DE2729408A1

DE2729408A1 - Ueberwachungsverfahren und schaltungsanordnung fuer eine rechnergefuehrte steuerung einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2729408A1
Application number: DE19772729408
Authority: DE
Inventors: Christian Ing Grad Seeliger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1977-06-29
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2729408C2

Description

Überwachungsverfahren und Schaltungsanordnung fUr eine rechner-
geführte Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Uberwachungsverfahren für eine rechnergeftihrte Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, bei dem die von einem oder mehreren Lagemeßsystemen erfaßten Lageistwerte zyklisch in die rechnergeführte Steuerung übernommen werden, die aus den Lageistwerten und aus Eingabedaten nach Maßgabe eines Programms Stellsignale ermittelt und zyklisch an eine oder mehrere Antriebseinheiten ausgibt. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Überwachungsverfahrens.
Bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen werden die Antriebsachsen von Lageregeleinrichtungen geregelt. Bei rechnergefUhrten numerischen Steuerungen erfolgt die Lageregelung in einem Rechner nach Maßgabe eines Programms in Abhängigkeit von Eingabewerten und Lagemeßwerten. Bei einer Störung des Rechners oder bei einen Fehler i Programm besteht die Gefahr, daß die Antriebseinheiten außer Kontrolle geraten. Hierdurch können schwere Schäden an der Werkzeugmaschine verursacht werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Rechners in einer rechnergeführten Steuerung für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Jedem Abfragezyklus für die Lageistwerte eine Überwachungszeit gestarter und im Hinblick auf eine Höchstzeit Überwach wird, bei deren Überschreitung ein Schutzsignal ausgelöst wird.
In einer rechnnergefürten Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bearbeitet der Rechner zyklisch ein vorgegebenes Programm zur Lageregelung. Beispielsweise kann ein derartiges Programm al)' vier Millisekunden durchlaufen werden. Dementsprechend wsrd vom Rechner durch einen Abfragetakt alle vier Millisckunden ein Lageistwert vom Lagemeßsystem abgerufen und in den Rechner übernommen. Ebenso erfolgt die Ausgabe der Stellgroßen an die Antriebseinheiten in vorgegebenen Zyklen. Die Erfindung geht davon aus, daß im Rechner eine Störung vorliegt, wenn die zyklische Abfragung der Lageistwerte unterbrochen ist.
Es wird dauer die länge der Zykluszeiten überwacht. Überschreitet eine zyklezeit eine vorgegebene Höchstzeit, beispielsweise 16 Millisekunden, so wird ein Störungsfall angenommen und die Werkzeugmaschine wird stillgesetzt.
Nach einer Welterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, daß zusätzlich bei jedem Ausgebezyklus für die Stellgrößen der Antriebseinheiten eine weitere Überwachungszeit gestartet und in Hinblick auf eine Höchstzeit Uberwacht wird, bei deren Überschreitung ein Schutzsignal ausgelöst wird.
Vin Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren ist in der Zeichnung dagerstellt irnd wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer rechnergeführten teuezung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, Figur 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung.
Das in Figur 1 dargestellte Blockschaltbild einer rechnergeführten Steuerung f 'r eine Werkzeugmaschine ist entnommen aus W. Simon "Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen", 2. Auflage, 1971, Seite 330. Von einem Lochstreifenleser 1 gelangen die Lochstreifendaten in einen Rechner 3. Von einem Bedienfeld 2 können ebenfalls Daten in den Rechner 3 eingegeben werden. Der Rechner 3 enthält beispielsweise Zeichenprüfer, Dekodierer, Zwischenspeicher, Interpolatoren, Vergleicher und Anpaßschaltungen für das Lagemeßsystem 4 bzw. für die Antriebseinheit 5. Die Antriebseinheit 5 wirken auf einen Maschinenschlitten 6. Die Lage des Maschinenschlittens 6 wird vom Lagemeßsystem 4 erfaßt. Die strichlierte Linie E bezeichnet die Schnittstelle zwischen dem Rechner und den externen Baugruppen.
Figur 2 verdeutlich die Einzelheiten der Schaltungsanordnung auf der rechten Seite der Schnittstelle E. Das Lageießsystem 4 enthält beispielsweise einen Drehmelder 7, der eine der Lage des Maschinenschlittens 6 proportionale analoge Meßspannung erzeugt.
HierfUr geeignete Drehmelder sind beschrieben in W. Simon Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen" 2. Auflage, 1971, Seite 104 bis 112. Weitere geeignete Lagemeßsysteme sind beschrieben a.a.O. auf den Seiten 100 bis 144. Die Meßspannung des Drehmeldern 7 wird einem Spannungs-Frequenz-Wandler 8 zugeführt, dessen Impulse in einen Zähler 9 aufsummiert werden. Der Rechner 3 fragt den Zählerstand des Zählers 9 zyklisch ab.
Hierzu wird beispielsweise alle vier Millisekunden an der Klemme b ein Abfrangeimpuls abgegeben. Dieser Abfrageimpuls steuert eine Torschaltung 10 durchlässig, wodurch der Zählerstand des Zählers 9 auf die Dateneingänge a des Rechners gelangt. Der Abfrageilpulse wird weiterhin über ein Verzögerungsglied 21 mit einer sehr kurzen Verzögerungszeit auf den Löscheingang 9a des Zählers 9 gegeben. Der Zähler wird dadurch zu Beginn des Abrragezyklus gelöscht und läuft während des Abfragezyklus hoch. Der Zählerstand al Ende eines Jeden Abfragezyklus entspricht einem Lage-Teilistwert.
Die weitere Verarbeitung des auf den Dateneingängen a eingelesenen Zählerstandes erfolgt in bekannter Weise. Der Zählerstand wird in ein addierendes Register eingegeben. Das Register summiert die Zählerstände, welche die Teilistwerte darstellen, zu eines Gesamtistwert auf. Der Gesamtiswert wird sit einem von einem Interpolator ermittelten Lagesollwert verglichen. Die als Schleppabstand bezeichnete Regeldifferenz wird in einem Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert. Das Ergebnis stellt einen Drehzahsollwert dar, der an den Datenausgängen c in digitaler Form an die Antriebseinheit 5 zyklisch ausgegeben wird.
Der Drehzahl sollwert an der Klemme c wird in einem Digital-Analog-Wandler 14 in eine analoge Spannung umgesetzt, die in einem Vergleicher 15 mit einem analogen Drehzahlistwert verglichen wird. Die Regeldifferenz steuert einen Regler 16 aus, dessen Ausgangsspannung einem Steuersatz 17 zugeführt wird. Der Steuorsatz 17 steuert einen als Stellglied vorgesehenen Stromrichter 19, der einen Antriebsmotor 20 speist. Der Antriebsmotor 20 wirkt auf den Maschinenschlitten 6. Mit dem Antriebsmotor 20 ist ein Tachogenerator 22 zur Erfassung einen Drehzahlistwertes gekuppelt.
Die Überwachungsschaltung enthält einen Zähler 11, der die Ispulse eines Taktgebers 12 mit hoher konstanter Taktfrequenz zählt. Der Löscheingang 11a des Zählers 11 steht mit der Klemme b in Wirkverbindung. Bei Jedem Abfrageimpuls für den Zähler 9 im Lagemeßsystem 4 wird der Zähler 11 gelöscht. Anschließend läuft der Zähler 11 mit den Impulsen des Taktgebers 12 wieder hoch. Dem Zähler 11 ist eine Koinzidenzstufe 13 nachgeordnet, die bei einem bestimmten vorgegebenen Zählerstand ein Signal erzeugt. Die Koinzidenzstufe 13 kann im einfachsten Falle eine Endwert-Abfragestufe sein, die ein Signal erzeugt, wenn der höchstmögliche Zihlerstand erreicht ist, also wenn sämtliche parallelen Ausgänge des Zählers ein logische 1 führen. Der höchstmögliche Zählerstand entspricht der vorgegebenen Höchstzeit.
Die Koinziedenzstufe 13 erzeugt ein Sperrsignal fur den Antrieb.
Im dargestellten Beispiel ist schematisch ein Schalter 18 zwischon der Steuereinrichtung 17 und dem Stromrichter 19 angeordnet. Der Schalter 18 wird von Sperrsignal der Koinzidenzstufe 13 geöffnet, wenn eine vorgegebene Höchstzeit überschritten wird.
Das Sperrsignal für den Antrieb kann Jedoch auch an einer anderen geeigneten Stelle eingreifen. Beispielsweise kann der Drehzahlsollwert auf Null gesetzt werden. Ebenso kann die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 16 abgeschaltet werden, oder es kann die Einspeisung für den Stromrichter 19 oder die Speisung des Antriebsmotors 20 unterbrochen werden. Es wird vorzugsweise nicht nur der von einer Störung betroffene Achsantrieb, sondern die ganze Werkzeugmaschine stillgesetzt.
In Figur 2 ist die Überwachungsschaltung nur für einen Achsantrieb dargestellt. Es ist selbstverständlich möglich, sämtliche Achsantriebe einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit derartigen t,berwachungsschaltungen auszurüsten.
In den meisten Fällen wird eine Uberwachung der Abfragezyklen für die Lageistwerte ausreichen. Es ist Jedoch ohne weiteres möglich, in analoger Weise eine Überwachung der Ausgabe der Stellgrößen vorzusehen. Hierzu wird ein weiterer Zähler mit einer goinzidenzstufe benötigt, der die Impulse des Taktgebers zählt und der bei Jedem Außgabeimpuls gelöscht wird.

