DE2838375C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einwickelmaschine mit
einer Anzahl beweglicher Elemente, deren Bewegung
durch eine Steuereinrichtung gesteuert ist, die
einen von einer Steuerwelle der Maschine angetriebenen
und Synchronisationsimpulse mit einer der
Drehzahl der Steuerwelle proportionalen Frequenz
abgebenden Impulsgenerator sowie eine von diesen
Synchronisationsimpulsen abgeleitete Synchronisationssignale
empfangende, nach einem vorgegebenen
Arbeitsprogramm arbeitende Steuerschaltung aufweist, an
die die Peripheriegeräte angeschlossen sind, von
denen jedes einen jeweils eines der beweglichen
Elemente betätigenden Motor enthält.
Solche Maschinen werden bspw. dazu verwendet,
Schokoladentafeln oder andere ähnlich geformte
Produkte mit hoher Geschwindigkeit einzeln
einzuwickeln.
Einwickelmaschinen weisen eine Anzahl beweglicher
Elemente auf, die bei einer bisher weit verbreiteten
Bauart durch eine Nockenwelle gesteuert
sind. Mit anderen Worten bedeutet das, daß das
einem vorbestimmten Arbeitsablauf entsprechende
Programm in den Aufbau und die Anordnung der
Nocken gelegt ist. Jedem Nocken sind verschiedene
Übertragungselemente zugeordnet, wie Hebel, Stößel
etc., wobei gegebenenfalls noch Organe zur Steuerung
bestimmter Betriebsabläufe von Hand vorhanden sind.
Eine solche, mit mechanischen Nocken ausgerüstete
Einwickelmaschine weist grundsätzliche Nachteile
insoweit auf, daß das jeweilige Arbeitsprogramm
durch die Nocken und deren Anordnung starr vorgegeben
ist und jede Änderung zeitaufwendige Umstell-
oder Austauscharbeiten erforderlich macht. Auch
erfordern Nockensteuerungen bei schnellaufenden
Maschinen eine dauernde Schmierung; die Nocken
erhöhen die Massenträgheit der bewegten Teile, was
eine augenblickliche Sicherheits-Stillsetzung der
Maschine ausschließt. Daneben sind die zwischen
den Nocken und den von diesen gesteuerten Arbeitselementen
vorhandenen mechanischen Bewegungsübertragungsmechanismen
häufig kompliziert und
störungsanfällig.
In der Praxis sind deshalb auch schon Einwickelmaschinen
bekanntgeworden, bei denen anstelle der
mechanischen Nockensteuerung eine elektronische
Nockenabtastung verwendet wird. Bei diesen Maschinen
wird jede Bewegung durch einen Einzelantrieb erzeugt,
der durch ein Signal gesteuert ist, welches von einem
elektronischen Nockenabtaster kommt. Solche mit
Analogsignalen arbeitenden Steuerungen sind aber empfindlich.
Die Digitalisierung der Signale erfordert
einen zusätzlichen apparativen Aufwand. Außerdem
bedingt jede Veränderung des durch den Nockenaufbau
und die Nockenanordnung gegebenen Programmablaufs
entsprechende Änderungen an den Nocken, die
Zeit- und Arbeitsaufwand mit sich bringen.
Moderne schnellaufende Einwickel- oder Verpackungsmaschinen
arbeiten mit sehr hoher Arbeitsgeschwindigkeit,
die durchweg über den gesamten Regelbereich
von 0 bis 100% der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit
(in der Größenordnung von bspw. 1,5 m/sec.) regelbar
sein muß, wobei hohe Beschleunigungen (in der Größenordnung
von bspw. 5 g) auftreten können. Mit Rücksicht
auf diese Arbeitsbedingungen sowie wegen der großen
Anzahl der erforderlichen Bewegungen der einzelnen
Elemente, die auch sich kreuzende Bewegungen
ausführen, wobei die Kinematik der Einzelbewegung
veränderlich sein soll, sind digitale Steuerungen von
Einzelantrieben, wie sie bei NC-Werkzeugmaschinen
und numerisch gesteuerten Industrierobotern bekannt
sind, für Einwickelmaschinen nicht ohne weiteres
einsetzbar.
Aus dem Artikel "Elektronische Steuerungen in der
Verpackungstechnik" in ELEKTRO-TECHNIK Nr. 17/1966,
Seite 392 ff. ist es zwar grundsätzlich bekannt, daß
bei Verpackungsmaschinen, obwohl diese meist
Individualkonstruktionen sind, der Einsatz von Elektronik
wegen der sich ständig wiederholenden Vorgänge
besonders vorteilhaft ist, doch werden keine detaillierten
konstruktiven Einzelheiten insoweit mitgeteilt.
