DE102010060158B4 - Control device and method for controlling the stations of a production line - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung für eine Pressenstrasse (10). Die Pressenstrasse (10) weist mehrere Bearbeitungsstationen (11) und wenigstens eine Transferstation (14) für den Werkstücktransport zwischen den Bearbeitungsstationen (11) auf. Jeder Station ist eine Stationssteuereinheit 20 zugeordnet. Eine Systemsteuereinheit (22) übermittelt an alle Stationssteuereinheiten (20) ein übergeordnetes System-Leitsignal. In den Stationssteuereinheiten (20) wird für die jeweils zugeordnete Station (11, 14) ein lokales Stations-Leitsignal erzeugt. Außerdem ist in jeder Stationssteuereinheit (20) eine Zuordnungsvorschrift abgelegt, die den Verlauf des jeweils lokalen Stations-Leitsignals gegenüber den übergeordneten System-Leitsignal definiert. Diese Zuordnungsfunktionen sind während des Betriebs der Pressenstrasse (10) durch eine Bedienperson veränderbar. Dadurch kann der zeitlich Bewegungsablauf in zumindest einer Station (11, 14) gegenüber dem übergeordneten System-Leitsignal durch Verändern von einer oder mehreren Zuordnungsfunktionen verandert werdenThe invention relates to a control device and a method for controlling a press line (10). The press line (10) has a plurality of processing stations (11) and at least one transfer station (14) for the workpiece transport between the processing stations (11). A station control unit 20 is assigned to each station. A system control unit (22) transmits a superordinate system control signal to all station control units (20). A local station control signal is generated in the station control units (20) for the respectively assigned station (11, 14). In addition, an assignment rule is stored in each station control unit (20), which defines the course of the local station control signal in relation to the higher-level system control signal. These assignment functions can be changed by an operator during operation of the press line (10). As a result, the chronological sequence of movements in at least one station (11, 14) can be changed compared to the superordinate system control signal by changing one or more assignment functions
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Fertigungsstraße, insbesondere einer Pressenstraße. Die Fertigungsstraße weist mehrere Bearbeitungsstationen auf, die von einem Werkstück sequentiell durchlaufen werden. Zum Transport des Werkstücks von einer Bearbeitungsstation zur anderen ist wenigstens eine Transferstation vorgesehen.The invention relates to a control device and a method for controlling a production line, in particular a press line. The production line has a plurality of processing stations, which are sequentially traversed by a workpiece. For transporting the workpiece from one processing station to the other, at least one transfer station is provided.
Eine solche Fertigungsstraße ist beispielsweise aus der
Bei der Fertigungsstraße aus
Diese Fertigungsstraße arbeitet sozusagen im „Master-Slave-Betrieb”. Eine Hauptbearbeitungsstadion gibt den Arbeitstakt vor, an denen alle anderen Stationen durch eine Regelung automatisch angepasst werden. Eine Optimierung des Betriebs einer einzelnen Station unabhängig von der Hauptbearbeitungsstation ist nicht vorgesehen.This production line works as it were in the "master-slave mode". A main processing stadium specifies the working cycle at which all other stations are automatically adjusted by a regulation. An optimization of the operation of a single station independent of the main processing station is not provided.
