CN103885396A - 自动化设备和用于同步化自动化设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少两个相互作用的电构件(8、10、12)的自动化设备(2)，所述电构件各自具有一计时器(22)。所述电构件(8、10、12)在信号技术上通过信号网络(14)相互耦合用以周期性的过程数据传递，并且依据作为参比量(34)的全局相对时间信息(32)来相互同步化。此外，本发明涉及一种用于同步自动化设备(2)的方法。

Description

自动化设备和用于同步化自动化设备的方法

技术领域

本发明涉及一种自动化设备和一种用于同步自动化设备的方法。自动化设备尤其理解为生产线但是也理解为机器制造领域中的任何其他的自动化解决方案。

背景技术

对于包括至少两个电构件的自动化设备如生产线或者CNC（数控）机床，同步各个构件是紧要的。因此，抓取器和进行处理的机器如钻机必须相互协调，由此，当抓取器将待处理的构件带入到所期望的位置中时才进行处理。在此，为了确保尽可能高的处理速度，不希望借助于传感器测量位置。更确切地说，依据通过信号网络发送到构件上的时间信息进行处理。

由EP1657619B1已知用于周期性地工作的通信系统中的时间同步化方法。其中，一次性地将绝对的时间信息发送到通信系统的所有用户上并且该时间信息被用作用于在每个通信用户情况下运算每个当地的时钟时间的参比量。绝对的时间信息例如以“2000-04-01，16:05:30，123”的格式存在。

由DE 10 2008 049A1已知多过程系统，其中将多个微处理器通过总线信号技术地彼此相连。为使多过程系统的微处理器同步化，打断了存在的节律信号，将单个微处理器的计时器置于一定的预定值，此后重新开始节律信号，其中，对于接收的节律信号，通过微处理器将各个计时器提高1。

根据文献Gianluca Cenat et al.:“Evaluation of EtherCat DistributedClock Performance”,IEEE Transactions on Industrial Informatics,IEEEService Center,New York,Bd.8Nr.1(2012-02-01)已知，对于用于自动化技术的EtherCat系统，第一同步化在打开从设备（Slaves）时进行，其中，回置内部计数器。这样的同步化相对而言不精确。

发明内容

本发明的任务在于提出一种特别合适的自动化设备和一种特别合适的用于同步自动化设备的方法，其比较简单和独立地进行。

根据本发明，就自动化设备而言该任务通过权利要求1的特征来解决并且就方法而言通过权利要求10的特征来解决。有利的改进方案和设计方案为从属权利要求的主题。

所述自动化设备包括两个相互共同作用的电构件。自动化设备例如为生产线、印刷机或者CNC铣床。此外，自动化设备包括机械制造领域的每一种自动化解决方案。换句话说，自动化设备理解为在空间上有关的机器或者器具的每个有计划的装配，其中，机器或者器具指的是电构件。在此，自动化设备也能够仅构成另一较大设备的一部分。

两个电构件共同作用，即，尤其是两个构件中的一个取决于另一个地起作用。电构件尤其为传感器和/或促动器（如尤其驱动传送带或者类似物的电机）或者其他机器（如抓取器）。每个构件具有各自的计时器并且构件借助于信号网络相互连接。这例如借助于合适的数据传递线或者通过无线通信实现。通过信号网络周期性地传递过程数据。换句话说，借助于通过信号网络的周期性的传递进行在各个构件之间周期式地交换数据。信号网络优选现场总线或者其他总线系统，合适的是EtherCat（以太网控制自动化技术）。

尤其为了维持分配给每个电构件的时间段（在所述时间段中，各个过程数据通过信号网络传递），电构件相互同步化。为此，为所有构件的计时器采用共同的参比量。从这个参比量出发，借助于计时器确定每个电构件的当地的时间标记。出于这个目的，自参比量以来所经过的时间被分别确定并作为当地的时间标记来使用。参比量本身为全局的时间信息，即，适用于整个自动化设备或者至少自动化设备的同步化的部分的时间信息。

此外，时间信息是相对的，因此仅具有用于自动化设备的参考。相对的时间信息尤其基本上与在自动化设备之外进行的结果无关地产生或者不具有相对于自动化设备的参考。全局相对时间信息例如为确定一个确定过程、例如完成第一百个加工件的时间点、变更或者修理设备或者类似物的确定部分的时间点。