Daneben ist aus der DE-OS 17 86 297 eine Verpackungsmaschine
bekannt, bei der u.a. jede der die Verpackungsoperationen
bewirkenden Einrichtungen von je wenigstens
einem Kontrollorgan steuerbar ist. Dieses Kontrollorgan
überwacht dabei die zu verpackenden Gegenstände,
so daß die für das Einschlagen der Gegenstände
erforderlichen Operationen zeitunabhängig von
den Gegenständen selbst gesteuert werden. Eine
solche Steuerung ist nur für spezielle Einsatzzwecke
brauchbar.
Bekannt ist es außerdem aus der DE-OS 21 27 223,
bei einem Verpackungsautomaten zum Formen, Füllen
und Verschließen von Schlauchbeuteln ein Programmwerk
mit elektronischem Signalspeicher einzusetzen,
während aus der US-PS 39 74 432 es bekannt ist, eine
elektronische Steuerung für sich ständig wiederholende
Vorgänge mit Synchronisationsimpulsen zu
versorgen, die von einem ersten Geber einmal pro
Umdrehung und von einem zweiten Geber in höherer
Frequenz proportional zum Drehwinkel abgegeben
werden. Dieses Steuerungssystem ist nicht für eine
Einwickelmaschine, sondern insbesondere für eine
Glasformmaschine bestimmt. Bei einer aus der
US-PS 40 23 327 bekannten Steuerung für eine
Verpackungsmaschine sind mehrere Einzelbewegungen
auf elektronischem Wege miteinander koordiniert,
wobei eine Zentraleinheit die Steuerung übernimmt.
Schließlich ist noch aus der DE-OS 26 27 131 eine
automatische, zyklisch arbeitende Maschine zur
Konditionierung prismatischer Erzeugnisse, d. h.
eine Verpackungsmaschine bekannt, von der die
Erfindung ausgeht und die mit einer elektrischen
Synchronisation ihrer beweglichen Elemente
arbeitet, wobei die elektrische Synchronisation
durch einen einem kontinuierlich rotierenden
Phasensynchronisator zugeordneten Impulsgenerator
bewirkt wird, der eine Folge phasenverschobener
Synchronisationsimpulse gleicher Frequenz abgibt.
Dabei ist eine diese Synchronisationsimpulse
empfangende Steuerschaltung vorgesehen, an die
Peripheriegeräte angeschlossen sind, die mit
jeweils einem Motor betriebene bewegliche Elemente
aufweisen. Die um feste Winkelinkremente gegeneinander
phasenverschobenen und genau bestimmten
Stellungen der Steuerwelle zugeordneten Impulse
können in starrer Phasenzuordnung zum Maschinenzyklus
eine einfache Startreihenfolge der einzelnen Elemente
durch Schließen der Erregerkreise
von Elektromagneten oder Elektromotoren bestimmen,
doch ist es auch möglich, durch Kombination mehrerer
Impulse während einer vorbestimmten Betriebsdauer
die Stromzufuhr zu solchen Elektromagneten oder
Elektromotoren aufrecht zu erhalten. Die
Steuerschaltung erlaubt aber keine elektronische
Programmierung des von einem beweglichen Element
während der Einschaltdauer seines Motors genau
zurückgelegten Bewegungsweges oder eines
vorbestimmten zeitabhängigen Geschwindigkeitsverlaufes
der Bewegung dieses Elementes.
Die Anpassungsfähigkeit einer solchen Einwickelmaschine
an wechselnde und schwierige Betriebsverhältnisse
ist deshalb begrenzt, abgesehen davon,
daß sich kreuzende Bewegungen zweier oder mehrerer
beweglicher Elemente zusätzliche Betriebszeit
beanspruchende Sicherheitseinrichtungen erforderlich
machen würden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, den erläuterten
Nachteilen von Einwickelmaschinen mit mechanischer
Nockensteuerung oder elektronischer Nockenabtastung
abzuhelfen und eine im Betrieb anpassungsfähige und
leicht handzuhabende Einwickelmaschine mit elektronischer
Steuerung der Einzelantriebe ihrer beweglichen
Elemente zu schaffen, die mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit
arbeiten kann, wobei die Herstellungs- und Betriebskosten
niedrig sowie Änderungen und Anpassungen leicht ausführbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte
Einwickelmaschine erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Hauptanspruches gekennzeichnet.
