DE102005050245A1

DE102005050245A1 - Steuermodul und Steuerverfahren zur Steuerung von mindestens zwei Aktoren

Info

Publication number: DE102005050245A1
Application number: DE200510050245
Authority: DE
Inventors: Matthias von Dipl.-Ing.(FH) Zeppelin; Thomas Dr.Rer.Nat. Reininger
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-10-20
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2007-04-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuermodul (17) zur Steuerung von mindestens zwei Aktoren (11-14), die bei einer Handhabung und/oder Bearbeitung eines Gegenstandes (15) zusammenwirken, sowie ein Steuerverfahren, mit den Schritten: DOLLAR A - Definition von Grenzparametern (G11, G12, G13, G14) für Aktor-Bewegungskorridore (61-64) der Aktoren (11-14) bei dem Steuermodul, wobei die Aktoren bei der Handhabung und/oder Bearbeitung des Gegenstandes (15) zusammenwirken und sich innerhalb ihrer Aktor-Bewegungskorridore (61-64) kollisionsfrei bewegen, DOLLAR A - selbstständige Generierung eines ersten Steuerparametersatzes (81) für einen ersten Bewegungsablauf der Aktoren und mindestens eines gegenüber dem ersten Steuerparametersatz (81) variierten zweiten Steuerparametersatzes (82) für einen zweiten Bewegungsablauf der Aktoren mittels Steuermitteln (77) des Steuermoduls (17), wobei die Steuerparametersätze (81-83) innerhalb der Grenzparameter der Bewegungskorridore (61-64) liegen, DOLLAR A - Senden der Steuerparametersätze oder daraus generierter Steuersignale (91-94) und DOLLAR A - Ermittlung von Prozesszeiten, die die Aktoren bei dem ersten und zweiten Bewegungsablauf jeweils für die Handhabung und/oder Bearbeitung des Gegenstandes benötigen, durch das Steuermodul.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuermodul zur Steuerung von mindestens zwei Aktoren, die bei einer Handhabung und/oder Bearbeitung eines Gegenstandes zusammenwirken, sowie ein Steuerverfahren.

Die Aktoren, beispielsweise pneumatische Linearantriebe, verschieben einen Gegenstand entlang einer Bewegungsbahn von einer Anfangsposition über mehrere Zwischenpositionen hinweg zu einer Endposition. Dabei kann beispielsweise einer der Aktoren einen Bearbeitungsvorgang vornehmen, beispielsweise das Einpressen einer Kugel in eine Aufnahme oder dergleichen. Die Aktoren wirken synchronisiert im Rahmen von mehreren Arbeitstakten nacheinander oder teilweise simultan auf den Gegenstand ein. An den Aktoren sind beispielsweise Positionssensoren vorhanden, die Positionssignale an das Steuermodul senden. Das Steuermodul steuert den jeweiligen Aktor in Abhängigkeit von den Positionssignalen und bremst beispielsweise einen pneumatischen Arbeitszylinder an einer vorbestimmten Position ab, steuert ihn in eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung um oder dergleichen.

Ein Bediener, der die Anlage in Betrieb nimmt, ändert die Position der Positionssensoren an den Aktoren, um die Taktzeiten zu beeinflussen. Ein erfahrener Bediener ist dabei in der Lage, die einzelnen Aktor-Prozesszeiten oder Arbeitstakte für eine optimale Gesamttaktzeit der Anlage einzustellen, so dass der Gegenstand optimal schnell bewegt oder bearbeitet wird.

Allerdings ist es umständlich, die Positionen der Positionsschalter bzw. Positionssensoren von Hand einzustellen. Eine optimale Einstellung ist schwer zu finden. Es sind viele Bedienschritte notwendig, bis eine gute Taktzeit der Gesamtanordnung ermittelt ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuermodul bzw. ein Verfahren bereitzustellen, um bei einer Anordnung mit zwei oder mehr Aktoren, die bei einer Handhabung und/oder Bearbeitung eines Gegenstandes zusammenwirken, eine optimale Prozesszeit zu ermitteln.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Steuermodul zur Steuerung von mindestens zwei Aktoren, die bei einer Handhabung und/oder Bearbeitung eines Gegenstandes zusammenwirken, mit einer Eingangsschnittstelle zur Definition von Grenzparametern für Ak tor-Bewegungskorridore der Aktoren, wobei die Aktoren innerhalb ihrer Aktor-Bewegungskorridore bei der Handhabung und/oder Bearbeitung des Gegenstandes zusammenwirken und sich kollisionsfrei bewegen, mit Steuermitteln zur selbständigen Generierung eines ersten Steuerparametersatzes für einen ersten Bewegungsablauf der Aktoren und mindestens eines gegenüber dem ersten Steuerparametersatz variierten zweiten Steuerparametersatzes für einen zweiten Bewegungsablauf der Aktoren, wobei die Steuerparametersätze innerhalb der Grenzparameter der Bewegungskorridore liegen, mit einer Ausgangsschnittstelle zum Senden der Steuerparametersätze oder daraus generierter Steuersignale, und mit Erfassungsmitteln zur Ermittlung von Prozesszeiten, die die Aktoren bei dem ersten und zweiten Bewegungsablauf jeweils für die Handhabung und/oder Bearbeitung des Gegenstandes benötigen, vorgeschlagen. Zur Lösung der Aufgabe dient ferner ein Steuerverfahren gemäß einem weiteren unabhängigen Anspruch.

