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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Transportsystems, das mehrere längs einer Bewegungsbahn aneinander gereihte Magnetspulen und wenigstens ein zur Bewegung längs der Bewegungsbahn ausgebildetes Transportmittel umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein elektromagnetisches Transportsystem.
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Gemäß einem der Anmelderin bekannten, druckschriftlich nicht niedergelegten Stand der Technik wird ein derartiges elektromagnetisches Transportsystem zum Transport von Behältern in einer Befüllungs- und Versiegelungsanlage für Medikamente eingesetzt, wobei die Behälter befüllt und anschließend verschlossen und versiegelt werden. Dazu werden die Behälter von einer Beladungsstation in linearer Abfolge zu mehreren Arbeitsstationen, die als Befüllstation, als Verschlussmontagestation und als Versiegelungsstation ausgebildet sind, gefördert. Dabei ist den Transportmitteln für die Behälter ein vorgebbares Bewegungsprofil zugeordnet, bei dem rasche Bewegungen zwischen den Arbeitsstationen und Stillstandszeiten an den Arbeitsstationen zur Durchführung der jeweiligen Arbeitsvorgänge vorgesehen sind. Dazu umfasst das Transportsystem mehrere Schienensegmente, an denen die Transportmittel relativbeweglich aufgenommen sind und die jeweils eine oder mehrere jeweils einzeln ansteuerbare Magnetspulen umfassen. Das Transportmittel trägt eine Anordnung von Permanentmagneten, die für eine magnetische Wechselwirkung mit den Magnetfeldern der Magnetspulen ausgebildet sind, um eine Bewegung der Transportmittel längs der Bewegungsbahn zu ermöglichen. Jeder einzelnen Magnetspule ist ein Steuergerät zugeordnet, das zur Bereitstellung elektrischer Energie an die jeweilige Magnetspule ausgebildet ist und das mit einer übergeordneten speicherprogrammierbaren Steuerung verbunden ist. Die Aufgabe der speicherprogrammierbaren Steuerung besteht darin, die Position der einzelnen Transportmittel mit Hilfe eines Meßsystems zu erfassen und die Magnetspulen derart anzusteuern, dass die Transportmittel die jeweiligen Bewegungen durchführen können.
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Aus der WO 2012/ 159 005 A1 ist eine Steuerungsarchitektur zur Verwendung mit Transportsystemen, wie z.B. linearen Antriebssystemen, rotierenden Antriebssystemen oder einer Kombination davon bekannt, die ein Computersystem mit einem Controller zum Betreiben von Steuersystemsoftware zum Empfangen von Eingabebefehlen und Protokollen zum Erzeugen eines Bewegungsprofils für jedes Transportelement umfasst, wobei ein Gateway zum Empfangen des Bewegungsprofils von der Steuersystemsoftware und zum Betreiben von Gateway-Antriebssoftware vorgesehen ist, um die geeigneten Antriebe auszuwählen und um jedes Transportelement entlang einer oder mehrerer Spuren in Übereinstimmung mit ihren Bewegungsprofilen zu bewegen.
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Die US 2003 / 0 230 941 A1 offenbart ein gesteuertes Bewegungssystem, das einen Läufer aufweist, der beweglich auf einer Schiene montiert ist, um sich entlang eines Weges zu bewegen, wobei dem Läufer und der Schiene aktive und reaktive Elemente zugeordnet sind, die für den Antrieb und die Steuerung des Läufers entlang des Weges konfiguriert sind, wobei ein Controller operativ mit den aktiven Elementen verbunden ist, um den Antrieb des Läufers zu steuern, und wobei ein Positionssensor mit der Schiene verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die Positionsinformationen zu erfassen, die der Position des Läufers entlang des Weges entsprechen.
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Die
DE 10 2007 014 876 A1 betrifft ein Transportsystem mit mehreren Transportträgern, die mittels einer Führungseinrichtung entlang eines Transportweges transportierbar sind, insbesondere um zu bedruckende Werkstücke durch Behandlungsstationen einer Druckmaschine zu transportieren.
