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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zur Steuerung mindestens eines Teils einer industriellen Anlage und ein Verfahren zur Programmierung und/oder Diagnose der Steuervorrichtung.
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In industriellen Anlagen, wie Produktionsanlagen, die beispielsweise Fertigungsstraßen für Fahrzeuge, Möbel, Gestelle, usw. sein können, werden insbesondere metallische Teile durch Schweißen mit Hilfe eines Schweißwerkzeugs einer Schweißanlage oder durch Nieten mit einem Nietwerkzeug verbunden. Es sind auch andere Bearbeitungen, wie Bohren, Fräsen, Sägen, Lackieren, Kleben, usw. möglich, insbesondere auch von anderen Werkstoffen als Metall, insbesondere Kunststoff, Leder, Glas, Papier, usw.. Zudem kann in einer derartigen Anlage ein Arbeitsverfahren ausgeführt werden, wie Transportieren der metallischen Teile zu der Niet- und/oder Schweißanlage, in der Niet- und/oder Schweißanlage oder weg von der Niet- und/oder Schweißanlage, und/oder Stapeln der metallischen Teile usw..
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Damit die Abläufe in der industriellen Anlage einwandfrei funktionieren, ist mindestens eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche die Abläufe in der industriellen Anlage steuert. Die mindestens eine Steuervorrichtung ist zu programmieren, damit die Abläufe auf die gewünschte Weise ausgeführt werden können.
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Bei der Anwenderin hat sich in der Praxis gezeigt, dass es problematisch ist, wenn eine Programmierung der mindestens einen Steuervorrichtung nach Einbindung der Steuervorrichtung in die industrielle Anlage auszuführen ist. In diesem Fall ist in der Regel ein Zugriff auf die mindestens eine Steuervorrichtung nur noch über ein lokales Netzwerk möglich. Jedoch ist üblicherweise ein Zugriff auf das lokale Netzwerk aus Sicherheitsgründen nur für berechtigte Personen zulässig. Dies verursacht in der Praxis einen hohen Aufwand für die Freigabe von „Sonderrechten“, um die Programmierung der mindestens einen Steuervorrichtung zu ermöglichen.
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Noch dazu besteht das Problem, dass die heute allgemein für die Programmierung von Steuerungs-PCs verwendeten Ethernet-Schnittstellen in ihrer Anzahl häufig begrenzt sind und durch andere Verbindungen, wie z.B. eine Anbindung für Visualisierung oder Leitebene, belegt sind.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung zur Steuerung mindestens eines Teils einer industriellen Anlage und ein Verfahren zur Programmierung und/oder Diagnose der Steuervorrichtung bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen eine Steuervorrichtung zur Steuerung mindestens eines Teils einer industriellen Anlage und ein Verfahren zur Programmierung und/oder Diagnose der Steuervorrichtung bereitgestellt werden, mit welchen der Aufwand für die Programmierung der Steuervorrichtung mit einer finanziell interessanten und serientauglichen Lösung verringert wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung zur Steuerung mindestens eines Teils einer industriellen Anlage nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Steuervorrichtung hat eine erste Schnittstelle, die gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll kommuniziert, zur Durchführung einer Kommunikation zu einem lokalen Netzwerk, um eine Steuerung des mindestens einen Teils der industriellen Anlage durchzuführen, und eine zweite Schnittstelle, die gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll kommuniziert, das sich von dem ersten Kommunikationsprotokoll unterscheidet, zur Durchführung einer Kommunikation zu einem externen Gerät, welches ausgestaltet ist, die Steuervorrichtung derart zu programmieren, dass die Steuervorrichtung zur Durchführung einer gewünschten Steuerung des mindestens einen Teils der industrielle Anlage eingerichtet ist, und/oder eine Diagnose der Steuerung ausführt.
