-
VORRICHTUNG ZUR VERBINDUNG EINES PROZESSRECHNERS MIT NUMERISCH GESTEUERTEN
FERTIGUNGSVORRICHTUNGEN Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung eines
digitalen Prozeßrechners mit numerisch gesteuerten Fertigungsvorrichtungen zwecks
Datenübertragung und Steuersignalübertragung in mindestens einer Richtung mit Hilfe
von Kabeln und von die Kabel an- und abschaltenden Schaltern, Unter der Datenubertragung
versteht man eine solche Übertragung, welche die Informationen über die Bewegung
von Maschinen beinhaltet, während die Steuersignale als Hilfssignale fUr die Abwicklung
der Datenübertragung und als Signale fUr Schaltfunktionen der Fertigungsvorrichtung
aufgefasst werden können.
-
Von folgenden Firmen sind Systeme entwickelt worden, um Fertigungsvorrichtungen
durch digitale Prozeßrechner zu steuern und mit Daten zu versorgen:
1.
Bunker-Ramo Corporation Highland Heights, Ohio 441 43, USA, 2. Sundstand , Corporation
Belvidere, Illinois, USA, 3. General Electric Company Waynesboro, Virginia, USA,
4. Siemens Aktiengesellschaft München.
-
Allen diesen Systemen sind folgende Eigenschaften gemeinsam: Aa) Jede
angeschlossene Fertig ungsste tiere i nric htung wird über ihr speziell zugeordnete
Leitungen gesteuert und mit Daten versorgt.
-
Ba) Die angeschlossenen Fertigungsste uerungen sind numerische Werkzeugmaschinen-Steuerungen.
-
Ca) FUr den Daten- und Signaiverkehr werden Rechner- und steuerungsseitig
Geräte (Modems, Sender/Empfänger, spezielle Prozesselemente) eingesetzt, die nur
für den Verkehr mit NC (numerical control) bestimmt sind.
-
Dies fUhrt zu folgenden Einschränkungen: a) Durch die Geräte werden
die Steuersignale in einem storren Fonnot festgelegt.
-
Es ist also nicht s'öglich, die Signale noch Anzahl und logischer
Funktion frei zu wählen (zu erweitern), weil die Eingänge spezielle Eigenschaften
aufweisenden Signalen angepasst sind und nicht austouschbar sind.
-
b) Die unter a) genannten Eigenschaft fUhrt dazu, daß nur Steuerungen
(NC) der gleichen Art angeschlossen werden können.
-
c) Die anschließbaren NC sind in ihrer Anzahl beschränkt, Das fUhrt
dazu, daß
Geräte oft nicht voll ausgenutzt werden können. Dadurch
wird die Wirtschaftlichkeit eingeschränkt, d) Da die Gerne den Datenverkehr unabhängig
vom Rechner gemäß einer festen Taktfrequenz durchfUhren, ist es nicht möglich, Fertigungssteuerungen
mit sehr wterschiedlicher Verarbeitungsgeschwindigkeit anzuschließen.
-
e) Durch das starre Formol des Signal- und Datenaustausches kann
der Daten-Kode nicht frei gewählt werden.
-
f) Die Ankoppelung jeder NC über getrennte Leitungen führt zu sehr
hohen Leitungskosten, besonders wenn die Maschinen weit vom Rechner entfernt sind.
Diese hohen Kosten fUr die Leitungen verbiegen es, stark redundante Kodes zu verwenden,
oder sie erfordern Kode-Umsetzer. Diese Eigenschaft schränkt die PrUfmöglichkeiten
ein.
-
g) Die um mehrere Größenordnungen verschiedene Arbeitsgeschwindigkeit
von Rechner und Fertigungseinrichtung führt zu einer sehr schwachen Belegung der
Leitungen.
