DE102004061579A1 - Modul zur Nachbildung eines Gebersignals - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modul zur Nachbildung eines Gebersignals (xistE), wobei eine Steuereinrichtung (1) zur Steuerung einer Maschine an eine Antriebseinrichtung (4a) und an das Modul (5, 5') über einen Datenbus (7) zum Austausch von Daten angekoppelt ist, wobei mithilfe des Moduls (5, 5') aus einem von der Steuereinrichtung (1) vorgegebenen Leitwert (xsoll) ein nachgebildetes Gebersignal (xistEn) ermittelt wird, wobei das Modul (5, 5') an die Steuereinrichtung (1) über den Datenbus (7) derart logisch angekoppelt ist, dass eine Projektierung des Moduls (5, 5') aus Sicht der Steuereinrichtung (1) in gleichartiger Weise wie die Projektierung der Antriebseinrichtung (4a) erfolgt. Die Erfindung schafft somit ein Modul (5, 5') zur Nachbildung eines Gebersignals (xistE), das eine einfache Projektierung, Inbetriebnahme und Dynamikeinstellung der Maschine ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Modul zur Nachbildung eines Gebersignals.
  • Bei Maschinen wie z.B. Roboter, Produktionsmaschinen (z.B. Druckmaschinen/Verpackungsmaschinen) und/oder bei Werkzeugmaschinen ist es oft erforderlich, ein in einer Steuereinrichtung der Maschine berechneter Leitwert, der z.B. in Form eines Lagesollwerts einer angetriebenen Maschinenachse der Maschine vorliegen kann, in Form eines nachgebildeten Gebersignals an eine weitere Steuereinrichtung der selben Maschine oder einer anderen Maschine weiter zu geben. Das Leitwertsignal wird dabei dermaßen in ein Gebersignal umgewandelt, dass der Leitwert in Form eines Inkrementalsignals einer Inkrementalspur als Gebersignal an die weitere Steuereinrichtung weitergegeben wird.
  • Handelsüblich wird eine solche Weitergabe eines Leitwertes zur Steuerung einer Maschinenachse von einer Steuereinrichtung an eine andere Steuereinrichtung mit Hilfe eines nachgebildeten Gebersignals zurückgeführt, wenn z.B. die beiden Steuereinrichtungen über kein gemeinsames Bussystem verfügen, weil sie z.B. von verschiedenen Herstellern hergestellt wurden oder weil der Leitwert aus anderen Gründen (z.B. kein geeignetes Busprotokoll, keine verfügbaren freien Kommunikationsschnittstellen, kein isochroner Bus) nicht auf einfache Weise der anderen Steuereinrichtung mitgeteilt werden kann. Der über die Nachbildung des Gebersignals ausgegebene Wert soll dabei dem in der Steuereinrichtung für eine reale Maschinenachse erhaltenen Wert möglichst genau entsprechen.
  • Die Nachbildung des Gebersignals aus dem Leitwertsignal wird dabei handelsüblich mit Hilfe eines externen Moduls zur Nachbildung des Gebersignals durchgeführt. Das Modul ist dabei handelsüblich z.B. über einen Datenbus mit der Steuereinrichtung verbunden. Das Modul stellt dabei über eigene spezifische Funktion sicher, dass die gewünschten Anforderungen in Richtung Dynamik und Ausgabegenauigkeit des nachgebildeten Gebersignals, den vom Anwender gewünschten Anforderungen genügen. Handelsüblich müssen die Funktionen des Moduls dabei über z.B. eine eigene modulspezifische Schnittstelle vom Anwender separat von der Steuereinrichtung und den Antriebeinrichtungen der Maschine projektiert werden. Die Projektierung der Funktionalitäten der Steuereinrichtung und der Antriebseinrichtungen der Maschine müssen somit bisher separat vorgenommen werden. Damit ist aus technologischer Sicht bei handelsüblichen Modulen keine einheitliche Projektierung der Steuereinrichtung, der Antriebseinrichtungen und des Moduls gegeben, was die Inbetriebnahme und die Parametrierung der Maschine erheblich erschwert und erheblichen Mehraufwand bedeutet.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10308654 A1 ist ein Datenübertragungssystem zur Verbindung einer Steuerung mit Antrieben bekannt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Modul zur Nachbildung eines Gebersignals derart auszubilden, dass eine einfache Inbetriebnahme der Maschine ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Modul zur Nachbildung eines Gebersignals, wobei eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Maschine an eine Antriebseinrichtung und an das Modul über einen Datenbus zum Austausch von Daten angekoppelt ist, wobei mit Hilfe des Moduls aus einem von der Steuereinrichtung vorgegebenen Leitwert ein nachgebildetes Gebersignal ermittelt wird, wobei das Modul an die Steuereinrichtung über den Datenbus derart logisch angekoppelt ist, dass eine Projektierung des Moduls aus Sicht der Steuereinrichtung in gleichartiger Weise wie die Projektierung der Antriebseinrichtung erfolgt.
