DE10121323B4

DE10121323B4 - Schadensverhütungsverfahren und Maschine mit einer korrespondierenden Schadensverhütung

Info

Publication number: DE10121323B4
Application number: DE10121323A
Authority: DE
Inventors: Werner Agne
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2021-05-03
Also published as: US20020165644A1; DE10121323A1

Abstract

Verfahren zur Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern, insbesondere Druckmaschinen, mit mindestens zwei synchronisierbaren Einzelantrieben (M1–M6) von rotierenden Maschinenelementen und mindestens einem Datenkommunikationssystem,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einzelantriebe (M1–M6), denen jeweils ein Antriebsregler (AR1–AR6) zugeordnet ist, gruppenweise (M1–M3, M4–M6) zu Antriebsgruppen (AG1, AG2) zusammengefasst sind,
in jeder Antriebsgruppe (AG1, AG2) ein Antriebsregler (AR1, AR4) als Antriebsregler mit Leitfunktionalität fungiert,
jeder Antriebsgruppe (AG1, AG2) und jedem dortigen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR1, AR4) jeweils ein Leitrechner (L1, L2) zugeordnet ist,
mittels einer Netzüberwachung (N) ein elektrisches Versorgungsnetz (V) auf Vorhandensein und Einhaltung einer geforderten Energiequalität überwacht und ein nicht erlaubter Netzzustand über das Datenkommunikationssystem an einen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR4) übermittelt wird und
durch diesen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR4) eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand ausgelöst wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern, insbesondere Druckmaschinen (Schadensverhütungsverfahren) sowie zur Ausführung des Verfahrens vorgesehene und gemäß dem Verfahren betriebene Maschinen.
Aus der DE 199 23 047 A1 ist ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zur Steuerung einer Komponente einer Textilmaschine, bei der zur Überbrückung kurzer Ausfallzeiten ein von der Schwungmasse einer zentralen Welle antreibbarer Generator vorgesehen ist. Dieser soll die die erforderliche Spannung für das gesteuerte Herunterfahren der Maschine liefern.
Aus der WO 00/03521 A1 ist ein Echtzeitkommunikationssystem bekannt. Aus der EP 0 852 538 B1 ist eine wellenlose Rotationsdruckmaschine bekannt, bei der für den Fehlerfall eine Synchronisation der von der Maschine umfassten Antriebe in Bezug auf eine zu einer ersten Einheit komplementäre andere Einheit vorgesehen ist.
Aus EP 0 687 395 B1 ist ein Verfahren zur Schadensverhütung an numerisch gesteuerten Maschinen bei Netzausfall bekannt. Dort ist beschrieben, wie bei einem Netzausfall eine Versorgungsspannung für mindestens einen Achsantriebsmotor aus der kinetischen Energie von mindestens einem anderen erhalten wird, so dass ein lagegeregelter, programmierter Notrückzug erfolgt.
Aus EP 0 583 487 B1 ist ein Verfahren zur zeitoptimalen bahntreuen Abbremsung der Achsantriebe von numerisch gesteuerten Maschinen bekannt. Bei diesen Maschinen ist für Gefahrensituationen eine Notbremsung der Achsantriebe vorgesehen. Wird diese ausgelöst, so sollen die Antriebe der numerisch gesteuerten Maschine in kürzester Zeit durch entsprechende Vorgabe der Drehzahl-Sollwerte linear abgebremst werden. Mit einer zeitoptimalen bahntreuen Abbremsung soll vermieden werden, dass das Werkzeug bei einer Bahnabweichung mit dem Werkstück oder anderen Gegenständen kollidiert.
In WO 97/11848 A1 ist eine Rotationsdruckmaschine beschrieben. Diese besteht in der Regel aus mehreren produzierenden Einheiten – Rotation genannt –, die gleichzeitig und unabhängig voneinander arbeiten können. Jede produzierende Einheit besteht unter anderem aus Rollenträgern für die Papierrollen, Zugwalzen zum Ein- und Auszug der Papierbahn bei den Drucktürmen, Druckstellen, die zusammengefasst als U-, Y- oder H-Druckwerke in einem oder mehreren Drucktürmen arbeiten, Hilfsantrieben an den Druckstellen und dem Falzapparat.
