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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Schrittketten und
einer Kriterienanalyse aufgetretener Fehler in einer programmierbaren
Steuerung für
eine Maschinensteuerung.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung von
Schrittketten und einer Kriterienanalyse aufgetretener Fehler in
einer programmierbaren Steuerung für eine Maschinensteuerung.
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Zahlreiche
industrielle Prozesse werden in programmierbaren Steuerungen mittels
so genannter Schrittketten gesteuert, wie sie beispielsweise in
der
DE 4134811 A1 beschrieben
werden. Bei diesen Verfahren sind an Geräte auszugebende Signale und von
Geräten
erzeugte Signale jeweils Funktionselementen zugeordnet. Die Funktionselemente
wirken dabei im Rahmen von Schritten zusammen, die die Schrittketten
bilden. Der Folge der Schritte sind die von den einzelnen Geräten während des
Prozesses auszuführenden
Befehle zugeordnet. Die kleinsten Einheiten der Schrittketten sind
Aktionen oder die Schritte, die im Automatikbetrieb eines Prozesses ohne
manuellen Eingriff nur in Abhängigkeit
von den Eingangsbedingungen (Transitionsbedingungen) arbeiten. Im
Allgemeinen ist noch ein so genannter Handbetrieb vorgesehen, bei
dem der Übergang
von einem Schritt auf einen Folgeschritt nur durchgeführt wird,
wenn zusätzlich
eine Tipptaste betätigt
wird. Dieser dient der Einrichtung der Maschine und der Fehleranalyse.
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Beispiele
für solche
Steuerungen mit Schrittketten sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)
der Firmen SIEMENS (z.B. STEP 7), BOSCH REXROTH (Madap oder IndraStep)
oder 3S (CoDeSys).
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Nachteilig
ist, dass bei herkömmlichen Schrittketten
Diagnosefunktionen nur mit großem Aufwand
erreicht werden können.
So müssen
beispielsweise Bedingungen für
die Maschinenzustände an
mehreren Stellen, zum Teil auch negiert, programmiert werden. Bei
Wartung und Erweiterungen müssen
daher oft Änderungen
an mehreren Stellen durchgeführt
werden. Hierdurch können
Fehler im Programm entstehen, die mit großem Aufwand gesucht werden
müssen.
Werden unterschiedliche Systeme verknüpft, kann es vorkommen, dass
gleichartige Fehler nicht mit einer einheitlichen Diagnose behandelt
werden können,
da sie von unterschiedlichen Meldungssystemen abgesetzt werden.
Weiterhin kann es vorkommen, dass in der Kriterienanalyse auch Hilfsmerker
angezeigt werden, die mit der eigentlichen Fehlerursache nicht verknüpft sind.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Durchführung von
Schrittketten und einer Kriterienanalyse aufgetretener Fehler in
einer programmierbaren Steuerung für eine Maschinensteuerung bereitzustellen,
das die Wartung und Fehlerbehebung vereinfacht. Es ist weiterhin
Aufgabe der Erfindung, dazu eine Vorrichtung bereitzustellen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
in der Schrittkette Maschinenzustände zusätzlich erfasst und laufend überwacht werden.
Dadurch wird erreicht, dass bei Erweiterung und Wartung die Fehleranfälligkeit
der Programmerstellung reduziert wird.
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In
bevorzugter Ausführungsform
werden die Maschinenzustände
an zusätzlichen
Eingängen
der Schrittkette eingespeist. Hierdurch wird eine permanente Überwachung
der Maschinenzustände
in allen Betriebsarten ermöglicht.
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Werden
die Maschinenzustände
an einer einzigen Stelle der Steuerung definiert, müssen die Bedingungen
für diese
Maschinenzustände
nur an einer Stelle programmiert werden, und eine einheitliche Diagnose
aller Schrittkettenmeldungen wird ermöglicht.
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Eine
schnelle Fehlerbehebung wird ermöglicht,
indem die Kriterienanalyse in einem Fehlerfall alle relevanten fehlerhaften
Maschinenzustände
auflistet.