Die Steuerschaltung erlaubt es, im Zusammenwirken
mit den Schrittmotoren die von den einzelnen beweglichen
Elementen während der Bewegung zurückgelegten
Wege in Abhängigkeit von einem zugeordneten
Drehwinkel der Steuerwelle innerhalb eines Maschinenzyklus
exakt programmgemäß festzulegen, wobei einzelne
oder alle dieser Bewegungen auch sich kreuzen können.
Der den einzelnen Bewegungen zugeordnete Drehwinkel
der Steuerwelle ist von der Arbeitsgeschwindigkeit
der Maschine unabhängig. Die Bewegungsabläufe sind
frei programmierbar, wobei es die den einzelnen
Schrittmotoren zugeordneten Steuerrechner auch erlauben,
wahlweise bestimmte Elemente mit unterschiedlichem
zeitlichem Verlauf ihrer Geschwindigkeit
zu bewegen. Der übergeordnete Rechner steuert
als Zentraleinheit den Arbeitszyklus der Einwickelmaschine.
In seinem Speicher ist in dem Arbeitsprogramm
die Aufeinanderfolge der einzelnen Bewegungen
und Bewegungsabläufe der verschiedenen beweglichen
Elemente gespeichert. Zu dem jeweils programmgemäß
gewählten Zeitpunkt in dem Arbeitszyklus der Maschine
übermittelt er dem ebenfalls programmgemäß
ausgewählten Peripheriegerät eine Information über
die Art der auszuführenden Bewegung und einen Startimpuls
zum Beginn dieser Bewegung. Der dem mit einer
autonomen Steuerung versehenen Schrittmotor zugeordnete,
schnell arbeitende Steuerrechner erzeugt, in
Abhängigkeit von den von der Zentraleinheit erhaltenen
Daten, die zur entsprechenden Steuerung des Schrittmotors
erforderliche Impulsfolge.
Eine solche Einwickelmaschine ist insbesondere auch
für eine Hybridausführung geeignet, bei der lediglich
ein Teil der beweglichen Elemente durch die Steuerrechner
und ein anderer Teil der beweglichen Elemente
durch eine mit der Steuerwelle der Maschine kinematisch
starr gekuppelte Nockenwelle gesteuert ist. In diesem
Sinne können auch vorhandene mechanisch gesteuerte
Einwickelmaschinen nachgerüstet werden.
Weiterbildungen der Einwickelmaschine sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 den mechanischen Teil eines Peripheriegerätes
einer Einwickelmaschine gemäß der Erfindung in
schematischer perspektivischer Darstellung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des
Prinzips der Erzeugung der Signale FI, REV und
SYNCHR bei der Einwickelmaschine gemäß der Erfindung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der
Steuerung der Einwickelmaschine gemäß der Erfindung,
Fig. 4 und 5 eine Einwickelmaschine gemäß der Erfindung in
Hybridbauart, jeweils in einer Seitenansicht.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine
experimentelle Hybrid-Maschine. Diese Hybrid-Maschine
bildet eine spezielle Ausführungsform der Maschine,
die dann von Interesse ist, wenn nicht die gesamte
klassische Maschinensteuerung aufgegeben, sondern
diese nur verbessert werden soll. Es
handelt sich hierbei demgemäß um einen speziellen Anwendungsfall
der Erfindung, der interessante Möglichkeiten eröffnet.
Fig. 1 zeigt ein peripheres Gerät zur Erzeugung einer
linearen Bewegung mittels eines umlaufenden Motors. Ein
Schrittmotor 1 ist auf dem in der Figur nicht dargestellten
Maschinengestell mittels vier in Bohrungen 19 eingesetzter
Schrauben befestigt. Der Schrittmotor 1 treibt
über ein Rad 3 einen Zahnriemen 2 an. Der Zahnriemen 2
läuft über ein Umlenkrad 4 und über ein Spannrad 5. Drei
Zähne des horizontalen Trums des Zahnriemens 2 sind zwischen
einem Klemmstück 6 und einem Gegenklemmstück 7 eingeklemmt.
Das Klemmstück 6 und das Gegenklemmstück 7 sind
auf einem Antriebsblock 8 befestigt, der linear beweglich
ist. Der Antriebsblock 8 gleitet auf zwei Führungsstangen
9, 10, die in Wandteilen 16, 17 verankert sind.
Der hintere Wandteil 16 und der vordere Wandteil 17 sind
ebenfalls an dem Maschinengestell befestigt. Der Antriebsblock
8 trägt außerdem das Werkzeug.