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Mit der beschriebenen Ausgestaltung der Steuervorrichtung wird ermöglicht, dass keine spezifischen Programme/Werkzeuge nötig sind, um mit einem externen Gerät eine Programmierung und/oder Diagnose der Steuervorrichtung zu ermöglichen. Stattdessen ist ein einfacher, kostengünstiger und direkter Zugriff auf eine Steuervorrichtung, vorzugsweise ausgeführt als Personalcomputer (PC), in einer Punkt zu Punkt Verbindung möglich. Demzufolge bleibt die Infrastruktur auf Anwender-/Kundenseite bzw. beim Betreiber der industriellen Anlage unangetastet. Anstelle von der Einholung von Genehmigungen für die Kommunikation oder Erfüllen von Formalien ist ein einfaches „Plug&Play“ realisiert.
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Die zuvor beschriebene Steuervorrichtung ermöglicht einen sehr einfachen, sicheren und dennoch komfortablen Zugang für einen Bediener, wenn die Steuervorrichtung zu programmieren und/oder zu diagnostizieren ist. Dadurch kann der Aufwand für eine Inbetriebnahme oder Umrüstung und/oder Diagnose der Steuervorrichtung deutlich gesenkt werden.
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Insgesamt wird mit der zuvor beschriebenen Ausgestaltung der Steuervorrichtung die Programmierung der Steuervorrichtung der industriellen Anlage deutlich vereinfacht. Infolgedessen verringert sich der zeitliche Aufwand beim Betrieb der industriellen Anlage.
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Dadurch trägt die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Steuervorrichtung auch mit dazu bei, schneller einen stabilen Produktionsprozess oder Arbeitsablauf und eine gleichbleibende, gewünschte Qualität des in der industriellen Anlage durchgeführten Prozesses gewährleisten zu können als bisher.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Steuervorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die zuvor beschriebene Steuervorrichtung kann Teil einer industriellen Anlage sein, die zur Herstellung oder Behandlung eines Gegenstands oder zur Ausführung eines Arbeitsverfahrens dient. Die industrielle Anlage kann zudem aufweisen: mindestens eine Anlagenkomponente zum Bearbeiten mindestens eines Werkstücks und/oder zum Antrieb mindestens eines Werkstücks in eine Bewegung, die zur Herstellung oder Behandlung eines Gegenstands oder zur Ausführung eines Arbeitsverfahrens erforderlich ist.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Programmierung und/oder Diagnose einer Steuervorrichtung einer industriellen Anlage nach Patentanspruch 10 gelöst. Die Steuervorrichtung weist eine erste Schnittstelle auf, die gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll kommuniziert, indem die mindestens eine Steuervorrichtung eine Kommunikation zu einem lokalen Netzwerk durchführt, und weist eine zweite Schnittstelle auf, die gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll kommuniziert, das sich von dem ersten Kommunikationsprotokoll unterscheidet, wobei das Verfahren den Schritt aufweist Durchführen einer Kommunikation über die zweite Schnittstelle zu einem externen Gerät, welches die Steuervorrichtung derart programmiert, dass die Steuervorrichtung zur Durchführung einer gewünschten Steuerung des mindestens einen Teils der industriellen Anlage eingerichtet ist, und/oder eine Diagnose der Steuerung ausführt.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Steuervorrichtung genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer industriellen Anlage mit einer Steuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer industriellen Anlage mit einer Steuervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 3 eine stark vereinfachte schematische Ansicht einer industriellen Anlage mit einer Steuervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine industrielle Anlage 1, in welcher ein Gegenstand 5 aus mindestens einem Werkstück 6, 7 hergestellt wird und/oder für welchen mit der industriellen Anlage 1 ein Arbeitsverfahren durchgeführt wird. Die industrielle Anlage 1 kann beispielsweise eine Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, Bauwerke, usw. sein, in welcher Werkstücke 6, 7 durch Schweißen oder Stanznieten oder Schrauben, oder Kleben, usw. verbunden werden. Insbesondere kann jedoch eine der genannten Werkstückverbindungen auch nur an einem Werkstück 6 hergestellt werden, indem zwei Ränder des Werkstücks 6 miteinander verbunden werden. Die Werkstücke 6, 7 können ein beliebiges Material haben.