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Listet
für eine
Diagnosemeldung die Kriterienanalyse die relevanten fehlerhaften
Maschinenzustände
auf, sind die Diagnosemeldungen besonders aussagekräftig.
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Ein
sicherer Betrieb der Maschinensteuerung und eine schnelle Fehleranalyse
werden erreicht, indem für
eine automatische Fehlererkennung die Kriterienanalyse die relevanten
fehlerhaften Maschinenzustände
liefert und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wobei die Schrittkette
angehalten werden kann.
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Führen die
Maschinenzustände,
abhängig vom
Zustand der Schrittkette, zu Diagnosemeldungen oder einem Zustandswechsel,
wird eine Fehleranalyse vereinfacht, da nur für den momentanen Zustand relevante
Meldungen erzeugt werden.
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Führen in
einem Zustand Stopp fehlende Maschinenzustände zu Diagnosemeldungen oder
einem Zustandswechsel, kann bei angehaltener Maschine aufgrund der
Meldungen eine Fehleranalyse erfolgen.
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In
einer bevorzugten Ausführung
führen
in einem Zustand Automatik fehlende Maschinenzustände zu Diagnosemeldungen
oder einem Zustandswechsel. Hierdurch wird erreicht, dass bei einem
im laufenden Betrieb auftretenden Fehler die Maschine angehalten
werden kann und der Fehler aufgrund der Diagnosemeldung erkannt
werden kann.
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Eine
Analyse des Programmablaufes der Schrittkette wird ermöglicht,
indem in einem Zustand Hand fehlende Maschinenzustände zu Diagnosemeldungen
oder einem Zustandswechsel führen.
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Eine
Analyse des erstmaligen Anlaufes des Programms für die Maschinensteuerung wird
ermöglicht,
wenn in dem Zustand Automatik Startvoraussetzungen und/oder beim
Verlassen eines Init-Schritts eine Grundstellung überwacht
und beim Fehlen zu Diagnosemeldungen oder einem Zustandswechsel
führen.
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Die
die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
Eingänge
zur Erfassung von Maschinenzuständen
vorgesehen sind. Diese werden dadurch nur an einer einzigen Stelle
erfasst. Änderungen
und Erweiterungen der Erfassung wirken sich auf alle Teile der Vorrichtung
gleichartig aus; Fehler werden vermieden.
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Ist
die Verwaltung der Schrittketten in Form einer Zustandsmaschine
aufgebaut, kann erreicht werden, dass die Vorrichtung und ihr Verhalten übersichtlich
dargestellt werden können
und Abweichungen von der korrekten Funktion schnell analysiert und beseitigt
werden können.
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Eine
Fehler-Analyse und -Behebung wird vereinfacht, wenn die Steuerung
für die
Betriebsart Stopp so ausgebildet ist, dass bei einem fehlenden Maschinenzustand
ein Maschinenzustandsfehler gemeldet und Startvoraussetzungen angezeigt
werden und/oder bei erfolgreicher Abfrage des Zustandes Hand eine
Einrichtdiagnose gemeldet wird.
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Ein
fehlerhafter Start der Maschine wird vermieden, wenn die Steuerung
für die
Betriebsart Auto so ausgebildet ist, dass bei einer fehlenden Startvoraussetzung
ein Maschinenzustandsfehler gemeldet wird und/oder bei Verlassen
des Init-Schritts eine fehlende Grundstellung überwacht und/oder bei fehlender
Grundstellung in den Grundstellungszweig übergegangen wird.
