DE3413330C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und zur Lokalisierung eines Fehlers von Fabrikations­ zyklen einer automatischen Fertigungsstraße, die durch wenigstens einen logischen Kreis gesteuert wird, der über hauptsächlich mit Sensoren verbundene Eingänge und mit Steuer- oder Signaleinrichtungen verbundene Ausgänge verfügt, wobei jeder Fabrika­ tionszyklus aus einer Folge von einzelnen Zyklus­ schritten besteht, deren jeweilige Soll-Schrittdauer bekannt und ebenso wie die Soll-Zustände der Eingänge und der Ausgänge des wenigstens einen logischen Kreises abgespeichert ist, und wobei auch der Ist- Zustand dieser Eingänge und Ausgänge gespeichert wird.

Ein Verfahren dieser Art ist durch die DE-OS 22 39 816 bekannt, die einen Analysator für eine Folge­ steuerungsanlage betrifft. Dabei wird die Aufein­ anderfolge der Maschinenoperationen analysiert und in einer Liste der aktuellen Maschinenoperationen darge­ stellt. Beim Auftreten einer Störung kann vom Bedie­ nungspersonal diese Liste mit einer anhand eines einwandfreien Betriebsablaufs erstellten Bezugsliste verglichen werden, um die Bereiche festzustellen, wo sich die Operationsfolgen unterscheiden, und so den Fehler zu lokalisieren.

Es wird also die Aufeinanderfolge der Operationen innerhalb eines Fabrikationszyklus überwacht und registriert, wobei durch die beiden automatisch erstellten Listen zwar prinzipiell eine Lokalisierung eines gegebenenfalls aufgetretenen Fehlers erfolgt, jedoch nicht durch eine direkt ablesbare Fehleran­ zeige, sondern in einer eher verschlüsselten Form, weil die Liste der aktuellen Operationen den Fehler erst offenbart, wenn sie mit der als Schlüssel die­ nenden Bezugsliste verglichen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zur Überwachung und zur Lokalisierung eines Fehlers von Fabrikationszyklen einer automatischen Ferti­ gungsstraße der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Überwachung und Lokalisierung schnell, genau und möglichst einfach selbsttätig erfolgt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem eingangs genannten Verfahren darin, daß die Soll-Zustände der Eingänge und der Aufgänge in Matrixform, sowie die Soll-Schrittdauer in einem Vergleichsspeicher gemein­ sam gespeichert werden, daß zu Beginn jedes Fabrika­ tionszyklus eine Zeitmeßeinheit initialisiert wird, daß bei jeder Änderung des Ist-Zustandes wenigstens eines Ausgangs des wenigstens einen logischen Kreises, die dem Übergang zum nächsten Zyklusschritt entspricht, die Zeitmeßeinheit initialisiert wird, daß die durch die Zeitmeßeinheit ermittelte jeweilige Schrittdauer mit der Soll-Schrittdauer periodisch verglichen wird und daß beim Überschreiten der Soll- Schrittdauer der Ist-Zustand der Eingänge und der Ausgänge mit deren in den Vergleichsspeicher eingege­ benen Soll-Zustände verglichen und die nicht über­ einstimmenden Zustände angezeigt werden.

Durch diese Ausbildung des Verfahrens kann mit einem relativ geringen Schaltungsaufwand dem Bedienungsper­ sonal nicht nur das Auftreten eines Fehlers im Ab­ lauf des Fabrikationszyklus angezeigt werden, sondern der Fehler wird zugleich auch automatisch, schnell und unmit­ telbar lokalisiert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Figur zeigt schematisch die verschiedenen, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nötigen Elemente. Wenigstens ein logischer Kreis (Steuerkreis) 1, der als programmierbarer Automat ausgeführt ist, besitzt Ein­ gänge 2, welche mit den Bezugszeichen a, b, c, d und e gekennzeichnet sind und mit verschie­ denen Sensoren 3 verbunden sind, die in der zu steuernden und zu überwachenden automatischen Ferti­ gungsstraße angeordnet sind. Der Steuerkreis 1 besitzt außerdem mit S₁, S₂, S₃, S₄ und S₅ gekennzeichnete Aus­ gänge 4, die verschiedenen Steuer- oder Signaleinrichtungen 5 zugeordnet sind. Der Steuer­ kreis 1 enthält außerdem ein dem auszuführenden Fabri­ kationszyklus entsprechendes Programm, das symbolisch durch Diagramm 6 wiedergegeben ist.