Bei in die hintere Stellung zurückgeführtem Antriebsblock
8 ragt eine an dem Antriebsblock 8 befestigte Fahne 11 in
einen Schlitz, der an einem fotoelektrischen Geber 13 (Gabellichtschranke)
vorgesehen ist, dessen Signal von einem Rechner für die
Ingangsetzung der Maschine verwendet wird, wie dies noch
beschrieben werden wird. Dieser
Geber 13 ist auf dem hinteren Wandteil 16
angeordnet. Ein hinterer Anschlag 14 verhindert, daß die
Fahne 11 aus dem Schlitz wieder austritt; gleichzeitig begrenzt
er die nach hinten gerichtete Linearbewegung. Ein
anderer Anschlag 15 begrenzt die nach vorne gerichtete
lineare Bewegung. Der Schrittmotor 1 trägt einen
zweiten Wellenzapfen 40 auf der dem Antriebsrad 3 gegenüberliegenden
Seite. Auf diesem zweiten Wellenzapfen 40 ist
der Rotor eines inkrementalen Impulsgenerators 18 angeordnet,
dessen Stator an dem vorderen Lagerschild des
Schrittmotors 1 befestigt ist. Der Impulsgenerator 18
weist zwei Kanäle auf, welche es gestatten, die Drehrichtung
zu unterscheiden.
Als Hinweis sei erwähnt, daß ein Schrittmotor 1
verwendet ist, bei dem zweihundert Schritte einer
Umdrehung entsprechen. Der inkrementale Impulsgenerator 18
weist zweihundert Striche pro Umdrehung auf, wobei
diese Striche axial auf einer Zylinderfläche angeordnet
sind, womit den von einem Axialspiel herrührenden Schwierigkeiten
abgeholfen ist. Der für das Peripheriegerät
verwendete schnelle Steuerrechner (Prozessor) 21
ist mit zwei Speichern versehen,
bei denen es sich um löschbare und wieder programmierbare
PROMS mit 256 Byts handelt.
Naturgemäß gibt es eine Menge anderer entsprechender
Elemente, die der Fachmann in Abhängigkeit von den jeweiligen
Gegebenheiten auswählen kann.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für die
Erzeugung der Signale SY, FI und REV. Eine Steuerwelle 43
der Hauptmaschine 30 versetzt eine Fahne 39 (Steuerglied) in Umdrehung.
Die Fahne 39 geht einmal pro Maschinenumdrehung durch den
Schlitz eines optoelektrischen Gebers 32 durch. Das Ausgangssignal
des Gebers 32 läuft über einen elektronischen
Schalter 36, wenn dieser in der Stellung 1 steht
und bildet das Signal SY. Die Steuerwelle 43 treibt außerdem
ein mit dem Faktor 8 multiplizierendes mechanisches
Multiplikationsglied 33 an, während durch eine Abtriebswelle
44 des Multiplikationsglieds 33 der Rotor eines
drehbaren inkrementalen Signalgenerators (Drehgebers) 34 mit einer
Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird, die 8mal größer
als die der Steuerwelle 43 ist.
Das Ausgangssignal des Signalgenerators 34 wird einem
elektronischen Frequenzverdoppler 35 eingespeist, von dem
aus es bei in der Stellung 1 stehendem elektronischen Schalter
36 weitergeleitet wird. Auf diese Weise wird das Signal
FI erzeugt, das lediglich durch periodische Impulse gebildet
ist, deren Frequenz proportional der Drehzahl der
Maschine ist. Wenn die Steuerwelle 43 der Maschine mit einer
Drehzahl von 300 UpM umläuft, ist die Frequenz des Signals
FI gleich 64 kHz. Das Signal REV wird von einem elektronischen
Divisionsglied 37 (Frequenzteiler) abgeleitet, das eine Division
durch 128 vornimmt. Bei 300 UpM der Maschine ist die Frequenz
des REV-Signales gleich 500 Hz. Der elektronische
Schalter 36 gestattet es, auch dann Impulse abzugeben, wenn
die Steuerwelle 43 der Hauptmaschine 30 stillsteht. Wenn nämlich
der elektronische Schalter 36 in seiner Stellung 2 steht,
erzeugt ein interner Taktgeber 31 das Signal FI, während
das Signal SY von dem Signal REV durch ein elektronisches
Divisionsglied 38 (Frequenzteiler) abgeleitet wird, das durch den
Faktor 100 teilt.