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Aus der
DE 10 2008 008 602 A1 ist eine Transfervorrichtung für Werkstückträger mit mehreren Segmenten bekannt, in denen jeweils eine Steuereinheit einen Linearmotor ansteuert, wobei in einer Phase der Übergabe des Werkstückträgers von einem ersten Segment zu einem benachbarten Segment eine Synchronisierung der Linearmotoren nicht aufgrund von Steuerbefehlen einer zentralen Steuereinrichtung bewirkt wird, sondern die Steuereinheit des ersten Segments macht sich selbst zum Master und unterwirft die Steuereinheit des benachbarten Segments als Slave, um eine Geschwindigkeitsregelung für den Werkstückträger durchzuführen.
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Die
DE 39 00 511 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Transportieren von Gütern mit Transportelementen, die entlang mindestens einer Bewegungsbahn bewegbar sind, und mit einer Linearmotor-Antriebseinrichtung zum angetriebenen Bewegen der Transportelemente, die in Reihe angeordnete Statorpole an der Bewegungsbahn und in Reihe angeordnete Dauermagnete an den Transportelementen aufweist, wobei an der Bewegungsbahn angeordnete Sonden, die bei Vorhandensein eines Transportelementes, das sich in bestimmter Relativposition zum Sondenort befindet, ansprechen, sowie Stromrichter, von denen Spulen der Statorspule Strom zuführbar ist; und eine elektronische Steuerung, die aufgrund von Signalen der Sonden die Stromrichter zeitrichtig und vorzeichenrichtig ein- und ausschaltet, Abstände der Transportelemente bei deren Bewegung einhält und die Transportelemente positionsgenau anhält.
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Aus der
DE 30 26 437 A1 ist eine Einrichtung zum genauen Positionieren mit Hilfe der Pollageerfassung beim automatischen Kuppeln oder Trennen von Zügen aus spurgebundenen Triebwagen für Bahnen mit Wanderfeldantrieb durch Synchronlinearmotoren mit zu- und abschaltbaren Langstatorabschnitten bekannt, wobei an der Abschnittsgrenze zweier Langstatorabschnitte eine Kuppel- bzw. Trennstelle vorgesehen ist und in der Nähe der Enden der beiden Langstatorabschnitte Zugerfassungssonden angeordnet sind, die mit einer Steuereinheit für eine Umrichtereinsatzsteuerung verbunden sind und im Zusammenwirken die Richtung der Bewegung der Triebwagen erfassen und von denen Innensonden die Überfahrt über den Kuppel- bzw. Trennpunkt registrieren, während die Außensonden die Ein- und Ausfahrt der Triebwagen von und zur Kuppel- bzw. Trennstelle erfassen und wobei eine Zugsteuerung über Motorsteuerung und Umrichter wirkt, die durch von der Steuereinheit gesteuerte Strombelagschalter und Auswahlschalter wahlweise die Antriebe für die Langstatorabschnitte wirksam schaltet.