Eine Tafel 7 zeigt die Zustände der Eingänge a, c, d und e und der Ausgänge S₃ und S₅ im Verlauf eines Fabrikationszyklus.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vergleicht wird im Falle einer Abweichung der Zustand der Eingänge 2 und der Ausgänge 4 des wenigstens einen Steuerkreises 1 mit dem Inhalt eines Registers 8, in welchem die Soll-Zustände der Eingänge 2 und der Ausgänge 4 ent­ halten sind, die der wenigstens eine logische Kreis 1 aufweisen müßte, um einen einwandfreien Ablauf eines Fabrikationszyklus zu bewirken.

Die verschiedenen Soll-Zustände der Eingänge 2 und der Ausgänge 4 werden mittels eines Speichers (Vergleichsspeicher) 9 her­ gestellt, in welchem ein Referenzzyklus in Matrizenform eingespeichert ist, wobei jede Zeile einem Zyklusschritt entspricht und damit eine Verände­ rung des Zustandes zumindest eines Ausgangs 4 aufweist. Außerdem enthält jede Zeile in Spalten 10 und 11 die Bezeichnung a bis e bzw. S₁ bis S₅ der Ausgänge 4 und der Eingänge 2, deren Zustand gegenüber der vorhergehenden Zeile verändert ist, sowie in einer Spalte 12 die entsprechende Soll-Schrittdauer T₁ bis T₃. Somit besteht die Möglichkeit, den Zustand der Eingänge 2 und der Ausgänge 4 des wenigstens einen logischen Kreises 1 zu rekonstruieren, von welchen die Tafel 7 einen vereinfach­ ten Überblick gibt, weil ja diese nicht die im Fabrikationszyklus unbenützten Eingänge 2 und Ausgänge 4 aufnimmt, so daß sich im Speicher 9 eine minimale Zahl von Speicherdaten befindet, was einer Komprimierung der Daten entspricht.

Die Rekonstruktion des Zustands der Ausgänge 4 im Register 8 ist außerordentlich einfach, indem man vom Speicher 9 ausgeht, weil jede Zeile dieses Speichers 9 die Bezeich­ nung a bis e bzw. S₁ bis S₅ der Eingänge 2 und der Aus­ gänge 4 enthält, deren Zustand sich gegenüber der vorhergehenden Zeile geändert hat, so daß es durch eine Beobachtung des Fabrikationszyklus möglich ist, den jeweiligen Soll-Zustand festzustellen, den die Ein­ gänge 2 und die Ausgänge 4 gemäß Register 8 aufweisen müssen.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel entspricht die erste Zeile der Tafel 7 dem Anfang des Fabrikationszyklus. Die zweite Zeile kommt hinzu, wenn der Eingang a auf den Zustand 1 und der Eingang e auf den Zustand 0 übergeht, was zur Folge hat, daß der Aus­ gang S₅ ebenfalls auf den Zustand 1 übergeht. Parallel hat die Änderung des Ausgangs S₅ die Änderung des In­ halts des Registers 8 zur Folge. Die Änderung des Re­ gisters 8 erfolgt in Abhängigkeit von der ersten Zeile des Speichers 9, welche die Befehle zur Änderung des Ausgangs S₅ und der Eingänge a und e des Registers 8 enthält. Fehler werden mittels einer Zeitmeßeinheit durch Zeitüberwachung ermittelt. Die Spalte 12 enthält die für jeden der einen Fabrikationszyklus bildenden Zyklusschritte vorgesehene Soll-Schrittdauer.

Zu Beginn eines Zyklusschritts wird die Zeitmeßeinheit initialisiert. Ihr Wert wird mit der für den ablaufenden Zyklusschritt vorgesehenen Soll-Schrittdauer aus der Spalte 12 verglichen. Wenn der aus der Zeitmeßeinheit erhaltene Wert größer ist als die Soll-Schrittdauer, liegt im Fabrikationszyklus eine Anomalie vor und es wird ein Vergleich veranlaßt, der die Lokalisierung des Fehlers ermöglicht.

Bei jeder Veränderung des Zustands wenigstens eines Ausgangs 4 des wenigstens einen logischen Steuerkreises 1 wird die Zeitmeßeinheit reinitialisiert, was einem Übergang zum nächsten Zyklusschritt entspricht, wobei die bei der Zeitüberwachung in Betracht gezogene Soll-Schrittdauer gegebenenfalls verändert wird, um mit der des anlaufenden neuen Zyklusschritts übereinzustim­ men.

