-
Die
Erfindung betrifft eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine mit einer
Anzahl von nebeneinander angeordneten Automatisierungsmodulen, wobei
die Automatisierungsmodule untereinander auf Basis eines für Industrieanwendungen
ertüchtigten
Ethernet Standards kommunizieren.
-
Derartige
Werkzeug- oder Produktionsmaschinen als Automatisierungssysteme
umfassen üblicherweise
folgende Komponenten:
- – mindestens eine Bedieneinheit
(Human Machine Interface)
- – mindestens
eine numerische Steuerungseinheit (Numerical Control Unit)
- – mindestens
eine Netzeinspeisung, wie einen Gleich- oder Wechselrichter (Line
Module)
- – mindestens
ein Leistungsteil, wie einen Wechselrichter mit Antriebsregelung
in Einachs- oder Mehrachs-Ausführung
(Motor Modul), und
- – mindestens
einen Motor mit oder ohne Gebersystem zur Lage- und Geschwindigkeitserfassung.
-
Die
aufgezählten
Module werden hierbei üblicherweise
nebeneinander angereiht. Bei umfangreichen Anwendungen kann beispielsweise
die Anzahl der Motormodule (Leistungsteile) 30 oder sogar mehr betragen.
-
Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 199 38 460 A1 ist eine Vorrichtung zur
induktiven Energie- und Datenübertragung
zwischen einem ersten Übertragungsmodul
und einem zweiten Übertragungsmodul
mit wenigstens einem Übertragungskanal
zur Energieübertragung
und Datenübertragung offenbart.
Der Übertragungskanal
in jedem Übertragungsmodul
weist ein induktives Koppelelement auf, wobei zwischen den Koppelelementen
des Übertragungskanals
wenigstens eine Trennwand aus einem nicht magnetischen Material
vorgesehen ist. Bei der Vorrichtung erfolgt eine getrennte Übertragung
von Energie und Daten. Die Energieübertragung erfolgt vom primärseitigen
ersten Übertragungsmodul
zum sekundärseitigen
zweiten Übertragungsmodul
und einem diesem nachgeordneten Verbraucher zur Energieversorgung,
der beispielsweise von einem Sensor oder Aktor gebildet ist. Die
Datenübertragung kann
zwischen den beiden Koppelelementen eines Übertragungskanals auch bidirektional
erfolgen.
-
Aus
der französischen
Offenlegungsschrift
FR
2 827 721 A1 ist eine Vorrichtung zur Ethernet-Datenübertragung
auf kapazitivem Wege zwischen zwei benachbart angeordneten Teileinheiten offenbart.
-
Zur
Realisierung einer Bearbeitungsaufgabe, welche durch die Werkzeug-
oder Produktionsmaschine abgearbeitet werden soll, ist eine Kommunikation
zwischen den Modulen erforderlich, um die auf die Module verteilten
Teilaufgaben zu koordinieren.
-
Hierfür ist es
bekannt, Bussysteme einzusetzen, welche beispielsweise auf einem
Ethernet-Standard basieren.
-
Derartige
Bussysteme sind oft als serielle Bussysteme ausgeführt, so
dass hierbei die Kommunikationsleitung durch die Module ”hindurchgeschleift” wird.
-
Ausgehend
von der numerischen Steuerungseinheit (welche üblicherweise für die Bewegungsführung mehrerer
Achsen ausgelegt ist) muss eine Busleitung zuerst zur Netzeinspeisung
und von dieser dann zu den Motormodulen geführt werden. Hierbei ist also
die Verlegung von mehreren Kabelabschnitten oft unterschiedlicher
Länge erforderlich.
-
Die
einzelnen Module können
von unterschiedlicher Breite sein (beispielsweise abhängig von
den Leistungsdaten des jeweiligen Moduls), so dass deshalb zur Herstellung
der seriellen Busverbindung der Werkzeug- oder Produktionsmaschine verschiedene
Bus-Leitungslängen
erforderlich sind. Busleitungen werden in der Regel vorkonfektioniert bezogen,
und so muss bei der Realisierung des Bussystems ein entsprechendes
Lager an verschiedenen Bus-Leitungslängen vorgehalten werden oder eine
nicht triviale Logistik etabliert sein. Die verschiedenen Bus-Leitungen
müssen
dann an den Modulen gesteckt und in einem Kabelkanal verlegt werden.