Aus dem Firmenprospekt der Bosch Rexroth AG „Rexroth IndraMotion for Metal Forming – Systemlösungen für die Umformtechnik”, Seiten 1 bis 31, aus dem Jahr 2008, geht hervor, dass Pressen und Transferstationen einer Pressenstraße über eine sogenannte „elektronische Kurvenscheibe” synchronisiert betrieben werden können. Solche „elektronischen Kurvenscheiben” können mit einem Programm erzeugt werden, das im Firmenprospekt der Bosch Rexroth AG „Rexroth Indra-Works 10VRS – CamBuilder”, Ausgabe 02 aus dem Jahr 2009 auf Seiten 1 bis 105 beschrieben ist.The company prospectus of Bosch Rexroth AG "Rexroth IndraMotion for Metal Forming - System Solutions for Forming Technology",
Der Firmenprospekt der Bosch Rexroth AG „Rexroth IndraMotion MLC – Motion-, Robot- und Logic-Control in einer innovativen Systemlösung”, Seiten 1 bis 19, aus dem Jahr 2008, beschreibt allgemein eine Systemarchitektur zur Bewegungssteuerung für dreidimensionale Bewegungsbahnen.The company prospectus of Bosch Rexroth AG "Rexroth IndraMotion MLC - Motion, Robot and Logic Control in an Innovative System Solution",
Aus dem Firmenprospekt der Bosch Rexroth AG „Rexroth IndraMotion 10 VRS Technologie-Basisbibliotheken”, Ausgabe 02 aus dem Jahr 2009, Seiten 1 bis 363, beschreibt verschiedene Funktionsbausteine für eine Antriebssteuerung. Pressen sind nicht erwähnt.From the company brochure of the Bosch Rexroth AG "Rexroth IndraMotion 10 VRS Technology Base Libraries", issue 02 from the year 2009,
Aus dem Firmenprospekt der Bosch Rexroth AG „Rexroth IndraDrive – Firmware für Antriebsregelgeräte MPH-04, MPB-04, MPD-04”, Ausgabe 02 aus dem Jahr 2008, Seiten 1 bis 910, ist eine Regelung mit einer Leitachse und Folgeachsen bekannt. Die Leitachse ist dabei der Antrieb, der die Leitachsposition für die Erzeugung eines synchronen Lagesollwerts zur Verfügung stellt. Die Folgeachse bildet ein Antrieb, dessen Lageregelung aus dem synchronen Lagesollwert folgt.From the company brochure of the Bosch Rexroth AG "Rexroth IndraDrive - Firmware for drive controllers MPH-04, MPB-04, MPD-04", issue 02 from 2008,
Daten verschiedener Antriebsregelgeräte sind in dem Firmensprospekt der Bosch Rexroth AG „Rexroth IndraDrive – Antriebsregelgeräte – MPx-02; MPx-03; MPx-04; MPx-05”, Ausgabe 04 aus dem Jahr 2007 angegeben.Data of various drive controllers can be found in the company prospectus of Bosch Rexroth AG "Rexroth IndraDrive - Drive Controllers - MPx-02; MPx-03; MPx-04; MPx-05 ", issue 04 from 2007.
Der Artikel ”Was macht Pressen produktiv”, Andreas Wenig in „Bänder Bleche Rohre”, Ausgabe 05/2005, S.60–62, beschreibt die Möglichkeit Rexroth Motion Control Steuerungen und Servoantriebe bei Pressen einzusetzen, um mechanische Kopplungen zwischen einzelnen Stationen zu ersetzen.The article "What makes presses productive", Andreas Wenig in "Bands Sheet Pipes", issue 05/2005, pp. 60-62, describes the possibility of using Rexroth motion control and servo drives in presses to replace mechanical couplings between individual stations ,
Aus
Aus
Diese Fahraufträge werden dann selbstständig von den einzelnen Achsantrieben ausgeführt und berücksichtigen von vornherein die dynamische Leistungsfähigkeit des Achsantriebs. Änderungen in der Fertigungsstrasse, beispielsweise Schwankungen der Pressenhubzahl, werden bei einem neu berechneten Fahrauftrag berücksichtigt, um Kollisionen zu vermeiden. Die notwendigen Toleranzen werden auf Basis des Änderungsvermögens innerhalb eines Arbeitszyklus abgeschätzt. Anhand eines bekannten Freigängigkeitsmodells werden Startpunkte, Führungsfunktionen in Form von Geschwindigkeits-Zeit-Verläufen für die Achsantriebe und Überwachungsfunktionen sowie Notroutinen generiert. Stehen alle generierten Daten zur Verfügung, wird die Bewegung frei gegeben und auf Basis der berechneten Führungsfunktion abgearbeitet. Diese Vorgehensweise erfordert ein hohes Maß an Rechenkapazität. Die Bewegungsabläufe der einzelnen Stationen werden angepasst an Zustandsschwankungen des Fertigungsprozesses zyklisch neu berechnet. Durch die sich verändernden Fahraufträge müssen auch entsprechend neue Überwachungsfunktionen erzeugt werden. Für eine Bedienperson ergeben sich im Betrieb der Fertigungsstrasse keine Beeinflussungsmöglichkeiten.These travel jobs are then executed independently by the individual axle drives and take into account the dynamic performance of the final drive from the outset. Changes in the production line, for example fluctuations in the number of press strokes, are taken into account in a newly calculated travel job in order to avoid collisions. The necessary tolerances are estimated based on the ability to change within a work cycle. On the basis of a known clearance model, starting points, guiding functions in the form of speed-time curves for the final drives and monitoring functions as well as emergency routines are generated. If all generated data are available, the movement is released and processed on the basis of the calculated guidance function. This procedure requires a high degree of computing capacity. The motion sequences of the individual stations are cyclically recalculated in accordance with state fluctuations in the production process. As a result of the changing driving jobs, correspondingly new monitoring functions must also be generated. For an operator arise in the operation of the production line no interference options.
