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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Ausführung einer Simulationsbetriebsart zur Simulation eines Antriebs einer Antriebseinrichtung, mit welchen ein Test der technischen Anlage ohne mechanische Bewegung von Anlagenteilen ausführbar ist.
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Technische Anlagen, wie beispielsweise Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen, Textilmaschinen, Automatisierungsanlagen usw., haben vielfach mindestens eine Antriebseinrichtung, mit welcher beispielsweise ein Greifarm oder eine Achswelle usw. angetrieben werden. Bei der Inbetriebnahme der technischen Anlage muss der sichere Betrieb der technischen Anlage und somit aller ihrer Teile geprüft werden, um Schäden an der technischen Anlage selbst oder ihrer Umgebung ausschließen zu können.
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Da viele Teile und Funktionen der technischen Anlagezusammenwirken, ist es sinnvoll, eine Inbetriebnahme der technischen Anlage schrittweise vorzunehmen. Das heißt, es ist anzuraten, die richtige und sichere Funktion der einzelnen Teile der technischen Anlage und insbesondere aller ihrer Antriebseinrichtungen jeweils einzeln zu prüfen. Zudem können anschließend auch Gruppen von Einzelteilen in ihrem Zusammenwirken geprüft werden.
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Gemäß einem firmeninternen Stand der Technik der Anmelderin werden hierzu Steuervorrichtungen entwickelt und verwendet, welche die in der technischen Anlage vorhandenen realen beweglichen Teile als virtuelle bewegliche Teile annehmen und die realen beweglichen Teile auf der Grundlage der virtuellen beweglichen Teile testen. Insbesondere werden in der Steuervorrichtung realen Achsen virtuelle Achsen zugeordnet, und der Test der Funktion der realen Achse wird auf der Grundlage eines Tests der virtuellen Achse ausgeführt. Auf diese Weise wird eine Bewegung der realen Achse durch die virtuelle Achse nur simuliert, wobei eine tatsächliche Bewegung der realen Achse verhindert wird. Auf diese Weise kann die technische Anlage sicher geprüft werden.
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Bei einem solchen Test einer technischen Anlage stellt sich jedoch das Problem, dass der Nachbau einer realen Achse durch eine virtuelle Achse relativ umständlich und damit aufwändig ist. Zudem ist der Nachbau auch nicht immer möglich, wie beispielsweise bei bereits vorhandenen und nicht änderbaren bzw. neu programmierbaren Steuervorrichtungen.
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Als weiteres Problem ergibt sich, dass Steuervorrichtungen, welche mit nur reale Achsen verwendenden Computerprogrammen arbeiten, nicht ausgeführt werden können, um Bewegungen zu simulieren. Dadurch sind solche Steuervorrichtungen für die zuvor beschriebene schrittweise und damit sichere Inbetriebnahme von technischen Anlagen nicht verwendbar.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Ausführung einer Simulationsbetriebsart zur Simulation eines Antriebs einer Antriebseinrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welchen ein Test der technischen Anlage bzw. der einzelnen Antriebseinrichtung ohne ihre mechanische Bewegung möglich ist und die zuvor genannten Probleme des Standes der Technik vermieden werden.
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Die Aufgabe wird durch ein System zur Ausführung einer Simulationsbetriebsart zur Simulation eines Antriebs einer Antriebseinrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst. Hierbei dient die Antriebseinrichtung zum Antrieb eines anzutreibenden Elements in eine Antriebsbewegung. Das System umfasst eine Steuervorrichtung zur Beschaffung von Sollwerten für ein Bewegungsprofil der Antriebsbewegung und zur Steuerung der Antriebseinrichtung auf der Grundlage des Bewegungsprofils, und eine Sollwertabkopplungseinrichtung zur Abkopplung der Sollwerte von der Antriebseinrichtung, wenn die Steuervorrichtung die Simulationsbetriebsart ausführt.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Systems sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorzugsweise hat das System zudem eine Interpolationseinrichtung zur Interpolation der von der Steuervorrichtung beschafften Sollwerte in das Bewegungsprofil der Antriebsbewegung.
