DE10122906C1

DE10122906C1 - Verfahren zur Fehlerbehandlung und Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern

Info

Publication number: DE10122906C1
Application number: DE10122906A
Authority: DE
Inventors: Werner Agne
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2021-05-12
Also published as: US20020167229A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerbehandlung von Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen sowie Robotern, mit einzeln angetriebenen Maschinenelementen. Mit mindestens einer Datenverbindung (AB1, AB2, LB, Q) wird Prozessinformation zwischen den Antrieben (A1-A6) ausgetauscht, so dass eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand nach Erkennung eines fehlerhaften Antriebs (A1-A6) eingeleitet wird und die Istwerte (G1, G2) des fehlerhaften Antriebs (A1-A6) den beteiligten fehlerfrei operierenden Antrieben (A1-A6) als Sollwerte übermittelt werden. Damit ist ein synchroner Antriebsverlauf bis zum Anlagen- oder Teilanlagenstillstand gewährleistet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fehlerbe handlung und Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktions maschinen, sowie Robotern, mit einzeln angetriebenen, rotie renden Maschinenelementen.

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 Versor gungsspannung 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 bahn treuen Abbremsung der Achsantriebe von numerisch gesteuerten Maschinen bekannt. Bei diesen Maschinen ist für Gefahrensitu ationen eine Notbremsung der Achsantriebe vorgesehen. Wird diese ausgelöst, so sollen die Antriebe der numerisch gesteu erten Maschine in kürzester Zeit durch entsprechende Vorgabe der Drehzahlsollwerte linear abgebremst werden. Mit einer zeitoptimalen bahntreuen Abbremsung soll vermieden werden, dass das Werkzeug bei einer Bahnabweichung mit dem Werkstück oder anderen Gegenständen kollidiert.

Aus der Offenlegungsschrift DE 41 21 841 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Koordinierung von Achsantrieben für sich überlagernde Bewegungsabläufe von flexiblen Blechteil transporteinrichtungen mit Eigenantrieb an Pressen, bekannt. Dort werden zur Vermeidung einer absehbaren Kollision Notrou tinen als Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe generiert.

Tritt eine Fehlfunktion eines Antriebs in einem technischen Prozess auf, so dass ein Antrieb seinen zugehörigen Motor nicht mehr kontrollieren kann, so trudelt dieser Antrieb bis zu seinem Stillstand aus. Selbst wenn weitere, beteiligte An triebe zu einem Anlagenstillstand gebracht werden, so erfolgt dies in der Regel in unkontrollierter Weise. So kann bei spielsweise ein Produktions- oder Transportgut durch das un kontrollierte Auslaufen des fehlerhaften Antriebs beschädigt werden und/oder eine beteiligte Anlage selber kann Schaden durch das unkontrollierter Auslaufen der Antriebe nehmen. Im Fehlerfall eines Antriebs ist ein Anlagen- oder Teilanlagen stillstand einzuleiten

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Fehlerbehebung und/oder Schadensverhütung an Werkzeug-, Pro duktionsmaschinen und/oder Robotern anzugeben, welches zumin dest einen der vorgenannten Nachteile verbessert.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass zur Fehlerbehandlung und Schadensverhütung

- eine Notroutine abläuft,
- über mindestens eine Datenverbindung Prozessinformation eines zugehörigen technischen Prozesses ausgetauscht wird,
- eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand nach Erkennung eines fehlerhaften elektrischen Antriebs, eines unzulässigen Antriebszustands oder eines unerlaubten Maschinenzustands eingeleitet wird und
- Istwerte des fehlerhaften elektrischen Antriebs oder mit einer Fehlfunktion in Verbindung stehenden Antriebs je nach Prozesserfordernissen bedarfsweise durch mindestens eine mathematische Funktion verändert, den beteiligten fehlerfrei operierenden elektrischen Antrieben als Soll werte übermittelt werden,

ergibt sich ein verbessertes Verfahren zur Fehlerbehandlung und/oder Schadensverhütung bei Werkzeug-, Produktionsmaschi nen und/oder Robotern. Erfassbare Istwerte eines fehlerhaften Antriebs sind weiteren beteiligten Antrieben als Sollwert vorgebbar.

Durch dieses Verfahren ist es vorteilhaft möglich:

a) Schaden an der Maschine zu minimieren oder zu vermeiden
b) Produktschaden zu minimieren oder zu vermeiden
c) kürzere Stillstandszeiten aufgrund kürzerer Reparaturzei ten zu erreichen.

Die genannten Vorteile führen zu einer höheren Verfügbarkeit der Anlage und somit zu einer verringerten finanziellen Be lastung des Anlagenbetreibers im Fehlerfall.

Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Datenverbindung eine echtzeitfähige Kommunikationsverbindung eingesetzt wird. Durch eine echt zeitfähige Kommunikationsverbindung ist es möglich, dass noch funktionsfähige Antriebe sich in Echtzeit auf den fehlerhaf ten Antrieb synchronisieren. Somit ist eine schnellere Syn chronisation aller fehlerfrei arbeitenden Antriebe auf den fehlerhaften Antrieb, als auch eine schnellere Reaktion auf Istwertänderungen des fehlerhaften Antriebs möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist da durch gekennzeichnet, dass als echtzeitfähige Datenverbindung ein echtzeitfähiges Ethernet eingesetzt wird. Somit kann vor teilhaft ein standardisiertes, universell einsetzbares Bus protokoll verwendet werden, was zudem eine hohe Übertragungs kapazität ermöglicht. Die Verwendung eines echtzeitfähigen Ethernet kurze Buszyklen und damit eine schnelle Detektion von Messparametern, was wiederum ein schnelles Ausregeln von Sollwertvorgaben ermöglicht.

Eine vorteilhafte Verwendung der Erfindung ergibt sich in Werkzeug-, Produktionsmaschinen oder Roboter mit mindestens jeweils einem Einzelantrieb in einem zusammenhängenden tech nischen Prozess und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Ver fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 Anwendung findet.

Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung in einer Produkti onsmaschine nach Anspruch 4 ergibt sich dadurch, dass als Produktionsmaschine eine Druckmaschine eingesetzt wird. Somit werden bei Ausfall eines Antriebs vorteilhaft Papierstauungen und -verkeilungen, sowie Beschädigungen an der Druckmaschine verringert bzw. vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zei gen:

Fig. 1 eine Strukturübersicht unterschiedlicher vernetzter An triebsgruppen und

Fig. 2 bis Fig. 4 Ist- und Sollwerte eines fehlerhaften An triebs, sowie Sollwerte beteiligter Antriebe.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 sind 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, näm lich einem IGBT-Schaltsymbol (Insulated Gate Bipolar Transis tor) gekennzeichnet. Des Weiteren besitzt jeder Motor M1 bis M6 einen zugehörigen Geber G1 bis G6. Der Motor M1 bis M6 ist durch einen großen Kreis und der Geber G1 bis G6 ist durch einen kleinen Kreis im Antrieb A1 bis A6 eingezeichnet.

Die Antriebsregler AR1 bis AR6 jeweils einer Antriebsgruppe AG1, AG2 sind miteinander aber Datenleitungen AB1, AB2 ring förmig vernetzt. In jeden Antriebsregler AR1 bis AR6 führen jeweils zwei Leitungen des Antriebsbusses. Der Übersichtlich keit halber ist nur jeweils eine Datenleitung AB1, AB2 einer ringförmigen Datenvernetzung bezeichnet. Des Weiteren ist ei ne Antriebsgruppe AG1, AG2 durch jeweils ein mit gestrichel ter Umrandung versehenes großes Rechteck eingezeichnet, in dem sich mindestens ein Antrieb A1 bis A6 befindet. Weitere datentechnisch ausführbare Vernetzungsstrukturen, wie bei spielsweise eine sternförmige Verbindung, der Antriebsregler AR1 bis AR6 sind denkbar. Jeweils ein Antriebsregler AR1 bis AR6 einer Antriebsgruppe AG1, AG2 besitzt eine Leitfunktiona lität AR1, AR4. Diese ist in der Darstellung gemäß Fig. 1 durch jeweils einen Buchstaben M und eine stärker eingezeich nete Umrandung gekennzeichnet.

Das antriebsnahe Datennetz AB1, AB2 übernimmt beispielsweise die Synchronisation der Antriebe A1 bis A6 einer Antriebs gruppe AG1, AG2. Eine Querkommunikation Q ermöglicht den An triebsreglern mit Leitfunktionalität AR1, AR4 Daten antriebs nah auszutauschen, die zur gegenseitigen Abstimmung von Steu er- oder Regelvorgängen notwendig sind.

Zu jedem Antriebsregler mit Leitfunktionalität AR1, AR4 ist ein Leitrechner L1, L2 vorhanden, der eine antriebsübergeord nete Funktion ausübt. Die Leitrechner L1, L2 sind mit einem Leitrechnerbus LB verbunden und können beispielsweise Pro zessdaten sammeln, auswerten und gegebenenfalls anzeigen bei spielsweise die Funktion eines "Human machine interface" übernehmen. Sämtliche Datenverbindungen Q, LB, AB1, AB2 kön nen, falls dies gefordert ist, mit einem echtzeitfähigen Da tennetz, wie beispielsweise einem echtzeitfähigen Ethernet ausgeführt sein.

Die Leistungselektronik LE1 bis LE6 der Antriebe A1 bis A6 ist mit Hilfe eines Energieverteilers EV an das Versorgungs netz V angeschlossen.

Fällt der Antrieb A1 der Antriebsgruppe AG1 aufgrund einer Fehlfunktion aus, so werden weiterhin dessen Istwerte des Ge bers G1 in den Antriebsbus AB1 übertragen. Nach Detektion der Fehlfunktion des Antriebs A1 synchronisieren sich sofort alle beteiligten weiteren Antriebe A2, A3 auf die Istwerte des Ge bers G1 des Antriebs A1. Ein Anlagen- oder Teilanlagenstill stand wird nun eingeleitet.