  • Es erweist sich dabei als vorteilhaft, wenn das Modul direkt an die Steuereinrichtung über den Datenbus angekoppelt ist. Die Benutzung einer weiteren Antriebseinrichtung als Verbindungselement zwischen Datenbus und Modul kann dann entfallen.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Modul über eine weitere Antriebseinrichtung an die Steuereinrichtung über den Datenbus angekoppelt ist. Wenn die Busanbindung des Moduls mit Hilfe einer weiteren Antriebseinrichtung durchgeführt wird, kann das Modul mit einer einfacheren Hardware ausgebildet sein.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine Projektierung des Moduls aus Sicht der Steuereinrichtung in gleichartiger Weise wie die Projektierung der Antriebseinrichtung erfolgt, wobei das Modul logisch als Aktor angekoppelt ist. Wenn das Modul logisch als Aktor angekoppelt ist, können die Funktionen des Moduls wie ein Aktor eine Antriebseinrichtung projektiert werden.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Nachbildung des Gebersignals aus dem Leitwert erfolgt, indem das Steuerungs- und/oder Regelverhalten einer Maschinenachse nachgebildet wird. Hierdurch wird eine besonders genaue Nachbildung des Gebersignals gewährleistet.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Datenbus als Profibus ausgebildet ist, wobei Standartbusprotokolle wie z.B. PROFIdrive oder Profile Drive Technology Version 3.1.1 verwendet werden können.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Regelung und Dynamikeinstellung des nachgebildeten Gebersignals aus Sicht der Steuereinrichtung in gleichartiger Weise wie die Regelung und Dynamikeinstellung einer von der Steuereinrichtung kontrollierten Maschinenachse erfolgt. Hierdurch wird eine einfache Regelung und Dynamikeinstellung des nachgebildeten Gebersignals ermöglicht.
  • Bei einer Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder bei einem Roboter ist das erfindungsgemäße Modul besonders gut einsetzbar.
    •
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine erste Ausführung der Erfindung, wobei ein Modul indirekt d.h. über eine weitere Antriebseinrichtung mit der Steuereinrichtung über den Datenbus angekoppelt ist.
  • 2 eine zweite Ausbildung der Erfindung, wobei das Modul direkt mit einer Steuereinrichtung über einen Datenbus angekoppelt ist
  • In 1 ist in Form eines Blockschaltbildes ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Steuereinrichtung 1 zur Steuerung einer Maschine enthält dabei neben anderen Komponenten, die da sie für das Verständnis der Erfindung unwesentlich sind und deshalb nicht dargestellt sind, eine Leitwertermittlungseinheit 2. Diese bestimmt dabei zur Steuerung der einzelnen Maschinenachsen der Maschine für jede Maschinenachse einen jeweils zugehörigen Leitwert, wobei in dem Ausführungsbeispiel der Leitwert in Form eines Lagesollwerts xsoll zur Steuerung einer Lage einer Welle W vorliegt. Der Lagesollwert xsoll wird als Eingangsgröße innerhalb der Steuereinrichtung 1 einer Lageregelung 3a zugeführt, die die Lage d.h. die Position (Drehwinkel) der Welle W regelt. Die Steuereinrichtung 1 ist über einen Datenbus 7 an eine Antriebseinrichtung 4a, welche unter anderem einen Umrichter 9 und eine Regelung 8 zur Ansteuerung eines Motors M aufweist, angekoppelt. Die Lageregelung 3a gibt als Ausgangssignal an die Regelung 8 der Antriebseinrichtung 4a ein Geschwindig keitssollwert vsoll, zur Regelung der Geschwindigkeit der Welle W, vor. Die Regelung 8 steuert über den Umrichter 9 den Motor M an.