Bei den Aktoren handelt es sich vorzugsweise um pneumatische Antriebe, insbesondere pneumatische Linearantriebe. Es versteht sich, dass die Erfindung auch bei elektrischen Antrieben oder sogenannten Hybridantrieben anwendbar ist, deren Aktorglied beispielsweise pneumatisch und elektrisch angetrieben wird. Die Bewegungskorridore sind beispielsweise durch eine erste und zweite Position eines Aktorglieds definiert.

Bei einem Dreh-Aktor handelt es sich dabei um eine Drehposition, bei einem Linearaktor um eine Längsposition. Die Bewegungskorridore werden dabei so definiert, dass der jeweilige Aktor nicht mit einem Hindernis, beispielsweise nicht mit einem anderen Aktor kollidiert. Während eines Arbeitstaktes oder Prozesstaktes durchläuft ein Aktor zweckmäßigerweise je einmal seinen jeweiligen Aktor-Bewegungskorridor.

Die Bewegungskorridore bzw. die Grenzparameter für diese Bewegungskorridore können über eine Bedienschnittstelle, z.B. eine grafische Bedienoberfläche, einen Web-Browser oder dergleichen, eingegeben werden.

Besonders bevorzugt ist ein sogenannter Lernmodus, bei dem einer oder mehrere der Aktoren jeweils unter zumindest teilweise manueller Steuerung eines Bedieners verstellt oder betätigt werden, z.B. entlang einer Soll-Bewegungsbahn, um den Bewegungskorridor zu ermitteln. Die Aktoren oder diesen zugeordnete Positionsmesseinrichtungen, die auch einen Bestandteil der Aktoren bilden oder an diese angebaut sein können, senden beispielsweise dann die Position, die der Bediener angefahren hat, als Positionsmesswerte an das Steuermodul. Diese Positionen können die Grenzparameter betreffen, die die Randbereiche der jeweiligen Bewegungskorridore definieren. Möglich ist es auch, dass die Positionsmesseinrichtungen in diesem Lernmodus Sollparameter einer Sollbewegungsbahn an das Steuermodul übermitteln. Auf diesem Wege lassen sich die Aktor-Bewegungskorridore, das heißt die Aktionsräume der Aktoren, auf einfachem Wege dem Steuermodul übermitteln.

Die Aktor-Bewegungskorridore sind durch zeitliche und/oder örtliche Kollisionsräume und/oder Verstellgrenzen der Aktoren begrenzt, beispielsweise durch maximale Linearwege oder Hübe von Linearantrieben, durch Maximalgeschwindigkeiten oder dergleichen. Die Aktionsräume oder Bewegungskorridore können sich in den Kollisionsräumen überschneiden. Auch wenn der Aktor mit einem sonstigen Hindernis kollidieren würde, ist dies als Kollisionsraum anzusehen. Innerhalb der örtlich und/oder zeitlich definierten Bewegungskorridore, das heißt innerhalb der Grenzparameter, variiert das Steuermodul die Steuerparametersätze, beispielsweise durch Permutation von Steuerparametern innerhalb der Grenzbereiche.

Für jeden der Steuerparametersätze ergeben sich andere Arbeitstaktzeiten der einzelnen Aktoren und somit jeweils eine Gesamt-Prozesszeit, die für die Handhabung oder Bearbeitung des Gegenstandes erforderlich ist. Beispielsweise summiert das Steuermodul die individuellen Prozesszeiten oder Taktzeiten, die die einzelnen Aktoren bei einem jeweiligen Steuerpa rametersatz zur Handhabung und Bearbeitung des Gegenstandes benötigen.

Das Steuermodul wählt zweckmäßigerweise selbsttätig denjenigen Steuerparametersatz, mit der kürzesten Prozesszeit als optimierten Steuerparametersatz aus.

Neben der Selbstoptimierung, bei der das Steuermodul einen optimalen Steuerparametersatz selbsttätig ermittelt, ist auch ein sozusagen halbautomatischer Modus möglich, bei der ein Bediener mit seinem Wissen und seinen Kenntnissen eingreifen kann, beispielsweise um Steuerparameter auszuwählen, zu modifizieren oder dergleichen. Das Steuermodul bietet dem Bediener der Anlage z.B. einen oder mehrere Steuerparametersätze über die Bedienschnittstelle zur Auswahl an. Dabei zeigt das Steuermodul zweckmäßigerweise den jeweiligen Steuerparametersatz sowie die zugehörige Prozesszeit für den Gesamtprozess und/oder die Prozesszeit bzw. den Arbeitstakt eines Aktors oder die Arbeitstakte mehrerer Aktoren an. Der Bediener kann denjenigen Steuerparametersatz auswählen, den er für den am besten geeigneten hält, und das Steuermodul oder eine weitere Steuerung, z.B. eine speicherprogrammierbare Steuerung, anweisen, die Aktoren anhand dieses ausgewählten Steuerparametersatzes zu betreiben.

Es ist auch möglich, dass an der Eingangsschnittstelle, z.B. an der Bedienoberfläche, Steuerparameter modifizierbar sind, dass Steuerparameter als modifizierbare oder nicht modifizierbare, als optimierbare oder nicht optimierbare Parameter festgelegt werden. An der Eingangsschnittstelle kann auch ein Pufferabstandswert oder Sicherheitsabstandswert für einen oder mehrere Grenzparameter der Bewegungskorridore vorgegeben werden. Zweckmäßigerweise variiert das Steuermodul die Steuerparameter, bei denen es sich beispielsweise um Positionswerte, Geschwindigkeitswerte, Bremswerte oder Beschleunigungswerte, Dämpfungswerte etc. handelt, so, dass dieser Sicherheitspuffer bzw. Pufferabstand zu den Grenzparametern nicht berührt wird.