Dann wird der Fabrikationszyklus fortgesetzt und geht auf den folgen­ den Zustand über, welcher der Zeile 3 der Tafel 7 entspricht, wo ein gegebener Zustand der Ausgänge 4 nicht verändert ist und deshalb keinen Einfluß auf die Zeitüberwachung hat.

Schließlich wird der Zyklusschritt der vierten Zeile der Tafel 7 erreicht, für welchen der Ausgang S₃ auf den Zustand 1, der Ausgang S₅ auf den Zustand 0 und der Eingang a auf den Zustand 0 übergeht, während die Eingänge c und d auf den Zustand 1 übergehen. Man kann bemerken, daß die Zeile 2 der entsprechenden Matrix im Speicher 9 tatsäch­ lich die Änderung der entsprechenden Eingänge und Aus­ gänge S₃, S₅, a, c und d anzeigt. Diese Daten beeinflus­ sen den Wert der verschiedenen Zustände im Register 8 im Vergleich mit ihrem vorhergehenden Zustand. Das Register 8 nimmt deshalb den in der Zeichnung dargestell­ ten Wert an; parallel dazu wird die Zeitmeßeinheit reini­ tialisiert.

Schließlich erreicht der Fabrikationszyklus den der Zeile 5 der Tafel 7 entsprechenden Schritt. Parallel dazu wird das Register 8 durch den Inhalt der Zeile 3 des Speichers 9 verändert, um den der Zeile 5 der Tafel 7 entsprechenden Wert anzunehmen, wenn der Fabrikationszyklus einwandfrei verläuft. Die jeweilige Soll-Schrittdauer T₁, T₂ und T₃ der Spalte 12 gestattet die Ermittlung von Fehlern. Tatsächlich findet die Änderung des Registers 8 am Übergang von z. B. der Zeile 1 zur Zeile 2 des Speichers 9 am Ende der vorher gespeicherten Soll-Schrittdauer T₂ statt. Diese Zeit entspricht mit einer Toleranz der für einen einwandfreien Fabrikationszyklus zur Durchführung des ersten Zyklusschrittes 1 festgesetzten Zeit. Wenn die Soll-Schrittdauer T₂ abgelaufen ist, ohne daß Änderungen der entsprechenden Ausgänge 4 des wenigstens einen logischen Kreises 1 stattgefunden haben, überschreitet der von der Zeitmeßeinheit festgestellte Wert die Soll-Schrittdauer T₂ und zeigt dadurch eine Anomalie an. Der Inhalt des Registers 8 und die Eingänge 2 sowie die Ausgänge 4 des wenigstens einen logischen Kreises 1 werden verglichen und der Fehler wird dadurch lokalisiert.

Das Register 8 verändert sich bis zu dem für das Ende der Soll-Schrittdauer T₂ festgelegten Zustand und wird dann mit dem Zustand der Eingänge 2 und der Ausgänge 4 verglichen.

Die Abweichungen der Eingänge 2 und der Ausgänge 4 werden ange­ zeigt und lokalisieren so den Fehler.

Beispielsweise kann die Soll-Schrittdauer T₂ von der Zeitmeßeinheit überschritten werden, wenn der wenigstens eine logische Kreis 1 in dem durch die Zeile 3 der Tafel 7 angezeigten Zustand bloc­ kiert bleibt. Das Register 8 wird auf den Zustand über­ gehen, welcher der Zeile 4 der Tafel 7 entspricht, indem die Zeile 3 des Speichers 9 berücksichtigt wird. Durch Vergleich des Registers 8 mit dem Zustand der Eingänge 2 und der Ausgänge 4 des wenigstens einen logischen Kreises 1 kann man die für den Fehler verantwortlichen Elemente entdecken, nämlich jene, deren Zustand sich entgegen dem Soll-Zustand nicht geändert hat: die Eingänge a und d und die Ausgänge S₃ und S₅, deren zugeordnete Steuer- oder Signaleinrichtung nicht reagiert haben kann. Die Ursachen der Fehler werden somit eingeschränkt und loka­ lisiert.