由于采用全局相对时间信息，一方面不需要使自动化设备与还必须被检验和验证的另外的系统费事地协调。这种协调也容易产生错误。另一方面，全局相对时间信息供自动化设备的所有构件所使用，从而所有的电构件能够相互协调。因此可能的是，提高自动化设备的处理速度。

全局相对时间信息为状态改变。换句话说，作为参比量采用自动化设备状态的确定改变的时间点。全局相对时间信息尤其不为时钟时间。自动化设备的状态改变涉及每个电构件，从而这些电构件得到统一的参比量。在此，也不需要通过信号网络发送附加信息，例如导致损坏信号网络的带宽的时间电报。也不必考虑可能现有的运行时间差。

状态改变为自动化设备在运行状态上的变更。换句话说，构件依据变更到运行状态中来同步化。因此，电构件的相互影响和其依据共同的参比量而同步化之间的时间性的间距相对小，从而即使在计时器相互间可能存在偏差或者不准确性的情况下也至少在自动化设备开始运行之后至少为确定的时间同步化。

从已经存在自动化设备部件的通电的待机模式变更到运行模式中。尤其在待机模式中的电构件上已经施加了电压。以这种方式例如不必对可能现有的电容器或者类似物充电，这一方面导致基本上不延迟自动化设备投入使用。另一方面，在这种情况下使得能基本上不延迟注册相对的全局时间信息。因此，相对的全局时间信息的接收和/或处理的偏差在各个电构件中基本上不产生，而是更确切地说时间相同。只要使用EtherCat标准作为信号网络，尤其采用从“预操作（preoperational）”到“操作（operational）”作为变更，然而其中在使用现场总线时采用至少在“操作（operational）”之后作为变更。

状态改变尤其本身通过信号网络传递。换句话说，通过信号网络传递被各个电构件接收的讯息。在接收这些讯息时自动化设备的至少一部分电构件改变运行模式，从而自动化设备转变到新的状态中。此外，所有的电构件将接收触发自动化设备状态的改变的讯息的时间点作为用于同步化的参比量。由于通过信号网络传递状态改变，不需要通过电构件本身注册自动化设备的状态。由于采用传递并促使状态改变的讯息，在实际状态改变和被用作参比量的时间点之间不存在时间错位，使用两个或者多个讯息和由此引起的等待时间就是这种情况。

根据目的地，从通过电构件接收全局相对时间信息起激活其各个计时器。然而，在每个电构件中至少从注册全局相对时间信息起开始借助于计时器计时。在此，尤其在接收全局相对时间信息之前附加地进行借助于计时器计时。换句话说，计时器基本上不中断地被激活，即使在可能变更到待机模式中时。以这种方法使得能够针对在接收全局相对时间信息之前的时间点，在接收全局相对时间信息之后依据所述时间信息运算当地的时间标记并且由此例如通过构件的协调而在同步化之前进行评估。此外降低了协调耗费。

根据目的地，在接收和/或注册全局相对时间信息时通过电构件将各个计时器置零(0)。例如计时器在参比量的时间点之前处于状态零(0)中。然而，特别优选，一旦全局相对时间信息通过各个电构件接收就将计时器置零(0)。

例如电构件具有不同的、尤其相互无关的周期时间。有利地，至少已知周期时间，以分别运算当地的时间标记。合适地，所有的计时器具有相同的周期时间。尤其地，周期计数器相互结构相同，这使得变更和维修容易。只要在接收全局相对时间信息时将计时器设置为零(0)，所有计时器因此在每个任意的时间段之后具有相同的值，这一方面使得相互协调电构件容易并且另一方面使得可能的错误查找简单化。尤其地，作为所有计时器的周期时间采用所有电构件的必须为了根据顺序运行自动化设备而进行的最短时间段。换句话说，周期时间为所有电构件的必须为了根据顺序运行自动化设备而进行的最快最短的时间段。

根据目的地，信号网络的周期时间为计时器周期时间的整数倍，其中，在信号网络周期期间每个电构件通过信号网络正好交换一次过程数据。特别地，信号网络周期的开始与电构件（优选所有电构件）的周期的开始共同产生。以这种方式，各个构件的周期的相对复杂的配属既相互避免也在信号网络方面避免，这导致降低运算耗费。