-
h) Der Anschluß vieler leitungen an den Rechner fahrt zu einer sehr
großen Anzahl von Rechner-Ein-/Ausgängen, von denen jeder in der Größenordnung von
100 - 200,-DM/bit leitet, i) Alie Systeme verwenden die besonderen Eigenschaften
Flexibilitöt {Umbauföhigkeit, Erweiterungsfahigkei*t und Anpassungstohigkeit des
Digital-Rechners nicht, und SteuX erungen mit unterschiedlichen Eigenschaften anzuschließen,
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die es erlaubt, unter
Einsatz eines Prozessrechners(real-time-Rechner) die vielen verschiedenartigen Aufgaben
der Steuerung, Überwochung und Datenübertragung in einem Fertigungssystem mit
geringem
Aufwand durchzuführen, und flexibel in der Anzahl und Art der anschließbaren Fertigungsvorrichtungen
zu sein.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von einem Rechnerausgang
eine mehradrig Sammelleitung für die Steuerung der Fertigungsvorrichtungen dienende
Ausgabedaten ausgeht, daß von dieser Sammelleitung maximal die gleiche Zahl von
Adern wie die erste Sammelleitung aufweisenden, ersten Stichleitungen zu den zugehörigen
Fertigungsvorrichtungen gehen, daß von weiteren Rechnerausgängen zu den Fertigungsvorrichtungen
je eine direkte Hinleitung zu jeder Fertigungseinrichtung führt, die mindestens
Adern für ein Torsignal und ggf. ein Taktsignal aufweist, und daß von jeder Fertigungsvorrichtung
zu dem Rechner eine direkte Hin- und Zurückleitung fUhrt, die Adern für Steuersignale
aufweist, Ein Prozessrechner gibt digitale Daten ein und aus. Diese können dem Egel
nach , dem Format nach , dem Kode nach, der Geschwindigkeit nach usw. sehr unterschiedlich
sein. Er ist besonders geeignet für Echtzeit-Betrieb. Er besitzt eine Vielzahl von
Programmen, die allen aul3en angeschlossenen Fertigungsvorrichtungen gerecht werden.
Ausserdem sind die Programme normalerweise nach Priorität geordnet. Die dem Rechner
wieder zuruckgelieferte Eingabedaten können z. B. betreffen die Einsotzhäufigkeit
von Werkzeugen, die Anzahl der gefertigten Werkstücke, die Maschinenzeiten, die
Meldungen von Prüfgeräten, die Meldungen von Messgeräten, Öltemperaturen usw. Unter
einer Fertigungsvorrichtung versteht man z. B. eine Werkzeugmaschine samt ihrer
Steuerung,
eine Transferstra ße samt ihrer Steuerung, eine Werkstücktransportvorrichtung
samt ihrer Steuerung, eine Lagereinrichtung samt ihrer Steuerung usw.
-
Damit ist es möglich, alle Daten und Signale vom Rechner programmgesteuert
zu senden und zu empfangen, so daß der ganze Ablauf unter der Kontrolle des Rechners
stattfindet.
-
Erfindungsgemäß kann man jede Fertigungseinrichtung anschliel3en,
unabhängig von Kodes, Verarbeitungsgeschwindigkeit, Art und Anzahl der Daten und
Signale. Die Erfindung eignet sich besonders zum Anschluß numerischer Werkzeugmaschinensteuerungen
und ist für verschiedene NC in der gleichen Weise geeignet. Insbesondere ist sie
geeignet, um Steuerungsaufgaben in Transferstra ßen und integrierten Fertigungssystemen
zu lösen.
-
Gerade dort tritt das Problem auf, eine große Anzahl von Fertigungseinrichtungen
zu steuern und zu überwachen. Die hohe, sich durch mehrere Größenordnungen unterscheidende
Arbeitsgeschwindigkeit des Rechners auf der einen Seite und der Fertigung einrichtung
auf der anderen Seite erlaubt die Mehffachausnutzung der Sammelleitungen.
-
Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen in folgendem: 1. Normale
Ein-Ausgänge am Rechner (Standard-Geräte).
-
2. Geringe Belegung des Rechners durch Sammelleitungsprinzip.
-
3, Daten- Ein-/Ausgabe programmgesteuert und ungepuffert.
-
4. Flexibilität in der Art der angeschlossenen Steuerungen.
-
5, Flexibilität in der Anzahl der angeschlossenen Steuerungen.