Ausgehend hiervon kann es als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, eine Steuerung für eine Fertigungsstrasse zu schaffen, die einer Bedienperson eine einfache Möglichkeit zur Beeinflussung des Betriebs einzelner Stationen der Fertigungsstrasse ermöglicht.On this basis, it can be regarded as an object of the present invention to provide a control for a production line, which allows an operator an easy way of influencing the operation of individual stations of the production line.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 4 gelöst.This object is achieved by a method having the features of
Die Steuereinrichtung weist eine Systemsteuereinheit auf, die ein übergeordnetes System-Leitsignal erzeugt, das allen Stationen der Pressenstraße übermittelt wird. Als Station werden sowohl die Pressen, als auch die wenigstens eine Transferstation der Pressenstraße verstanden. Jede Station weist eine Stationssteuereinheit auf, der das System-Leitsignal übermittelt wird. Die Stationssteuereinheit erzeugt abhängig vom System-Leitsignal und einer Zuordnungsvorschrift ein Stations-Leitsignal für die zugeordnete Station der Pressenstraße. In der Station wird ein Bewegungsablauf abhängig vom Stations-Leitsignal durchgeführt. Bei einer Presse kann der Bewegungsablauf beispielsweise den Hub eines Pressenstößels beschreiben. Bei einer Transfereinheit beschreibt der Bewegungsablauf beispielsweise die Bewegung eines Greifers zum Transport eines Werkstücks. Der zeitliche Verlauf des Bewegungsablaufs wird in jeder Station durch das Stations-Leitsignal vorgegeben.The control device has a system control unit which generates a higher-level system control signal which is transmitted to all stations of the press line. As station, both the presses and the at least one transfer station of the press line are understood. Each station has a station control unit to which the system control signal is transmitted. The station control unit generates a station guidance signal for the associated station of the press line, depending on the system control signal and an assignment rule. In the station, a movement is performed depending on the station control signal. For example, in a press, the motion sequence may describe the stroke of a press ram. In a transfer unit, the movement sequence describes, for example, the movement of a gripper for transporting a workpiece. The time course of the sequence of movements is specified in each station by the station control signal.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der Zuordnungsvorschriften, die die Abhängigkeit des lokalen Stations-Leitsignals vom übergeordneten System-Leitsignal beschreibt, veränderbar. Bei einer Veränderung einer der Zuordnungsvorschriften ändert sich dadurch wenigstens ein Bewegungsablauf einer Station gegenüber dem System-Leitsignal. Vorzugsweise weisen alle Stationen der Fertigungsstrasse eine veränderbare Zuordnungsvorschrift auf. Bei einem Ausführungsbeispiel ist wenigstens eine Bedieneinrichtung vorhanden, mit der eine oder mehrere der Zuordnungsvorschriften veränderbar ist. Die Zuordnungsvorschrift weist mehrere veränderliche Zuordnungsparameter auf oder ist durch diese gebildet. Als Zuordnungsparameter dient ein Skalierungsfaktor, der zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert von einer Bedienperson einstellbar ist. Über diesen Skalierungsfaktor lassen sich reduzierte Bewegungsgeschwindigkeiten in der betreffenden Station einstellen. Die Stößelgeschwindigkeit einer Presse oder die Bewegungsgeschwindigkeit eines Greifers wird zumindest abschnittsweise entlang einer vorgegebenen Bahnkurve wird reduziert, so dass die Gesamtzeitdauer für das Bewegen entlang der vorgegebenen Bahnkurve zunimmt. Diese Verzögerung wird anhand des Skalierungsfaktors zwischen null und einer maximal möglichen Verzögerung variiert. Auf diese Weise lässt sich der Bewegungsablauf auch während des Betriebs der Fertigungsstrasse durch eine Bedienperson komfortabel variieren.According to the invention, at least one of the assignment rules, which describes the dependence of the local station control signal on the higher-level system control signal, can be changed. As a result of a change in one of the assignment specifications, at least one sequence of movements of a station with respect to the system control signal thereby changes. Preferably, all stations of the production line on a variable assignment rule. In one embodiment, at least one operating device is provided, with which one or more of the assignment rules is changeable. The assignment rule has several variable assignment parameters or is formed by them. The assignment parameter used is a scaling factor which can be set between a minimum value and a maximum value by an operator. This scaling factor allows you to set reduced movement speeds in the relevant station. The plunger speed of a press or the speed of movement of a gripper is at least partially reduced along a predetermined trajectory, so that the total time duration for the movement along the predetermined trajectory increases. This delay is varied based on the scale factor between zero and a maximum possible delay. In this way, the movement can also be varied comfortably during operation of the production line by an operator.
