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Bekanntlich
werden derartige Montageautomaten zur automatischen Bestückung von
Leiterplatten etc. verwendet. Die Bewegung der Montagearme erfolgt über pneumatische
Antriebe, d.h. Zylinder, die mittels Wegeventilen gesteuert werden.
Diese Wegeventile können
als 3/2-Wegeventile
oder als 5/2- Wegeventile ausgeführt
sein, wobei zwei 3/2-Wegeventile den zugehörigen Zylinder vollständig be-
oder entlüften
können,
während
ein 5/2-Wegeventil nur die Richtung schalten kann. Über wenigstens
ein Hauptluftventil erfolgt die Druckluftversorgung mehrerer im Automaten
befindlicher Zylinder über
die Wegeventile.
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Insbesondere
bei Einrichtarbeiten am Montageautomaten, wobei auch Reparaturarbeiten
dazu zählen,
muß häufig an
unter Druck befindlichen Zylindern im System gearbeitet werden.
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Aus
der
DE 196 13 848
C2 ist eine Sicherheitsschaltung zum Ansteuern eines hydraulischen Antriebes
offenbart, bei der mindestens ein Sicherheitsschaltkreis dem Regelkreis
hydraulisch derart überlagert
ist, daß unter
Ausschaltung desselben das Antriebsteil ausschließlich von
dem jeweiligen Sicherheitsschaltkreis ansteuerbar ist. Diese Sicherheitsschaltung
bewirkt einen definiertes Öffnen
oder Schließen.
Die hydraulisch überlagerte
Sicherheitsschaltung gewährleistet,
daß eine
hydraulische Schaltfunktion definiert eingestellt wird, unabhängig vom übrigen Systemzustand
des Hydraulikkreises und seiner Steuerelemente, wobei der sonst übliche Regelvorgang über den
Regelkreis definiert abgeschaltet wird. Der Schaltzustand des Steuerblocks und
damit der Erregungszustand der Magneten werden ignoriert.
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Eine
solche Sicherheitsschaltung kann für den Einrichtbetrieb nicht
angewendet werden, da hierbei häufig
an unter Druck befindlichen Zylindern im System gearbeitet werden
muß. Zudem
ist eine Sicherheitsschaltung nach diesem Aufbau für Montageautomaten
zu aufwendig.
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Damit
bei Einstellarbeiten am Montageautomat bei geöffneter Schutztür mit überbrückter Schutzfunktion
kein unerwartetes Anlaufen der Zylinder erfolgt, muß für das Einrichtpersonal nach
der EG-Maschinenrichtlinie ein bestimmtes Maß an Sicherheit geschaffen
werden. Ein unerwartetes Anlaufen ist insbesondere bei Fehlern in
der Steuerung möglich.
Dabei kann es zu gefahrbringenden Bewegungen der unter Druck stehenden
Zylinder kommen.
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Aus
der nachveröffentlichten
DE 100 01 735 A1 ist
eine Schutzvorrichtung gegen eine unerwünschte Inbetriebnahme einer
Maschinenanlage offenbart, deren Aufgabe darin besteht, einen sicheren Schutz
bei Einricht-, Wartungs- sowie Instandsetzungsarbeiten im Gefahrenbereich
der Maschinenanlage zu gewährleisten.
Mit Hilfe wenigstens eines dezentralen Bedienelementes wird in Abhängigkeit von
einer Schutzanforderung ein stationäres Steuersignalerzeugt und
an einen zentralen Leistungsschalter gegeben, der dann öffnet.
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Hieraus
ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitsschaltung
sowie ein Verfahren zur Ansteuerung der Sicherheitsschaltung für den Einrichtbetrieb
an einem Montageautomaten aufzuzeigen, die ein Arbeiten auch bei
unter Druck befindlichen Antrieben bei einer Schutzüberbrückung ermöglichen.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 10.
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Es
ist vorgesehen, zwei pneumatische Steuerkreise in einen Montageautomaten
einzubinden, die sich einem pneumatischen Primärkreis, in dem Antriebe, d.h.