Es kann auch ein Vergleich zwi­ schen dem Inhalt des Registers 8 und dem Zustand der Eingänge 2 und Ausgänge 4 zum Zeitpunkt eines jeden Wechsels des Zustandes wenigstens eines Ausgangs 4 des wenigstens einen logischen Kreises 1 stattfinden. Dieser Vergleich erlaubt auch die Feststellung gewisser Anomalien, z. B. nicht beleuchtete Anzeigeelemente, und auch die Vorwegnahme der Feststellung einer Störung bzw. eines Fehlers.

Außerdem werden Vergleiche angestellt, indem man den Inhalt des Speichers 9 in das Register 8 überträgt. Man kann auch, beschränkt auf die jeweils in der Matrix im Speicher 9 ausgewählten Eingänge 2 und Ausgänge 4 die Ist-Zustände der Eingänge 2 und der Ausgänge 4 mit dem Inhalt des Spei­ chers 9 (Soll-Zustände) vergleichen.

Der Inhalt des Speichers 9 wird entsprechend einem einwandfreien Fabrikationszyklus gewonnen. Dabei beginnt das Verfahren mit einer Speicherungsphase, Lernvor­ gang genannt, in welcher man zu jeder Änderung des Zu­ standes wenigstens eines Ausgangs 4 des wenigstens einen logischen Kreises 1 die Bezeichnung der jeweils geänderten Ausgänge 4, die Bezeichnung der Eingänge 2, deren Zustand sich gegenüber der vorhergehenden Speicherung verändert hat, wie auch das seit der vorhergehenden Speicherung verstrichene Zeitintervall als Schrittdauer einspeichert.

Auf diese Weise ist es möglich, einen Referenzspeicher zu bilden und das Verfahren zur Überwachung und Lokalisie­ rung von Fehlern durchzuführen, ohne das Verfahren auf eine spezielle Fabrikation einzurichten.

Die Kontrolle des Zustandes der Eingänge 2 und der Aus­ gänge 4 des wenigstens einen logischen Kreises 1 kann erfindungsgemäß parallel erfolgen, es ist jedoch vorteilhafter, eine sequentielle Überwachung vorzusehen. Es genügt hierzu, ein in den wenigstens einen logischen Kreis 1 eingegebenes Programm derart zu ändern, daß bei jedem internen Programmzyklus des wenigstens einen logischen Kreises 1 diese den Inhalt der verschiedenen Eingänge 2 und Ausgänge 4 in Serie auf einen Ausgang adressiert. Diese Änderung ist außer­ ordentlich einfach und erfordert nur sehr wenig Spei­ cherkapazität und vereinfacht die Schaltung.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt neben einem Mikroprozessor das Vergleichsregister 8, den einen Bezugszyklus enthaltenden Speicher 9, die Zeitmeßeinheit und ein Anzeigesystem, auf welchem jede nicht eingetretene Zustandsänderung als Ursache der Störung angezeigt wird.

Man kann gleichermaßen die Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens auf einem Rechner vorsehen, bei wel­ chem z. B. die Anzeige auf einem Bildschirm erfolgt, der in einer Überwachungsstation angeordnet ist.

Die zwischen dem programmierbaren Automaten und dem Mikroprozessor herzustellende Verbindung kann direkt auf die Anschlüsse des Automaten geführt und beispielsweise durch eine serielle Schnittstelle hergestellt werden, oder aber auch mittels einer Busleitung unter Verwendung einer R-232-Schnittstelle oder einer Interface-Karte, die insbesondere im Falle intermittierender, flüchtiger Fehler Nutzen bietet.

Die Vorrichtung kann dauerhaft an der zu überwachenden Fertigungsstraße angeordnet sein oder sie kann auch als autonomes System derart angewandt werden, daß sie mit dem Automaten im Störungsfall über eine Steckverbindung verbunden wird.

Beim Referenz- oder Vergleichsspeicher 9 kann der Referenzzyklus auf einen RAM-Speicher oder auch auf nach Bedarf geladene Kassetten oder Disketten abge­ speichert werden.

Die Anzeige des Fehlers kann auf einem Display erfolgen, das den fehlerhaften Schritt mit den verschiedenen Zuständen anzeigt, die nicht den geforderten entsprechen.

Der Mikroprozessor kann außerdem mit einer Spezialtasta­ tur versehen sein, die verschiedene Funktionen, wie z. B. eine Steuerung des Lernvorgangs oder der Überwachung aufweist, wobei der Lernvorgang der Einspeicherung der den verschiedenen Schritten des Fabrikationszyklus entsprechenden Zustände mit Inbetriebnahme der Zeitmeßeinheit und Speicherung der entsprechenden Zeiten entspricht.

