkti
onsmaschine nach Anspruch 4 ergibt sich dadurch, dass als
Produktionsmaschine eine Druckmaschine eingesetzt wird. Somit
werden bei Ausfall eines Antriebs vorteilhaft Papierstauungen
und -verkeilungen, sowie Beschädigungen an der Druckmaschine
verringert bzw. vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zei
gen:
Fig. 1 eine Strukturübersicht unterschiedlicher vernetzter An
triebsgruppen und
Fig. 2 bis Fig. 4 Ist- und Sollwerte eines fehlerhaften An
triebs, sowie Sollwerte beteiligter Antriebe.
In der Darstellung gemäß Fig. 1 sind wesentliche Komponenten
eines Antriebs A1 bis A6 in einem Rechteck mit gestrichelter
Umrandung eingezeichnet. Der Antrieb besteht aus mindestens
einem Motor M1 bis M6, der von einem Antriebsregler AR1 bis
AR6 über Leistungselektronik LE1 bis LE6 angesteuert wird.
Diese ist mit einem Symbol aus der Leistungselektronik, näm
lich einem IGBT-Schaltsymbol (Insulated Gate Bipolar Transis
tor) gekennzeichnet. Des Weiteren besitzt jeder Motor M1 bis
M6 einen zugehörigen Geber G1 bis G6. Der Motor M1 bis M6 ist
durch einen großen Kreis und der Geber G1 bis G6 ist durch
einen kleinen Kreis im Antrieb A1 bis A6 eingezeichnet.
Die Antriebsregler AR1 bis AR6 jeweils einer Antriebsgruppe
AG1, AG2 sind miteinander aber Datenleitungen AB1, AB2 ring
förmig vernetzt. In jeden Antriebsregler AR1 bis AR6 führen
jeweils zwei Leitungen des Antriebsbusses. Der Übersichtlich
keit halber ist nur jeweils eine Datenleitung AB1, AB2 einer
ringförmigen Datenvernetzung bezeichnet. Des Weiteren ist ei
ne Antriebsgruppe AG1, AG2 durch jeweils ein mit gestrichel
ter Umrandung versehenes großes Rechteck eingezeichnet, in
dem sich mindestens ein Antrieb A1 bis A6 befindet. Weitere
datentechnisch ausführbare Vernetzungsstrukturen, wie bei
spielsweise eine sternförmige Verbindung, der Antriebsregler
AR1 bis AR6 sind denkbar. Jeweils ein Antriebsregler AR1 bis
AR6 einer Antriebsgruppe AG1, AG2 besitzt eine Leitfunktiona
lität AR1, AR4. Diese ist in der Darstellung gemäß Fig. 1
durch jeweils einen Buchstaben M und eine stärker eingezeich
nete Umrandung gekennzeichnet.
Das antriebsnahe Datennetz AB1, AB2 übernimmt beispielsweise
die Synchronisation der Antriebe A1 bis A6 einer Antriebs
gruppe AG1, AG2. Eine Querkommunikation Q ermöglicht den An
triebsreglern mit Leitfunktionalität AR1, AR4 Daten antriebs
nah auszutauschen, die zur gegenseitigen Abstimmung von Steu
er- oder Regelvorgängen notwendig sind.
Zu jedem Antriebsregler mit Leitfunktionalität AR1, AR4 ist
ein Leitrechner L1, L2 vorhanden, der eine antriebsübergeord
nete Funktion ausübt. Die Leitrechner L1, L2 sind mit einem
Leitrechnerbus LB verbunden und können beispielsweise Pro
zessdaten sammeln, auswerten und gegebenenfalls anzeigen bei
spielsweise die Funktion eines "Human machine interface"
übernehmen. Sämtliche Datenverbindungen Q, LB, AB1, AB2 kön
nen, falls dies gefordert ist, mit einem echtzeitfähigen Da
tennetz, wie beispielsweise einem echtzeitfähigen Ethernet
ausgeführt sein.
Die Leistungselektronik LE1 bis LE6 der Antriebe A1 bis A6
ist mit Hilfe eines Energieverteilers EV an das Versorgungs
netz V angeschlossen.
Fällt der Antrieb A1 der Antriebsgruppe AG1 aufgrund einer
Fehlfunktion aus, so werden weiterhin dessen Istwerte des Ge
bers G1 in den Antriebsbus AB1 übertragen. Nach Detektion der
Fehlfunktion des Antriebs A1 synchronisieren sich sofort alle
beteiligten weiteren Antriebe A2, A3 auf die Istwerte des Ge
bers G1 des Antriebs A1. Ein Anlagen- oder Teilanlagenstill
stand wird nun eingeleitet.
Durch die Synchronisationsfunktion der fehlerfrei arbeitenden
Antriebe A2, A3 auf den fehlerbehafteten Antrieben A1, wird
ein Auseinanderlaufen der Antriebe A1 bis A3 vermieden. Der
fehlerhafte Antrieb übernimmt mit seinen Istwerten des Gebers
G1 eine Leitfunktionalität (Master).
Da der fehlerhafte Antrieb A1 unweigerlich auslaufen wird,
folgen alle fehlerfreien Antriebe A2, A3 diesem Auslauf bis
zum Anlagen- oder Teilanlagenstillstand. Die Synchronisation
aller Antriebe vermindert oder vermeidet nicht berechenbare
Zustände in der Maschine. Somit werden beispielsweise vor
teilhaft Beschädigungen der Maschine vermieden.