Kommt es in der Energieversorgung von Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern, zu Ausfällen, so können bis zum Anlagenstillstand nicht vorhersehbare Zustände auftreten. Diese Maschinenzustände können ein Bearbeitungsprodukt, als auch die Anlage selber beschädigen. Die Folge sind unter Umständen kostenaufwendige Reparaturen, ein langer Anlagenstillstand und Zeitaufwand zum Herrichten der Maschinen zum kontrollierten Produktionsanlauf.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Einhaltung einer geforderten Energiequalität eines Versorgungsnetzes für Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern, zu überwachen, nicht erlaubte Netzzustände in Echtzeit zu erfassen und eine Antriebsbremsfunktion auszulösen, die einen schadenfreien oder falls nicht vermeidbar einen schadenminimierten Anlagenstillstand herbeiführt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine korrespondierende Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.
Durch die Echtzeitübermittlung eines Fehlerzustandes wird ab der Fehlererkennung die Anlage bereits auf den Anlagenstillstand vorbereitet. Die Antriebsumrichter besitzen üblicherweise einen Energiespeicher, so dass sich ein nicht erlaubter Netzzustand nicht sofort auf die Anlagenfunktion auswirkt.
Noch bevor dieser Energiespeicher entleert ist, kann die Anlage zum Anlagenstillstand gebracht werden. Da dieses kontrolliert erfolgt, d. h. der Anlagenstillstand wird in einem Zeitabschnitt vollzogen, in dem die Anlage noch mit Energie versorgt ist, können vorteilhaft Anlagen- und Produktdefekte gering gehalten bzw. komplett vermieden werden. Als Folge können äußerst kurze Anlagenstillstandszeiten erreicht werden, so fern eine Energieversorgung wieder vorhanden ist. Somit ist auch ein geringer finanzieller Verlust zu erwarten, da Schaden und Ausfallzeit minimiert sind.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Einzelantriebe zueinander synchronisierbar sind und durch einen nicht erlaubten Netzzustand eine synchronisierte Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand ausgelöst wird. Mit diesem Verfahren wird vorteilhaft ein unkontrolliertes Austrudeln von zueinander synchronisierbaren Antrieben vermieden. Insbesondere wenn Einzelantriebe zueinander synchronisiert arbeiten, so ist es zur Schadensvermeidung an Anlagen und Produkten auch erforderlich, diese kontrolliert zu einem Anlagenstillstand zu führen, falls dies erforderlich ist.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines nicht erlaubten Netzzustands ein echtzeitfähiges Ethernet eingesetzt wird. Somit können die erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung eines universellen und standardisierten Busprotokolls mit hoher Übertragungskapazität eingesetzt werden.
Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein nicht erlaubter Netzzustand an einem Antriebsregler mit Leitfunktionalität in Echtzeit übermittelt wird und eine Bereitstellung dieser Information in weiteren Antriebsgruppen über eine echtzeitfähige Querkommunikation erfolgt. Somit ist gewährleistet, dass bei Übermittlung eines Netzfehlers von der Netzüberwachung an nur einen Antriebsregler mit Leitfunktionalität auch weitere Antriebsgruppen in Echtzeit über das bevorstehende Ereignis in Kenntnis gesetzt werden. Über die echtzeitfähige Querkommunikation kann auch eine synchronisierte Antriebsbremsfunktion und/oder ein synchronisierter Anlagenstillstand herbeigeführt werden.
Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung besteht bei einer Werkzeug- oder Produktionsmaschine oder Roboter mit mindestens zwei synchronisierbaren Einzelantrieben von rotierenden Maschinenelementen und mindestens einem echtzeitfähigen Datenkommunikationssystem.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung besteht bei einer Druckmaschine mit mindestens zwei synchronisierbaren Einzelantrieben von rotierenden Maschinenelementen und mindestens einem echtzeitfähigen Datenkommunikationssystem.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Blockschema von vernetzten Antrieben, die an einer gemeinsamen Versorgung mit einer Netzüberwachung angeschlossen sind.
In der Darstellung gemäß 1 sind zur Erläuterung der Erfindung wesentliche Komponenten eines Antriebs A1 bis A6 in einem Rechteck mit gestrichelter Umrandung eingezeichnet. Der Antrieb besteht aus mindestens einem Motor M1 bis M6, der von einem Antriebsregler AR1 bis AR6 über Leistungselektronik LE1 bis LE6 angesteuert wird. Diese ist mit einem Symbol aus der Leistungselektronik, nämlich einem IGBT-Schaltsymbol gekennzeichnet.