Zylinder des Montageautomaten geschaltet werden, je nach Betriebsart
auf- bzw. abschalten. Die Sicherheitsschaltung soll insbesondere im
Einrichtbetrieb Einfluß auf
das System nehmen und auch bei Fehlern in der Steuerung diesen automatisch
entgegenwirken, wobei zur Steuerung neben der SPS (Speicher programmierbare
Steuerung) alle mit der SPS mitwirkende Teile, wie beispielsweise Ventile
oder Relaisschaltungen, zählen.
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Die
zusätzlichen
pneumatischen Steuerkreise weisen wenigstens ein Steuerwegeventil
und je Zylinder zwei entsperrbare Rückschlagventile auf. Dazu können vorzugsweise
die Rückschlagventile des
Primärkreises
genutzt werden.
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Die
Steuerung der Rückschlagventile
erfolgt über
das im jeweiligen Steuerkreis befindliche Steuerwegeventil, das
durch eine elektrisch hardwaremäßig aufgebaute
Logik angesteuert wird, wozu zusätzliche
Kontakte an bereits vorhandenen Schaltern bzw. Schützen benutzt
werden.
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Diese
Logik wird der jeweiligen Betriebsart angepaßt, um je nach Betriebsart
verschiedene Sicherheitsfunktionen realisieren zu können. Zusätzlich können ein
weiteres Schütz
zur Überwachung
der elektrischen Spannungsversorgung und ein zusätzlicher Druckwächter, d.h.
ein pneumatisch-elektrischer Druckwandler, zur Erkennung eines Ausfalls
der Druckluftversorgung in die Sicherheitsschaltung eingebunden
werden.
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Eine
zusätzliche
softwaremäßige Überwachung
der Pneumatikfunktion in den Pneumatikkreisen erfolgt durch Druckwächter, die
Signale liefern, die durch die SPS ausgewertet werden. Hierdurch wird
eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegen Fehler im Sinne der DIN EN 954-1 erreicht.
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In
weiteren Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Ausführungen
enthalten.
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So
ist eine einheitliche farbige Kennzeichnung des einen oder der beiden
zusätzlichen
pneumatischen Steuerkreise durch die Verwendung farbiger Schläuche vorgesehen.
Dadurch können
die Funktionen leichter zugeordnet werden, wobei beispielsweise
die roten Schläuche
für Sperrung
der Leitung, d.h. Druckeinschluß stehen
und die blauen Schläuche
für Entlüftung. Auch
sind nachträgliche Änderungen,
beispielsweise das Hinzufügen
eines Antriebes in das System, durch Umstecken der Schläuche an
den Steueranschlüssen
der Rückschlagventile
möglich,
wodurch u.a. noch vor Ort bei Inbetriebnahme auf unterschiedliche
Gefährdungen reagiert
werden kann.
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Diese
Sicherheitsschaltung realisiert auf eine einfache Art und Weise
eine Druckfrei-Schaltung
der meisten Antriebe sowie eine Druckluft-Einsperrung bei allen
relevanten Antrieben bei sicherheitsmäßigem Maschinen-Stop ohne Schutzüberbrückung (z.B.
bei „Not-Aus" oder „geöffneter
Schutztür")
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Durch
die Drucklufteinsperrung bei sicherheitsmäßigem Maschinen-Stop kann beispielsweise ein
Schutz vor dem Herunterfallen von Lasten oder ein schlagartiges
Stillsetzen von schnellen Bewegungen erreicht werden.
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Bei
Betrieb mit Schutzüberbrückung werden alle
Antriebe gesperrt, so daß ein
unerwartetes Schalten der im primären Pneumatikkreis befindlichen
Wegeventile, z.B. aufgrund von Steuerungsfehlern, keine gefährlichen
Bewegungen von Antrieben zur Folge hat.
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Anhand
eines Ausführungsbeispieles
mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es
zeigt
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1 eine Sicherheitsschaltung
für einen Vertikalzylinder
und einen Horizontalzylinder,
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2 einen Prinzipwirkplan
der Schutzüberwachung
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3 einen Schaltungsausschnitt
für die Auswertung
der Schutzüberwachung.