根据目的地，电构件分别具有至少到通过信号网络发送时存储各个过程数据的缓存。以这种方式使得能够以各个电构件的全分辨率储存过程数据，并且同时将过程数据以较小的时间性分辨率继续传递。以这种方式，不对信号网络的带宽提出过高要求。尤其地，通过信号网络发送的过程数据的时间性分辨率从过程数据的接收器传递给各个电构件。因此使得能够通过各个电构件以其各个最大时间分辨率来感测过程数据接收，这避免了对过程数据接收的复杂的重新编程。在此，对于接收器必要的时间分辨率通过信号网络发送，这仅需要对于全时间分辨率必要的带宽的一部分，其中，传输的时间分辨率却足以根据顺序运行自动化设备。

尤其地，各个缓存中的过程数据基本上连续地在预先确定的时间区间期间、根据目的地在运行状态期间被记录并且通过信号网络传递过程数据。在过程数据记录终止或者停止之后也借助于各个缓存还使相对在时间上高分辨率的过程数据可供使用并且由此能够通过信号网络读取。缓存合适地实施为环形存储器。

在变更到待机模式中之后，优选通过信号网络传递存储在缓存中的过程数据，从而在时间上相对高分辨率的过程数据也可供使用。在待机模式期间，对信号网络带宽的需求相对低，从而在此，不损坏自动化设备。

用于同步自动化设备的所述方法设定了，全局相对时间信息被用作用于在自动化设备的至少两个具有计时器构件中计时的参比量。其优选通过信号网络传递，借助于所述信号网络所述构件相互连接并且所述信号网络设定用于周期性地发送过程数据。

状态改变被用作全局相对时间信息，该状态改变涉及每种电部件，其中，状态改变是由待机模式到运行状态的变更。

附图说明

下面依据附图更详细地阐明本发明的实施例。其中:

图1示意性示出具有电构件的自动化设备；和

图2示出所述构件的同步化的通信。

在所有图中相互相对应的部件设有相同的参考标记。

具体实施方式

图1中示意性地简化示出具有传送带4的自动化设备2，在该传送带上放置有加工产品6。传送带4借助于电机8运行，并且由此改变加工产品6的位置。此外，自动化设备2既具有抓取和处理头10也具有光栅12，该光栅也如电机8那样通过信号网络14与过程控制装置16连接。作为信号网络14采用EtherCAT现场总线系统。抓取和处理头10和电机8分别代表促动器并且光栅12代表自动化设备2的传感器。这些电构件8、10、12分别包括缓存18，其中分别存储通过信号网络14周期式地传递的过程数据20。为此，每个电构件8、10、12分别具有一个计时器22，借助于所述计时器，电构件8、10、12中的每一个被分配一个用于传递各个过程数据的时间窗口。

为此，需要同步电构件8、10、12和过程控制装置16，该同步在图2中示出。在最上列中示出完整的自动化设备2的状态24的时间进程。该设备从待机模式26经由状态改变30被置于运行状态28中，在待机模式26期间，过程控制装置26被通电然而电构件8，10，12不实施任何动作或者接收任何数据。

在运行状态28期间，电机8被通电并且由此传送带4被置于运动中，这引起加工产品6的位置改变。一旦加工产品处于合适的位置上，也借助于抓取和处理头10处理加工产品6。在进行处理之后，自动化设备2的状态24经由另一状态改变30重新转变到待机模式26中。状态24的变换借助于通过信号网络14传递的合适的SET指令来促使。

如果第一SET信号促使自动化设备2从待机模式26匆忙经过信号网络14地变更到运行状态28中，则这个时间点被用作用于同步化电构件8、10、12的全局相对时间信息32。如在自动化设备2的状态24下所示出的，在接收SET信号时电构件8、10、12的计时器22被设置为零(0)并且状态改变30因此被用作参比量34，从该参比量起以计时器22计数所流逝的时间。

电构件8、10、12的所有计时器22具有已知的、相同的周期时间36。换句话说，计时器22的计数器读数在任意的时间之后基本上相同。在此，计时器的计数器读数给出从参比量34以来经过了多少个周期并且当地的时间标记为计数器读数乘以周期时间36。