-
6. Flexibilität in der Geschwindigkeit der angeschlossenen Steuerungen.
-
7. Flexibilität in dem Umfang des Signal- und Datenverkehrs.
-
8. Flexibilität in der Kodierung der Daten.
-
9, Geringer Leitungsaufwand, 10. Störsicher durch einfachen Aufbau,
wartungsfreundlich.
-
11. Pechnergerecht, da auch im Rechner immer nur ein Programm zu einem
Zeitpunkt läuft (time -sharing).
-
12. Angepasst an Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Rechner und Fertigungseinrichtung.
-
13 Prinzip läßt sich elektrisch gut realisieren.
-
1 4. Besondere Eignung für Anschluß von herkömmlichen NC.
-
15. Tor- und Taktsignal zur Sicherung der ijberiFrugung und zur Ansteuerung
der Sender/Empfänger 16. Mehrfache Ausnutzung von Pruf -(Hardware-) Einrichtungen,
die der Sicherung der Übertragung dienen.
-
17. 8-bit-Datenleitung für die Ausgabe erlaubt Anwendung der genormten,
stark redundanten Kodes.
-
18. Durch die Punkte 1, 2 und 9 besonders wirtschaftliches Verfahren.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung, Fig. 2 eine genauere Darstellung der
Leitungen zwischen Rechner und einer numerischen Fertigungssteuerung.
-
Eine Zentraleinheit 1 1 ist über einen Kanal 12 mit einer Eingabe-/Ausgabe-Steuerung
13 einer Prozessrechenanloge verbunden. Diese Elemente sind bekannt. Von der Eingabe-/
Ausgabe-Steuerung 13 geht eine erste Sammelleitung 14 ab, die acht Adern 16 aufweist.
-
Eine zweite Sammelleitung 17 führt zur Eingabe-/Ausgabe-Steuerung
und hat vierundzwanzig Adern. Diese ist in Fig. 2 nicht gezeichnet Stellvertretend
für viele Fertigungsvorrichtungen sind drei Fertigungsvorrichtungen 18, 19,21 gezeichnet.
Diese sind ebenfalls ansich bekannter Natur. Von der Sammelleitung 14 zur Fertigungsvorrichtung
18 führt eine erste Stichleitung 22 mit ebenfalls acht Adern 23 und von der Fertigungsvorrichtung
18 zur Sammelleitung 17 führt eine zweite Stichleitung 24 mit ebenfalls vierundzwanzig
Adern. Zu jeder Ader einer Stichleitung gehört eine Ader der Sammelleitung, wobei
beide miteinander galvanisch verbunden sind. Diese Bedingung, daß die Anzahl der
Adern gleich ist, muß jedoch nicht unbedingt erfüllt sein.
-
Zur Fertigungsvorrichtung 19, die von einem anderen Typ ist als die
Fertigungsvorrichtung 18, führt lediglich eine erste Stichleitung 26. Dagegen geht
von ihr keine Stich leitung zur Sammelleitung 17. Von wiederum anderer Natur ist
die Fertigungsvorrichtung 21, von der aus lediglich eine zweite Stichleitung 27
zur Sammelleitung 17 geht. Eine Stichleitung entsprechend der ersten Stichleitung
22 zur Fertigungsvorrichtung 18 ist hier nicht nötig.
-
Zur Fertigungsvorrichtung 21 führt eine Torleitung 28 und eine Taktleitung
29. Eine weitere Torleitung 31 und eine Taktleitung 32 stellt die Verbindung zwischen
der
Eingabe-/Ausgabe-Vorricht ung 13 und der Fertigungsvorrichtung
19 her. Die Fertigungsvorrichtung 18 hat eine Torleitung 33 und eine Taktleitung
34, die Signale von der Eingube-/Ausgabe-Steuerung 13 her leitet. Ferner ist eine
weitere TorleitunU 36 und eine Takt leitung 37 vorgesehen, die solche Signale in
umgekehrter Richtung leitet.
-
Es gehört also zu jeder Stichleitung 22, 24 je eine Tor-und Taktleitung.