Dabei sind die räumlichen Bahnkurven für die einzelnen Bewegungsabläufe unveränderlich fest vorgegeben. Bei einem Skalierungsfaktor, der der Bewegungsverzögerung von null entspricht, arbeitet die Station mit der maximal möglichen Bewegungsgeschwindigkeit und erzeugt den stationsabhängig maximal möglichen Durchsatz. Ist bei allen Stationen die Verzögerung auf null eingestellt, so ergibt sich ein Betriebszustand für die Fertigungsstrasse, in dem eine maximal mögliche Anzahl von Werkstücken pro Zeiteinheit hergestellt wird. Dieser Betriebszustand wird vorab in einer Simulation unter Berücksichtigung der Freigängigkeiten der einzelnen Stationen auf Kollisionsfreiheit geprüft. Die dabei definierten Bahnkurven sind vorzugsweise so festgelegt, dass die Beschleunigung der bewegten Teile ruckfrei, d. h. ohne Beschleunigungssprünge erfolgt. Die räumlich festgelegten Bahnkurven werden insbesondere für die Transferstationen so definiert, dass sie eine möglichst geringe Bahnkurvenkrümmung und damit möglichst geringe Beschleunigungen aufweisen. Durch die Veränderung der Zuordnungsvorschrift und insbesondere des Skalierungsfaktors ändert sich diese räumliche Bahnkurve nicht. Lediglich die Bewegungsgeschwindigkeit entlang der räumlichen Bahnkurve wird durch die variable Zuordnungsvorschrift angepasst. Eine Anpassung ist ausschließlich in Richtung größerer Freigängigkeiten möglich. Dies kann beispielsweise dazu verwendet werden, beim erstmaligen Anlauf der Fertigungsstrasse zunächst die Freigängigkeiten über die Zuordnungsvorschriften zu vergrößern und nach und nach den Durchsatz der Fertigungsstrasse zu vergrößern. Auf diese Weise ist eine Überprüfung des Simulationsmodels möglich. Außerdem besteht für eine Bedienperson die Möglichkeit, geänderte Zustände, beispielsweise beim Austausch eines Werkzeugs einer Station, durch Anpassen der Zuordnungsvorschrift zu berücksichtigen und ggf. die Freigängigkeiten zu erhöhen, um kritische Betriebszustände auszuschließen.The spatial trajectories for the individual movements are fixed fixed immutable. With a scaling factor equal to the zero motion delay, the station operates at the maximum possible motion speed and generates the maximum possible throughput, depending on the station. If the delay is set to zero at all stations, this results in an operating state for the production line, in which a maximum possible number of workpieces per unit time is produced. This operating state is checked in advance in a simulation taking into account the clearances of the individual stations on collision freedom. The defined trajectories are preferably set so that the acceleration of the moving parts without jerk, ie without acceleration jumps. The spatially determined trajectories are defined, in particular for the transfer stations, in such a way that they have the lowest possible path curvature and thus the lowest possible accelerations. By changing the assignment rule and in particular the scaling factor, this spatial trajectory does not change. Only the speed of movement along the spatial trajectory is determined by the variable Matching rule adjusted. An adaptation is only possible in the direction of larger clearances. This can be used, for example, to first increase the clearances on the assignment rules during initial start-up of the production line and gradually increase the throughput of the production line. In this way, a review of the simulation model is possible. In addition, it is possible for an operator to consider changed states, for example when replacing a tool of a station, by adapting the assignment rule and, if necessary, to increase the clearances in order to rule out critical operating states.