Die Antriebsregler AR1 bis AR6 jeweils einer Antriebsgruppe AG1, AG2 sind miteinander ringförmig vernetzt. Auch weitere datentechnisch ausführbare Vernetzungsstrukturen der Antriebsregler AR1 bis AR6 sind denkbar. Jeweils ein Antriebsregler AR1 bis AR6 einer Antriebsgruppe AG1, AG2 besitzt eine Leitfunktionalität AR1, AR4. Diese ist in der Darstellung gemäß 1 durch jeweils einen Buchstaben M und eine stärker eingezeichnete Umrandung gekennzeichnet. Das antriebsnahe Datennetz AB1, AB2 übernimmt beispielsweise die Synchronisation der Antriebe A1 bis A6 einer Antriebsgruppe AG1, AG2. Eine Querkommunikation Q ermöglicht den Antriebsreglern mit Leitfunktionalität AR1, AR4 Daten antriebsnah auszutauschen, die zur gegenseitigen Abstimmung von Steuer- oder Regelvorgängen notwendig sind. Die Antriebe A1 bis A6 einer Antriebsgruppe AG1, AG2 sind in der Darstellung gemäß 1 durch ein Rechteck mit strichpunktierter Umrandung gekennzeichnet.
Zu jedem Antriebsregler mit Leitfunktionalität AR1, AR4 ist ein Leitrechner L1, L2 vorhanden, der eine antriebsübergeordnete Funktion ausübt. Die Leitrechner L1, L2 sind mit einem Leitrechnerbus LB verbunden und können beispielsweise Prozessdaten sammeln, austauschen, auswerten und anzeigen (Human Machine Interface). Sämtliche Datenverbindungen Q, LB, AB1, AB2, NS können, falls dies gefordert ist, mit einem echtzeitfähigen Datennetz, wie beispielsweise einem echtzeitfähigen Ethernet, ausgeführt sein.
Die Leistungselektronik LE1 bis LE6 der Antriebe A1 bis A6 ist mit Hilfe eines Energieverteilers EV und einer Netzüberwachung N an das Versorgungsnetz V angeschlossen. Dabei erfasst eine Netzüberwachung N das Vorhandensein und die Einhaltung von geforderten Energiequalitätsgrenzen. Kommt es zu einem Netzausfall des Versorgungsnetzes V oder wird eine geforderte Energiequalität nicht eingehalten, so wird ein Signal an die Antriebsregler mit Leitfunktionalität AR1, AR4 übermittelt. Ist eine schnelle Reaktion auf diesem Zustand gefordert, so bietet es sich an, eine echtzeitfähige Datenverbindung zu installieren.
Die Information der Netzüberwachung N kann dabei verschiedenen Komponenten der Antriebe, als auch übergeordneten Institutionen zur Verfügung gestellt werden. Hier sind alle ausführbaren Datenverbindungsstrukturen denkbar, wie beispielsweise eine serielle, eine ringförmige oder eine sternförmige Verbindungsstruktur.
In der Darstellung gemäß 1 wird das Netzsignal NS dem Antriebsregler mit Leitfunktionalität AR4 zur Verfügung gestellt. Eine optionale Verbindung zu dem Leitrechner L2 ist gestrichelt eingezeichnet. Der Antriebsregler mit Leitfunktionalität AR4 kann diese Information mit Hilfe der Querkommunikation Q weiteren Antriebsgruppen AG1, AG2 mitteilen.
Tritt ein nichterlaubter Netzzustand auf, so können sofort alle Antriebe A1 bis A6, gegebenenfalls durch einen Antriebsregler mit Leitfunktionalität AR1, AR4 synchronisiert, eine Antriebsbremsfunktion und/oder einen Anlagenstillstand einleiten. Die Synchronisation der Antriebe A1 bis A6 auch während einer Antriebsbremsfunktion vermeidet oder minimiert Schaden am Produkt, als auch an Anlagenteilen selber. Wird beispielsweise eine Druckmaschine aufgrund einer Information der Netzüberwachung n zum Anlagenstillstand geführt, so sorgt die Synchronisation der Antriebe A1 bis A6 dafür, dass eine transportierte Papierbahn nicht reißt. Eine Anlagenschädigung durch eine gerissene Papierbahn wird weiterhin vermieden (z. B. Verkeilung von Maschinenteilen aufgrund von Papierteilen). Als vorteilhafter Gesamtnutzen kann die Ausfallzeit der Druckmaschine deutlich reduziert werden.
Werden wesentliche Datenleitungen mit einer Echtzeitfunktionalität ausgestattet, so kann sofort reagiert werden und die im Zuge einer Bremsfunktion auftretenden Informationen können in Echtzeit im gesamten System zur Verfügung gestellt werden. Noch bevor die gespeicherte Energie aus den Umrichtern LE1 bis LE6 der Antriebe A1 bis A6 verbraucht ist, ist ein Anlagenstillstand herbeizuführen.
Durch die Verwendung eines echtzeitfähigen Ethernet mindestens einer Datenverbindung Q, LB, AB1, AB2, NS wird ein standardisiertes, universell einsetzbares und bekanntes Busprotokoll eingesetzt. Dies ermöglicht durch seine hohe Übertragungskapazität kurze Buszyklen. Somit können vorteilhaft Anlagendaten in Echtzeit zur Verfügung gestellt werden, die ei ne schnelle Reaktion, wie beispielsweise ein Ausregeln von Sollwertabweichungen erfordern.