-
In Fig. 1 erkennt man noch weitere Leitungen 38, 39, -41 , die jeweils
mehradrig sind, Signale in beiden Richtungen leiten und ebenfalls direkte Verbindung
zwischen der Eingabe-/Ausgabe-Steuerung 13 und den Fertigungsvorrichtungen 18, 19,
21 darstellen.
-
Den genauen Aufbau der Leitungsführung erkennt man aus Fig. 2, für
den Fall der Fertigungsvorrichtung 19. Man erkennt die Torsignalleit-ung 31 und
die Talctsignalleitung 32. Ferner ist noch eine Leitung 42 für ein Korrektursignal
bei fehlerhafter Datenübertragung, eine Leitung 43 für das Stopsignal für den Empfänger
und eine Leitung 44 für das Startsignal für den Empfänger vorgesehen. Der Empfänger
befindet sich innerhalb der Fertigungsvorrichtung 19 und ist ebenfalls bekannter
Natur.
-
Von der Fertigungsvorrichtung 19 aus geht weiterhin eine Leitung 46
für ein Fehler-Signal für fehlerhafte Funktion des Empfängers, eine Leitung 47 für
ein Fehlersignal für fehlerhafte Daten, eine Leitung 48 für die Datenanforderung,
eine Leitung 49 für ein Endsignol für einen Arbeitszyklus und eine Leitung 51 für
ein Startsignal für den Arbeitszyklus.
-
Im Betrieb arbeitet die Vorrichtung wie folgt: Die Fertigungssteuerung
19 meldet ihre Betriebsbereitschaft über die Leitung 51 an den Rechner Der Rechner
überprüft die Startbedingungen für diese Fertigungssteuerung. Falls die Startbedingungen
erfüllt sind, setzt der Rechner über die Leitung 44 die Fertigungssteuerung 19 in
Betrieb. Die Fertigungssteuerung 19 beginnt nun mit ihrer Arbeit und fordert über
die Leitung 48 vom Rechner Daten an. Um mit der Arbeit zu beginnen gibt der Rechner
über die Leitung 31 das Torsignal aus und schließt die Fertigungssteuerung 19 an
die Sammelleitung 14 an. Nun beginnt der Rechner auf der Sammelleitung 14 Daten
auszugeben, wobei die Übernahme jedes Zeichens durch das Taktsignal auf der Leitung
32 veranlasst wird. Nach Übertragung des letzten Zeichens wird das Signal von der
Leitung 31 weggenommen und damit die Fertigungssteuerung 19 von der Sammelleitung
14 wieder abgetrennt. Nach Ablauf eines Arbeitsganges meldet die Fertigungssteuerung
19 über die Leitung 49 das Ende eines Arbeitszyklus.
-
Für den Fall, daß die Fertigungssteuerung 19 einen Fehler meldet,
z. B. Überhitzung der Elektronik, sendet sie über die Leitung 46 einen Fehlersignal
an den Rechner.
-
Der Rechner quittiert dieses Fehlersignal durch die Ausgabe eines
Stopsignals auf de? Leitung 43 und setzt dadurch die Fertigungssteuerung 19 still.
Dieser Fehler wird vom Rechner im Programm berücksichtigt und die Fertigungssteuerung
19 erhält erst dann wieder Daten, wenn der Fehler behoben ist.
-
Falls die Prüfeinrichtung in der Fertigungssteuerung 19 feh1erate
Daten erkennt, sendet die Fertigungssteuerung 19 auf der Leitung 47 ein Darenfehlersignal,
Der Rechner quittiert dieses Signal mit einem Korrektursignal auf der Leitung 42.
Dieses Korrektursignal bereitet die Fertigungssteuerung 19 für eine wiederholte
Eingabe des Datenblockes vor. Sollte sich auch durch eine Wiederhotung der Datenübertragung
der Fehler nicht beheben lassen, so setzt der Rechner die Fertigungssteuerung 19
durch ein Signal auf der Leitung 43 still. Auch dies wird im Programm des Rechners
berücksichtigt.