Bei den Steuerparametern kann es sich auch um Druckwerte oder Durchflusswerte eines Druckmediums handeln, das zur Betätigung der Aktoren, beispielsweise hydraulischer oder pneumatischer Aktoren, verwendet wird.

Die Eingangsschnittstelle ist vorteilhafterweise zum Empfang von Positionswerten ausgestaltet, die die jeweilige Position der Aktorglieder der Aktoren repräsentieren und die mindestens eine Positionsmesseinrichtung an das Steuermodul sendet. Die Positionsmesseinrichtung ist vorteilhafterweise Bestandteil eines jeweiligen Aktors. Die Positionsmesseinrichtung sendet die Positionswerte beispielsweise als digitale und/oder analoge Werte an das Steuermodul.

Es ist auch möglich, Positionsmesseinrichtungen oder sonstige Sensoren zu verwenden, die nicht unmittelbar an die Aktoren oder Antriebe angekoppelt sind, sondern als von den Aktoren separate Baueinheiten realisiert sind.

Die Sensoren, beispielsweise optische und/oder akustische Sensoren, können. kabelgebunden, z.B. über USB (Universal Serial Bus), oder drahtlos, z.B. über WLAN, an das Steuermodul angekoppelt werden.

Zweckmäßigerweise sind die Erfassungsmittel zur Erfassung individueller Prozesszeiten oder Arbeitstakte eines oder mehrerer Aktoren ausgestaltet. Die individuellen Prozesszeiten oder Arbeitstakte der Aktoren können eine Basis für einen Summen-Prozesszeitwert bilden, den die Erfassungsmittel bilden.

Eine vorteilhafte Maßnahme sieht vor, dass das Steuermodul die aktuellen Prozesszeiten oder Arbeitstakte der Aktoren erfasst und mit einer Soll-Prozesszeit des jeweiligen Aktors vergleicht, z.B. um eine Meldung zu generieren, wenn eine aktuelle Prozesszeit von einer Soll-Prozesszeit um einen vorbestimmten Wert abweicht. Die dazu erforderlichen optischen und/oder akustischen Ausgabemittel sind beispielsweise Be standteil der vorher erläuterten Bedienoberfläche für das Steuermodul. Auf diesem Wege ist ein gestörter Antrieb leicht ermittelbar.

Zweckmäßigerweise speichert das Steuermodul zusätzlich zu dem "optimalen" Steuerparametersatz weitere Steuerparametersätze, die bei Eintritt einer vorbestimmten Bedingung von dem Steuermittel als Ersatz-Steuerparametersätze verwendet werden können. Bei der Randbedingung handelt es sich beispielsweise um eine Störung der Anlage, um einen Druckabfall oder dergleichen.

Das Steuermodul bildet zweckmäßigerweise einen Bestandteil einer pneumatischen Ventilbatterie zur pneumatischen Ansteuerung eines oder mehrerer Aktoren. Die Ventilbatterie stellt Druckluft zur Ansteuerung der Aktoren, beispielsweise pneumatischer Linearantriebe, bereit. Das Steuermodul kann auch einen Bestandteil eines der Aktoren bilden, an den die weiteren Aktoren angeschlossen sind.

Das Steuermodul kann in Hardware und/oder Software realisiert sein, beispielsweise in der Art einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgestaltet sein. Das Steuermodul kann aber auch zumindest teilweise als eine Art Zusatzsoftware für eine speicherprogrammierbare Software ausgestaltet sein, beispielsweise ein sogenanntes Plug-in bilden.

Zweckmäßigerweise hat das Steuermodul eine Diagnoseschnittstelle, über die es Steuerparameter und/oder aktuelle Prozesszustände ausgeben kann. Beispielsweise gibt das Steuermodul über Übersichtsdarstellung aus, bei der aktuelle Prozesszustände, z.B. aktuelle Taktzeiten, Soll-Prozesszuständen, beispielsweise Soll-Arbeitstakten, im Rahmen einer Übersichtsdarstellung gegenübergestellt werden. Auch weitere Informationen können an der Diagnoseschnittstelle ausgegeben werden, beispielsweise die Grenzwerte, die die Bewegungskorridore definieren, Positionsmesswerte oder dergleichen.