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Die
DE 37 87 892 T2 offenbart ein System zur Steuerung der Geschwindigkeit und des Abstandes einer Vielzahl von Sekundärteilen, die entlang einem Primärteil eines Linear- und Synchronmotors wandern, der entlang einer langgestreckten oder ausgedehnten Bahn angeordnet ist, wobei eine Steuerung einer Geschwindigkeit und eines relativen Abstandes einer Vielzahl von Sekundärteilen eines Linear- und Synchronmotors, die entlang einem länglichen oder langgestreckten festen Primärteil angetrieben werden, vorgesehen ist und wobei das Primärteil in eine Vielzahl von Zonen aufgeteilt ist, die unabhängig mit Energie versorgt werden und gesteuert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Transportsystems und ein elektromagnetisches Transportsystem mit vereinfachter Funktionalität bzw. Aufbauweise zu Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung für ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierbei ist vorgesehen, dass jeweils benachbart längs der Bewegungsbahn angeordnete Magnetspulen elektrisch zu wenigstens zwei jeweils einheitlich ansteuerbaren Magnetspulengruppen zusammengefasst sind und dass jeder Magnetspulengruppe wenigstens ein Steuergerät zur Bereitstellung elektrischer Energie an die jeweilige Magnetspulengruppe zugeordnet ist, ferner ist eine Steuerungseinrichtung zur Bereitstellung von Steuerungsbefehlen an die Steuergeräte vorgesehen, um elektromagnetische Felder für Antriebskräfte auf das wenigstens eine Transportmittel freizugeben. Dabei werden die folgenden Schritte durchgeführt: Instanziieren eines vorgebbaren Datensatzes für jedes längs der Bewegungsbahn zu bewegende Transportmittel, Zuordnen eines vorgebbaren Bewegungsprofils zu einer durch die Instanziierung als datentechnische Repräsentation des jeweiligen Transportmittels erzeugten Dateninstanz, Erzeugen von Steuerungsbefehlen an die Steuergeräte, um für jedes Transportmittel eine dem Bewegungsprofil entsprechende Ansteuerung der jeweiligen Magnetspulen und Magnetspulengruppen zu bewirken, wobei die Steuerungseinrichtung durch Instanziierung von Datensätzen der Transportmittel ein gekoppeltes Softwareobjekt erzeugt und somit einen Verbund aus mehreren Transportmitteln ausbildet, der als Transportmittelverbund von der Steuerungseinrichtung verwaltet wird, wobei die Transportmittel des Transportmittelverbunds längs einer einzigen Magnetspulengruppe oder längs mehrerer, zueinander benachbart angeordneter Magnetspulengruppen erstreckt sein können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient also in Abweichung zum eingangs genannten Stand der Technik dazu, Bewegungen eines oder mehrerer Transportmittel längs der Bewegungsbahn, bei der es sich beispielsweise um eine Bewegungsachse bzw. Bewegungsgerade oder um eine Abfolge von gekrümmten und geraden Bewegungsabschnitten handeln kann, mit erheblich vereinfachten Antriebsmitteln vorzunehmen und hierfür die entsprechenden Schritte bereitzustellen. Dabei umfassen die vereinfachten Antriebsmittel jeweils Gruppen von Magnetspulen, wobei diese Magnetspulengruppen mittels des jeweils zugeordneten Steuergeräts einheitlich angesteuert werden. Die einheitliche Ansteuerung der Magnetspulengruppe durch das Steuergerät bewirkt, dass die Magnetspulen der jeweiligen Magnetspulengruppe derart mit elektrischer Wechselspannung beaufschlagt werden, dass Spulenströme benachbart angeordneter Magnetspulen jeweils einen vorgebbaren Phasenversatz, insbesondere einen Phasenversatz von 120 Grad, 90 Grad, 72 Grad, 60 Grad, aufweisen, um hierdurch ein magnetisches Wanderfeld längs eines Abschnitts der Bewegungsbahn zu erzeugen. Durch diese Maßnahmen kann der mechanische und elektrische Aufwand für das erfindungsgemäße elektromagnetische Transportsystem gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik erheblich reduziert werden. Während beim Stand der Technik für jede einzelne Magnetspule ein separates Steuergerät bereitgestellt werden muss und eine separate Ansteuerung jedes der Steuergeräte durch die Steuerungseinrichtung notwendig ist, ermöglichen die einheitlich ansteuerbaren Magnetspulengruppen eine Reduzierung der Anzahl der Steuergeräte und somit auch eine vereinfachte Ansteuerung durch die Steuerungseinrichtung.
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Um die Transportmittel mit Hilfe der Steuerungseinrichtung mit möglichst geringem Aufwand ansteuern zu können, wird die Steuerungseinrichtung so genutzt, als ob jedes der Transportmittel eine eigenständige Antriebsachse repräsentieren würde. Auf eine derartige Repräsentation sind die üblichen Steuerungseinrichtungen, bei denen es sich insbesondere um speicherprogrammierbare Steuerungen handeln kann, abgestimmt und bieten hierfür zugeschnittene Unterstützungsfunktionen.