-
Die
Verfügbarkeit
des Bussystems hängt
dabei unter anderem von der Verfügbarkeit
der einzelnen Bus-Leitungen ab. Dabei können beispielsweise Kontakte
verschmutzt sein, Wackelkontakte auftreten, die Bus-Leitungslängen schlecht
konfektioniert, Biegeradien nicht eingehalten oder die elektromagnetische
Verträglichkeit
nur unzureichend gegeben sein.
-
Da
es sich bei bekannten Bussystemen oftmals um serielle Busse handelt,
führt bereits
der Ausfall einer Bus-Leitung zum Ausfall der Kommunikation zu allen
auf eine fehlerhafte Anbindung folgende Automatisierungsmodule.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeug- oder
Produktionsmaschine mit einer Anzahl an kommunizierenden Automatisierungsmodulen
anzugeben, welches hinsichtlich der Verfügbarkeit der Kommunikation
zwischen den Automatisierungsmodulen verbessert ist. Des Weiteren soll
eine erfindungsgemäße Werkzeug-
oder Produktionsmaschine einen einfacheren Aufbau aufweisen.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Werkzeug- oder
Produktionsmaschine mit einer Anzahl von nebeneinander angeordneten
Automatisierungsmodulen gelöst,
wobei die Automatisierungsmodule untereinander auf Basis eines für Industrieanwendungen
ertüchtigten
Ethernet Standards kommunizieren. Es sind mindestens ein erstes und
ein zweites der Automatisierungsmodule zueinander unmittelbar benachbart
angeordnet. Das erste und das zweite Automatisierungsmodul kommunizieren
mittels eines ersten elektrischen Ethernet-Übertragers, wobei das erste
Automatisierungsmodul eine Primärseite
und das zweite Automatisierungsmodul eine Sekundärseite des ersten Ethernet-Übertragers umfasst,
so dass der erste Ethernet-Übertrager durch
die unmittelbar benachbarte Anordnung der Primärseite und der Sekundärseite gebildet
ist.
-
Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus,
dass eine leitungslose Kommunikation zwischen den Automatisierungsmodulen
eine Vielzahl an möglichen
Fehlerquellen des Bussystems vermeidet.
-
Des
Weiteren geht die Erfindung vom bekannten Aufbau der Automatisierungsmodule
aus, wie in 1 dargestellt.
-
Hierbei
sind ein erstes Automatisierungsmodul 5 und ein zweites
Automatisierungsmodul 7 unmittelbar benachbart angeordnet.
Die Kommunikation zwischen dem ersten 5 und dem zweiten 7 Automatisierungsmodul
wird durch eine Busleitung 9 realisiert, welche die Automatisierungsmodule 5, 7 miteinander
verbindet. Die einzelnen Bus-Teilleitungen werden dabei mittels
eines RJ45-Steckers 11 in eine entsprechende RJ45-Buchse 13 des
jeweiligen Automatisierungsmoduls gesteckt und von da aus zum unmittelbar
benachbarten Automatisierungsmodul geführt.
-
Die
Signale der Busleitung 9 werden mittels Ethernet-Übertrager 15 zu
einem physical layer driver und Ethernet-controller 17 geleitet.
Letzterer ist üblicherweise
mit einem Steuerungs-/Regelungscontroller 19 verbunden,
welcher wiederum mit einer Leistungselektronik 21 in Verbindung
steht.
-
Bei
derartigen bekannten Automatisierungsmodulen werden die Signale
der Bus-Leitung 9 folglich mittels einer Primärseite eines
Ethernet-Übertragers 15 aufgenommen
und mittels einer Sekundärseite
des Ethernet-Übertragers 15 weitergeleitet.
Der Ethernet-Übertrager 15 realisiert
dabei eine galvanische Trennung zwischen dem Eingangspotential der ankommenden
Bussignale und dem Verarbeitungspotential der zu verarbeitenden
Bussignale in der nachfolgenden Signalverarbeitungseinheit.