  • Die Antriebseinrichtung 4a ist zur Versorgung des Motors mit elektrischer Energie mit entsprechenden Leitungen mit dem Motor M verbunden, wobei diese jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Weiterhin ist der Motor M der Antriebseinrichtung 4a zum Datenaustausch noch über eine Verbindug, die in dem Ausführungsbeispiel als eine Ethernet-Verbindung ausgebildet ist, an dem Motor M angekoppelt. Über die Ethernet-Verbindung können z.B. Motordaten vom Motor M an die Steuerungseinrichtung 1 übermittelt werden. So kann z.B. der Motor M der Steuereinrichtung 1 mitteilen, welcher Typ er ist, welche Leistung er besitzt und/oder welches maximale Drehmoment er besitzt. Aufgrund dieser Daten kann dann die Steuereinrichtung 1 entsprechend die einzelnen Regler parametrieren. Der Motor M wird dabei auch als Aktor bezeichnet. An die Antriebseinrichtung 4a können dabei verschiedene Aktoren angebunden sein, wobei diese nicht unbedingt in Form eines Motors vorliegen müssen, sondern es kann sich dabei auch z.B. um eine hydraulische oder andere elektrische Komponente handeln. In dem Ausführungsbeispiel treibt der Motor M die Welle W an. Die Lage der Welle W wird von einem Geber G erfasst und in Form eines Lageistwerts xistE als Gebersignal über z.B. eine weitere Ethernet-Verbindung, die den Geber G an die Antriebseinrichtung 4a ankoppelt, der Antriebseinrichtung 4a zugeführt. Der Lageistwert xistE liegt dabei in Form eines typischen Gebersignals, d.h. z.B. als Inkrementalsignal vor, das sich durch Abtastung von Inkrementen einer Spur des Gebers als typisches Ausgangssignal eines Gebers ergibt. Der (inkrementale) Lageistwert xistE wird innerhalb der Antriebseinrichtung 4a in ein entsprechenden Lageistwert xist, der z.B. in Form eines digitalen Wertes direkt die Lage der Welle W als Information enthält, an die Lageregelung 3a als Istgröße weitergegeben. Durch Differenzierung des Lageistwerts er rechnet sich weiterhin die Antriebseinrichtung 4a zur Regelung des Motors M ein Geschwindigkeitsistwert.
  • Der Motor M bildet zusammen z.B. mit der Welle W, die z.B. bei einer Druckmaschine in Form einer Druckwalze vorliegen kann, eine so genannte Maschinenachse. Die Maschine weist dabei in der Regel mehrere Maschinenachsen auf, wobei jeder Maschinenachse im Allgemeinen eine Lageregelung 3a, eine Antriebseinrichtung 4a und ein zugehöriger Motor M zugeordnet ist. D.h., unter anderem die Lageregelung 3a, die Antriebseinrichtung 4a und der Motor M sind in der Regel mehrfach vorhanden. Die Leitwertermittlungseinheit 2 berechnet dabei für jede Maschinenachse einen entsprechend zugehörigen Leitwert in Form eines Leitwertsignals. In dem Ausführungsbeispiel ist der Übersichtlichkeit halber nur eine Maschine mit einer einzelnen Maschinenachse dargestellt.
  • Die Steuereinrichtung 1 ist dabei bezüglich des Datenbusses 7 als Busmaster ausgebildet, während die Antriebseinrichtung 4a als Slave ausgebildet ist. Da die Antriebseinrichtung 4a, der Motor M und der Geber G über den Datenbus 7 an die Steuereinrichtung 1 logisch gesehen einheitlich angekoppelt sind, kann aus Sicht des Anwenders eine durchgehende Projektierung dieser Komponenten von der Steuerungseinrichtung 1 aus erfolgen. Insbesondere bei mehrachsigen Maschinen können die einzelnen Antriebseinrichtungen und Aktoren somit einheitlich projektiert werden.