In der Darstellung gemäß Fig. 2 bis Fig. 4 sind Ist- und Soll
werte eines fehlerhaften Antriebs, sowie Sollwerte beteilig
ter Antriebe dargestellt. Diese sind jeweils einem Antrieb
A1, A2 und A3 der Antriebsgruppe AG1 zugeordnet. Auf den je
weiligen Y-Achsen ist eine zugehörige Solldrehzahl aufgetra
gen, während die X-Achsen Zeitachsen mit der Bezeichnung t
darstellen.
Bis zu dem eingezeichneten Zeitpunkt t1 besitzen die jeweili
gen Antriebe A1 bis A3 eine Solldrehzahl, deren jeweiliger
Verlauf in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 zu erkennen ist. Bis zum
Zeitpunkt t1 besitzt der Antrieb A1 die Solldrehzahlkennlinie
A1S. Eine Fehlfunktion im Antrieb A1 zum Zeitpunkt t1 führt
dazu, dass der Antrieb A1 in einer nicht definierten Weise
ausläuft. Die Drehzahlistwerte des Antriebs A1 nach Ausfall
zum Zeitpunkt t1 sind in der Darstellung gemäß Fig. 2 mit A1I
eingezeichnet.
Die Fehlfunktion des Antriebs A1 wird im System zum Zeitpunkt
t1 erkannt und sofort stellen allen beteiligten weiteren An
triebe A2, A3 ihre Solldrehzahl A2S, A3S auf die Istwertkenn
linie A1I des Antriebs A1 um. Dies ist in den Darstellungen
gemäß Fig. 3 und Fig. 4 zu erkennen. Da die Istwertinformation
des Antriebs A1 durch den Geber G1 und den Antriebsregler AR1
in Echtzeit auf den Antriebsbus AB1 zur Verfügung stehen,
können die Antriebe A2, A3 den Schwankungen der Istdrehzahl
A1I des Antriebs A1 synchron folgen. Zum Zeitpunkt t2 ist der
Anlagen- oder Teilanlagenstillstand erreicht.
Diese Verfahrensweise gewährleistet, dass die Antriebe A1 bis
A6 synchron aufeinander abgestimmt sind und verringert damit
im Fehlerfall ein asynchrones Auslaufen oder Austrudeln der
Antriebe A1 bis A6. Schaden an Maschine und Produktionsgut
kann verringert oder gar ganz vermieden werden.
Durch den Einsatz eines echtzeitfähigen Ethernet wird ein
standardisiertes, weit verbreitetes und universell einsetzba
res Busprotokoll verwendet, das eine hohe Übertragungskapazi
tät ermöglicht. Aufgrund kurzer Buszyklen, können Messparame
ter und Änderungen im Systemzustand schnell detektiert wer
den, so dass ein schnelles Ausregeln von Sollwertabweichungen
erfolgen kann.
Claims (5)
1. Verfahren zur Fehlerbehandlung und Schadensverhütung an
Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern, mit ein
zeln angetriebenen Maschinenelementen, bei dem über mindes
tens eine Datenverbindung (AB1, AB2, LB, Q) Prozessinformation
eines zugehörigen technischen Prozesses ausgetauscht wird,
wobei zur Fehlerbehandlung und Schadensverhütung eine Notrou
tine abläuft und dadurch gekennzeich
net ist, dass
eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand nach Erkennung eines fehlerhaften elektrischen Antriebs (A1-A6), eines unzulässigen Antriebszustands oder eines unerlaubten Maschinenzustands eingeleitet wird und
Istwerte (G1, G2) des fehlerhaften elektrischen Antriebs (A1-A6) oder mit einer Fehlfunktion in Verbindung stehen den Antriebs (A1-A6) je nach Prozesserfordernissen be darfsweise durch mindestens eine mathematische Funktion verändert, den beteiligten fehlerfrei operierenden elekt rischen Antrieben (A1-A6) als Sollwerte übermittelt wer den.
eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand nach Erkennung eines fehlerhaften elektrischen Antriebs (A1-A6), eines unzulässigen Antriebszustands oder eines unerlaubten Maschinenzustands eingeleitet wird und
Istwerte (G1, G2) des fehlerhaften elektrischen Antriebs (A1-A6) oder mit einer Fehlfunktion in Verbindung stehen den Antriebs (A1-A6) je nach Prozesserfordernissen be darfsweise durch mindestens eine mathematische Funktion verändert, den beteiligten fehlerfrei operierenden elekt rischen Antrieben (A1-A6) als Sollwerte übermittelt wer den.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass als Datenverbindung (AB1, AB2, LB, Q)
eine echtzeitfähige Kommunikationsverbindung eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass als echt
zeitfähige Datenverbindung (AB1, AB2, LB, Q) ein echtzeitfähiges
Ethernet eingesetzt wird.
4. Werkzeug-, Produktionsmaschine oder Roboter mit mindestens
jeweils einem Einzelantrieb in einem zusammenhängenden tech
nischen Prozess, dadurch gekennzeich
net, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3
Anwendung findet.
5. Produktionsmaschine nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass als Produktionsmaschine
eine Druckmaschine eingesetzt wird.
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