Die Diagnoseschnittstelle ist zweckmäßigerweise zu Dokumentationszwecken nutzbar. Beispielsweise können Daten über den Prozessablauf, Grenzwerte, Vorgabewerte oder andere Informationen (z.B. optimierbare Werte, nicht optimierbare = fixe Werte, Messwerte) oder dergleichen im Rahmen einer Systemdokumentation gespeichert werden. Diese Dokumentation kann vorteilhaft als Ergänzung zu einer Dokumentation einer speicherprogrammierbaren Steuerung verwendet werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine schematisch dargestellte Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Steuermodul zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Prozesszustand,
2a bis 2b weitere Prozesszustände der Anordnung gemäß 1 bei der Handhabung und Bearbeitung von Gegenständen,
3 eine grafische Darstellung einer Gesamtprozesszeit in Abhängigkeit von unterschiedlichen Steuerparametern, die das Steuermodul gemäß 1 selbsttätig erzeugt, und
4 eine schematische, funktionale Ansicht des Steuermoduls gemäß 1.
Eine Anordnung 10 mit Aktoren 11, 12, 13 und 14 dient zur Bearbeitung von Gegenständen 15, beispielsweise eine Komponente für eine Kraftfahrzeug, in die eine Komponente 16, z.B. eine Kugel, eingepresst wird. Die Aktoren 11-14 wirken bei der Bearbeitung und Handhabung der Gegenstände 15 zusammen und werden von einem Steuermodul 17 gesteuert. Die Aktoren 12-14 sind Linearantriebe. Das Steuermodul könnte abweichend von der Zeichnung einen Bestandteil eines Aktors 11, 12, 13 oder 14 bilden. Vorliegend ist das Steuermodul 17 jedoch ein Bau teil einer Ventilbatterie 18 zur pneumatischen Ansteuerung der Aktoren 11, 12, 13, die vorliegend pneumatische Antriebe sind, sowie zur elektrischen Ansteuerung des Aktors 11, der einen elektrischen Linearantrieb 21 und einen Drehantrieb 23 umfasst.
Der Aktor 11 entnimmt die Gegenstände 15 von einer Bereitstellungseinrichtung bzw. Zu-Fördereinrichtung 19, z.B. einem Förderband, das die Gegenstände 15 der Anordnung 10 zuführt. Ein Aktorglied 20 eines elektrischen Linearantriebs 21 ergreift mit einem Greifer 22 einen der Gegenstände 15 von der Fördereinrichtung 19. Ein Drehantrieb 23 des Aktors 11, auf dem der Linearantrieb 21 angeordnet ist, dreht den Linearantrieb 21 in Richtung eines Bearbeitungsplatzes 24, wo der Linearantrieb 21 den jeweiligen Gegenstand 15 ablegt.
An dem Bearbeitungsplatz 24 presst der Aktor 13 die Komponente 16, beispielsweise eine Kugel, in den dort bereitstehenden Gegenstand 15 ein.
Sodann schiebt der Aktor 12 den Gegenstand 15 von dem Bearbeitungsplatz 24 zu einem Messplatz 25. Eine Kamera 26 oder eine sonstige Messeinrichtung prüft an dem Messplatz 25 eine oder mehrere Eigenschaften des fertig bearbeiteten Gegenstandes und übermittelt Messwerte beispielsweise über einen Bus 27 an einen Steuer- und Überwachungsrechner 28, beispielsweise einen Personal-Computer. Sodann schiebt der Aktor 14 den Gegenstand 15 von dem Messplatz 25 zu einer Fördereinrichtung 29, beispielsweise einem Förderband, das die fertig bearbeiteten Gegenstände 15 aus der Anordnung 10 wegfördert.
Das Steuermodul 17 steuert den Aktor 11 drahtlos über Funk. Ein Funkmodul 30, das über einen internen Bus 31 der Ventilbatterie 18 mit dem Steuermodul 17 gekoppelt ist, sendet Steuersignale 91 des Steuermoduls 17 über Funk an eine lokale Steuerungseinrichtung 33 des Aktors 11. Eine Positionsmesseinrichtung 34 erfasst die Position des Aktorgliedes 20 und sendet Positionswerte 35, ebenfalls drahtlos, über das Funkmodul 30 an das Steuermodul 17.
Die Aktoren 12-14 sind vorliegend pneumatische Arbeitszylinder, deren Aktorglieder 36, 37, 38 mit Druckluft 39 betätigbar sind. Kolben 40 der Aktorglieder 36, 37, 38 sind in Gehäusen 41, 42, 43 linear hin- und her beweglich gelagert und werden durch über Druckluftanschlüsse 44 in die Gehäuse 41, 42, 43 einströmende Druckluft 39 betätigt. Als Ventilmodule ausgestattete Ventile 45, 46, 47 speisen die Druckluft 39 über Druckluftleitungen 48-50 in die Druckluftanschlüsse 44 der Aktoren/Antriebe 12, 13, 14 ein. Die Ventile 45, 46, 47 sind vorliegend elektrisch betätigbare Ventile, die von dem Steuermodul 17 über den Bus 31 ansteuerbar sind.
Die Ventile bzw. Ventilmodule 45, 46, 47 sind über den Bus 31 mit dem Steuermodul 17 gekoppelt und erhalten über den Bus 31 Steuerbefehle zur Druckluftbeaufschlagung bzw. Entlüftung der Aktoren 12, 13, 14 von dem Steuermodul 17. Die Ventile 45, 46 sind neben dem Steuermodul 45 in der Ventilbatterie 18 aneinander gereiht. Die Ventile 45, 46, 47 erhalten die Druckluft 39 aus einer Druckluftquelle 51, die in einen in der Figur nicht gezeigten, zweckmäßigerweise durch die Ventile 45, 46, 47 gebildeten Fluidverteiler eingespeist wird. Die Ventilbatterie 18 kann weitere Module enthalten, beispielsweise ein Schalldämpfermodul 52.