Claims

Verfahren zur Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern, insbesondere Druckmaschinen, mit mindestens zwei synchronisierbaren Einzelantrieben (M1–M6) von rotierenden Maschinenelementen und mindestens einem Datenkommunikationssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelantriebe (M1–M6), denen jeweils ein Antriebsregler (AR1–AR6) zugeordnet ist, gruppenweise (M1–M3, M4–M6) zu Antriebsgruppen (AG1, AG2) zusammengefasst sind, in jeder Antriebsgruppe (AG1, AG2) ein Antriebsregler (AR1, AR4) als Antriebsregler mit Leitfunktionalität fungiert, jeder Antriebsgruppe (AG1, AG2) und jedem dortigen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR1, AR4) jeweils ein Leitrechner (L1, L2) zugeordnet ist, mittels einer Netzüberwachung (N) ein elektrisches Versorgungsnetz (V) auf Vorhandensein und Einhaltung einer geforderten Energiequalität überwacht und ein nicht erlaubter Netzzustand über das Datenkommunikationssystem an einen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR4) übermittelt wird und durch diesen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR4) eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Datenkommunikationssystem als echtzeitfähiges Datenkommunikationssystem ausgeführt ist und der nicht erlaubte Netzzustand über das echtzeitfähige Datenkommunikationssystem an einen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR4) in Echtzeit übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen den jeweiligen Antriebsreglern mit Leitfunktionalität (AR1, AR4) einer Antriebsgruppe (AG1, AG2) eine Querverbindung (Q) besteht und wobei über die Querverbindung (Q) eine synchronisierte Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand auch in weiteren Antriebsgruppen (AG1, AG2) ausgelöst wird.
Werkzeug- oder Produktionsmaschine oder Roboter, insbesondere Druckmaschine, mit mindestens zwei synchronisierbaren Einzelantrieben (M1–M6) von rotierenden Maschinenelementen und mindestens einem Datenkommunikationssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelantriebe (M1–M6), denen jeweils ein Antriebsregler (AR1–AR6) zugeordnet ist, gruppenweise (M1–M3, M4–M6) zu Antriebsgruppen (AG1, AG2) zusammengefasst sind, in jeder Antriebsgruppe (AG1, AG2) ein Antriebsregler (AR1, AR4) als Antriebsregler mit Leitfunktionalität fungiert, jeder Antriebsgruppe (AG1, AG2) und jedem dortigen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR1, AR4) jeweils ein Leitrechner (L1, L2) zugeordnet ist, mittels einer Netzüberwachung (N) ein elektrisches Versorgungsnetz (V) auf Vorhandensein und Einhaltung einer geforderten Energiequalität überwachbar und ein nicht erlaubter Netzzustand über das Datenkommunikationssystem an einen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR4) übermittelbar ist und mittels dieses Antriebsreglers mit Leitfunktionalität (AR4) eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand auslösbar ist.
Maschine nach Anspruch 4, wobei das Datenkommunikationssystem als echtzeitfähiges Datenkommunikationssystem ausgeführt und der nicht erlaubte Netzzustand über das echtzeitfähige Datenkommunikationssystem an einen Antriebsregler mit Leitfunktionalität (AR4) in Echtzeit übermittelbar ist.
Maschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei zwischen den jeweiligen Antriebsreglern mit Leitfunktionalität (AR1, AR4) einer Antriebsgruppe (AG1, AG2) eine Querverbindung (Q) besteht und wobei über die Querverbindung (Q) eine synchronisierte Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand auch in weiteren Antriebsgruppen (AG1, AG2) auslösbar ist.