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Für eine Ansteuerung der einzelnen Transportmittel durch die Steuerungseinrichtung in der Art individueller Antriebsachsen ist zunächst festzulegen, ob nur eine einzige Art von Transportmitteln vorgesehen ist oder ob unterschiedliche Transportmittel zum Einsatz kommen sollen, die in der Steuerungseinrichtung in unterschiedlicher Weise berücksichtigt werden müssen.
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Sofern unterschiedliche Transportmittel eingesetzt werden, muss jedes neu eingesetzte Transportmittel zunächst identifiziert werden, um eine korrekte Zuordnung eines in der Steuerungseinrichtung gespeicherten Datensatzes vornehmen zu können.
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In einem anschließenden Schritt findet eine Instanziierung eines vorgebbaren Datensatzes für jedes längs der Bewegungsbahn zu bewegende Transportmittel statt. Bei der Instanziierung wird eine Kopie des vorgebebenen Datensatzes erzeugt und kann anschließend für das jeweilige Transportmittel individuell parametriert werden. Beispielsweise wird bei der Parametrierung eine individuelle Identifikationsnummer des Transportmittels in den instanziierten Datensatz geschrieben.
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Sofern nur eine einzige Art von Transportmitteln eingesetzt wird, kann stets der gleiche Datensatz für die Instanziierung herangezogen werden und nach der Instanziierung gegebenenfalls parametriert werden. Demgegenüber findet bei unterschiedlichen Transportmitteln nach der Identifikation des Transportmittels zunächst die Auswahl des Datensatzes statt, der instanziiert werden soll. In einem anschließenden Schritt werden dann die Instanziierung und gegebenenfalls die Parametrierung des Datensatzes vorgenommen.
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In einem nachfolgenden Schritt wird der nunmehr in der Steuerungseinrichtung vorliegenden Dateninstanz des jeweiligen Transportmittels ein vorgebbares Bewegungsprofil zugeordnet. Dieses Bewegungsprofil kann für alle Transportmittel gleichartig ausgebildet sein, es können jedoch auch unterschiedliche Bewegungsprofile vorgesehen sein. Rein exemplarisch kann vorgesehen werden, in einer Befüllungsanlage für Behälter nach einer Reihe von normalen Befüll- und Verschließvorgängen einen oder mehrere Behälter beispielsweise unverschlossen zu Testzwecken zu einer Kontrollstation zu fördern. Hierzu kann das Bewegungsprofil für die entsprechenden Transportmittel derart verändert sein, dass es keinen Halt des Transportmittels an der Verschlussmontagestation und/oder an der Versiegelungsstation vorsieht und möglicherweise auch eine Entladestation ungebremst passiert, um an die Kontrollstation zu gelangen.
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In einem nachfolgenden Schritt, bei dem der Steuerungseinrichtung die dem Transportmittel zugeordnete, gegebenenfalls parametrierte und mit einem Bewegungsprofil verknüpfte Dateninstanz zur Verfügung steht, werden von der Steuerungseinrichtung für die Dateninstanz des jeweiligen Transportmittels die Steuerungsbefehle erzeugt. Diese Steuerungsbefehle werden an die Steuergeräte übertragen, um für jedes Transportmittel eine dem Bewegungsprofil entsprechende Ansteuerung der jeweiligen Magnetspulen und Magnetspulengruppen zu bewirken und somit eine individuelle Bewegung des jeweiligen Transportmittels längs der Bewegungsbahn zu bewirken.