Das Steuermodul 17 ist über den Bus 27 an den Steuer- und Überwachungsrechner 28 angekoppelt. Der Bus 27 kann ein Feldbus sein oder in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise ein Ethernet-Bus, das Internet oder dergleichen.
Vorn an den Aktorgliedern 36, 37, 38 sind Greifer 53, 54, 55 zum Ergreifen der Gegenstände 15 oder der Komponenten 16 angeordnet. Die Positionsmesseinrichtung 34 und Positionsmesseinrichtungen 56, 57, 58 der Aktoren 12, 13, 14 erfassen die aktuellen Positionen der Aktorglieder 36-38 und senden entsprechend Positionswerte 35 über Leitungen 59 an das Steuermodul 17. Die Positionsmesseinrichtungen 56-58 senden die Positionswerte 35 als digitale oder analoge Werte.
Bei einer konventionellen Anordnung wären beispielsweise diskrete Zylinderschalter bzw. Positionssensoren vorhanden, die an den Gehäusen 41, 42, 43 entlang einer jeweiligen Längsposition verschiebbar sind, um die Arbeitsbereiche oder Bewegungskorridore der Aktoren 12, 13, 14 zu begrenzen. Bei Erreichen der jeweiligen Längsposition der Aktorglieder 36, 37, 38 würde eine Schalthandlung bei den Ventilen 45, 46, 47 ausgelöst werden, beispielsweise wird eine Druckluftzufuhr gestoppt, so dass das Aktorglied 36, 37 oder 38 anhielte. Die Optimierung der jeweiligen Längspositionen dieser Positionssensoren, die diskrete Schaltpunkte festlegen, ist schwierig. Zur Lösung dieser Problematik sind bei der Anordnung 10 folgende Maßnahmen getroffen:
An einer Eingangsschnittstelle 70 des Steuermoduls 17 sind Grenzparameter G11, G12, G13 und G14 von Aktor-Bewegungskorridoren 61, 62, 63, 64 der Aktoren 11-14 definierbar. Die Aktor-Bewegungskorridore 61-64 bilden örtlich, zweckmäßigerweise auch zeitlich definierte Aktionsräume, in denen sich Aktoren 11-14 kollisionsfrei bewegen können. Die Aktoren 11-14 kollidieren innerhalb der Bewegungskorridore 61-64 nicht miteinander oder einem sonstigen Hindernis. Die Grenzparameter G11-G14 umfassen beispielsweise örtliche Grenzen der Bewegungskorridore 61-64. Aber auch zeitliche Grenzwerte, Geschwindigkeitsgrenzwerte, Beschleunigungswerte oder Bremswerte, Druckwerte oder Durchflusswerte des Druckmediums bzw. der Druckluft 39 sind als Grenzparameter G11-G14 definierbar.
Die Eingangsschnittstelle 70 enthält beispielsweise eine Bedienschnittstelle oder Bedienoberfläche 71 für einen Bediener der Anordnung 10. Die Bedienoberfläche 71 ist beispielsweise eine grafische Bedienoberfläche, die mittels eines Displays 72 sowie Bedientasten 73 oder sonstiger Eingabemittel bedienbar ist. Die Bedienoberfläche 71 kann auch einen Web-Server umfassen, der einen Browser 74 bedient, der beispielsweise durch den Steuer- und Überwachungsrechner 28 ausführbar ist. Das Steuermodul 17 ist somit beispielsweise über das Internet bedienbar, konfigurierbar und parametrierbar. Jedenfalls kann ein Bediener zweckmäßigerweise interaktiv an der Eingangsschnittstelle 70 die Grenzparameter G11, G12, G13 und G14, Steuerparameter oder dergleichen definieren.
Auch über eine Bus-Schnittstelle 75, beispielsweise eine USB-Schnittstelle, können die Grenzparameter G11-G14 definiert und dem Steuermodul 17 übermittelt werden.
Eine besonders einfache und bevorzugte Vorgehensweise sieht vor, dass die Grenzparameter G11-G14 zumindest teilweise in einem Lernmodus/Teach-Modus definiert werden. Ein Bediener der Anordnung 10 verfährt dabei unter teilweise manueller Steuerung die Aktoren 11-14 entlang der jeweiligen Ränder oder Grenzen der Aktor-Bewegungskorridore 61-64 oder zu diesen Rändern hin. Die Positionsmesseinrichtungen 34, 56-58 übermitteln die jeweilige Position der Grenzen der Aktor-Bewegungskorridore 61-64 als Positionswerte 35 an das Steuermodul 17. Beispielsweise betätigt der Bediener die Bedientasten 73 zur Ansteuerung der Ventile 45-47, die ihrerseits durch entsprechende Druckluftbeaufschlagung die Aktoren 12, 13, 14 zu den jeweiligen Grenzen der Bewegungskorridore 62-64 verfahren.