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Die industrielle Anlage 1 kann jedoch auch insbesondere eine Anlage zum Bearbeiten mindestens eines Werkstücks 6, 7 sein, wie eine Schweißanlage, ein Fräswerkzeug, usw. Die industrielle Anlage 1 kann jedoch alternativ oder zusätzlich insbesondere eine chemische Anlage, eine Druckmaschine, eine Transporteinrichtung, eine Verpackungsmaschine usw. sein oder umfassen. Es ist einem Fachmann eine Vielzahl anderer industrieller Anlagen 1 bekannt.
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Die industrielle Anlage 1 in 1 hat als ein Beispiel eine Vielzahl von Steuervorrichtungen 10, 20, 30, 40, die als Steuerungs-Personalcomputer, der nachfolgend auch kurz Steuerungs-PC genannt wird, ausgeführt sein können. Jede der Steuervorrichtungen 10, 20, 30, 40 hat eine erste Schnittstelle 11, 21, 31, 41, die einen Anschluss der Steuervorrichtungen 10, 20, 30, 40 an ein lokales Netzwerk 50 realisiert, das ein Kommunikationsnetz eines Betreibers der industriellen Anlage 1 ist. Hierfür hat das lokale Netzwerk 50 einen Switch 51, mit welchem die erste bis vierte Steuervorrichtung 10, 20, 30, 40 über jeweils eine der Verbindungsleitungen 52, 53, 54, 55 angeschlossen sind. Der Switch 51 realisiert die Verbindung der Steuervorrichtungen 10, 20, 30, 40 untereinander im lokalen Netzwerk 50. In dem lokalen Netzwerk 50 können Daten insbesondere gemäß dem Ethernet-Standard übertragen und so ausgetauscht werden. Es sind jedoch beliebige andere Datenübertragungsstandards möglich.
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In 1 ist an den Switch 51 zusätzlich über eine Verbindungsleitung 56 mindestens eine Anlagenkomponente 60 der industriellen Anlage 1 angeschlossen. Die mindestens eine Anlagenkomponente 60 bildet also mindestens ein Teil der industriellen Anlage 1. Die mindestens eine Anlagenkomponente 60 kann insbesondere eine Antriebseinrichtung sein, welche das mindestens eine Werkstück 6, 7 oder den Gegenstand 5 in eine Bewegung antreibt. Die mindestens eine Anlagenkomponente 60 kann jedoch auch eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung von physikalischen oder chemischen Größen, wie z.B. Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, elektrische Spannung, pH-Wert, usw. sein. Die mindestens eine Anlagenkomponente 60 kann jedoch auch ein Werkzeug, wie ein Fräswerkzeug, ein Stanzwerkzeug, ein Nietwerkzeug, ein Schweißwerkzeug, ein Bohrwerkzeug, ein Schraubwerkzeug, ein Schweißwerkzeug, ein Biegewerkzeug, ein Drehgeber, ein Ventil, usw. sein. Es sind beliebige andere Anlagenkomponenten 60 denkbar.
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Wie in 1 gezeigt, hat die zweite Steuervorrichtung 20 zusätzlich zu der ersten Schnittstelle 21 noch eine zweite Schnittstelle 22. An die zweite Schnittstelle 22 ist ein externes Gerät 70 angeschlossen. Hierfür hat auch das externe Gerät 70 eine Schnittstelle 71, die über eine Verbindungsleitung 72 mit der zweiten Schnittstelle 22 der zweiten Steuervorrichtung 20 verbunden ist. Die zweite Schnittstelle 22 realisiert somit einen Datenaustausch zwischen der zweiten Steuervorrichtung 20 und dem externen Gerät 70. Die zweite Schnittstelle 22 der zweiten Steuervorrichtung 20, die Verbindungsleitung 72 und die Schnittstelle 71 des externen Geräts 70 bilden eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen der zweiten Steuervorrichtung 20 und dem externen Gerät 70 aus.
