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Die
Erfindung betrifft eine Baumaschine, insbesondere Straßenbaumaschine,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
sind Baumaschinen unterschiedlicher Ausbildung für den Hoch- oder Tiefbau bekannt.
Für den
Bau von Straßen
werden selbstfahrende Straßenbaumaschinen
eingesetzt, die sich dadurch auszeichnen, dass sie über ein
Chassis und ein Fahrwerk verfügen.
Das Chassis trägt
eine Arbeitseinrichtung, die ein oder mehrere Arbeitsmittel aufweist.
Dabei wird unter Arbeitseinrichtung die Einrichtung verstanden,
mit der die für
den Straßenbau
erforderlichen Arbeiten durchgeführt
werden können.
Hierzu verfügt
die Arbeitseinrichtung über
ein oder mehrere Arbeitsmittel, mit denen die einzelnen Arbeitsschritte durchgeführt werden
können,
die zum Straßenbau erforderlich
sind.
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Als
Straßenbaumaschinen
sind beispielsweise Straßenfräsmaschinen
bekannt, die schadhafte Straßenbeläge wirtschaftlich
abtragen. Die Straßenfräsmaschinen
verfügen
hierzu über
eine Fräseinrichtung,
beispielsweise eine Fräswalze
mit Fräsmeißeln, und
eine Fördereinrichtung
zum Fördern
des abgefrästen
Straßenbelages.
Das Fahrwerk der Straßenfräse kann
Räder-
oder Kettenlaufwerke aufweisen.
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Zur
Steuerung der Arbeitsmittel der Arbeitseinrichtung verfügen die
bekannten Baumaschinen im Allgemeinen über eine speicherprogrammierbare Steuerung
(SPS), bei der es sich um eine elektronische Baugruppe handelt,
die in der Automatisierungstechnik für Steuerungs- und Regelungsaufgaben
eingesetzt wird. Die speicherprogrammierbare Steuerungsvorrichtung
weist Eingänge
und Ausgänge
sowie einen Speicher für
ein Programm auf, nach dem die Steuerungs- und Regelungsaufgaben
durchgeführt
werden.
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Neben
der speicherprogrammierbaren Steuerungsvorrichtung verfügen die
bekannten Baumaschinen im Allgemeinen über eine Einrichtung zur Erfassung
von Betriebsgrößen oder
Betriebszuständen,
zu denen beispielsweise der Öldruck
oder die Kühlmitteltemperatur
des Dieselmotors für
den Antrieb der Baumaschine oder im Falle einer Straßenfräsmaschine
beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit und die Position der
Fräswalze
zählen,
mit der die Frästiefe
vorgegeben wird. Zur Erfassung der Betriebsgrößen oder -zustände weist
die Einrichtung beispielsweise Drucksensoren, Temperaturfühler, Endschalter
oder Grenztaster, Drehzahlgeber oder dgl. auf, deren analoge oder
digitale Signale als Eingangssignale an dem Eingang der speicherprogrammierbaren
Steuerungsvorrichtung anliegen. Am Ausgang der Steuerungsvorrichtung
liegen als Ausgangssignale die Signale zur Steuerung beispielsweise
von Pneumatik- oder Hydraulikventilen, mechanischen oder elektrischen
Schaltern oder dgl. an, mit denen wiederum die Arbeitsmittel der
Arbeitseinrichtung gesteuert werden.
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Darüber hinaus
verfügen
die Baumaschinen über
eine Einrichtung zur Eingabe von Betriebsgrößen oder Betriebszuständen, beispielsweise
die gewünschte
Vorschubgeschwindigkeit der Baumaschine. Die Eingabeeinrichtung
kann verschiedene Schalter und eine Tastatur umfassen, die in einem Bedienfeld
an einem Bedienort der Baumaschine angeordnet sind.
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Neben
der Eingabeeinrichtung weisen die Baumaschinen eine Einrichtung
zur Darstellung von Betriebsgrößen oder
-zuständen
in Form von Zeichen oder Bildern auf, um die Bedienperson über die Betriebsgrößen oder
-zustände
laufend zu informieren.
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Die
Darstellung der Betriebsgrößen oder
-zustände
in Form von Zeichen oder Bildern erfolgt bei den bekannten Baumaschinen
dadurch, dass die für die
Betriebsparameter oder -zustände
relevanten Ausgangssignale der speicherprogrammierbaren Steuerungsvorrichtung über einen
Daten-Bus an den Bedienort übertragen
werden, an dem aus diesen Signalen die für die Darstellung in Form von
Zeichen oder Bildern erforderlichen Signale gewonnen werden, welche
auf einem Monitor dargestellt werden.