Beispielsweise ist der Drehantrieb des Aktors 11 zwischen einer zur Fördereinrichtung 19 geschwenkten Drehposition und einer zum Bearbeitungsplatz 24 geschwenkten Drehposition verschwenkbar. Ferner ist der Linearantrieb 21 zwischen einer eingefahrenen Stellung (z.B. in 2b gestrichelt eingezeichnet) und einer ausgefahrenen Stellung verfahrbar. Die ausgefahrene Stellung ist beispielsweise zum Ergreifen der Gegenstände 15 auf der Fördereinrichtung 19 und zum Ablegen der Gegenstände 15 am Bearbeitungsplatz 24 erforderlich. Die Position und zugehörigen Positionswerte zum Ergreifen bzw. Ablegen der Gegenstände 15 sind feste, nicht veränderliche Grenzparameter G11a des Aktor-Bewegungskorridores 61. Zwischen diesen fixierten und unveränderlichen Positionen liegen jedoch veränderbare Grenzparameter G11b. Beispielsweise besteht ein gewisser Freiheitsgrad darin, wie weit das Aktorglied 20 in das Gehäuse des Linearantriebs 21 eingefahren wird, wenn der Aktor 11 zwischen den beiden mit gestrichelten und durchgezogenen Linien gezeichneten Schwenkpositionen in 2a verschwenkt und dabei beispielsweise die in der 2b gezeichnete Drehposition einnimmt.
Während des Lernmodus kann der Bediener beispielsweise durch Drücken der Bedientasten 73 das Steuermodul 17 anweisen, von der Positionsmesseinrichtung 34 übermittelte Positionswerte 35 als Grenzparameter G11 in einen Speicher 76 zu speichern, der flüchtige und zweckmäßigerweise auch nicht-flüchtige Speicherbereiche aufweist, beispielsweise Flash-Memory.
Ferner kann der Bediener innerhalb der Grenzparameter G11 Soll-Parameter S11 für eine Soll-Bewegungsbahn 65 des Aktors 11 definieren, z.B. über den Lernmodus und/oder über die Be dienoberfläche 71. Die Soll-Bewegungsbahn 65 ist für den Greifer 22 eingezeichnet.
Ebenfalls in dem Lernmodus kann der Bediener Positionswerte P12a-P12c des Aktorglieds 36 des Aktors 12 als Grenzparameter G12 des Bewegungskorridores 62 ermitteln, indem er den Aktor 12 derart ansteuert, dass er die Positionen P11a bis P11c anfährt und die zugeordnete, vorteilhaft einen Bestandteil des Aktors 12 bildende Positionsmesseinrichtung 56 entsprechende Positionswerte 35 an das Steuermodul 17 sendet. Sinngemäß gleichartig werden Positionswerte P13a, P13b als Grenzparameter G13 des Bewegungskorridores 63 durch Betätigen des Aktors 13 und Positionswerte P14a-P14c als Grenzwerte G14 des Bewegungskorridors 64 des Aktors 14 ermittelt und definiert.
Die Positionswerte P12a bis P14c sind Längspositionswerte der Aktorglieder 36, 37, 38. In der Zeichnung sind die Bewegungskorridore 62-64 aus Veranschaulichungsgründen als Ellipsen dargestellt. Betrachtet man nur die vorderen Enden der Aktorglieder 36-38 sind die Bewegungskorridore 62-64 Linien.
Nachdem die Grenzparameter G11-G14 mittels des Lern-Betriebs ermittelt sind, sind sie zweckmäßigerweise an der Bedienoberfläche 71 editierbar, das heißt der Bediener kann die Grenzparameter G11-G14 modifizieren, festlegen, ob einer oder meh rere der Grenzparameter G11-G14 eine feste Grenze markiert oder eine variable, optimierbare Grenze, oder dergleichen. Zweckmäßigerweise kann der Bediener auch einen Puffer oder Sicherheitsabstand bezüglich der Grenzparameter G11-G14 festlegen. Beispielsweise kann der Bediener an der Bedienschnittstelle und/oder in dem vorher erläuterten Lernmodus einen Pufferabstandswert D12 einstellen, der eine dem Positionswert P12c vorgelagerte Längsposition des Aktorglieds 36 definiert. Das Aktorglied 36 darf zwar in Positionen zwischen den Werten D12 und P12c bewegt werden, allerdings ist ein Aufenthalt in diesem Sicherheitsbereich als Sicherheitsabstand einzuhalten.
Es versteht sich, dass die obigen Ausführungen zu Grenzparametern G11-G14 nur beispielhaft sind, da beispielsweise eine zeitliche Komponente ebenfalls wesentlich sein kann. Zum Beispiel überschneiden sich die Bewegungskorridore 62, 63, wie man in 2b erkennt, wenn ausschließlich die bisher erläuterten Positionswerte P12a-P14c definiert sind. Um Kollisionen in den Überschneidungsbereichen bzw. Kollisionsräumen 66 zu vermeiden, kann der Bediener weitere Positionswerte, beispielsweise die Ränder der Kollisionsräume, als Positionswerte und Grenzwerte für die Aktoren 12, 13, 14 festlegen, z.B. mit Hilfe eines erweiterten Lernmodus und/oder an der Bedienoberfläche 71.
Steuermittel 77 des Steuermoduls 17 generieren Steuerparametersätze 81, 82, 83 mit Steuerparametern 81a-81d, 82a-82d, 83a-83b, 84d zur Ansteuerung der Aktoren 11-14 anhand der Grenzparameter G11-G14 sowie zweckmäßigerweise anhand von Soll-Parametern für Soll-Bewegungsbahnen, der Aktoren 11-14, beispielsweise der Soll-Parameter 511. Die Steuerparameter 83a-83b betreffen beispielsweise Schaltpositionen, Längspositionen der Aktoren 11-14, Geschwindigkeitswerte, Beschleunigungswerte/Bremswerte oder dergleichen.