-
Dieser
prinzipielle Aufbau findet sich bei den meisten bekannten Automatisierungsmodulen,
zumindest hinsichtlich deren Kommunikation untereinander über das
Bussystem.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik gemäß 1 setzt
die Erfindung nun an, wobei bei den benachbarten Automatisierungsmodulen 5, 7 gewissermaßen die
oberen Übertragerhälften der Ethernet-Übertrager 15 weggelassen
werden. Dafür werden
die jeweils verbleibenden Übertragerhälften bevorzugt
in einer Seitenwand 37 des jeweiligen Automatisierungsmoduls 5 bzw. 7 so
angeordnet, dass eine Übertragerhälfte des
ersten Automatisierungsmoduls 5 zusammen mit einer Übertragerhälfte des zweiten
Automatisierungsmoduls 7 als Übertrager zusammenwirken kann
und hierüber
die Kommunikation stattfindet.
-
Es
entfallen folglich neben den genannten, in der 1 oben
dargestellten, Übertragerhälften auch
die Busleitungen 9 sowie die Stecker 11 und Buchsen 13.
-
Somit
bilden die in dem ersten bzw. zweiten Automatisierungsmodul verbleibenden Übertragerhälften die
Primärseite
bzw. eine Sekundärseite
des ersten Übertragers.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die Primärseite
bzw. Sekundärseite
des ersten Übertragers
jeweils durch eine Topfspule gebildet.
-
Somit
bilden die Topfspule des ersten Automatisierungsmoduls und die Topfspule
des zweiten Automatisierungsmoduls zusammen den ersten Übertrager,
wenn die Automatisierungsmodule nebeneinander angeordnet sind.
-
Die
Kommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Automatisierungsmodul
ist bevorzugt eine leitungslose Kommunikation basierend auf einem
Industrial Ethernet Standard.
-
Weiterhin
kann bei einer erfindungsgemäßen Werkzeug-
oder Produktionsmaschine ein zweiter Ethernet-Übertrager vorgese hen sein,
der wiederum aufgeteilt ist in eine weitere Primärseite bzw. weitere Sekundärseite,
wobei das erste Automatisierungsmodul die weitere Sekundärseite und
das zweite Automatisierungsmodul die weitere Primärseite umfasst.
-
Hierbei
wird mittels des ersten und zweiten Ethernet-Übertragers eine bidirektionale
Kommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Automatisierungsmodul
realisiert. Hierbei kann die Kommunikation auch auf optischem Weg
realisiert sein.
-
Bei
einer erfindungsgemäßen Werkzeug- oder
Produktionsmaschine lässt
sich folglich eine erhebliche Einsparung an Kabeln, Steckern und
vorkonfektionierten Leitungslängen
erreichen. Des Weiteren ist es denkbar, eine automatische Etablierung der
Kommunikation zwischen dem ersten und zweiten Automatisierungsmodul
zu realisieren, wobei beispielsweise das Stecken des zweiten Automatisierungsmoduls
neben dem ersten Automatisierungsmodul automatisch erkannt wird.
-
Im
Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
dargestellt.
-
Es
zeigen:
-
1 zwei
Automatisierungsmodule nach dem Stand der Technik, wobei die Automatisierungsmodule
mittels eines seriellen, leitungsgebundenen Bussystems miteinander
kommunizieren,
-
2 eine
erfindungsgemäße Werkzeug- oder
Produktionsmaschine als Automatisierungssystem mit einer leitungslosen
Kommunikation zwischen den Automatisierungsmodulen über einen
Ethernet-Übertrager,
und
-
3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Werkzeug-
oder Produktionsmaschine als Automatisierungssystem, wobei der Ethernet-Übertrager eine
Topfspule des ersten Automatisierungsmoduls und eine Topfspule des
zweiten Automatisierungsmoduls umfasst.
-
In
der 2 ist eine erfindungsgemäße Werkzeug- oder Produktionsmaschine 1 als
Automatisierungssystem dargestellt, welches zumindest ein erstes
Automatisierungsmodul 5 und ein zweites Automatisierungsmodul 7 umfasst.