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Bei
den Einrichtungen zur Darstellung von Zeichen oder Bildern der bekannten
Baumaschinen handelt es sich um Informationssysteme, die in grafischer
Form beispielsweise mit Bargrafen oder Piktogrammen (Ikonen) Betriebsgrößen oder
Betriebsparameter anzeigen. Die Bargrafen und Piktogrammen werden
bei den bekannten Einrichtungen in Pixeln dargestellt, wobei die
Anzeige monochrom ist. Die bekannten Einrichtungen verfügen über die
für die Darstellung
der Bargrafen und Piktogramme erforderliche Hard- und Software.
Die relative aufwendige Programmierung der Pixeldarstellung erfolgt
werksseitig, kann aber vom Kunden modifiziert werden.
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Nachteilig
ist bei den bekannten Baumaschinen, dass die Darstellung der Betriebsgrößen oder -zustände in Form
von Zeichen oder Bildern am Bedienort bei den bekannten Baumaschinen
eine relativ komplexe Anzeigeeinheit erfordert. Nachteilig ist auch,
dass die Anzeigeeinheit, deren Gehäuse relativ große Abmessungen
hat, am Bedienort verhältnismäßig großen mechanischen
Beanspruchungen durch Erschütterungen
und Hitze oder Kälte
sowie Staub und Schmutz ausgesetzt ist.
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Weiterhin
ist nachteilig, dass mehrere Bedienorte an der Baumaschine eine
Mehrzahl von komplexen Anzeigeeinheiten erforderlich macht, die jeweils über alle
hierfür
erforderlichen Komponenten verfügen
müssen.
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Darüber hinaus
erweist sich die geringe Flexibilität der bekannten Anzeigeeinheiten
als nachteilig, die sich daraus ergibt, dass die Anzeigeeinheit auf
den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt ist. Folglich bedeutet
ein anderer Anwendungsfall den Einsatz einer neuen Anzeigeeinheit
bzw. eines neuen Programms, das speziell für die jeweilige Anzeigeeinheit
geschrieben werden muss. Änderungen
können
sich dabei nicht nur aus technischen Neuerungen, sondern auch aus
den besonderen Anforderungen der Kunden ergeben, die den Einsatz
unterschiedlicher Anzeigeeinheiten und unterschiedlicher Programme
erforderlich machen.
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Die
US 6,665,601 B1 beschreibt
eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Traktor, der über eine
Arbeitseinrichtung verfügt,
insbesondere einen Grubber zieht. Der Traktor mit dem Grubber verfügt über mehrere
Arbeitsmittel zur Ausführung
verschiedener Funktionen sowie mehrere elektronische Steuerungseinheiten
(„ECUs”) zur Steuerung
der Ar beitsmittel für
die Durchführung
der einzelnen Funktionen.
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Das
elektronische Steuerungssystem, das die einzelnen ECUS umfasst,
verfügt über einen
Datenbus, über
den die einzelnen ECUS miteinander kommunizieren. Bei dem Datenbus
handelt es sich insbesondere um einen CAN-Bus. Der Datenbus kann
aber auch nach einem anderen Protokoll arbeiten. Die elektronischen
Steuerungseinheiten (ECUs) verfügen
jeweils über
eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere einen
Mikroprozessor oder Mikrokontroller, und eine Speichereinheit.
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Aus
der
DE 196 05 926
C1 ist ein Straßenfertiger
bekannt, der über
ein Bedientableau mit Bedienelementen sowie Steuer- bzw. Regelkreise
verfügt, die
jeweils mit zugehörigen
Sensoren bzw. Aktoren kommunizieren. Jede Steuer- bzw. Regelkreis
umfasst wiederum eine Verarbeitungseinheit, wobei die Verarbeitungseinheiten über ein
Bussystem kommunizieren.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Baumaschine zu
schaffen, die eine Darstellung von Betriebsgrößen oder Betriebszuständen in
Form von Zeichen oder Bildern mit hoher Flexibilität und einem
geringen technischen Aufwand an einem oder mehreren Bedienorten
der Maschine erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Baumaschine
zeichnet sich dadurch aus, dass neben der speicherprogrammierbaren
Steuerungsvorrichtung eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung
vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass Betriebsgrößen oder
Betriebszustände
als Zeichen oder Bilder auf der Einrichtung zur Darstellung von
Betriebsgrößen oder -zuständen darstellbar
sind. Die Erzeugung der für die
Darstellung der Zeichen oder Bilder erforderlichen Signale erfolgt
somit nicht in der Anzeigeeinheit am Bedienort, an dem die Zeichen
oder Bilder angezeigt werden, sondern zentral in der Datenverarbeitungseinrichtung.
Zur Darstellung der Betriebsgrößen oder
-zustände
an dem Bedienort ist somit nur eine Einrichtung erforderlich, mit
der die Zeichen oder Bilder dargestellt werden können, die in der zentralen
Datenverarbeitungseinrichtung erzeugt werden. Hierzu genügt ein konventioneller
Bildschirm (Display).