电构件的周期时间36等于信号网络14的周期时间38的一半，在信号网络的周期时间期间电构件8、10、12中的每一个通过信号网络14将各个缓存18中接收的过程数据发送到过程控制装置16上。在此，发送顺序总是相同。为了节省带宽，在此，不是所有在信号网络14的周期时间38期间被各个电构件8、10、12接收的过程数据都通过信号网络14发送。更确切地说，仅提供过程控制装置16的那些为根据顺序工作方式所需要的数据。

根据当前要求、需求，例如当加工产品6处于传送带4的确定部位上或者用于检验各个电构件8、10、12的运转熟练性时，通过信号网络14进行在时间上相对高分辨率的且存放在电构件8、10、12的构造为环形存储器的各个缓存18中的过程数据的传递。在此，该传递的时间点相对任意并且既能够在运行状态28期间也能够在待机模式26期间进行。

在重新变更到待机模式26中之后，针对已经来临的周期时间28，在时间窗口40中通过信号网络14维持过程控制装置16和电构件8、10、12之间的通信。在时间窗口40期间，电构件8、10、12不接收另外的数据。更确切地说，已经以满的时间的分辨率存放在各个缓存18中的过程数据，即，以计时器22的周期时间36设定的过程数据，被发送到过程控制装置16上，以确定电构件8、10、12的大致的磨损现象或者其他方面的损坏。

本发明不局限于前面描述的实施例。更确切地说，本发明的变型方案也能够从中被本领域技术人员推导出而不离开本发明的主题。此外，尤其所有在上下文中以实施例描述的单独特征也能够以其他方式相互组合，而不离开本发明的主题。

参考标记列表

2  自动化设备

4  传送带

6  加工产品

8  电机

10 抓取和处理头

12 光栅

14 信号网络

16 过程控制装置

18 缓存

20 过程数据

22 计时器

24 状态

26 待机模式

28 运行状态

30 状态改变

32 全局相对时间信息

34 参比量

36 计时器的周期时间

38 信号网络的周期时间

40 时间窗口

Claims (8)

1.一种自动化设备(2)，其具有至少两个共同作用且各自具有一计时器(22)的电构件(8、10、12)，所述电构件为了周期性地传递过程数据而在信号技术上通过信号网络(14)相互耦合，并且所述电构件依据作为参比量(34)的全局相对时间信息(32)而相互同步化，其中，所述全局相对时间信息（32）是状态改变（30），其中所述状态改变（30）涉及每个所述电构件（8、10、12），而且其中所述状态改变（30）是由待机模式（26）到运行状态（28）的变更。

2.根据权利要求1所述的的自动化设备(2)，其特征在于，

所述状态改变(30)是通过所述信号网络(14)传递的。

3.根据权利要求2或3所述的自动化设备(2)，其特征在于，

从接收所述全局相对时间信息(32)起激活所述计时器(22)。

4.根据权利要求1至3的任意一项所述的自动化设备(2)，其特征在于，

在接收所述全局相对时间信息(32)时将所述计时器(22)置零。

5.根据权利要求1至4的任意一项所述的自动化设备(2)，其特征在于，

所有计时器(22)具有相同的周期时间(36)，其中，所述信号网络(14)的周期时间(38)尤其为所述相同的周期时间的整数倍。

6.根据权利要求1至5的任意一项所述的自动化设备(2)，其特征在于，

所述电构件(8、10、12)分别具有用于存储所述过程数据(20)的缓存(18)。

7.根据权利要求6所述的自动化设备(2)，其特征在于，

存储在所述缓存(18)中的过程数据(20)通过所述信号网络(14)的传递在变更到待机模式(26)中之后和/或在有需求时进行。

8.一种用于同步自动化设备(2)的方法，该自动化设备具有至少两个分别具有计时器(22)的构件(8、10、12)，所述构件为了周期性地传递过程数据而在信号技术上通过信号网络(14)相互耦合，其中，全局相对时间信息(32)被用作参比量(34)，其中，状态改变（30）被用作全局相对时间信息（32），其中，所述状态改变（30）涉及每种电构件，而且其中，由待机模式（26）到运行状态（28）的变更被用作状态改变（30）。

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