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In 1 ist in einer vereinfachten
Darstellung eine Sicherheitsschaltung für einen Vertikalzylinder 1 sowie
einen Horizontalzylinder 2 eines nicht näher dargestellten
Montageautomaten aufgezeigt. Bekanntlich sind mehrere Vertikalzylinder 1 und
Horizontalzylinder 2 im Montageautomaten, Modul, vorhanden.
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Der Übersichtlichkeit
halber wird die Sicherheitsschaltung anhand von zwei Zylindern,
einem Vertikalzylinder 1 und einem Horizontalzylinder 2 erläutert. Mit
dem Vertikalzylinder 1 werden die vertikalen, d.h. die
hebenden Bewegungen ausgeführt,
mit dem Horizontalzylinder 2 die horizontalen Bewegungen.
Mit dem Vertikalzylinder 1 ist in bekannter Art und Weise
ein Mehrwegeventil 3, hier ein 5/2-Wegeventil, verbunden,
das den vorhandenen Systemdruck auf eine der beiden Zylinderkammern
der Vertikalzylinder 1 schaltet.
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Der
Horizontalzylinder 2 weist gleichfalls ein Mehrwegeventil 4 zur
Einstellung und Aufrechterhaltung des Arbeitsdrucks im Horizontalzylinder 2 auf. Das
Mehrwegeventil 4 ist auch hierbei vorzugsweise ein 5/2-Wegeventil.
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Die
Druckluftversorgung für
die Vertikalzylinder 1 und Horizontalzylinder 2 im
primären
Pneumatikkreis des Systems bzw. des Moduls erfolgt über ein gemeinsames
Hauptluftventil (YHV) 5. Zusätzlich ist vor das Hauptluftventil 5 ein
Druckwächter
(DWLV) 17 vorgeschaltet, mit dem eine hardwaremäßige Kontrolle über das
Vorhandensein von Druckluft ermöglicht
wird.
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Für den Schutz
gegen ein unerwartetes Anlaufen der Vertikalzylinder 1 und
der Horizontalzylinder 2 sind nun in der bevorzugten Ausführung zwei separate
pneumatische Steuerkreise 8, 9 pro Modul vorgesehen
und in denen je ein Steuerwegeventil 12, 14 eingebunden
ist. Das Steuerwegeventil 12 ist dabei über einer Steuerleitung 8.1 mit
dem Steuerkreis 8 verbunden, wobei vorzugsweise ein Druckwächter 13 (DWS2)
dem Steuerwegeventil 12 nachgeschaltet ist. Mit seinem
anderen Anschluß greift
das Steuerwegeventil 12 auf einen separaten Druckluftanschluß, beispielsweise
auf einen Druckluftanschluß vor
dem Hauptluftventil 5. Das andere Steuerwegeventil 14 ist
im Steuerkreis 9 über
eine Steuerleitung 9.1 eingebunden. Auch hier ist dem Steuerwegeventil 14 vorzugsweise
ein Druckwächter 15 (DWS1) nachgeschaltet.
Mit seinem anderen Anschluß greift das
Steuerwegeventil 14 vor zugsweise auf den primären Pneumatikkreis
nach dem Hauptluftventil 5, wodurch eine höhere Sicherheit
der Schutzeinrichtung realisiert wird. Es ist aber auch möglich, diesen Anschluß auf eine
separate Druckluftzufuhr vor dem Hauptluftventil 5 zu legen.
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Jeder
der Vertikalzylinder 1 ist zusätzlich mit zwei entsperrbaren
Rückschlagventilen,
hier HGL-Ventile 6 und 7 verbunden. Das HGL-Ventil 6 befindet
sich zwischen den oberen Anschluß 1.1 des Vertikalzylinders 1 und
dem 5/2-Wegeventil 3, das andere HGL-Ventil 7 ist
zwischen dem unteren Anschluß 1.2 des
Vertikalzylinders 1 und dem 5/2-Wegeventil 3 eingebunden.
Zusätzlich
sind der Steueranschluß des
oberen HGL-Ventils 6 an die Steuerleitung 8.1 des
Steuerkreises 8 und der Steueranschluß des untere HGL-Ventils 7 an
die Steuerleitung 9.1 des Steuerkreises 9 geführt.