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Zum
Austausch von Daten zwischen der speicherprogrammierbaren Steuerungsvorrichtung und
der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung ist mindestens ein erster
Datenbus vorgesehen, der nach einem ersten Datenübertragungsverfahren arbeitet,
während
zum Austausch von Daten zwischen der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung
und der Einrichtung zur Darstellung von Betriebsgrößen oder -zuständen mindestens
ein zweiter Datenbus vorgesehen ist, der nach einem zweiten Datenübertragungsverfahren
arbeitet, das sich von dem ersten Datenübertragungsverfahren unterscheidet,
nach dem der erste Datenfluss arbeitet.
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Während mit
dem mindestens einen ersten Datenbus die Daten ausgetauscht werden,
die sich beispielsweise auf die Steuerung der Baumaschine beziehen,
beispielsweise die Daten, die den Öldruck und die Kühlmitteltemperatur
oder die Position der Fräswalze
angeben, werden über
den mindestens einen zweiten Datenbus die Daten ausgetauscht, die sich
auf die Darstellung der Zeichen oder Bilder beziehen. Der Austausch
der Daten über den
ersten Datenbus setzt im Allgemeinen eine ereignisorientierte Übertragung
der Daten voraus, beispielsweise bei einer Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit oder
einer Änderung
der Fahrtrichtung der Baumaschine, während der Austausch der Daten über den zweiten
Datenbus eine kontinuierliche Datenübertragung voraussetzt, um
die Bedienperson fortlaufend über
die Betriebsgrößen oder
-zustände
informieren zu können.
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Von
Vorteil ist, dass die beiden Busse zur Datenübertragung an die jeweiligen
Anforderungen angepasst werden können.
Für den
Datenaustausch zwischen der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung
und der Einrichtung zur Darstellung der Betriebsgrößen oder
-zustände
kann somit ein Bus eingesetzt werden, der eine Signalübertragung
mit hoher Sicherheit auch über
weite Strecken erlaubt.
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Die
erfindungsgemäße Baumaschine
macht die Verwendung von Standard-Software für die Darstellung der Zeichen
oder Bilder möglich,
die eine hohe Flexibilität
erlaubt. Eine Anpassung an neue Technologien oder an unterschiedliche
Kundenwünsche
kann einfach durch Einlesen einer neuen Software erfolgen, ohne
dass die Einrichtung zur Darstellung der Betriebgrößen oder
-zustände,
die mehrere Bildschirme (Displays) umfassen kann, ausgetauscht werden
müssten.
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Darüber hinaus
wird die Funktionssicherheit dadurch erhöht, dass die zentrale Datenverarbeitungseinrichtung
mit den empfindlichen elektronischen Baugruppen an einem sicheren
Ort der Baumaschine angeordnet werden kann. Die Einrichtung zur
Darstellung der Zeichen oder Bilder muss zwar möglicherweise an einem Ort angebracht
werden, an dem die Einrichtung mechanischen Beanspruchungen durch
Erschütterungen
und Hitze oder Kälte
sowie Staub und Schmutz ausgesetzt ist, dies ist aber weniger problematisch,
da die Einrichtung nicht die empfindlichen elektronischen Komponenten
enthält. Auch
können
die Abmessungen des Gehäuses
der Einrichtung zur Darstellung der Zeichen oder Bilder klein sein.
Beispielsweise genügt
ein flacher Flüssigkristall-Bildschirm (LCD).
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Während beim
Stand der Technik die Anzeigeeinheiten über eine Vielzahl von Eingängen und Ausgängen verfügen, beispielsweise
verschiedene Schnittstellen wie CAN-Busse oder auch eine RS232-Schnittstelle,
genügt
bei der Einrichtung zur Darstellung der Zeichen oder Bilder der
erfindungsgemäßen Baumaschine
ein Eingang für
den Empfang der Videosignale. Daher ist es möglich die Einrichtung in einem
kompakten, hermetisch abgeschlossenen Gehäuse unterzubringen, aus dem
nur ein Verbindungskabel für
die Kommunikation mit der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung
herausgeführt
ist. Es ergibt sich somit eine kleine und robuste Einheit.
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Wenn
die Betriebsgrößen oder
-zustände
an mehreren Bedienorten dargestellt werden sollen, ist nur ein relativ
geringer technischer Mehraufwand erforderlich, da auf eine zentrale
Datenverarbeitungseinrichtung zurückgegriffen wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Baumaschine
ist der mindestens eine erste Datenbus ein CAN-Bus (Controller-Area-Network),
bei dem es sich um ein asynchrones, serielles Bussystem handelt,
das für
die Vernetzung von Steuergeräten
in Automobilen entwickelt worden ist. Mit dem CAN-Bus kann die Länge und Anzahl
der Kabelbäume
reduziert und dadurch Gewicht gespart werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der mindestens eine zweite Datenbus ein LVDS-Bus (Low Voltage
Differential Signaling), bei dem es sich um einen Schnittstellen-Standard
für Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung
handelt, der nach ANSI/TIA/EIA spezifiziert ist.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
sieht vor, dass die zentrale Datenverarbeitungseinrichtung einen
Hauptprozessor zur Durchführung von
Rechenoperationen, beispielsweise einen handelsüblichen Mikroprozessor, und
eine Grafik-Einheit zur Steuerung der Darstellung der Zeichen oder
Bilder für
die Einrichtung zur Darstellung von Betriebsgrößen oder -zuständen aufweist.