  • Erfindungsgemäß soll nun aus dem Leitwert xsoll ein dem realen Gebersignal xistE entsprechendes nachgebildetes Gebersignal xistEn mit Hilfe eines Moduls 5 zur Nachbildung des Gebersignals xistE nachgebildet werden und z.B. an eine weitere Steuerung 6 ausgegeben werden. Dabei wird das Modul 5 mit der Steuereinrichtung 1 über den Datenbus 7 derart logisch angekoppelt, dass eine Projektierung des Moduls 5 aus der Steuereinrichtung 1 in gleichartiger Weise wie die Projektierung der Antriebseinrichtung 4a erfolgt, wobei das Modul logisch als ein Aktor angekoppelt ist. Zur Nachbildung des realen Gebersignals xistE wird der Leitwert xsoll an eine weitere Lageregelung 3b als Eingangsgröße gegeben. Die Lageregelung 3b ist dabei vorzugsweise identisch wie die Lageregelung 3a aufgebaut. Die Lageregelung 3b erzeugt einen nachgebildeten Geschwindigkeitssollwert vsolln, der an eine weitere Antriebseinrichtung 4b weitergeleitet wird. Die Antriebseinrichtung 4b ist genau wie die weitere Antriebseinrichtung 4a zum Austausch von Daten über den Datenbus 7 an Steuereinrichtung 1 angekoppelt. Die weitere Antriebseinrichtung 4b ist dient dabei im Wesentlichen lediglich zur Ankopplung des Moduls 5 zur Nachbildung des Gebersignals über den Datenbus 7 an die Steuereinrichtung 1, Die weitere Antriebseinrichtung 4b arbeitet dabei wieder als am Datenbus als Slave. Die Ankopplung des Moduls 5 an die weitere Antriebseinrichtung 4b geschieht in dem Ausführungsbeispiel z.B. wieder mit Hilfe einer Ethernet-Verbindung. Erfindungsgemäß wird das Modul 5 logisch gesehen als Aktor an die weitere Antriebseinrichtung 4b und damit an die Steuerungseinrichtung 1 angekoppelt. Das Modul 5 ist somit in gleicher logischer Weise wie der Motor M an die Antriebseinrichtung 4a angekoppelt ist, an die weitere Antriebseinrichtung 4b angekoppelt. Hierdurch wird ermöglicht, dass eine Projektierung des Moduls 5 aus Sicht der Steuereinrichtung 1 in gleichartiger Weise wie die Projektierung der Antriebseinrichtung 4a erfolgen kann. Aus Sicht der Steuereinrichtung, d.h. aus Anwendersicht tritt für die Projektierung, das Modul 5 zur Nachbildung des Gebersignals lediglich als ein weiterer Aktor auf.
  • Der nachgebildete Geschwindigkeitssollwert vsolln, der von der weiteren Lageregelung 3b erzeugt wird, wird von der weiteren Antriebseinrichtung 4b eingelesen und an das Modul 5 weitergeleitet. Im Modul 5 wird nun aus dem nachgebildeten Geschwindigkeitssollwert vsolln ein nachgebildetes Gebersignal xistEn ermittelt, in dem das Modul 5 mit Hilfe von Funktionen wie z.B. Symmetrierfilter, zeitlichen Verzögerungsgliedern sowie z.B. einer Adaption der Regelung 8a, sowie Nachbildun gen des Verhaltens des Motors M und der Welle W, eine Nachbildung des realen Gebersignals xistE des Gebers G durchführt. Als Ausgangssignal gibt das Modul 5 ein nachgebildetes Gebersignal xistEn z.B. in Form eines Inkrementalsignals als nachgebildetes Gebersignal aus. Im Idealfall ist dabei das nachgebildete Gebersignal XistEn mit dem realen Gebersignal xistE identisch. Das nachgebildete Gebersignal XistEn wird wiederum von der weiteren Antriebseinrichtung 4b eingelesen und daraus der nachgebildete Lageistwert xistn ermittelt, der z.B. in Form eines digitalen Wertes direkt die Lage der Welle W als Information enthält. Der nachgebildete Lageistwert xistn wird an die Steuereinrichtung 1 insbesondere an den weiteren Lageregler 3b mittels des Datenbusses 7 weitergeleitet.
  • Weiterhin wird das nachgebildete Gebersignal XistEn nach extern ausgegeben und wird in dem Ausführungsbeispiel an eine weitere Steuereinrichtung 6 weitergeleitet. Die Steuereinrichtung 6 kann dabei z.B. zur Steuerung einer weiteren Maschine dienen.
  • Die weitere Antriebseinrichtung 4b ist dabei vorzugsweise identisch wie die Antriebseinrichtung 4a aufgebaut, wobei jedoch sinnvoller weise kein Umrichter 9 in die weitere Antriebseinrichtung 4b eingebaut ist, da dieser nicht benötigt wird.