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Jeder
der Horizontalzylinder 2 weist gleichfalls zwei HGL-Ventile 10 und 11 zwischen
dem 5/2-Wegeventil 4 und den Anschlüssen 2.1, 2.2 auf, wobei
das HGL-Ventil 10 an den Anschluß 2.1 und das HGL-Ventil 11 an
den Anschluß 2.2.
des Horizontalzylinders 2 greifen. Beide HGL-Ventile 10, 11 sind vorzugsweise
mit der Steuerleitung 8.1 verbunden.
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Mit
Hilfe der beiden Steuerwegeventile 12, 14 können somit
alle HGL-Ventile 6, 7, 10, 11 aller Zylinder 1, 2 zusätzlich gesteuert
werden, wobei über den
Steuerkreis 8 alle oberen Anschlüsse 1.1 der Vertikalzylinder 1 und
alle Anschlüsse 2.1, 2.2 der Horizontalzylinder 2 und über den
Steuerkreis 9 alle unteren Anschlüsse 1.2 der Vertikalzylinder
1 im Modul entsperrt werden, wobei durch diese Maßnahme vermieden
wird, daß in
den Horizontalzylindern 2 eine nichtgewollte Restenergie
verbleibt. Gleichfalls wird die obere Zylinderkammer der Vertikalzylinder 1 entlüftet, so
daß auch
hier keine Restenergie verbleibt (wird noch ausgeführt).
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Für diverse
Betriebsarten bzw. Betriebszustände
ist nun vorgesehen, je nach Notwendigkeit, die Arbeitsfähigkeit
der Vertikalzylinder 1 und/oder der Horizontalzylinder 2 über die
beiden Steuerkreise 8, 9 zu beeinflussen, wie
in 2 in Verbindung mit 3 aufgezeigt.
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Im
Normalbetrieb werden die 5/2-Wegeventile 3, 4 im
primären
Pneumatikkreis in bekannter Art und Weise über das Hauptluftventil 5 (YHV)
zur jeweiligen Verstellung des jeweiligen Zylinders 1, 2 über die
SPS angesteuert. Der Schutzüberbrückungskontakt
SÜ, d.h.
Schlüsselschalterstellung „Mit Schutz", ist geschlossen,
wodurch die Einzelkontakte Einrichtbetrieb EB , Schutzüberbrückung SÜ1, d.h.
Schlüsselschalterstellung „Ohne Schutz", sowie ein zusätzlicher
Kontakt FG eines Freigabetasters überbrückt sind. Diese Funktion wird
so lange gewährleistet,
wie eine Schutzüberbrückung SÜ1 nicht eingestellt
wird. Die HGL-Ventile 6, 7 10, 11 sind
hierbei ständig
entsperrt, die Steuerwegeventile 12, 14 mit Druckluft
versorgt, die separaten Steuerkreise 8, 9 selbst
jedoch ohne Schutzfunktion.
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Bei
dieser Betriebsart übernimmt
die Sicherheitsschaltung bereits die zusätzliche Überwachung der allgemeinen
Druckluftversorgung im Modul durch eine hardwaremäßige Abfrage
des Druckwächters 17 (DWLV).
Fehlt die Druckluft, wird ein für
die Überwachung
der elektrischen Versorgungsspannung genutztes Schütz 21 geschaltet,
d.h. es fällt
ab, sobald die Schutztüren
geöffnet
werden. Die Steuerwegeventile 12, 14 werden unbestromt,
die Sicherheitsschaltung ist aktiv.
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Bei „Schutz-Stop" im Normalbetrieb,
d.h. beim Öffnen
der Schutztür
oder bei „Not-Aus" im Normalbetrieb,
wird ein „Modul-Aus" ausgelöst, die
Sicherheitsschaltung aktiviert, wozu sich die Schutzschaltung auf
den primären
Pneumatikkreis aufschaltet. Ein im Modul eingebundenes „Not-Aus-Schaltgerät" 20 (PNOZ)
fällt dabei
ab, wodurch das Hauptluftventil 5 abgeschaltet wird und
der primäre
Pneumatikkreis der Vertikalzylinder 1 teilweise und der
Horizontalzylinder 2 vollständig entlüftet wird. Das Steuerwegeventil 12 bleibt
bestromt, wodurch die oberen Anschlüsse 1.1 der Vertikalzylinder 1 und
die Anschlüsse 2.1, 2.2 der
Horizontalzylinder 2 durch die jeweils entsperrten HGL-Ventile 6, 10, 11 entlüftet werden.