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Die
Einrichtung zur Darstellung der Betriebsgrößen oder -zustände kann
ein konventioneller Monitor, beispielsweise ein Flüssigkristall-Bildschirm (LCD),
insbesondere ein TFT-Display sein.
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Die
Einrichtung zur Eingabe von Betriebsparametern oder -zuständen kann
unterschiedlich ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Eingabeeinrichtung
mehrere Schalter und/oder eine oder mehrere Tastaturen auf, wobei
an der Baumaschine ein oder mehrere Eingabeeinrichtungen vorgesehen sein
können.
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Eine
weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Baumaschine
sieht eine Einrichtung zur Aufzeichnung von Bildern an einem oder
mehreren Orten der Baumaschine vor. Beispielsweise können an
einem oder an mehreren Orten der Baumaschine Kameras angeordnet
sein, mit denen der Arbeitsablauf an unterschiedlichen Orten überwacht werden
kann.
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Während eine
erste alternative Ausführungsform
die direkte Kommunikation der Aufzeichnungseinrichtung mit der Einrichtung
zur Darstellung der Betriebsgrößen oder
-zustände,
insbesondere dem Monitor, aufweist, sieht eine zweite alternative
Ausführungsform
ein Datenaustausch zwischen der Aufzeichnungseinrichtung und der
zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung vor. Dies hat den Vorteil,
dass eine Bildverarbeitung in der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung
stattfinden kann. Beispielsweise ist es möglich, die einzelnen Bilder
der einzelnen Kameras unterschiedlichen Displays zuzuordnen oder mehrere
Bilder auf einem Display darzustellen.
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Bei
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wirkt die speicherprogrammierbare Steuerung
mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit derart zusammen, dass
in Abhängigkeit
von einer bestimmten Betriebsgröße oder
einem bestimmten Betriebszustand eine vorgegebene der jeweiligen Betriebsgröße oder
dem jeweiligen Betriebszustand zugeordnete Darstellung von Zeichen
oder Bildern auf der Einrichtung zur Darstellung von Betriebsgrößen oder
Betriebszuständen
darstellbar ist.
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Wenn
die Einrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen oder -zuständen eine
Einrichtung zur Erfassung einer Änderung
der Fahrtrichtung der Baumaschine aufweist, wirkt die speicherprogrammierbare
Steuerung mit der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung derart
zusammen, dass vor der Änderung
der Fahrtrichtung eine erste Darstellung von Zeichen oder Bildern
und nach deren Änderung
eine zweite Darstellung von Zeichen oder Bildern angezeigt wird.
Beispielsweise können
in Abhängigkeit von
der Fahrtrichtung Bilder an unterschiedlichen Orten der Baumaschine
angezeigt werden. Der Wechsel der Anzeige erfolgt dann vollautomatisch
mit der Änderung
der Fahrtrichtung.
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Die
zentrale Datenverarbeitungseinrichtung weist vorzugsweise mindestens
eine Schnittstelle zur Kommunikation mit mindestens einer externen
Einheit auf. Diese Schnittstelle kann beispielsweise eine USB-Schnittstelle,
eine RS232 Schnittstelle oder dgl. sein. Mit diesen Schnittstellen
können
beispielsweise weitere Recheneinheiten für Reparatur- und Diagnosezwecke
oder Drucker oder dgl. angeschlossen werden.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Beispiel einer Straßenfräsmaschine
als Baumaschine in vereinfachter Darstellung und
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2 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung
der Baumaschine und zur Eingabe und Anzeige von Betriebsgrößen oder
-zuständen.
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1 zeigt
die wesentlichen Komponenten einer Straßenfräsmaschine in der Seitenansicht.
Die Straßenfräsmaschine
verfügt über ein
Chassis 1 und ein Fahrwerk 2. Das Fahrwerk 2 der
Fräsmaschine umfasst
vier Kettenlaufwerke 2A, 2B, die an der Vorder-
und Rückseite
auf beiden Seiten des Chassis 1 angeordnet sind. Chassis 1 und
Fahrwerk 2 sind mittels Kolben/Zylinder-Anordnungen 3A, 3B miteinander
verbunden, so dass jedes Kettenlaufwerk höhenverstellbar ist.