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Die Integration der zweiten Schnittstelle 22 erfolgt unter dem Standardbetriebssystem der zweiten Steuervorrichtung 20, beispielsweise Windows oder ein beliebiges anderes Betriebssystem. Das Betriebssystem übernimmt die Kontrolle der zweiten Schnittstelle 22 bildet diese Schnittstelle, wie jede andere Netzwerkverbindung ab. Dabei werden eigene Netzwerkparameter verwendet, die die Schnittstelle mit einem „Sonderstatus“ versieht.
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Die zweite Schnittstelle 22 kann beispielsweise als USB-Device-Schnittstelle ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Schnittstelle 71 des externen Geräts 70 als USB-Host-Schnittstelle ausgebildet. Demzufolge verhält sich die zweite Steuervorrichtung 20 an dem externen Gerät 70 wie eine Speichervorrichtung, insbesondere eine Festplatte oder ein Speicherstick, oder wie ein Drucker an einem Personalcomputer (PC).
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Die Steuervorrichtung 20 in Form eines Steuerungs-PC wird demzufolge mit einer USB-Device Schnittstelle als zweite Schnittstelle 22 ausgerüstet. Die USB-Device Schnittstelle ermöglicht eine Verbindung zwischen Programmier-PC und Steuerungs-PC, die unabhängig vom Kommunikationsnetz oder lokalen Netzwerk 50 des Betreibers der industriellen Anlage 1 oder Maschinenbetreibers genutzt werden kann.
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Als Folge davon kommuniziert die erste Schnittstelle 21 gemäß einem ersten Kommunikationsprotokoll in dem lokalen Netzwerk 50. Dagegen kommuniziert die zweite Schnittstelle 22 gemäß einem zweiten Kommunikationsprotokoll, hier als Beispiel nach dem Ethernet-Standard, das sich von dem ersten Kommunikationsprotokoll, hier als Beispiel nach dem USB-Standard, unterscheidet.
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Dadurch kann das externe Gerät 70 zwar mit der zweiten Steuervorrichtung 20 gemäß dem zweiten Kommunikationsprotokoll kommunizieren und dabei Daten zwischen dem externen Gerät 70 und der zweiten Steuervorrichtung 20 austauschen. Jedoch kann das externe Gerät 70 nicht direkt auf die anderen Steuervorrichtungen 10, 30, 40 und/oder die mindestens eine Anlagenkomponente 60 zugreifen. Das externe Gerät 70 kann die zweite Steuervorrichtung 20 über die zweite Schnittstelle 22 programmieren oder diagnostizieren. Hierfür kann das externe Gerät 70 ein externes Engineeringgerät und/oder Programmiergerät und/oder ein Diagnosegerät sein. Insbesondere kann das externe Gerät 70 ein Laptop oder ein Tablet-PC oder ein Smartphone sein.
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Somit kann die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Steuervorrichtung 20 eine Programmierung und/oder Diagnose der Steuervorrichtung 20 erheblich vereinfachen, da es nicht mehr erforderlich ist, mit dem externen Gerät 70 über das lokale Netzwerk 50 auf die Steuervorrichtung 20 zuzugreifen.
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2 zeigt eine industrielle Anlage 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der industriellen Anlage 1 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel hat eine Steuervorrichtung 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Komponenten eine Einrichtung 25.
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Die Einrichtung 25 ist dazu ausgestaltet, eine Kommunikation zwischen der Steuervorrichtung 200 und dem externen Gerät 70 über die zweite Schnittstelle 22 nur zulassen, wenn sich das externe Gerät 70 mit einem Zertifikat und/oder Kennwort ausweist, das in der Steuervorrichtung 200 als zulässiges Zertifikat und/oder Kennwort registriert ist. Hierfür kann entweder die Einrichtung 25 eine Speichereinheit aufweisen, in welcher die zulässigen Zertifikate und/oder Kennworte gespeichert und so hinterlegt sind. Es ist alternativ jedoch auch möglich, dass die Speichereinheit extern von der Einrichtung 25 in der Steuervorrichtung 200 vorgesehen ist.