Durch bestromen des Steuerwegeventils 12 wird der Steuerkreis 8 belüftet, die
daran angeschlossenen HGL-Ventils 6, 10, 11 erhalten
das Steuersignal „Entsperren", wodurch die Zylinderkammern
der Horizontalzylinder 2 und die oberen Zylinderkammern
der Vertikalzylinder 1 über
das Hauptluftventil 5 entsperrt werden. Gleichzeitig wird,
wie in 3 erkennbar,
das Steuerwegeventil 14 unbestromt und damit abgeschaltet,
wodurch der Vertikalzylinder 1 über das HGL-Ventil 7 an
seinem unteren Abgriff 1.2 gesperrt wird. Die untere Zylinderkammer
der Vertikalzylinder 1 verbleibt in der aktuellen Stellung
und damit unter Druck (Drucklufteinsperrung), um ein Herabfallen
einer mit dem Vertikalzylinder 1 verbundenen Last (nicht
näher dargestellt)
zu verhindern. Durch die Entlüftung über das
Hauptluftventil 5 bzw. einem nicht näher dargestellten Schnellentlüftungsventil,
was zusätzlich
im Modul integriert sein kann, erfolgt somit eine schnelle Stillsetzung
der gefährlichen
Bewegung bei „Schutz-Stopp" bzw. „Not-Aus".
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Zusätzlich zu
diesen Betriebsarten wirkt die Sicherheitsschaltung auch bei weiteren
Betriebszuständen,
wie „Einrichtbetrieb" (EB) oder angewählte „Schutzüberbrückung"(SÜ1).
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Bei
Einrichtarbeiten mit Überbrückung der Schutztürfunktion,
d.h. bei der Betriebsart „Ohne Schutz", werden durch das
Schließen
der Einzelkontakte EB und SÜ1
und das Öffnen
des Kontaktes SÜ, was
von der SPS erkannt wird, beide Steuerwegeventile 12, 14 aus
dem System genommen, wozu die Steuerwegeventile 12, 14 unbestromt
werden und die Vertikalzylinder 1 als auch die Horizontalzylinder 2 unter
Druckeinschluß in
ihrer aktuellen Position verbleiben. Bei Vorhandensein eines zusätzlichen
Tasters „Freigabe" (FG), welcher beispielsweise
in einer gesonderten Bedieneinheit integriert sein kann (nicht näher dargestellt),
kann in einer besonderen Ausführung
dann bei betätigter
Taste „Freigabe" (FG) und einer weiteren,
mit der SPS zusammenwirkenden Taste, ein vorgewählter Zylinder 1, 2 ,
beispielsweise der Vertikalzylinder 1, individuell angesteuert
werden, wobei über
die Taste FG die Bewegungsfreigabe für alle Zylinder 1, 2 des
Moduls aktiviert werden, d.h. alle HGL-Ventile 6, 7, 10, 11 aller
Zylinder 1, 2 werden entsperrt.
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Erst
bei Betätigung
dieses Tasters FG (Freigabe) können
somit die Vertikalzylinder 1 und die Horizontalzylinder 2 durch
Bestromung der Steuerwegeventile 12, 14 bewegt
werden. Ist ein solcher Taster FG bei Schutzüberbrückung nicht vorgesehen, kann
nur bei geschlossenen Schutztüren
die Bewegung der Zylinder 1, 2 vorgenommen werden.
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Bei
einem Ausfall der elektrischen Spannungsversorgung fällt das
im Modul integrierte Schütz 21 (KEV)
ab. Bei geöffneter
Schutztür
ohne Schutzüberbrückung, der
Kontakt SÜ ist
geöffnet, wird
neben dem Steuerventil 14 auch das Steuerwegeventil 12 nicht
mehr bestromt. Dadurch verbleibt in allen Vertikalzylindern 1 und
in allen Horizontalzylinder 2 der Druck (Drucklufteinschluß), um ein
ungewolltes Anlaufen beim plötzlichen
Zuschalten der Spannungsversorgung zu vermeiden. Ein solcher Ausfall
kann beispielsweise durch Drahtbruch oder durch einen kompletten
kurzzeitigen Stromausfall eintreten.