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Das
Chassis 1 der Fräsmaschine
trägt eine nur
andeutungsweise dargestellte Arbeitseinrichtung 4, die über verschiedene
Arbeitsmittel verfügt.
Eines der Arbeitsmittel der Fräsmaschine
ist eine unterhalb des Chassis angeordnete Fräseinrichtung 5 und
ein anderes Arbeitsmittel ist eine an der Vorderseite der Maschine
angeordnete Fördereinrichtung 6.
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Die
Fräseinrichtung 5 weist
eine Fräswalze 5A auf,
die mit Fräsmeißeln bestückt ist.
Die Fräswalze 5A ist
mittels der Kolben/Zylinder-Anordnungen 3A, 3B höhenverstellbar,
um eine vorgegebenen Frästiefe
einstellen zu können.
Die Fördereinrichtung 6 weist
ein an dem Chassis 1 befestigtes erstes Förderband 8A,
das mittels einer Kolben-Zylinder-Anordnung 9 verschwenkbar ist,
und ein zweites Förderband 8B auf.
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Die
Straßenfräsmaschine
verfügt
weiterhin über
einen innerhalb des Chassis angeordneten Dieselmotor 10,
der nur andeutungsweise dargestellt ist.
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Darüber hinaus
verfügt
die Fräsmaschine über eine
Vielzahl von Sensoren, beispielsweise Drucksensoren, Temperaturfühler etc.
sowie Aktoren, beispielsweise hydraulische oder pneumatische Ventile
oder Relais, um die einzelnen Arbeitsmittel der Arbeitseinrichtung
steuern zu können.
Diese an unterschiedlichen Orten angeordneten Sensoren oder Aktoren
sind in 1 nicht dargestellt.
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Zur
Aufnahme von Bildern weist die Straßenfräsmaschine eine Einrichtung 11 auf,
die insgesamt vier Kameras 11A, 11B, 11C und 11D umfasst.
Die einzelnen Kameras sind an unterschiedlichen Orten der Fräsmaschine
angeordnet.
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Während des
Betriebs der Fräsmaschine wird
der Straßenbelag
mit der Fräswalze 5A der
Fräseinrichtung 5 abgetragen,
wobei das Fräsgut
mittels des Förderbandes 8 der
Fördereinrichtung 6 auf
einen LKW verladen wird.
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Die
Kamera 11A an der Fördereinrichtung 6 dient
der Überwachung
der LKW-Verladung, die Kamera 11B der Überwachung der zu bearbeitenden Oberfläche ummittelbar
vor der Fräseinrichtung 5, die
Kamera 11C der Überwachung
des Arbeitsergebnisses und die Kamera 11D der Überwachung
des hinteren Maschinenbereichs. Der Maschinenführer sitzt auf einem Fahrersitz 12 am
Fahrerstand 13.
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Nachfolgend
wird die Vorrichtung zur Steuerung der erfindungsgemäßen Baumaschine
sowie der Eingabe und Anzeige von Betriebsgrößen oder -zuständen unter
Bezugnahme auf 2 im Einzelnen beschrieben,
wobei die Beschreibung der Steuer- und Anzeigevorrichtung auf die
unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Straßenfräsmaschine Bezug
nimmt, um die Funktion der einzelnen Baugruppen anhand von Beispielen
deutlich werden zu lassen. Es sei aber bemerkt, dass die in 2 gezeigte
Vorrichtung in allen Arten von Baumaschinen vorgesehen sein kann
und als Prinzipdarstellung über
das hinausgeht, was mit der Straßenfräsmaschine von 1 an
Arbeitsprozessen möglich
ist.
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Die
erfindungsgemäße Steuer-
und Eingabe- und Anzeigevorrichtung umfasst eine Einrichtung 14 zur
Steuerung der Straßenfräsmaschine
und eine Einrichtung 15 zur Darstellung von Betriebsgrößen oder
-zuständen
in Form von Zeichen oder Bildern.
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Die
Steuereinrichtung 14 ist an einem geschützten Ort innerhalb des Chassis 1 der
Maschine angeordnet. Die Einrichtung 15 zur Darstellung
von Zeichen oder Bildern weist mehrere Anzeigeeinheiten 15A, 15B auf,
die an unterschiedlichen Orten der Baumaschine angeordnet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel
der Straßenfräsmaschine
von 1 befindet sich eine Anzeigeeinheit 15A im
Sichtfeld des Maschinenführers
am Fahrerstand 13.