Beispielhaft kann erwähnt werden, daß der
verwendete inkrementale Signalgenerator 34
800 radiale Striche auf einer Scheibe trägt. Das mit
dem Faktor 8 multiplizierende mechanische Multiplikationsglied
33 und der elektronische Frequenzverdoppler 35 gestatten
es, die Ergebnisse zu simulieren, die sich mit
einem inkrementalen Signalgenerator mit einer 16mal
höheren Auflösung ergeben hätten. Versuche haben gezeigt,
daß es auf diese Weise unter bestimmten Umständen
möglich ist, die hohen Kosten zu vermeiden, die durch
einen inkrementalen Signalgenerator mit sehr hoher Auflösung
bedingt sind.
Fig. 3 zeigt schematisch die Steuerelektronik.
Der übergeordnete Rechner 20 enthält in seinem Speicher mehrere Programme,
deren Auswahl mit Hilfe eines Programmwählers 23 vorgenommen
wird. Der Programmwähler 23 kann durch ein Eingabefeld
gebildet sein, wie es bestimmte Mikro- oder Miniprozessoren haben.
Selbstverständlich kann der Rechner mit beliebig
komplizierten Platinen ausgerüstet sein. Der übergeordnete Rechner 20
empfängt die Signale
SY und REV. Er liefert
über eine Steuerleitung 45 die einzelnen Befehle zu jedem der schnellen
untergeordneten Steuerrechner (Prozessor) 21. Die Steuerrechner 21 empfangen ein gemeinsames
Signal FI, das es ihnen gestattet, die Intervalle der
der Steuerschaltung 22 des Schrittmotors 1 in Abhängigkeit von
dem jeweils durch den übergeordneten Rechner 20 zugeordneten
Programm und von der Drehzahl der Hauptmaschine 30 übermittelten
Impulsfolgen zu berechnen. Jedem Schrittmotor sind
ein drehbarer inkrementaler Impulsgenerator 18 und ein optoelektrischer
Geber 13 zugeordnet. Das Ausgangssignal des
Gebers 13 wird unmittelbar auf den Eingang des
übergeordneten Rechners 20 gegeben, während die zweiphasigen Ausgangssignale
des drehbaren inkrementalen Impulsgenerators 18
in dem untergeordneten schnellen Steuerrechner (Prozessor) 21 verarbeitet werden, der im Falle
des Auftretens eines Fehlers den Eingriff des übergeordneten
Rechners veranlaßt.
Damit die Anlage den für die Ingangsetzung der Maschine 30
zulässigen Zustand erkennen kann, muß jede Bewegung zunächst
zu dem hinteren Anschlag 14 zurückgeführt werden, bei dem
die Fahne 11 (Auslöseglied) in den Schlitz des Gebers 13 ragt. Die
Hauptmaschine 30 muß in einer Neutralstellung stehen, in
der die Fahne 39 (Steuerglied) sich in dem Schlitz des Gebers 32 befindet.
Der Programmwähler 23 steht in der Stellung, die
dem jeweils gewünschten Maschinenprogramm entspricht. Eine
bestimmte Stellung des Programmwählers 23 stellt eine Wahl
bezüglich der folgenden Variablen dar:
Ausgangsstellung (relative Nullstellung) jeder einzelnen Bewegung,
Folge der Operationen in dem Arbeitszyklus der Maschine,
der für die Ausführung jeder Operation zugeordnete Winkelweg,
Richtung jeder einzelnen Bewegung,
Kinematik jeder einzelnen Bewegung.
Ausgangsstellung (relative Nullstellung) jeder einzelnen Bewegung,
Folge der Operationen in dem Arbeitszyklus der Maschine,
der für die Ausführung jeder Operation zugeordnete Winkelweg,
Richtung jeder einzelnen Bewegung,
Kinematik jeder einzelnen Bewegung.
Wenn nach dem Auftreten des Start-Impulses alle Bedingungen
für die Ingangsetzung der Maschine erfüllt sind, erfolgt die
Überführung in die Ausgangsstellung bei den einzelnen Bewegungen
nach folgendem Schema:
Der Schrittmotor 1 empfängt Impulse fester Frequenz des
von dem Signal des internen Taktgebers 31 abgeleiteten
Signals REV. Der Antriebsblock 8 bewegt sich auf den
Führungsstangen 9, 10 mit konstanter Geschwindigkeit vor.
Die Fahne 11 (Auslöseglied) kommt in eine Stellung, in der das Ausgangssignal
des Gebers 13 sich von 1 in 0 ändert.