  • Dadurch, dass z.B. die Nachbildung des Gebersignals xistE aus dem Leitwert xsoll erfolgt, in dem das Steuerungs- und/oder Regelverhalten der Maschinenachse nachgebildet wird, wird ein hohes Maß an Übereinstimmung (z.B. hinsichtlich Dynamik, zeitlichem Verzug, Messwertgenauigkeit) des nachgebildeten Gebersignals xistEn mit dem realen Gebersignals xistE und erreicht. Das Modul 5 ist im Prinzip wie eine weitere Maschinenachse an die Steuereinrichtung 1 angekoppelt. Aus Sicht des Anwenders bestehen somit kein Unterschiede mehr, hinsichtlich der Projektierung einer realen Maschineachse und der quasi virtuellen Maschinenachse mit dem Modul 5.
  • Die in 2 dargestellte weitere Ausführungsform der Erfindung entspricht im Grundaufbau im Wesentlichen der vorstehenden 1 beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher in 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1. Der einzige wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei der Ausführungsform gemäß 2 die weitere Antriebseinrichtung 4b und das Modul 5 gemäß 1 als ein gemeinsames Modul 5' zur Nachbildung des Gebersignals ausgebildet sind.
  • Das Modul 5' ist somit gemäß der Ausführungsform gemäß 2 direkt an die Steuereinrichtung 1 über den Datenbus 7 angekoppelt, während in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, das Modul 5 über eine weitere Antriebseinrichtung 4b mit der Steuereinrichtung 1 über den Datenbus 7 angekoppelt ist.
  • Die Erfindung erlaubt eine schnelle durchgehende Projektierung der Maschine, wobei dem Anwender eine durchgehende technologische Sicht bei der Projektierung ermöglicht wird.
  • Die Projektierung erfolgt dabei in dem die verschiedenen Konfigurationen z.B. für die Lageregelung, die Antriebseinrichtung und den Motor und den Geber für jede Maschinenachse in einem Projektierungstool festgelegt werden. Anschließend erfolgt anhand der durchgeführten Projektierung die Kompilierung der Software für die Steuereinrichtung und die Antriebseinrichtungen.
  • Weiterhin sei an dieser Stelle bemerkt, dass der Leitwert nicht unbedingt von der Leitwertermittlungseinheit 2 vorgegeben sein muss, sondern er kann auch von einer anderen Komponente erzeugt sein kann.
  • Die Erfindung schafft ein Modul zur Nachbildung eines Gebersignals, das eine einfache Projektierung, Inbetriebnahme und Dynamikeinstellung der Maschine ermöglicht.

Claims (8)

  1. Modul zur Nachbildung eines Gebersignals (xistE), wobei eine Steuereinrichtung (1) zur Steuerung einer Maschine an eine Antriebseinrichtung (4a) und an das Modul (5, 5') über einen Datenbus (7) zum Austausch von Daten angekoppelt ist, wobei mit Hilfe des Moduls (5, 5') aus einem von der Steuereinrichtung (1) vorgegebenen Leitwert (xsoll) ein nachgebildetes Gebersignal (xistEn) ermittelt wird, wobei das Modul (5, 5') an die Steuereinrichtung (1) über den Datenbus (7) derart logisch angekoppelt ist, dass eine Projektierung des Moduls (5, 5') aus Sicht der Steuereinrichtung (1) in gleichartiger Weise wie die Projektierung der Antriebseinrichtung (4a) erfolgt.
  2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (5') direkt an die Steuereinrichtung über den Datenbus (7) angekoppelt ist.
  3. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (5) über eine weitere Antriebseinrichtung (4a) an die Steuereinrichtung über den Datenbus (7) angekoppelt ist.
  4. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Projektierung des Moduls (5, 5') aus Sicht der Steuereinrichtung (1) in gleichartiger Weise wie die Projektierung der Antriebseinrichtung (4a) erfolgt, wobei das Modul (1) logisch als Aktor (M) angekoppelt ist.
  5. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbildung des Gebersignals (xistE) aus dem Leitwert (xsoll) erfolgt, indem das Steuerungs- und/oder Regelverhalten einer Maschinenachse (M, W) nachgebildet wird.
  6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenbus (7) als Profibus ausgebildet ist.
  7. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung und Dynamikeinstellung des nachgebildeten Gebersignals (xistEn) aus Sicht der Steuereinrichtung (1) in gleichartiger Weise wie die Regelung und Dynamikeinstellung einer von der Steuereinrichtung kontrollierten Maschinenachse (M, W) erfolgt.
  8. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder Roboter mit einem Modul (5, 5') nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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