Durch die Synchronisationsfunktion der fehlerfrei arbeitenden Antriebe A2, A3 auf den fehlerbehafteten Antrieben A1, wird ein Auseinanderlaufen der Antriebe A1 bis A3 vermieden. Der fehlerhafte Antrieb übernimmt mit seinen Istwerten des Gebers G1 eine Leitfunktionalität (Master).

Da der fehlerhafte Antrieb A1 unweigerlich auslaufen wird, folgen alle fehlerfreien Antriebe A2, A3 diesem Auslauf bis zum Anlagen- oder Teilanlagenstillstand. Die Synchronisation aller Antriebe vermindert oder vermeidet nicht berechenbare Zustände in der Maschine. Somit werden beispielsweise vor teilhaft Beschädigungen der Maschine vermieden.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 bis Fig. 4 sind Ist- und Soll werte eines fehlerhaften Antriebs, sowie Sollwerte beteilig ter Antriebe dargestellt. Diese sind jeweils einem Antrieb A1, A2 und A3 der Antriebsgruppe AG1 zugeordnet. Auf den je weiligen Y-Achsen ist eine zugehörige Solldrehzahl aufgetra gen, während die X-Achsen Zeitachsen mit der Bezeichnung t darstellen.

Bis zu dem eingezeichneten Zeitpunkt t1 besitzen die jeweili gen Antriebe A1 bis A3 eine Solldrehzahl, deren jeweiliger Verlauf in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 zu erkennen ist. Bis zum Zeitpunkt t1 besitzt der Antrieb A1 die Solldrehzahlkennlinie A1S. Eine Fehlfunktion im Antrieb A1 zum Zeitpunkt t1 führt dazu, dass der Antrieb A1 in einer nicht definierten Weise ausläuft. Die Drehzahlistwerte des Antriebs A1 nach Ausfall zum Zeitpunkt t1 sind in der Darstellung gemäß Fig. 2 mit A1I eingezeichnet.

Die Fehlfunktion des Antriebs A1 wird im System zum Zeitpunkt t1 erkannt und sofort stellen allen beteiligten weiteren An triebe A2, A3 ihre Solldrehzahl A2S, A3S auf die Istwertkenn linie A1I des Antriebs A1 um. Dies ist in den Darstellungen gemäß Fig. 3 und Fig. 4 zu erkennen. Da die Istwertinformation des Antriebs A1 durch den Geber G1 und den Antriebsregler AR1 in Echtzeit auf den Antriebsbus AB1 zur Verfügung stehen, können die Antriebe A2, A3 den Schwankungen der Istdrehzahl A1I des Antriebs A1 synchron folgen. Zum Zeitpunkt t2 ist der Anlagen- oder Teilanlagenstillstand erreicht.

Diese Verfahrensweise gewährleistet, dass die Antriebe A1 bis A6 synchron aufeinander abgestimmt sind und verringert damit im Fehlerfall ein asynchrones Auslaufen oder Austrudeln der Antriebe A1 bis A6. Schaden an Maschine und Produktionsgut kann verringert oder gar ganz vermieden werden.

Durch den Einsatz eines echtzeitfähigen Ethernet wird ein standardisiertes, weit verbreitetes und universell einsetzba res Busprotokoll verwendet, das eine hohe Übertragungskapazi tät ermöglicht. Aufgrund kurzer Buszyklen, können Messparame ter und Änderungen im Systemzustand schnell detektiert wer den, so dass ein schnelles Ausregeln von Sollwertabweichungen erfolgen kann.

Claims

1. Verfahren zur Fehlerbehandlung und Schadensverhütung an Werkzeug- und Produktionsmaschinen, sowie Robotern, mit ein zeln angetriebenen Maschinenelementen, bei dem über mindes tens eine Datenverbindung (AB1, AB2, LB, Q) Prozessinformation eines zugehörigen technischen Prozesses ausgetauscht wird, wobei zur Fehlerbehandlung und Schadensverhütung eine Notrou tine abläuft und dadurch gekennzeich net ist, dass
eine Antriebsbremsfunktion und/oder ein Anlagenstillstand nach Erkennung eines fehlerhaften elektrischen Antriebs (A1-A6), eines unzulässigen Antriebszustands oder eines unerlaubten Maschinenzustands eingeleitet wird und
Istwerte (G1, G2) des fehlerhaften elektrischen Antriebs (A1-A6) oder mit einer Fehlfunktion in Verbindung stehen den Antriebs (A1-A6) je nach Prozesserfordernissen be darfsweise durch mindestens eine mathematische Funktion verändert, den beteiligten fehlerfrei operierenden elekt rischen Antrieben (A1-A6) als Sollwerte übermittelt wer den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass als Datenverbindung (AB1, AB2, LB, Q) eine echtzeitfähige Kommunikationsverbindung eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass als echt zeitfähige Datenverbindung (AB1, AB2, LB, Q) ein echtzeitfähiges Ethernet eingesetzt wird.

4. Werkzeug-, Produktionsmaschine oder Roboter mit mindestens jeweils einem Einzelantrieb in einem zusammenhängenden tech nischen Prozess, dadurch gekennzeich net, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 Anwendung findet.

5. Produktionsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Produktionsmaschine eine Druckmaschine eingesetzt wird.