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Die
Steuereinrichtung 14 weist eine speicherprogrammierbare
Steuerungsvorrichtung 16 und eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 17 auf. Die
speicherprogrammierbare Steuerungsvorrichtung 16 (SPS) übernimmt
die eigentliche Steuerung der Straßenfräsmaschine. Aufbau und Funktionsweise
einer speicherprogrammierbaren Steuerungsvorrichtung sind dem Fachmann
bekannt. Die Steuerungsvorrichtung empfängt Daten von den Sensoren der
Baumaschine, verarbeitet diese Daten und sendet Daten an die Aktoren
der Baumaschine. Die Daten lassen sich in unterschiedliche Gruppen
unterteilen, die in 1 bezeichnet sind. Zu diesen
Daten zählen
die Daten, die die Maschine 16a, die Bedienung 16b,
die Diagnose 16c und die Programmierung 16d betreffen.
Beispielsweise empfängt
die speicherprogrammierbare Steuerungsvorrichtung die Ausgangssignale
des Temperaturfühlers
der Straßenfräsmaschine
für die
Messung der Kühlmitteltemperatur
des Dieselmotors 10 oder des Drucksensors zum Messen des Öldrucks
oder eines Positionsgebers zur Erfassung der Position der Fräswalze 5A oder
der Position des Förderbandes 8 sowie eines
Fahrtrichtungsgebers zur Erfassung der Fahrtrichtung.
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Die
zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 17 umfasst einen
Hauptprozessor 17A sowie eine Grafik-Einheit 17B.
Die zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 17 ist mit der
speicherprogrammierbaren Steuerungsvorrichtung 16 über mehrere
CAN-Busse 18A bis 18D miteinander verbunden, von
denen jeweils einer die einer bestimmten Gruppe von Daten zugeordneten
Daten überträgt. Beispielsweise
werden mit dem Datenbus 18A, die sich auf den Dieselmotor
beziehenden Daten, beispielsweise die Kühlmitteltemperatur oder der Öldruck, übertragen,
während über den
Datenbus 18B die sich auf die Bedienung der Maschine beziehenden
Daten übertragen werden.
Der CAN-Bus arbeitet nach dem CSMA/CA Verfahren, das eine sichere
Datenübertragung
auch bei relativ großen
Leitungslängen
erlaubt.
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Zur
Eingabe von Betriebsgrößen oder
-zuständen,
beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit, Fahrtrichtung oder Frästiefe,
verfügt
die Straßenfräsmaschine über eine
Einrichtung 19, die ebenfalls im Sichtfeld des Maschinenführers am
Fahrerstand 13 seitlich neben dem Fahrersitz 12 angeordnet
ist. Die Einrichtung 19 weist mehrere Schalter und/oder
eine Tastatur auf. Die sich auf die Maschine und die Bedienung,
aber auch die auf die Diagnose oder die Programmierung beziehenden
Daten können
auf den Anzeigeeinheiten 15A, 15B in Form von Zeichen
oder Bildern übersichtlich
dargestellt werden.
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Sämtliche
Daten werden in dem Hauptprozessor 17A verarbeitet. Der
Hauptprozessor 17A verfügt
noch über
weitere Schnittstellen, beispielsweise eine USB-Schnittstelle USB,
für den
Anschluss eines Datenspeichers, einer Bluetooth-Verbindung oder
eines Druckers. Des Weiteren ist eine RS232-Schnittstelle vorgesehen,
an denen beispielsweise ein Drucker oder ein PC für die Programmierung
angeschlossen werden kann. Darüber
hinaus ermöglicht
der Hauptprozessor eine kabelgebundene Datennetztechnologie für lokale Datennetze
(Ethernet).
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Der
Hauptprozessor 17A kommuniziert mit der Grafik-Einheit 17B über einen
internen Bus. Die Grafikeinheit 17B steuert die Bildschirmanzeige
der Anzeigeeinheiten 15A, 15B. Hierfür erzeugt
die Grafik-Einheit die erforderlichen Video-Signale, die eine Darstellung
von Zeichen und Bildern ermöglicht.
Aufbau und Funktion einer derartigen Grafik-Einheit, die in einem Personal Computer
PC auch als Grafikkarte bezeichnet wird, sind dem Fachmann bekannt.
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Die
Anzeigeeinheiten 15A und 15B weisen jeweils einen
Monitor 15A' 15B', vorzugsweise
ein Flüssigkristall(LC)-Display,
insbesondere ein TFT-Display auf. Aufbau und Funktionsweise einer derartigen
Anzeigeeinheit sind dem Fachmann bekannt. Es handelt sich bei den
Anzeigeeinheiten grundsätzlich
um konventionelle Bildschirme (Monitor).
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Neben
dem Display weist jede Anzeigeeinheit eine Bedieneinheit 15A'', 15B'' auf,
mit der die Baumaschine bedient werden kann. Die Bedieneinheiten 15A'', 15B'' zur
Eingabe bestimmter Maschinenbefehle kommunizieren mit der zentralen
speicherprogrammierbaren Steuerungsvorrichtung 16 oder
der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
die Bedieneinheit 15A'' in dem Gehäuse des
Monitors 15A' der
Anzeigeeinheit 15A untergebracht, während die Bedieneinheit 15B'' eine separate Einheit ist, die
in einem anderen Gehäuse
untergebracht ist.