Die Steuermittel 77 umfassen beispielsweise ein Steuerprogramms 79 und einen Prozessor 78 des Steuermoduls 17, der Programmcode des Steuerprogramms 79 ausführt.
Das Steuermodul 17 generiert anhand der Steuerparametersätze 81-83 Steuersignale 91-94 zur Ansteuerung der Aktoren 11-14. Das Steuermodul 17 gibt die Steuersignale 91-94 über eine Ausgangsschnittstelle 80, beispielsweise eine Busschnittstelle für den Bus 31, aus. Das Funkmodul 30 übermittelt die Steuersignale 91 an den Aktor 11. Die Steuersignale 92-94 hingegen werden von den Ventilmodulen 45, 46, 47 zur Druckbeaufschlagung und Betätigung der Aktoren 12, 13, 14 ausgewertet.
In Abhängigkeit von den unterschiedlichen Parametersätzen 81, 82, 83 (weitere mögliche Steuerparametersätze sind aus Gründen der Vereinfachung nicht näher erläutert) wirken die Aktoren 11-14 bei der Handhabung und Bearbeitung der Gegenstände 15 zusammen und bewegen sich kollisionsfrei.
Die Steuerparametersätze 81, 82, 83 weichen voneinander ab und bewirken unterschiedliche Bewegungsabläufe der Aktoren 11-14. Der zweite Steuerparametersatz 82 ist beispielsweise durch Variation der Steuerparameter 81a-81d gebildet.
Aufgrund der unterschiedlichen Steuerparameter 81a-83d ergeben sich verschiedene Prozesszeiten bzw. Taktzeiten der Aktoren 11 bis 14. Bei dem Steuerparametersatz 81 resultiert beispielsweise eine Gesamttaktzeit Tages der Anordnung 10 mit Taktzeiten T1a-T1d der einzelnen Aktoren 11-14, die größer ist als eine Gesamttaktzeit oder Prozesszeit T2ges, die als eine Summe von Prozesszeiten oder Taktzeiten T2a-T2d der Aktoren 11-14 bei Anwendung des Parametersatzes 82 resultiert. Beim Steuerparametersatz 83 entsteht eine Gesamtprozesszeit oder Taktzeit Tages, die noch größer ist als die Gesamttaktzeiten oder Prozesszeiten T1ges und T2ges.
Eine Zeitfunktion 84 des Steuerprogramms 79 bildet ein Erfassungsmittel zur Ermittelung der Prozesszeiten T1a-T3d und T1ges-T3ges, die die Aktoren 11-14 bei Anwendung der Steuerparametersätze 81-83 jeweils benötigen. Beispielsweise wertet die Zeitfunktion 84 Positionswerte 35 der Positionsmesseinrichtungen 34, 56-58 aus, um die jeweiligen Taktzeiten T1a-T3d der Aktoren 11-14 zu ermitteln und eine Gesamt-Prozesszeit Tages-Tages aus diesen individuellen Prozesszeiten zu ermitteln.
Zweckmäßigerweise wählt das Steuermodul 17 selbsttätig beispielsweise den Steuerparametersatz 82 zur Ansteuerung der Aktoren 11-14 aus, weil dabei die kürzeste Gesamt-Prozesszeit bzw. der kürzeste Gesamtarbeitstakt T2ges der Anordnung 10 resultiert.
Es ist aber auch möglich, dass das Steuermodul 17 beispielsweise die diagrammatische Darstellung gemäß 3 an der Bedienoberfläche 71 ausgibt und dem Bediener ermöglicht, einen der Steuerparametersätze 81-83 für den späteren Betrieb der Anordnung 10 auszuwählen.
Der ausgewählte Steuerparametersatz könnte beispielsweise auch an eine nicht dargestellte externe z.B. speicherprogrammierbare Steuerung zur Steuerung der Anordnung 10 übermittelt werden. Vorliegend bildet jedoch bereits die Ventilbatterie, insbesondere das Steuermodul 17 eine Steuerung für die Anord nung 10, so dass das Steuermodul 17 unmittelbar den optimalen Steuerparametersatz 83 zur Steuerung der Aktoren 11-14 verwenden kann.
An der Bedienoberfläche 71 ist es auch möglich, einen oder mehrere der Steuerparameter 81a-83d zu editieren und gegebenenfalls zu modifizieren, beispielsweise eine Maximalgeschwindigkeit zu definieren, eine Abschaltposition oder dergleichen. Ferner ist es denkbar, dass der Bediener an der Eingangsschnittstelle 70 einen oder mehrere Steuerparameter 81a-83d als unmodifizerbar oder nicht optimierbar festlegt, so dass das Steuermodul 17 diesen Steuerparameter bei einem Optimierungslauf zur Ermittlung optimaler Steuerparameter unverändert lässt.
Die Bedienoberfläche 71 bildet ferner eine Diagnoseschnittstelle zur Ausgabe der Steuerparameter 81a-83d und zweckmäßigerweise auch zur Ausgabe aktueller Prozesszustände. Beispielsweise kann das Steuermodul 17 an der Bedienoberfläche 71 Abweichungen aktueller Prozesszeiten von der an sich gewüsnchten und parametrierten Gesamt-Prozesszeit T2ges anzeigen. Eine Störung der Anlage ist somit leicht erkennbar. Ferner kann das Steuermodul 17 z.B. an dem Display 72, d.h. einem Ausgabemittel 95, auch ein individuelle aktuelle Prozesszeit eines oder mehrerer der Aktoren 11-14 im Vergleich zu den Soll-Prozesszeiten T2a-T2d anzeigen, so dass eine Störung bei einem jeweiligen Aktor 11-14 durch den Bediener visuell und/oder akustisch erkennbar ist.