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Weiterhin
kann zur Schaffung einer komplexen Sicherheitsschaltung neben dem
Vorhandensein der Energieversorgung (EV) auch das Vorhandensein
der Druckluft in den einzelnen pneumatischen Kreisen überprüft werden.
Diese Überprüfung wird
bei allen Betriebsarten bzw. Betriebszuständen vorgenommen. Dazu werden
elektrische Signale der Druckwächter 13, 15 ,16 sowie 17,
die mit SPS-Eingängen
elektrisch verbunden sind, von der SPS softwaremäßig ausgewertet.
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Durch
diese Sicherheitsschaltung werden somit alle notwendigen Bedingungen
erfüllt.
Es können
keine ungewollten Zylinderbewegungen ausgeführt werden, während sich
Einrichtpersonal im Gefahrenbereich, d.h. innerhalb des Montageautomaten aufhält. Trotzdem
kann sich das Einrichtpersonal im Gefahrenbereich aufhalten, wenn
die Zylinder 1, 2 unter Druck in Endlage stehen.
Durch die Sicherheitseinrichtung, die in den beschriebenen besonderen
Fällen
sich auf den primären
Pneumatikkreis aufschaltet, wird eine ungewollte Zylinderbewegung durch
Fehler der Steuerung verhindert. Gleichzeitig ist dem Einrichtpersonal
eine Möglichkeit
gegeben, individuelle Zylinderbewegungen bewußt vornehmen zu können.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführung
ergibt sich, wenn die Steuerleitungen 8.1, 9.1 und
damit die Steuerkreise 8, 9 im Montageautomaten
durch farbig eindeutige Kennzeichnung verlegt und an den zugehörigen Anschlüssen angeschlossen
werden. Dies läßt eine
schnelle Zuordnung der Funktion zu. So kann der Steuerkreis 8 mit
blauen Steuerleitungen 8.1 und der Steuerkreis 9 mit
roten Steuerleitungen 9.1 charakterisiert werden. Damit
ist leicht zu erkennen, welche Anschlüsse entlüftet und welche gesperrt werden.
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Es
versteht sich, daß im
Rahmen des erfinderischen Gedankens auch Änderungen möglich sind, die mit den Ausführungen
mit gelesen werden.
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So
können
bereits im primären
Pneumatikkreis vorhandene entsperrbare Rückschlagventile für den Aufbau
der zusätzlichen
Steuerkreise 8, 9 genutzt werden.
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Auch
ist es möglich,
die Anschlüsse 2.1, 2.2 der
Horizontalzylinder 2 mit der Steuerleitung 9.1 des zweiten
Steuerkreises 9 zu verbinden, so daß die HGL-Ventile 10, 11 die
Horizontalzylinder 2 nicht entsperren, sondern die Druckluft
einschließen.
Dieser Drucklufteinschluß bewirkt
ebenfalls eine Nichtverstellbarkeit der Horizontalzylinder 2.
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Die
softwaremäßige als
auch hardwaremäßige Überprüfung kann
anstelle von der SPS auch über einen
Steuer-PC oder einer ähnlichen
Routine erfolgen.
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Außerdem kann
die Sicherheitsschaltung in einem oder mehreren vorkonfektionierten
Sicherheitsschaltgeräten
integriert sein, einschließlich
der Überprüfung.
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An
einzelnen Modulen kann, wie bereits vorab erwähnt, einer der beiden Steuerkreise
weggelassen werden. Dann werden bei der Betriebsart „Schutz-Stop" alle Zylinderkammern
der Vertikalzylinder 1 und der Horizontalzylinder 2 des
Moduls entlüftet
oder gesperrt. Für
die Variante, daß alle
Zylinderkammern entlüftet
werden, ist nur der Steuerkreis 8 vorzusehen, für die Variante,
daß alle
Zylinderkammern gesperrt werden, nur der Steuerkreis 9.
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Auch
sind anstelle von sogenannten HGL-Ventilen auch Stoppventile, Sperrventile
etc. verwendbar.