Diese Stellung ist als die absolute Nullstellung der Bewegung
definiert. Ausgehend von dieser Stellung führt das
sich bewegende Gerät eine programmierte und durch das
Programm des übergeordneten Rechners 20 gesteuerte Vorbewegung
mit stets konstanter Geschwindigkeit aus. Der Schrittmotor
1 wird im Start-Stop-Betrieb verwendet. Die
neue Stellung des Werkzeuges (bewegliches Element) 12 ist als die der auf dem
Programmwähler 23 gewählten Stellung zugeordnete relative
Nullstellung der Bewegung definiert. Die Bewegungen werden
nacheinander in einer programmierten Folge bis zum Erreichen
der jeweiligen relativen Nullstellung ausgeführt. Wenn die letzte
Bewegung der Folge die relative Nullstellung erreicht hat,
ist die Initialisierung der Maschine beendet; sie kann damit
ihren Arbeitszyklus beginnen.
Der Beginn des Arbeitszyklus der Maschine ist dadurch definiert,
daß das Signal des Gebers 32 sich von
1 in 0 ändert (die Fahne 39 (Steuerglied) tritt aus dem Schlitz des
Gebers 32 aus).
Das Signal des Gebers 32 ist mit SY bezeichnet
und definiert die absolute Nullstellung der Maschine.
Der Arbeitszyklus der Maschine ist durch den übergeordneten Rechner
20 gesteuert. Zwischen zwei negativen Flanken des
SY-Signals liegen 100 Impulse des Signales REV.
Das bedeutet, daß der übergeordnete Rechner 20 innerhalb des Arbeitszyklus der Maschine
Winkelinkremente von 3,6° unterscheidet.
Die auf dem Programmwähler 23 gewählte Stellung definiert
die Winkelinkremente, bei denen die jeweiligen Operationen
ausgelöst werden müssen. Der übergeordnete Rechner 20 übermittelt
die Parameter der Bewegung in das Eingangsregister
des untergeordneten Steuerrechners 21 der jeweiligen Bewegung und gibt den
Start-Impuls.
Von diesem Augenblick an ist die Bewegung vollständig
durch den untergeordneten schnellen Steuerrechner (Prozessor) 21 der jeweiligen Bewegung
gesteuert.
Der untergeordnete Steuerrechner 21 dekodiert das von dem übergeordneten Rechner
20 empfangene binäre Wort und erzeugt ein Drehrichtungssignal
sowie eine Schrittimpulsfolge für die autonome Steuerschaltung
22 des Schrittmotors 1. Das von dem übergeordneten Rechner
20 empfangene Wort enthält die folgenden Daten:
7 Bits zur Definition des Bewegungsablaufes, 1 Bit zur Definition der Bewegungsrichtung und 8 Bits zur Definition des für die Bewegung in dem Arbeitszyklus der Maschine zur Verfügung stehenden Winkelweges.
7 Bits zur Definition des Bewegungsablaufes, 1 Bit zur Definition der Bewegungsrichtung und 8 Bits zur Definition des für die Bewegung in dem Arbeitszyklus der Maschine zur Verfügung stehenden Winkelweges.
Bei der hier beschriebenen einfachen Ausführungsform ist
die Kinematik der Bewegung starr. Die Beschleunigung und
die Verzögerung sind zueinander symmetrisch. Die Geschwindigkeitskurve
verläuft exponentiell. Die ersten 15 Intervalle
werden berechnet; die Geschwindigkeit bleibt sodann konstant.
Bei dieser einfachen Ausführungsform wird der für die Bewegung
zur Verfügung stehende Winkelweg nicht unmittelbar in
den untergeordneten schnellen Steuerrechner eingegeben. Es wird vielmehr ein
Korrekturfaktor mit 8 Bit übertragen, der derart vorausberechnet
wurde, daß der jeweils gewünschte Bewegungsweg innerhalb
des gewünschten Winkelweges des Arbeitszyklus der Maschine zurückgelegt
wird. Der Korrekturfaktor ist in diesem Fall durch
zwei BCD-Zahlen gegeben und von 01 bis 99 programmierbar.
Bei einer fortgeschrittenen Ausführungsform wird der zur
Verfügung stehende Winkelweg des Arbeitsspieles der Maschine
dem untergeordneten schnellen Steuerrechner mittels 8 binärer Bits eingegeben, wobei
4 zusätzliche Bits es gestatten, unter den 16 verschiedenen
Kinematiken eine Auswahl in der Weise zu treffen,
daß entweder die mathematische Beziehung für die Berechnung
der Intervalle verändert oder der Winkelweg der
Beschleunigung und jener der Verzögerung verändert und
damit der zur Verfügung stehende Winkelweg asymmetrisch aufgeteilt
werden.