Es ist auch die Möglichkeit vorhanden, an einer Maschine verschiedene Verän­ derungen vorzunehmen, ohne daß dadurch eine Fehleranzeige ausgelöst wird.

Überdies ist es auch möglich, mehrere Fabrikationszyklen einzuspei­ chern, wobei vom Speicher derjeni­ ge Teil abrufbar ist, der dem durchzuführenden und zu überwachenden Fabrikationszyklus entspricht.

Claims (6)

1. Verfahren zur Überwachung und zur Lokali­ sierung eines Fehlers von Fabrikationszyklen einer automatischen Fertigungsstraße, die durch wenigstens einen logischen Kreis gesteuert wird, der über haupt­ sächlich mit Sensoren verbundene Eingänge und mit Steuer- oder Signaleinrichtungen verbundene Ausgänge verfügt, wobei jeder Fabrikationszyklus aus einer Folge von einzelnen Zyklusschritten besteht, deren jeweilige Soll-Schrittdauer bekannt und ebenso wie die Soll-Zustände der Eingänge und der Ausgänge des wenigstens einen logischen Kreises abgespeichert ist, und wobei auch der Ist-Zustand dieser Eingänge und Ausgänge gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Soll-Zustände der Eingänge (2) und der Ausgänge (4) in Matrixform, sowie die Soll-Schrittdauer in einem Vergleichsspeicher (9) gemeinsam ge­ speichert werden,
daß zu Beginn jedes Fabrikations­ zyklus eine Zeitmeßeinheit initialisiert wird,
daß bei jeder Änderung des Ist-Zustandes wenigstens eines Ausgangs (4) des wenigstens einen logischen Kreises (1), die dem Übergang zum nächsten Zyklusschritt entspricht, die Zeitmeßeinheit initialisiert wird,
daß die durch die Zeitmeßeinheit ermittelte jeweilige Schrittdauer mit der Soll-Schrittdauer periodisch verglichen wird und
daß beim Überschreiten der Soll- Schrittdauer der Ist-Zustand der Eingänge (2) und der Ausgänge (4) mit deren in den Vergleichsspeicher (9) eingegebenen Soll-Zuständen verglichen und die nicht übereinstimmenden Zustände angezeigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in ein Register (8) die Soll-Zustände der Eingänge (2) und der Ausgänge (4) eingegeben werden, ausgehend von einem im Vergleichsspeicher (9) in Matrixform gespeicherten Vergleichszyklus, bei dem jede Zeile einer Zustandsänderung wenigstens eines Ausgangs (4) des wenigstens einen logischen Kreises (1) entspricht und jede Zeile in Spalten (10, 11) die Bezeichnung der Ausgänge (4) und der Eingänge (2) umfaßt, deren Zustand sich gegenüber der vorhergehen­ den Zeile geändert hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Soll-Zustand der im Register (8) enthaltenen Eingänge (2) und Ausgänge (4) bei jeder Änderung des Zustands wenigstens eines Ausgangs (4) des wenigstens einen logischen Kreises (1) oder nach Ablauf der Soll-Schrittdauer des jeweiligen Zyklus­ schritts an die nächste Zeile des im Vergleichsspei­ cher (9) enthaltenen Vergleichszyklus angepaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei jeder Veränderung des Zustands wenigstens eines Ausgangs (4) des wenigstens einen logischen Kreises (1) ein Vergleich zwischen den an den Eingängen (2) und an den Ausgängen (4) des wenig­ stens einen logischen Kreises (1) vorliegenden Ist- Zuständen und den im Vergleichsspeicher (9) gespei­ cherten Soll-Zuständen dieser Eingänge (2) und Aus­ gänge (4) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bildung des Inhalts des Vergleichs­ speichers (9) aufeinanderfolgend für jeden Wechsel des Zustandes wenigstens eines Ausgangs (4) des we­ nigstens einen logischen Kreises (1) die Bezeichnung der Eingänge (2) und der Ausgänge (4) gespeichert wird, deren Zustand gegenüber der vorhergehenden Speicherung verändert ist, wie auch die seit der vorhergehenden Speicherung verstrichene Schrittdauer.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schrittdauer eines Zyklusschritts eine Toleranz zugegeben wird, bevor eine Fehleranzei­ ge erfolgt.