Die beiden Automatisierungsmodule 5, 7 sind unmittelbar
benachbart angeordnet, beispielsweise nebeneinander auf einen Montagerahmen
gesteckt.
-
Das
erste Automatisierungsmodul 5 und das zweite Automatisierungsmodul 7 umfassen
dabei einen ersten Ethernet-Übertrager 23 und
gegebenenfalls einen zweiten Ethernet-Übertrager 25.
-
Der
erste Ethernet-Übertrager 23 ist
aufgeteilt in eine Primärseite 27,
realisiert in dem ersten Automatisierungsmodul 5, und eine
Sekundärseite 29 realisiert
in dem zweiten Automatisierungsmodul 7.
-
Dementsprechend
ist der gegebenenfalls vorhandene zweite Ethernet-Übertrager 25 aufgeteilt in
eine weitere Primärseite 31,
realisiert in dem zweiten Automatisierungsmodul 7 und eine
weitere Sekundärseite 33 realisiert
in dem ersten Automatisierungsmodul 5.
-
Innerhalb
des jeweiligen Automatisierungsmoduls 5 bzw. 7 ist
die Primärseite 27 bzw.
Sekundärseite 29 und
gegebenenfalls die weitere Primärseite 31 bzw.
weitere Sekundärseite 33 nun
so angeordnet, bevorzugt in der jeweiligen Seitenwand 37 des
jeweiligen Moduls, dass die unmittelbar benachbarte Anbringung der
beiden Module 5, 7 zueinander zu einem Zusammenwirken
der jeweiligen Primär- und
Sekundärseiten
(”Übertragerhälften”) führt. Es
ist also wesentlich, bei der Anordnung des ersten Ethernet-Übertragers 23 und
zweiten Ethernet-Übertragers 25 in
den jeweiligen Automatisierungsmodulen 5 und 7 dafür zu sorgen,
dass die genannten Übertragerhälften jeweils
möglichst
nahe an der Gehäusewand
angeordnet sind, so dass eine Kommunikation zwischen den Automatisierungsmodulen 5, 7 über den
derart gebildeten Ethernet-Übertrager 23, 25 stattfinden
kann. Folglich wird der erste bzw. zweite Ethernet-Übertrager 23, 25 physikalisch
gebildet, wenn das erste Automatisierungsmodul 5 und das zweite
Automatisierungsmodul 7 unmittelbar benachbart zueinander
angeordnet sind.
-
Das
Ausführungsbeispiel
gemäß der 3 entspricht
im Wesentlichen dem in der 2 gezeigten
Beispiel. Hierbei sind nun der erste Ethernet-Übertrager 23 und der
zweite Ethernet-Übertrager 25 jeweils
als Topfspulenpaar 35 ausgebildet, so dass jede Primärseite durch
je eine Topfspule 35, und jede Sekundärseite durch je eine Topfspule 35 realisiert
ist. Topfspulen sind in ihrer Herstellung besonders einfach handhabbar
und auch besonders leicht zu montieren.
-
Eine
erfindungsgemäße Werkzeug-
oder Produktionsmaschine als Automatisierungssystem kann meist genau
so montiert werden, wie Werkzeug- oder Produktionsmaschinen nach
dem Stand der Technik. Jedoch können
die Kabel des Bussystems entfallen. Bekannte Automatisierungsmodule weisen
meist bereits eine Verschienung (Durchverbindung) auf, mittels welcher
beispielsweise die Elektronik-Stromversorgung und eine Zwischenkreisspannung
zu den Modulen geleitet werden. Das heißt, dass bei der Montage von
Automatisierungsmodulen eines bekannten Automatisierungssystems bereits
für eine
unmittelbare Nachbarschaft zwischen den Automatisierungsmodulen
gesorgt ist. Daher können
die Übertragerhälften von
vorne herein gezielt ausgelegt und in Massenherstellung gefertigt werden.
Ferner ist es möglich,
durch eine spezielle Formgebung und/oder Aufhängung/Befestigung der Übertragerhälften einen
gegebenenfalls erforderlichen Toleranzausgleich vorzunehmen.