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Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Interpolationseinrichtung der Steuervorrichtung zugeordnet ist.
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Das System kann zudem eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von Istwerten aufweisen, welche die von der Antriebseinrichtung tatsächlich bewirkte Antriebsbewegung wiedergeben, wobei die Steuervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie eine Steuerung der Antriebseinrichtung unter Berücksichtigung der Istwerte durchführt.
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Es ist möglich, dass die Sollwertabkopplungseinrichtung ein zwischen der Steuervorrichtung und der Antriebseinrichtung angeordneter Schalter ist.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Sollwertabkopplungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Ausgabe der Interpolationseinrichtung auf die Ausgabe der Erfassungseinrichtung umgelenkt wird.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Ausführung einer Simulationsbetriebsart zur Simulation eines Antriebs einer Antriebseinrichtung nach Patentanspruch 7 gelöst. Hierbei dient die Antriebseinrichtung zum Antrieb eines anzutreibenden Elements in eine Antriebsbewegung. Das Verfahren hat die Schritte: Beschaffen von Sollwerten für ein Bewegungsprofil der Antriebsbewegung; Steuern der Antriebseinrichtung auf der Grundlage des Bewegungsprofils; und Abkoppeln der Sollwerte von der Antriebseinrichtung, wenn die Simulationsbetriebsart ausgeführt wird.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das Verfahren kann zudem den Schritt einer Interpolation der von der Steuervorrichtung beschafften Sollwerte in das Bewegungsprofil der Antriebsbewegung umfassen, wobei der Schritt der Interpolation in der Steuervorrichtung durchgeführt wird.
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Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt Erfassen von Istwerten aufweisen, welche die von der Antriebseinrichtung tatsächlich bewirkte Antriebsbewegung wiedergeben, wobei eine Steuerung der Antriebseinrichtung unter Berücksichtigung der Istwerte durchgeführt wird.
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Es ist möglich, dass der Interpolationsschritt von einer Interpolationseinrichtung und der Erfassungsschritt von einer Erfassungseinrichtung durchgeführt werden und der Schritt des Abkoppelns der Sollwerte die Ausgabe der Interpolationseinrichtung auf die Ausgabe der Erfassungseinrichtung umlenkt.
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Mittels der zuvor beschriebenen Sollwertabkopplung können über die Steuervorrichtung Verfahrbefehle an ein an sie angeschlossenes zu bewegendes reales Element, beispielsweise eine reale Achse, gegeben werden, ohne dass das reale Element bzw. die reale Achse tatsächlich eine Bewegung ausführt. Zudem kann auf diese Weise auch die Synchronisation einer Folgeachse mit einer Leitachse überprüft werden. Das zuvor beschriebene System und das Verfahren sind jedoch auch anwendbar, wenn an die Steuervorrichtung kein zu bewegendes reales Element angeschlossen ist.
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Bei dem zuvor beschriebenen System und dem Verfahren muss demzufolge für ein zu bewegendes reales Element keine virtuelle Achse angelegt werden, so dass das System auch für bereits vorhandene Steuervorrichtungen anwendbar ist.
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Aus diesen Gründen ist ein Test einer technischen Anlage und/oder Maschine möglich, ohne mechanische Bewegungen auszulösen. Somit brauchen beim Test der technischen Anlage und/oder Maschine keine Sicherheitsvorkehrungen aufgrund von mechanischen Bewegungen getroffen werden. Dadurch wird einschnelleres Entwickeln und Überprüfen von Applikationen möglich. Außerdem wird ein Einrichten von Maschinen und/oder technischen Anlagen erleichtert und sicherer.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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2 ein Blockschaltbild eines Systems gemäß einer Variante des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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(Ausführungsbeispiel)
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In 1 ist ein System 10 gezeigt, dass eine Steuervorrichtung 11, eine Berechnungseinrichtung 12, eine Sollwertabkopplungseinrichtung 13, eine Erfassungseinrichtung 14, und eine technische Anlage 20 mit einer Antriebseinrichtung 21 mit einem anzutreibenden Element 21a umfasst.