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Neben
den Bedieneinheiten für
die Maschinenbedienung können
die Anzeigeeinheiten noch über
Regler oder Knöpfe
verfügen,
mit denen die Anzeigeeinheiten selbst bedient werden können, beispielsweise
Helligkeit oder Kontrast eingestellt werden können.
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Die
Anzeigeeinheiten 15A, 15B sind mit der Grafik-Einheit 17B jeweils über einen
LVDS-Bus 20A und 20B verbunden, um die Video-Signale übertragen
zu können.
Mit dem LVDS-Bus können
die Video-Signale über
große
Leitungslängen
an die an unterschiedlichen Bedienorten angeordneten Anzeigeeinheiten übertragen
werden, bei dem anstatt der üblichen
hohen Spannungen für
digitale Systeme eine niedrigere Spannung verwendet wird. Über den LVDS-Bus
werden die Video-Signale kontinuierlich übertragen, so dass auf den
Anzeigeeinheiten unterschiedliche Bildschirmansichten möglich sind,
in denen verschiedene Betriebsgrößen oder
-zustände angezeigt
werden können.
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Die
Bedieneinheit 15A'' kommuniziert
mit der zentralen speicherprogrammierbaren Steuerungsvorrichtung 16 oder
der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung 17 über den
Rückkanal
des bereits bestehenden LVDS-Busses 20A, während die
Bedieneinheit 15B'' die Daten über einen
CAN-Bus 25 überträgt.
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Die
Bedieneinheiten 15A'' und 15B'' können mit den Monitoren 15A' und 15B' der Anzeigeeinheiten 15A und 15B insofern
zusammenarbeiten, als auf den Monitoren bestimmte Funktionen beispielsweise in
Form von grafischen Symbolen angezeigt werden, die den einzelnen
Tastern, Schaltern oder Reglern gegebenenfalls in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand der Baumaschine zugeordnet werden. So können den
Tastern, Schaltern oder Reglern unterschiedliche Funktionen zugewiesen
und visuell dargestellt werden.
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Ein
entscheidender Vorteil der Interaktion von Anzeigeinheit und Datenverarbeitungseinrichtung
liegt darin, dass mit einer entsprechenden Programmierung des Hauptprozessors 17A jederzeit
geändert
werden kann, auf welcher Anzeigeeinheit die Anzeige erfolgt und
was auf der jeweiligen Anzeigeeinheit angezeigt wird und wie es
angezeigt wird.
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Zur Überwachung
des Produktionsprozesses verfügt
die Baumaschine noch über
eine Einrichtung zur Aufzeichnung 21 von Bildern, die eine
Mehrzahl von Kameras 22 umfasst. Bei diesen Kameras kann
es sich beispielsweise um die bereits beschriebenen Kameras 11A, 11B, 11C und 11D der
Straßenfräsmaschine
von 1 handeln.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind jeweils
drei Kameras 22 der Anzeigeeinheit 15A direkt
zugeordnet, sowie drei weitere Kameras 22 über die
zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 17 den Anzeigeeinheiten 15A bzw. 15B zugeordnet.
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Die
der Anzeigeinheit 15A zugeordneten Kameras 22 sind über einen
LVDS-Bus 23A, 23B, 23C mit der Anzeigeeinheit 15A verbunden,
so dass auf dem TFT-Display der Anzeigeeinheit 15A die
Bedienperson die jeweiligen Bereiche der Baumaschine beobachten
kann. Der Maschinenführer
kann zwischen den Bildern der einen oder anderen Kamera wählen, wobei
die Auswahl der Kameras mit einem nicht dargestellten Eingangswahlschalter
möglich
ist, der eine Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Video-Signalen
der Kameras erlaubt.
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Die
der Anzeigeinheit 15B zugeordneten Kameras 22 sind über einen
LVDS-Bus 24A, 24B, 24C mit der zentralen
Datenverarbeitungseinrichtung 17 verbunden. Dies hat den
Vorteil, dass eine Signalverarbeitung möglich ist, die beispielsweise
die Darstellung von mehreren Bildern auf einem Bildschirm erlaubt.
Die Umschaltung zwischen den einzelnen Kameras erfolgt hier nicht
mit Eingangswahlschaltern, sondern mit der Bedieneinheit 15B'' der Anzeigeeinheit 15B,
die über
den CAN-Bus 25 mit der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung
verbunden ist. Dadurch hat die Bedienperson die Möglichkeit,
die Bildschirmanzeige zu steuern. Darüber hinaus kann hier die Auswahl
der Kameras von der speicherprogrammierbaren Steuerungsvorrichtung 16 oder
der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung 17 in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand der Baumaschine automatisch erfolgen, ohne
dass eine Eingabe erforderlich ist.