Die vorliegende Beschreibung beschränkt sich auf die einfache
Ausführungsform. Die Kinematik ist durch 16 Binärwerte
ausgedrückt, die in dem Speicher des untergeordneten schnellen Steuerrechners
gespeichert sind.
Das von dem untergeordneten Steuerrechner als Taktsignal verwendete
Signal ist das Signal FI, dessen Frequenz proportional
der Drehzahl der Maschine ist. Ein zwischen zwei Schrittimpulsen
des Schrittmotors berechnetes Intervall ist durch
eine durch einen der 16 gespeicherten Binärwerte gegebene
Zahl der Perioden des Signales FI bestimmt. Der Korrekturfaktor
wirkt über einen RATE MULTIPLIER mit zwei Dekaden
unmittelbar auf das Signal FI ein.
Der untergeordnete Steuerrechner 21 ist zur Feststellung eines bei der
Ausführung der jeweiligen Bewegung gegebenenfalls auftretenden
Fehlers eingerichtet. Dazu wurde eine kombinierte
Überwachungseinrichtung geschaffen.
Auf der einen Seite wird die Zahl der von dem Motor in
der richtigen Drehrichtung in einem Intervall ausgeführten
Schritte gezählt, das mit dem ersten, der Steuerschaltung
des Motors zugeführten Schritt-Impuls beginnt und
das nach einer kleinen, vorprogrammierten Zeitverschiebung
bezüglich des letzten der Motorsteuerung zugeführten
Schritt-Impulses endet. Diese Zahl wird mit der programmierten
Impulszahl verglichen; wenn die Schrittzahl kleiner
ist als die Zahl der programmierten Impulse, wird ein
Signal "Ausführungsfehler" abgegeben.
Auf der anderen Seite wird für jedes der beiden berechneten
Intervalle überwacht, ob die Bewegung blockiert
wurde oder nicht. Wenn bei beiden Programmintervallen
der Motor keinen Schritt ausführt, wird ein Signal "Bewegung
blockiert" abgegeben. Wenn eines der beiden Signale auftritt,
übermittelt der untergeordnete schnelle Steuerrechner dem übergeordneten
Rechner 20 einen Befehl zur Betriebsunterbrechung. Der übergeordnete
Rechner 20 verarbeitet diesen Befehl und löst das entsprechende
Sicherheitsunterprogramm aus (beispielsweise
lagerichtige Sicherheits-Stillsetzung der Maschine).
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Hybridmaschine. Die eingetragenen
Bezugszeichen entsprechen Teilen, welche bereits im
vorstehenden beschrieben worden sind; die anderen veranschaulichten
Teile sind üblicher Bauart und deshalb im
einzelnen nicht beschrieben.
Claims (7)
1. Einwickelmaschine mit einer Anzahl beweglicher Elemente,
deren Bewegung durch eine Steuereinrichtung
gesteuert ist, die einen von einer Steuerwelle der
Maschine angetriebenen und Synchronisationsimpulse
mit einer der Drehzahl der Steuerwelle proportionalen
Frequenz abgebenden Impulsgenerator sowie eine
von diesen Synchronisationsimpulsen abgeleitete
Synchronisationssignale empfangende, nach einem
vorgegebenen Arbeitsprogramm arbeitende Steuerschaltung
aufweist, an die Peripheriegeräte angeschlossen sind,
von denen jedes einen jeweils eines der
beweglichen Elemente betätigenden Motor enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Motoren als Schrittmotoren (1) ausgebildet sind,
daß die Steuerschaltung einen übergeordneten Rechner (20) mit wenigstens einem das Arbeitsprogramm enthaltenden Speicher und jedes Peripheriegerät einen von dem übergeordneten Rechner (20) gesteuerten untergeordneten Steuerrechner (Prozessor) (21) enthält, welcher seinerseits den Schrittmotor (1) steuert,
daß sie einen von einem Steuerglied (39) der Steuerwelle (43) gesteuerten Geber (32) aufweist, der an seinem Ausgang aus jeweils einem Impuls pro Umdrehung der Steuerwelle (43) bestehende, für eine Nullstellung der Steuerwelle kennzeichnende Signale (SY) abgibt,
daß dem Eingang des übergeordneten Rechners (20) die für die Nullstellung der Steuerwelle (43) kennzeichnenden Signale (SY) und Synchronisationssignale (REV) sowie den Eingängen der einzelnen Steuerrechner (21) ebenfalls Synchronisationssignale (FI) zugeführt werden und
daß an den Eingang des übergeordneten Rechners (20) wenigstens ein mit einem Auslöseglied (11) eines zugeordneten beweglichen Elementes (12) zusammenwirkender Geber (13) angeschlossen ist, der dem übergeordneten Rechner (20) ein Signal zuleitet, welches angibt, daß das bewegliche Element (12) sich in einer Ausgangsstellung befindet und daß der Rechner das Ingangsetzen der Maschine in Abhängigkeit von dem Empfang dieses Signales einleiten kann.