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Die Steuervorrichtung 11 dient zur Steuerung eines Antriebs der Antriebseinrichtung 21. Das heißt, eine Steuerung der Antriebseinrichtung 21 durch die Steuervorrichtung 11 hat einen Antrieb des anzutreibenden Elements 21a der Antriebseinrichtung 21 in eine Antriebsbewegung zur Folge. Das anzutreibende Element 21a der Antriebseinrichtung 21 ist beispielsweise eine Achse, die in eine Drehbewegung und/oder translatorische Bewegung angetrieben wird. Das anzutreibende Element 21a kann auch eine Schub- und/oder Zugstange sein.
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Für den Antrieb der Antriebseinrichtung 21 beschafft die Steuervorrichtung 11 Sollwerte und führt diese der Berechnungseinrichtung 13 zu, sodass diese daraus ein Bewegungsprofil der Antriebsbewegung des anzutreibenden Elements 21a der Antriebseinrichtung 21 erzeugt. Das heißt, die Antriebseinrichtung 21 führt bei Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 11 eine spezielle Verfahrkurve aus, die durch die Sollwerte und das daraus von der Berechnungseinrichtung 13 erzeugte Bewegungsprofil festgelegt ist.
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Ein Beschaffen der Sollwerte durch die Steuervorrichtung 11 umfasst insbesondere den Fall, dass die Steuervorrichtung 11 die Sollwerte selbst erzeugt. Außerdem ist der Fall umfasst, dass die Steuervorrichtung 11 die Sollwerte durch Zugriff auf eine nicht dargestellte Speichereinrichtung beschafft, die entweder in der Steuervorrichtung 11 oder extern von ihr angeordnet sein. Ferner kann die Steuervorrichtung 11 die Sollwerte durch Anforderung bei einer übergeordneten technischen Anlage bzw. Steuervorrichtung anfordern oder von ihr empfangen.
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Die von der Antriebseinrichtung 21 tatsächlich durchgeführte Antriebsbewegung bzw. Verfahrbewegung wird mittels der Erfassungseinrichtung 14 erfasst. Hierzu kann die Erfassungseinrichtung 14 auch sonstige Zustände der Antriebseinrichtung 21, wie Drehzahl, Temperatur, aktuelle Stellung des anzutreibenden Elements 21a usw. erfassen. Die von der Erfassungseinrichtung 14 erfassten Werte werden nachfolgend auch als Istwerte bezeichnet.
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Die Istwerte werden von der Steuervorrichtung 11 bei der weiteren Ausgabe von Sollwerten an die Antriebseinrichtung 21 berücksichtigt. Das heißt, die Steuervorrichtung 11 führt eine Steuerung der Antriebseinrichtung unter Berücksichtigung der Istwerte durch. Hierzu verwendet die Steuervorrichtung 11 ebenfalls die Berechnungseinrichtung 12, welche eine Differenz aus Sollwerten und Istwerten berechnet. Anschließend steuert die Steuervorrichtung 11 die Antriebseinrichtung 21 auf der Grundlage dieser Differenz.
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Bei Inbetriebnahme der Antriebseinrichtung 21 bzw. der technischen Anlage 20 führt die Steuervorrichtung 11 eine Simulationsbetriebsart aus, bei welcher das anzutreibende Element 21a der Antriebseinrichtung 21 nicht bewegt wird. Das bedeutet, in der Simulationsbetriebsart wird nur die prinzipielle Funktion der Steuervorrichtung 11 und einer Ansteuerung der Antriebseinrichtung 21 getestet. Genauer gesagt, es wird ein selbstgeneriertes Bewegungsprofil der Antriebseinrichtung 21 bzw. des von ihr anzutreibenden Elements 21a getestet. Aus dem Ergebnis des Tests wird wiederum auf die sich daraus ergebende Funktion der Antriebseinrichtung 21 geschlossen.