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Anhand
des konkreten Ausführungsbeispiels der
in 1 gezeigten Straßenfräsmaschine wird nachfolgend
erläutert,
wie die Erfindung die Interaktion zwischen der speicherprogrammierbaren
Steuerungsvorrichtung 16 und den Anzeigeeinheiten im Zusammenhang
mit der Aufzeichnungseinrichtung 21 möglich macht. Während sich
die Maschine im Fräsbetrieb
befindet, erhält
der Maschinenführer
beispielsweise über
die Anzeigeeinheit 15A Informationen über die Daten, die die Maschine
oder die Bedienung der Maschine betreffen. Beispielsweise kann er die
Vorschubgeschwindigkeit und die Frästiefe sowie die Kühlmitteltemperatur
sowie den Öldruck
auf dem Monitor 15A' (Display)
der Anzeigeeinheit 15A ablesen. Alternativ kann der Maschinenführer das
Arbeitsergebnis beobachten, in dem er an der Bedieneinheit 15A'' der Anzeigeeinheit 15A die
Kamera 11C einschaltet. Dabei kann die Frässpur unmittelbar hinter
der Fräseinrichtung 5 in
einem Bildschirmausschnitt des Monitors 15A' der Anzeigeeinheit 15A dargestellt
werden.
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Wenn
der Maschinenführer
den Rückwärtsgang
einlegt, empfängt
der Hauptprozessor 17A über den
CAN-Bus 18A ein entsprechendes Signal der speicherprogrammierbaren
Steuerungsvorrichtung 16. Der Hauptprozessor ist derart
programmiert, dass kurz vor dem Wechsel der Fahrtrichtung von Vorwärts- auf
Rückwärtsfahrt
die Bilder der Kamera 11D dem Maschinenführer automatisch
zur Anzeige gebracht werden, um den Bereich hinter der Maschine
beobachten zu können.
Hat die Maschine den Startpunkt für den neuen Fräsabschnitt
erreicht, wird automatisch auf die Kamera 11B umgeschaltet,
um die Fahrbahn im Bereich der Fräswalze 5A beobachten
zu können.
Wenn der Fahrzeugführer
dann den Vorwärtsgang
wieder einlegt, wird wieder die Kamera 11C eingeschaltet.
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Das
Ausführungsbeispiel
zeigt, dass die Darstellung von Zeichen und/oder Bildern mit den
Anzeigeeinheiten 15A und 15B in Abhängigkeit
von den Betriebsgrößen oder
-zuständen
verändert
werden kann. Dabei kann durch ein Programm festgelegt werden, was,
wann und wie angezeigt wird. Es ist also möglich, die Vorgaben jederzeit
mit geringem Aufwand zu ändern,
ohne die Einrichtung 15 zur Darstellung der Zeichen und/oder
Bilder als solche modifizieren zu müssen.
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Die
zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 17 kann neben der
Erzeugung der für
die Darstellung der Zeichen und Bilder erforderlichen Daten auch weitere
Funktionen übernehmen.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient
die zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 17 gleichzeitig
als Server für
die speicherprogrammierbare Steuerungsvorrichtung 16. So
können über eine Schnittstelle
der Datenverarbeitungseinrichtung 17 Programme und/oder
Parametersätze
eingelesen werden, um die Steuerungsvorrichtung der Baumaschine
zu programmieren.
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Beispielsweise
können
neue Programme und/oder Parametersätze eingelesen werden, die
die alten Programme und/oder Parametersätze ersetzen sollen. Es ist
aber auch möglich,
bei einem Verlust von Daten neue Daten über die Schnittstelle der Datenverarbeitungseinrichtung 17 einzulesen.
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Die
zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 17 kann auch als
Web-Server dienen, so dass es möglich
ist, aus dem Internet Maschinen-Dokumentationen herunter zu laden
und auf der Anzeigeeinheit anzuzeigen. Beispielsweise können Ersatzteillisten,
Hydraulikpläne
oder Betriebsanleitungen angezeigt werden.
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Darüber hinaus
kann die Datenverarbeitungseinrichtung eine Datenfernübertragung
(DFÜ) aufbauen,
um mit einer Zentrale oder einer anderen Maschine zu kommunizieren.
Beispielsweise können die
Arbeitsergebnisse dokumentiert und an die Zentrale übermittelt
werden.
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Die
Leistungsfähigkeit
der Datenverarbeitungseinrichtung 16 im Vergleich zu der
Steuerungsvorrichtung nach dem Stand der Technik würde es ebenfalls
erlauben, eine Bildverarbeitung der durch die Kamera 22 erfassten
Informationen durchzuführen,
um eine Zugangskontrolle zu realisieren, um Hindernisse zu detektieren,
den Arbeitsprozess zu überwachen,
das Endergebnis zu kontrollieren und weitere verwandte Aufgaben
zu übernehmen.