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Ist
die Steuerung für
die Betriebsart Hand so ausgebildet, dass bei einem fehlenden Maschinenzustand
ein Maschinenzustandsfehler gemeldet wird, kann im Einzelschrittbetrieb
eine Fehleranalyse und Behebung erfolgen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
schematischer Ablaufplan, bei dem die Startvoraussetzungen und die
Grundstellung im Zustand Stopp ausgewertet werden;
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2 ein
schematischer Ablaufplan im Zustand Auto;
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3 ein
schematischer Ablaufplan im Zustand Hand;
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4 eine
schematische Darstellung der Verwaltung der Schrittketten in Form
einer Zustandsmaschine
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine beispielhafte Ausführung der
Erfindung für
den Zustand „Stopp", bei der Startvoraussetzungen
und die Grundstellung ausgewertet werden. Der Begriff Maschinenzustände beschreibt in
diesem Fall die Startvoraussetzungen und die Grundstellung. Die
Schrittkette verwaltet ihre Betriebsarten als Zustandsmaschine.
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Abhängig vom
Zustand, werden die Maschinenzustände ausgewertet und führen zu
entsprechenden Diagnosemeldungen oder zu einem Zustandswechsel.
Je nach Betriebsart werden fehlende Maschinenzustände als
unterschiedliche Meldungen abgesetzt. Beim Verlassen des Zustandes
Stopp werden fehlende Maschinenzustände ausgewertet und führen ggf.
zu einer Fehlermeldung und zum Übergang
in den Zustand Fehler.
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Im
konkreten Beispiel wird, ausgehend von einem Zustand Start 10 zunächst ein
Maschinenzustand eingelesen 20. Es folgt die Abfrage „Start?" 101. Bei
Verneinung dieser Abfrage folgt eine Abfrage „fehlender Maschinenzustand?" 102. Bei
Verneinung folgt ein Rücksprung
zum Zustand Start 10. Wird ein fehlender Maschinenzustand
detektiert, folgt eine Abfrage „Hand?" 103. Bei der Betriebsart Hand folgt
als Aktion ein Vorgang Einrichtdiagnose melden 50. Andernfalls
folgt ein Vorgang Startvoraussetzungen melden 40. Kann
die Abfrage „Start?" 101 bejaht werden,
folgt eine weitere Abfrage „fehlender
Maschinenzustand?" 102.
Trifft dies zu, erfolgt eine Aktion Maschinenzustandsfehler melden 30,
wobei danach ein Zustand Fehler 120 erreicht wird. Trifft
die Abfrage „fehlender
Maschinenzustand?" 102 nicht zu,
erfolgt eine weitere Abfrage „Hand?" 103, mit
der dann zwischen einem Zustand Auto 130 oder einem Zustand
Hand 140 unterschieden werden kann. Durch dieses Vorgehen
können
fehlende Maschinenzustände
bereits im Zustand Stopp erfaßt
und analysiert werden.
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2 zeigt
einen schematischen Ablaufplan im Zustand Auto 130. Zusätzlich zu
den herkömmlichen
Fehlererkennungen Zeitüberschreitung
und Monitorfehler werden hier noch die Maschinenzustände ausgewertet
und führen
ggf. zu einer Fehlermeldung und zum Übergang in den Zustand Fehler 120.
Die Grundstellungsbedingung wird nur beim Verlassen des Init-Schritts
ausgewertet. Das Umschalten in den Grundstellungszweig ist hierbei
trotz fehlender Grundstellungsbedingung möglich.
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Der
schematische Ablaufplan im Zustand Auto 130 sieht zunächst eine
Abfrage „Stopp?" 111 vor.
Bei Bejahung dieser Abfrage erfolgt der Übergang zum Zustand Stopp 150.
Bei Verneinung erfolgt eine Abfrage „Zeitüberschreitung?" 112. Wird
diese bejaht, erfolgt ein Schritt Zeitfehler melden 70,
wonach der Zustand Fehler 120 eingenommen wird. Andernfalls
folgt eine Abfrage „Monitorfehler?" 113. Liegt
ein Monitorfehler vor, erfolgt ein Schritt Monitorfehler melden 60,
wonach wiederum der Zustand Fehler 120 erreicht wird. Liegt
kein Monitorfehler vor, erfolgt im nächsten Schritt die Aktion Maschinenzustand
einlesen 20, gefolgt von einer Abfrage „fehlende Startvoraussetzung?" 114. Wird
diese Abfrage mit ja beantwortet, erfolgt ein Sprung zu dem Aktionsschritt
Maschinenzustandsfehler melden 30, wonach wiederum der
Zustand Fehler 120 erreicht wird.