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Um eine Bewegung der Antriebseinrichtung 21 bzw. ihres anzutreibenden Elements 21a sicher zu verhindern, umfasst das System 10 die Sollwertabkopplungseinrichtung 13, welche zur Abkopplung einer Ausgabe der Sollwerte aus der Steuervorrichtung 11 von der Antriebseinrichtung 21 dient. Das heißt, die Sollwertabkopplungseinrichtung 13 verhindert, dass die Steuervorrichtung 11 Sollwerte an die Antriebseinrichtung 21 liefern kann. Auf diese Weise kann eine mechanische Bewegung des von der Antriebseinrichtung 21 anzutreibenden Elements 21a verhindert werden.
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Wie in 1 gezeigt, ist die Sollwertabkopplungseinrichtung 13 ein Schalter, der zwischen der Steuervorrichtung 11 und der Antriebseinrichtung 21 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Sollwertabkopplungseinrichtung 13 ein Umschalter, welcher die Ausgabe der Steuervorrichtung 11 auf die Ausgabe der Erfassungseinrichtung 14 umlenkt. Dadurch wird die Ausgabe der Sollwerte aus der Steuervorrichtung 11 mit der Ausgabe der Istwerte von der Erfassungseinrichtung 14 an die Steuervorrichtung 11 kurzgeschlossen.
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Die Sollwertabkopplungseinrichtung 13 nimmt die Abkopplung der von der Steuervorrichtung 11 beschafften Sollwerte von der Antriebseinrichtung 21 vorzugsweise vor, wenn die Steuervorrichtung 11 die zuvor beschriebene Simulationsbetriebsart ausführen soll.
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Hierzu werden von der Steuervorrichtung 11 zuerst Sollwerte für ein Bewegungsprofil der Antriebsbewegung der Antriebeinrichtung 21 beschafft und der Berechnungseinrichtung 13 zugeführt, um das Bewegungsprofil der Antriebsbewegung zu erzeugen. Zudem werden die Sollwerte durch die Sollwertabkopplungseinrichtung 13 von der Antriebseinrichtung 21 abgekoppelt, wenn die Simulationsbetriebsart ausgeführt wird. Dieser Fall ist in 1 gezeigt. In diesem Fall werden dann die von der Steuervorrichtung 11 bzw. der Berechnungseinrichtung 13 gelieferten Sollwerte direkt wieder in die Berechnungseinrichtung 13 eingekoppelt bzw. der Berechnungseinrichtung 13 rückgekoppelt. Somit berechnet die Berechnungseinrichtung 13 bei Abkopplung der Sollwerte von der Antriebseinrichtung 21 die Differenz aus einem Soll-Bewegungsprofil der Antriebsbewegung bzw. Verfahrkurve, das bzw. die bei einem vorherigen Zeitpunkt von der Berechnungseinrichtung 13 ausgegeben ist, und einem zum gegenwärtigen Zeitpunkt von der Berechnungseinrichtung 13 berechneten Soll-Bewegungsprofil der Antriebsbewegung bzw. Verfahrkurve.
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Da sich das anzutreibende Element 21a der Antriebseinrichtung 21 in der zuvor beschriebenen Simulationsbetriebsart nicht bewegt, kann die Erfassungseinrichtung 14 auch keine Antriebsbewegung des anzutreibende Element 21a der Antriebseinrichtung 21 erfassen. Somit wird durch die Rückkopplung des bei einem vorherigen Zeitpunkt von der Berechnungseinrichtung 13 ausgegebenen Soll-Bewegungsprofils der Antriebsbewegung die Ausgabe der Erfassungseinrichtung 14 durch dieses Soll-Bewegungsprofils der Antriebsbewegung ersetzt. Zudem kann eine Bewegung von mechanischen Teilen der Antriebseinrichtung 21 in der zuvor beschriebenen Simulationsbetriebsart sicher verhindert werden.