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Somit kann mit der Einrichtung 25 eine spezifische Abfrage ausgeführt werden, und eine Netzverbindung über die zweite Schnittstelle 22 zur Steuervorrichtung 200 erst nach Eingabe eines zulässigen Kennwortes und/oder des zulässigen Zertifikats erfolgen.
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Somit kann eine Kommunikation anhand eines Zertifikats und/oder Kennworts der Steuervorrichtung 200 und eines Zertifikats und/oder Kennworts des externen Geräts 70 beispielsweise auch verschlüsselt erfolgen.
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Ansonsten ist die industrielle Anlage 2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, wie in Bezug auf die industrielle Anlage 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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3 zeigt eine industrielle Anlage 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zu der industriellen Anlage 1 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel hat eine Steuervorrichtung 2000 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Komponenten eine dritte Schnittstelle 23.
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Über die dritte Schnittstelle 23 sind die Anlagenkomponenten 60, wie beispielsweise Sensoren, Antriebe oder dergleichen, über eine Verbindung 61 direkt mit der Steuervorrichtung 2000 verbunden. Beispielsweise sind die Anlagenkomponenten 60 über einen Feldbus, mit der Steuervorrichtung 2000 verbunden. Die dritte Schnittstelle 23 ist in diesem Fall eine Feldbusschnittstelle.
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Über die dritte Schnittstelle 23 wird gemäß einem weiteren Kommunikationsprotokoll kommuniziert, beispielsweise einem Feldbusprotokoll, wie Sercos oder einem beliebigen anderen Feldbusprotokoll. Das weitere Kommunikationsprotokoll ist meist verschieden von dem ersten Kommunikationsprotokoll, kann jedoch auch gleich dem ersten Kommunikationsprotokoll sein,
An den Switch 51 kann über die Verbindung 56 ein weiteres Gerät 80 des lokalen Netzwerks 50 des Betreibers der industriellen Anlage 2 angeschlossen sein. Das Gerät 80 ist möglicherweise ein Personalcomputer oder eine weitere Steuervorrichtung.
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Somit kann, bei entsprechender Freigabe, von dem weiteren Gerät 80 über das lokale Netzwerk auf die Steuervorrichtungen 10, 30, 40, 2000 zugegriffen werden. Zudem ist es bei Bedarf und entsprechender Freigabe auch möglich, dass von mindestens einer der Steuervorrichtungen 10, 30, 40, 2000 über das lokale Netzwerk 50 auf das mindestens eine weitere Gerät 80 zugegriffen wird.
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Ansonsten ist die industrielle Anlage 3 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, wie in Bezug auf die industrielle Anlage 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Steuervorrichtung 20, 200, 2000 und des von ihr ausgeführten Verfahrens sowie der industriellen Anlage 1, 2 können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Es ist auch möglich, mindestens eine weitere der Steuervorrichtungen 10, 30, 40 mit einer zweiten Schnittstelle 22 auszustatten, um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu einem externen Gerät 70 zu ermöglichen.
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Mindestens eine der Steuervorrichtungen 10, 20, 30, 40, 200 kann ein Steuerungs-PC sein, der Mehrkernprozessoren aufweist. Insbesondere bei den Steuervorrichtungen 20, 200, 2000 ist es vorteilhaft, wenn einer der Mehrkernprozessoren die Kommunikation über die erste Schnittstelle 21 ausführt und ein anderer der Mehrkernprozessoren die Kommunikation über die zweite Schnittstelle 22 ausführt. In diesem Fall ist eine Kommunikation über die beiden Schnittstellen 21, 22 unabhängig voneinander möglich.
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Für die Steuervorrichtungen 20, 200, 2000 ist außerdem denkbar, dass die zweite Schnittstelle 22 Daten gemäß einem der folgenden Übertragungsstandards überträgt, nämlich Nahfeldkommunikation (NFC), bei welchem zwei kommunizierende Geräte nah aneinander gehalten werden, oder Bluetooth oder ZigBee. Die zweite Schnittstelle 22 ist dementsprechend für die genannten Datenübertragungsarten entsprechend ausgestaltet.