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Liegt
keine fehlende Startvoraussetzung vor, erfolgt eine Abfrage „Verlassen
Init-Schritt?" 115. Bei Verneinung
dieser Abfrage erfolgt ein Rücksprung zum
Zustand Auto 130. Trifft dies zu, erfolgt danach eine Abfrage „fehlende
Grundstellung?" 116.
Bei Verneinung dieser Abfrage erfolgt ein Rücksprung zum Zustand Auto 130.
Trifft dies zu, erfolgt eine Abfrage „Grundstellungszweig?" 117. Der
Grundstellungszweig ist daher auch bei fehlender Grundstellung erreichbar.
Falls die Abfrage „Grundstellungszweig?" 117 zutrifft,
erfolgt ein Rücksprung
zum Zustand Auto 130. Trifft dies nicht zu, wird der Zustand
Fehler 120 erreicht, wobei zuvor in einem Aktionsschritt
der Maschinenzustandsfehler gemeldet 30 wird.
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In 3 ist
schematisch ein Ablaufplan für den
Zustand Hand 140 dargestellt. Zusätzlich zu der herkömmlichen
Fehlererkennung des Monitorfehlers, werden hier noch die Maschinenzustände ausgewertet
und führen
ggf. zu einer Fehlermeldung und zum Übergang in den Zustand Fehler 120.
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Ausgehend
vom Zustand Hand 140 erfolgt zunächst die Abfrage „Stopp?" 111. Trifft
diese zu, erfolgt umgehend der Übergang
zum Zustand Stopp 150. Falls dies nicht zutrifft, wird
in einer Abfrage „Monitorfehler?" 113 abgefragt,
ob ein Monitorfehler vorliegt. Trifft dies zu, wird der Zustand
Fehler 120 angesteuert, nachdem der Aktionsschritt Monitorfehler melden 60 ausgeführt wurde.
Liegt kein Monitorfehler vor, werden im Schritt Maschinenzustand
einlesen 20 die Maschinenzustandsparameter eingelesen.
Fehlen diese, was in einer nachgeschalteten Abfrage „fehlender
Maschinenzustand?" 102 erfasst
wird, wird ebenfalls der Zustand Fehler 120 erreicht, nachdem
im Aktionsschritt Maschinenzustandsfehler melden 30 eine
entsprechende Anzeige erfolgt.
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In
der 4 ist die Verwaltung der Betriebsarten der Schrittkette
in Form einer Zustandsmaschine dargestellt. Die Zustandsmaschine
hat die Zustände
Auto 130, Fehler 120, Stopp 150 und Hand 140.
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Vom
Zustand Stopp 150 wird der Zustand Auto 130, wie
in 1 dargestellt über
Start 10 bei verneinter Abfrage „Hand?" 103 erreicht. Wird die Abfrage „Hand?" 103 bejaht,
wird vom Zustand Stopp 150 der Zustand Hand 140 erreicht.
Sowohl vom Zustand Auto 130 als auch von Hand 140 wird über die erfolgreiche
Abfrage Stopp 111 der Zustand Stopp 150 erreicht.
Wird im Zustand Stopp 150 ein Maschinenzustandsfehler 30 gemeldet,
wird zu dem Zustand Fehler 120 übergegangen.
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Wird
im Zustand Auto 130 ein Maschinenzustandsfehler 30 gemeldet,
wird zu dem Zustand Fehler 120 übergegangen. Dies geschieht
ebenfalls bei Meldung eines Monitorfehlers 60 oder eines
Zeitfehlers 70.