Die Zuordnungsvorschriften und vorzugsweise die Skalierungsfaktoren für jede Station werden durch eine Bedieneinrichtung verändert. Diese Bedieneinrichtung weist vorzugsweise eine Anzeigeeinrichtung sowie ein Eingabemittel auf. Die Zuordnungsfunktionen können beispielsweise in einer Eingabemaske einer Software-Bedienoberfläche eingestellt bzw. verändert werden. Dabei kann es sich insbesondere um eine graphische Bedienoberfläche handeln. Die Bedienoberfläche kann passwortgeschützt sein, um das Ändern von Zuordnungsfunktionen durch Unbefugte zu verhindern.The assignment rules and preferably the scaling factors for each station are changed by an operator. This operating device preferably has a display device and an input device. The assignment functions can be set or changed, for example, in an input mask of a software user interface. This may in particular be a graphical user interface. The user interface may be password protected to prevent unauthorized changes to assignment functions.
Eine Zuordnungsvorschrift weist mehrere Skalierungsfaktoren auf. Die räumlich vorgegebene Bahnkurve wird in mehrere Bahnabschnitte unterteilt und die Bewegungsgeschwindigkeit kann auf unterschiedlichen Bahnkurvenabschnitten separat voneinander über den jeweils zugeordneten Skalierungsfaktor ausgehend von dem maximalen Geschwindigkeitswert verzögert werden. Die Flexibilität wird dadurch weiter erhöht.An assignment rule has several scaling factors. The spatially predetermined path curve is subdivided into a plurality of path sections, and the movement speed can be delayed on different path curve sections separately from one another via the respectively associated scaling factor starting from the maximum speed value. Flexibility is thereby further increased.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt sich auf wesentliche Merkmale der Erfindung sowie sonstige Gegebenheiten. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description. The description is limited to essential features of the invention and other conditions. The drawing is to be used as a supplement. Show it:
Jeder Station
Der Bewegungsablauf des Pressenstößels
Eine Systemsteuereinheit
In jeder Stationssteuereinheit
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jede Zuordnungsvorschrift Z1 bis Zn zumindest einen veränderbaren Zuordnungsparameter auf, der durch eine Bedienperson in einem vorgegebenen Bereich eingestellt oder verändert werden kann. Als Zuordnungsparameter dient beispielsgemäß ein Skalierungsfaktor F1 bis Fn. Dabei kann jede Zuordnungsvorschrift Z1 bis Zn einen oder mehrere einstellbare Skalierungsfaktoren F1 bis Fn aufweisen, wobei bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß der
Die Zuordnungsvorschrift Z1 bis Zn bzw. der Skalierungsfaktor F1 bis Fn hat die Funktion, das zugeordnete lokale Leitsignal Li gegenüber den jeweils anderen lokalen Leitsignalen L1 bis Li – 1, Li + 1 bis Ln und/oder dem übergeordneten System-Leitsignal S zu verschieben. Auf diese Weise kann der zeitlich Bewegungsablauf der einzelnen Station
Die Pressenstrasse
In Abwandlung zum beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Bedienereinrichtung
Die Bedienperson ist auf diese Weise auch während des Betriebs der Fertigungsstrasse bzw. Pressenstrasse
Die Pressenstrasse
Diese räumlichen Bahnkurven der bewegten Teile der Stationen
Wird an einer oder mehreren Stationen
In
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel gemäß
Das System-Leitsignal S und die lokalen Stations-Leitsignale L1 bis Ln sind in den
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung für eine Pressenstrasse
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Pressenstraßepress line
- 1111
- Bearbeitungsstationprocessing station
- 1212
- PressePress
- 1313
- Werkstückworkpiece
- 1414
- Transferstationtransfer station
- 1515
- Greifergrab
- 1616
- Armpoor
- 1717
- Achseaxis
- 2020
- StationssteuereinheitWorkstation controller
- 2121
- Pressenstößelpress ram
- 2222
- SystemsteuereinheitSystem control unit
- 2525
- Bedieneinrichtungoperating device
- 2626
- Bedienoberflächeuser interface
- 2727
- Bedienelementoperating element
- 2828
- Anzeigedisplay
- BB
- zeitlicher Bewegungsablauftemporal movement
- B1, B2B1, B2
- BahnkurvenabschnittTrajectory section
- F1 bis FnF1 to Fn
- Skalierungsfaktorscaling factor
- L1 bis LnL1 to Ln
- Stations-LeitsignalStation pilot signal
- SS
- System-LeitsignalSystem direct signal
- Z1 bis ZnZ1 to Zn
- Zuordnungsfunktionmapping function
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