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Demgegenüber werden, wenn keine Simulationsbetriebsart ausgeführt wird, das heißt die Sollwertabkopplungseinrichtung 13 die Sollwerte nicht von der Antriebseinrichtung 21 abkoppelt, die von der Steuervorrichtung 11 bzw. der Berechnungseinrichtung 13 gelieferten Sollwerte der Antriebseinrichtung 21 zugeführt. Genauer gesagt, in diesem Fall ist die Sollwertabkopplungseinrichtung 13 von der in 1 gezeigten Stellung in die andere Stellung umgeschaltet. In diesem Fall wird dann die von der Antriebseinrichtung 21 auf der Grundlage der Sollwerte tatsächlich durchgeführte Antriebsbewegung von der Erfassungseinrichtung 14 erfasst und an die Berechnungseinrichtung 13 weitergegeben. Somit berechnet die Berechnungseinrichtung 13 die Differenz aus Istwerten der Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 21, das heißt einem von der Erfassungseinrichtung 14 erfassten Bewegungsprofil der Antriebsbewegung bzw. Verfahrkurve, und einem zum gegenwärtigen Zeitpunkt von der Berechnungseinrichtung 13 berechneten Soll-Bewegungsprofil der Antriebsbewegung bzw. Verfahrkurve.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das System zudem eine Interpolationseinrichtung 15, wie in 2 gezeigt.
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2 zeigt eine Variante, bei welcher die Berechnungseinrichtung 13 eine Interpolationseinrichtung 15 aufweist. Das heißt, die Interpolationseinrichtung 15 ist der Steuervorrichtung 11 bzw. Berechnungseinrichtung 13 zugeordnet, wobei die Interpolationseinrichtung 15 in oder auch an der Berechnungseinrichtung 13 angeordnet sein kann. Somit kann eine Interpolation der Sollwerte in das Bewegungsprofil in bzw. bei der Berechnungseinrichtung 13 durchgeführt werden.
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Bei dieser Variante beschafft die Steuervorrichtung 11 die Sollwerte für einen Antrieb der Antriebseinrichtung 21, und die Interpolationseinrichtung 15 interpoliert die Sollwerte, um ein Bewegungsprofil der Antriebsbewegung des anzutreibenden Elements 21a der Antriebseinrichtung 21 zu erzeugen. Das heißt, die Interpolationseinrichtung 15 empfängt die von der Steuervorrichtung 11 ausgegebenen Sollwerte zur weiteren Bearbeitung.
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(Allgemeines)
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Systems und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Hierbei sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Auch wenn in allen Ausführungsbeispielen nur eine Antriebseinrichtung 21 der technischen Anlage 20 gezeigt ist, versteht es sich von selbst, dass die Steuervorrichtung 11 eine Vielzahl von Antriebseinrichtungen 21 steuern kann und die technische Anlage 20 eine Vielzahl von Antriebseinrichtungen 21 aufweisen kann. Das heißt also auch, dass die Steuervorrichtung 11 eine Vielzahl von Antriebseinrichtungen 21 steuern kann, die zu verschiedenen technischen Anlagen 20 gehören. Ebenso kann die Steuervorrichtung 11 direkt an der Antriebseinrichtung 21 angeordnet sein.
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Die Antriebseinrichtung 21 ist beispielsweise ein Elektromotor und insbesondere ein Servomotor.
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Das zuvor beschriebene System 10 kann auch die technische Anlage 20 sowie ihre Antriebseinrichtung(en) 21 umfassen.
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Sensoren der Erfassungseinrichtung 14 sind vorzugsweise an oder in der Nähe der Antriebseinrichtung 21 angeordnet und können somit auch Teil der technischen Anlage 20 sein. Ebenso kann die gesamte Erfassungseinrichtung 14 Teil der technischen Anlage 20 sein.
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Das zuvor beschriebene System 10 und das Verfahren können insbesondere in Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen, Textilmaschinen und Automatisierungsanlagen verwendet werden. Außerdem können das System 10 und das Verfahren bei elektrisch, hydraulisch und/oder pneumatisch gesteuerten Anlagen zum Einsatz kommen.
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Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 11
- Steuervorrichtung
- 12
- Berechnungseinrichtung
- 13
- Sollwertabkopplungseinrichtung
- 14
- Erfassungseinrichtung
- 15
- Interpolationseinrichtung
- 20
- Technische Anlage
- 21
- Antriebseinrichtung
- 21a
- Anzutreibendes Element