Claims

Patentansprüche 1. Überwachungsverfahren für eine rechnergeführte Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, bei dem die von einen oder mehreren Lageleßsystemen erfaßten Lageistwerte zyklisch in die rechnergeführte Steuerung übernommen werden, die aus den Lageistterten und aus Eingabedaten nach Maßgabe eines Prograens Stellignale ermittelt und zyklisch an eine oder mehrere Antriebseinheiten ausgibt, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß bei Jede Abfragezyklus ftir die Lageistwerte eine Überwachungszeit gestartet und in Hinblick auf eine Höchstzeit überwacht wird, bei deren Überschreitung ein Schutzsignal ausgelöst wird.
2. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnest, daß bei jedem Ausgabezyklus für die Stellgrößen eine weitere Überwachungszeit gestarten und im Hinblick auf eine weitere Höchstzeit überwacht wird, bei deren Überschrettung ein Schutzsignal ausgelöst wird.
3. Schaltungsanornung zur Durchführung des Überwachungsverfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitmeßeinrichtung (11, 12) vorgesehen ist, die mit jedem Abfrageimpuls für die Lageistwerte bzw. mit jedem Ausgabeimpuls für die Stellsignale zurückgestellt und erneut gestartet wird, der eine Zeitüberwachungseinrichtung (13) nachgeordnet ist, die bei Überschreitung der vorgegebenen Höchstzeit ein Schutzsignal abgibt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßeinrichtung inen Zähler (11) für die Impulse eines Taktgebers (12) mit konstanter Taktfrequenz umfaßt, wobei der Löscheingang (11a) des Zählers (11) mit dem Abfrageimpuls bzw. da Ausgabeimpuls beaufschlagt wird, und daß die Zeitüberwachungseinrichtung als Koinzidenzstufe (13) ausgebildet ist, die bei einem vorgegebenen Zählerstand ein Schutzsignal erzeugt.