daß die Motoren als Schrittmotoren (1) ausgebildet sind,
daß die Steuerschaltung einen übergeordneten Rechner (20) mit wenigstens einem das Arbeitsprogramm enthaltenden Speicher und jedes Peripheriegerät einen von dem übergeordneten Rechner (20) gesteuerten untergeordneten Steuerrechner (Prozessor) (21) enthält, welcher seinerseits den Schrittmotor (1) steuert,
daß sie einen von einem Steuerglied (39) der Steuerwelle (43) gesteuerten Geber (32) aufweist, der an seinem Ausgang aus jeweils einem Impuls pro Umdrehung der Steuerwelle (43) bestehende, für eine Nullstellung der Steuerwelle kennzeichnende Signale (SY) abgibt,
daß dem Eingang des übergeordneten Rechners (20) die für die Nullstellung der Steuerwelle (43) kennzeichnenden Signale (SY) und Synchronisationssignale (REV) sowie den Eingängen der einzelnen Steuerrechner (21) ebenfalls Synchronisationssignale (FI) zugeführt werden und
daß an den Eingang des übergeordneten Rechners (20) wenigstens ein mit einem Auslöseglied (11) eines zugeordneten beweglichen Elementes (12) zusammenwirkender Geber (13) angeschlossen ist, der dem übergeordneten Rechner (20) ein Signal zuleitet, welches angibt, daß das bewegliche Element (12) sich in einer Ausgangsstellung befindet und daß der Rechner das Ingangsetzen der Maschine in Abhängigkeit von dem Empfang dieses Signales einleiten kann.
2. Einwickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß lediglich ein Teil der beweglichen
Elemente (12) durch die Steuerrechner (21) und ein
anderer Teil der beweglichen Elemente (12) durch eine
mit der Steuerwelle (43) der Maschine kinematisch
starr gekuppelte Nockenwelle gesteuert ist.
3. Einwickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung einen Taktgeber
(31), einen diesem nachgeschalteten elektronischen
Schalter (36) und einen an den elektronischen
Schalter (36) angeschlossenen Frequenzteiler (38)
enthält, und daß die Synchronisationssignale (SY, FI)
auf der Ausgangsseite des Taktgebers (31) mittels
des elektronischen Schalters (36) und des Frequenzteilers
(38) erzeugt werden.
4. Einwickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eines der Peripheriegeräte
einen zweiphasigen Impulsgenerator (18) enthält,
der durch den zugehörigen Schrittmotor (1)
angetrieben ist und dem Steuerrechner (21) Impulse
zuführt, deren Zahl proportional der Zahl der von
dem Schrittmotor (1) ausgeführten Schritte ist,
und daß der Steuerrechner (21) zur Verarbeitung
dieser Signale in einem Überwachungsprogramm für
die jeweils angesteuerte Bewegung eingerichtet ist
und beim Auftreten eines Fehlers eine entsprechende
Information dem übergeordneten Rechner (20) zuleitet,
dessen Speicher ein Sicherheitsprogramm enthält,
entsprechend dem die Fehlerinformation verarbeitet
und entweder die Stillsetzung der Maschine oder eine
andere Sicherheitsmaßnahme oder die Betriebsfortsetzung
befohlen werden.
5. Einwickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eines der Peripheriegeräte
einen mit dem zugeordneten Schrittmotor (1) gekuppelten
Riemen (2) aufweist, durch den das bewegliche
Element (12) über ein fest mit diesem verbundenes
und an dem Riemen (2) befestigtes Antriebsteil (8)
angetrieben ist.
6. Einwickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens einer der Schrittmotoren (1)
ein Linearmotor ist.
7. Einwickelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung einen Frequenzteiler
(37) enthält, der aus den Synchronisationssignalen
(FI) für die Steuerrechner (21) die Synchronisationssignale
(REV) für den übergeordneten Rechner (20)
durch Teilung durch einen festen Wert erzeugt.
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D2 | Grant after examination | ||
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