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Aus
dem Zustand Hand 140 wird in den Zustand Fehler 120 bei
Meldung eines Monitorfehlers 60 oder eines fehlenden Maschinenzustandes 30 übergegangen.
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Aus
dem Zustand Fehler 120 führt der Übergang Fehlerbedingung löschen 31 in
den Zustand Stopp 150.
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In
den gezeigten Beispielen erhält
die Schrittkette zusätzliche
Eingänge,
an denen die Bedingungen für
die Maschinenzustände,
z.B. Startvoraussetzung, Grundstellung etc., angelegt werden können. Diese
Bedingungen wertet die Schrittkette automatisch aus, so dass sie
an anderen Stellen nicht mehr programmiert werden müssen. Die
Reaktion auf die Maschinenzustände
ist abhängig
von der Betriebsart und den aktiven Schritten der Schrittkette.
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Dabei
gibt es grundsätzlich
zwei Arten der Auswertung:
- 1. Diagnosemeldungen
und
- 2. automatische Fehlererkennung.
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Bei
Diagnosemeldungen werden fehlende Bedingungen als Meldung der Schrittkette
zur Verfügung
gestellt. Beispielsweise wird eine fehlende Grundstellung in der
Betriebsart Automatik (Zustand Auto 130) als Meldung vom
Typ Starvoraussetzung gemeldet. In der Betriebsart Hand (Zustand
Hand 140) wird hingegen eine fehlende Grundstellung als Meldung
vom Typ Einrichtdiagnose gemeldet.
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Für diese
Meldungen steht auch eine Kriterienanalyse zur Verfügung, damit
der Maschinenbediener direkt erkennen kann, welche Bedingung, z.B. für die Grundstellung
noch fehlt.
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Bei
automatischer Fehlererkennung erkennt die Schrittkette automatisch
fehlende Bedingungen. Die Schrittkette, und damit auch die Maschine,
wird angehalten und eine Fehlermeldung ausgelöst. Für diese Fehlermeldung steht
wieder die Kriterienanalyse zur Verfügung, damit der Maschinenbediener
die Fehlerursache sofort erkennen kann. Eine automatische Fehlererkennung
kann z.B. derart ausgelegt sein, dass beim Verlassen des Init-Schritts
die Grundstellung überwacht
wird. Ist die Maschine nicht in der Grundstellung, geht die Schrittkette
in den Zustand Fehler 120. Nach Verlassen des Init-Schritts wird
die Grundstellung nicht mehr überprüft und führt nicht
mehr zu einem Fehler. Die Startvoraussetzungen werden im laufenden
Betrieb ständig überwacht und
führen
bei fehlenden Bedingungen direkt dazu, dass die Schrittkette in
den Zustand Fehler 120 wechselt.
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Ein
derartiges Verfahren kann allgemein Verwendung in der Automation
und in der Anlagenautomatisierung, beispielsweise in der Verpackungs-
und Schweißtechnik,
sowie allgemein in der Antriebs- und Steuerungstechnik finden.
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- 10
- Start
- 20
- Maschinenzustand
einlesen
- 30
- Maschinenzustandsfehler
melden
- 31
- Fehlerbedingung
löschen
- 40
- Startvoraussetzung
melden
- 50
- Einrichtdiagnose
melden
- 60
- Monitorfehler
melden
- 70
- Zeitfehler
melden
- 101
- Abfrage "Start?"
- 102
- Abfrage "fehlender Maschinenzustand?"
- 103
- Abfrage "Hand?"
- 111
- Abfrage "Stopp?"
- 112
- Abfrage "Zeitüberschreitung?"
- 113
- Abfrage "Monitorfehler?"
- 114
- Abfrage "fehlende Startvoraussetzung?"
- 115
- Abfrage "Verlassen Init-Schritt?"
- 116
- Abfrage "fehlende Grundeinstellung?"
- 117
- Abfrage "Grundstellungszweig?"
- 120
- Zustand
Fehler
- 130
- Zustand
Auto
- 140
- Zustand
Hand
- 150
- Zustand
Stopp