Claims

Steuermodul zur Steuerung von mindestens zwei Aktoren (11-14), die bei einer Handhabung und/oder Bearbeitung eines Gegenstandes (15) zusammenwirken, mit einer Eingangsschnittstelle (70) zur Definition von Grenzparametern (G11, G12, G13, G14) für Aktor-Bewegungskorridore (61-64) der Aktoren (11-14), wobei die Aktoren (11-14) innerhalb ihrer Aktor-Bewegungskorridore (61-64) bei der Handhabung und/oder Bearbeitung des Gegenstandes (15) zusammenwirken und sich kollisionsfrei bewegen, mit Steuermitteln (77) zur selbständigen Generierung eines ersten Steuerparametersatzes (81) für einen ersten Bewegungsablauf der Aktoren (11-14) und mindestens eines gegenüber dem ersten Steuerparametersatz (81) variierten zweiten Steuerparametersatzes (82) für einen zweiten Bewegungsablauf der Aktoren (11-14), wobei die Steuerparametersätze (81-83) innerhalb der Grenzparameter (G11, G12, G13, G14) der Bewegungskorridore (61-64) liegen, mit einer Ausgangsschnittstelle (80) zum Senden der Steuerparametersätze (81-83) oder daraus generierter Steuersignale (91-94), und mit Erfassungsmitteln (85) zur Ermittlung von Prozesszeiten (T1a-T3d; T1ges-T3ges), die die Aktoren (11-14) bei dem ersten und zweiten Bewegungsablauf jeweils für die Handhabung und/oder Bearbeitung des Gegenstandes (15) benötigen.
Steuermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktor-Bewegungskorridore (61-64) durch zeitliche und/oder örtliche Kollisionsräume (66) und/oder Verstellgrenzen begrenzt sind.
Steuermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktor (11-14) während eines Arbeitstaktes seinen jeweiligen Aktor-Bewegungskorridor (61-64) einmal durchläuft.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (77) den Steuerparametersatz (81-83) mit der kürzesten Prozesszeit als optimierten Steuerparametersatz (81-83) auswählen.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzparameter (G11, G12, G13, G14) und/oder Soll-Parameter (S11) der Bewegungskorridore (61-64) zumindest teilweise im Rahmen eines Lernmodus ermittelbar sind, bei dem die Aktoren (11-14) unter zumindest teilweise manueller Steuerung eines Bedieners an dem Rändern eines jeweiligen Bewegungskorridors (61-64) bzw. entlang einer Soll-Bewegungsbahn (65) betätigt werden.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Eingangsschnittstelle (70) mindestens ein Steuerparameter (81a-83d) modifizierbar und/oder auswählbar ist.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Eingangsschnittstelle (70) für mindestens einen Steuerparameter (81a-83d) festlegbar ist, dass er unmodifizierbar und/oder optimierbar ist.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Eingangsschnittstelle (70) zu mindestens einem der Grenzparameter (G11, G12, G13, G14) eines Bewegungskorridors (61-64) ein vorgelagerter Pufferabstandswert (D12) einstellbar ist.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschnittstelle (70) einen Bestandteil einer Bedienoberfläche (71) für einen Bediener bildet.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerparameter (81a-83d) örtliche Schaltpunkte und/oder zeitliche Schaltpunkte und/oder Geschwindigkeitswerte und/oder Beschleunigungswerte und/oder Bremswerte und/oder Druckwerte und/oder Durchflusswerte eines Druckmediums (39) zur Betätigung der Aktoren (11-14) umfassen.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsschnittstelle (70) zum Empfang von durch mindestens eine Positionsmesseinrichtung (34, 56-58) zur Erfassung der Position von Aktorgliedern (20, 36-38) der Aktoren (11-14) gesendeten Positionswerten (35) ausgestaltet ist.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel (85) zur Erfassung einer individuellen Prozesszeit (T1a-T3d) eines der Aktoren (11-14) ausgestaltet sind.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Ausgabemittel (95) zur Ausgabe einer Meldung bei einer Abweichung aktuellen Prozesszeit eines Aktors (11-14) von seiner Soll-Prozesszeit aufweist.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (77) mindestens einen Steuerparametersatz (81-83) als einen Ersatz-Steuerparametersatz (81-83) speichern und zur Steuerung der Aktoren (11-14) bei Eintritt einer vorbestimmten Bedingung verwenden.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Diagnoseschnittstelle (71) zur Ausgabe von Steuerparametern (81a-83d) und/oder aktueller Prozesszustände aufweist.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (11-14) fluidtechnische und/oder pneumatische und/oder elektrische und/oder elektropneumatische Antriebe umfassen.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Aktoren (11-14) ein elektrischer und/oder pneumatischer Linearantrieb ist, dessen Bewegungskorridor (61-64) durch eine erste und eine zweite Längsposition (P13a, P13c) seines Aktorglieds (20, 36-38) begrenzt ist.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (17) einen Be standteil einer pneumatischen Ventilbatterie (18) zur pneumatischen Ansteuerung der Aktoren bildet.
Steuermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (17) einen Bestandteil eines der Aktoren (11-14), insbesondere eines pneumatischen Aktors, bildet.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es durch einen Prozessor ausführbaren Programmcode aufweist oder durch solchen Programmcode gebildet ist.
Speichermittel mit einem Steuermodul nach Anspruch 20.
Steuerverfahren zur Steuerung von mindestens zwei Aktoren (11-14), die bei einer Handhabung und/oder Bearbeitung eines Gegenstandes (15) zusammenwirken, mit den Schritten: – Definition von Grenzparametern (G11, G12, G13, G14) für Aktor-Bewegungskorridore (61-64) der Aktoren (11-14) bei einem Steuermodul (17), wobei die Aktoren (11-14) bei der Handhabung und/oder Bearbeitung des Gegenstandes (15) zusammenwirken und sich innerhalb ihrer Aktor-Bewegungskorridore (61-64) kollisionsfrei bewegen, – selbständige Generierung eines ersten Steuerparametersatzes (81) für einen ersten Bewegungsablauf der Aktoren und mindestens eines gegenüber dem ersten Steuerparametersatz (81) variierten zweiten Steuerparametersatzes (82) für einen zweiten Bewegungsablauf der Aktoren (11-14) mittels Steuermitteln (77) des Steuermoduls (17), wobei die Steuerparametersätze (81, 82) innerhalb der Grenzparameter (G11, G12, G13, G14) der Bewegungskorridore (61-64) liegen, – Senden der Steuerparametersätze (81-83) oder daraus generierter Steuersignale (91-94), und – Ermittlung von Prozesszeiten, die die Aktoren bei dem ersten und zweiten Bewegungsablauf jeweils für die Handhabung und/oder Bearbeitung des Gegenstandes (15) benötigen, durch das Steuermodul (17).