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Durch die Verbindung mehrerer Magnetspulen zu Magnetspulengruppen und die gleichzeitige Verwendung mehrerer Transportmittel muss an Übergängen zwischen benachbarten Magnetspulengruppen darauf geachtet werden, dass die Transportmittel auch im Bereich der Übergänge eine zumindest im Wesentlichen kontinuierliche bzw. stetige Bewegung, also eine möglichst ruckfreie Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit oder eine ruckfreie Beschleunigung oder Abbremsung mit einem vorgebbaren Beschleunigungsprofil bzw. Abbremsungsprofil, durchführen können. Hierzu ist es erforderlich, dass die Steuerungseinrichtung zumindest Kenntnis über die Position der Transportmittel längs der Bewegungsbahn hat, um bei Annäherung eines Transportmittels an einen Übergang zwischen zwei Magnetspulengruppen eine geeignete Ansteuerung der beiden Magnetspulengruppen vornehmen zu können. Hierzu ist den Magnetspulengruppen insbesondere eine Positionsmesseinrichtung zugeordnet, die eine Bestimmung der Position der Transportmittel ermöglicht. Bevorzugt ist ein Betrieb der Steuerungseinrichtung anhand der ermittelten Positionssignale in einer offenen Schleife vorgesehen, so dass die Bewegung der Transportmittel gesteuert wird und damit der Berechnungsaufwand in der Steuerungseinrichtung gering gehalten werden kann.
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Beispielsweise kann vorgesehen werden, im Bereich von Arbeitsstationen, in denen eine genau Positionierung der Transportmittel erforderlich ist, beispielsweise um einen Befüllvorgang für einen mit dem jeweiligen Transportmittel transportierten Behälter zu bewirken, eine geregelte Ansteuerung der Magnetspule oder der Magnetspulengruppe vorzunehmen. Hierzu kann im Bereich der Arbeitsstation ein Positionsmeßsystem mit hoher Auflösung vorgesehen sein, das zusammen mit der Steuerungseinrichtung die Ausbildung einer geschlossenen Regelschleife ermöglicht.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Steuerungseinrichtung bei einer Bewegung des Transportmittels von einer Magnetspulengruppe zur nächsten Magnetspulengruppe eine synchronisierte Ansteuerung der Steuergeräte für die beiden benachbarten Magnetspulengruppen bewirkt. Die Permanentmagnetanordnung des Transportmittels hat längs der Bewegungsbahn eine Ausdehnung, die größer als eine Ausdehnung einer einzelnen Magnetspule längs der Bewegungsbahn ist. Somit überdeckt die Permanentmagnetanordnung bei einem Übergang von einer ersten, vorhergehenden Magnetspulengruppe auf eine zweite, nachfolgende Magnetspulengruppe zumindest kurzzeitig sowohl wenigstens eine Magnetspule der ersten, vorhergehenden Magnetspulengruppe als auch wenigstens eine Magnetspule der zweiten, nachfolgenden Magnetspulengruppe. Um hierbei einen ruckfreien Übergang des Transportmittels von der ersten Magnetspulengruppe auf die zweite Magnetspulengruppe zu gewährleisten, führt die Steuerungseinrichtung bei einer Annäherung des Transportmittels an den Übergang zwischen erster und zweiter Magnetspulengruppe sicher, dass die magnetischen Wechselfelder, die von den jeweiligen Magnetspulengruppen durch geeignete Ansteuerung durch die Steuergeräte erzeugt werden, zueinander synchron sind und übereinstimmende Phasenlagen haben. Hierdurch wird für das jeweilige Transportmittel eine kontinuierliche und phasensprungfreie magnetische Welle bereitgestellt, mit deren Hilfe das Transportmittel ruckfrei von der ersten Magnetspulenanordnung auf die zweite Magnetspulenanordnung weitertransportiert werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung bei einer Bewegung mehrerer Transportmittel längs einer vorgebbaren Magnetspulengruppe zusätzlich zur Ansteuerung des zugeordneten Steuergeräts eine synchronisierte Ansteuerung der Steuergeräte der unmittelbar benachbarten vorausgehenden und nachfolgenden Magnetspulengruppen vornimmt. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn mehrere Transportmittel synchron zueinander bewegt werden sollen und die Ausdehnung dieser synchron zu bewegenden Transportmittel längs der Bewegungsbahn so gewählt ist, dass es zum zeitgleichen Überdecken von mehr als zwei Magnetspulengruppen kommen kann. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung neben der gänzlich von den Transportmitteln überdeckten Magnetspulengruppe sowohl die vorausgehende Magnetspulengruppe als auch die nachfolgende Magnetspulengruppe synchron und phasenrichtig ansteuert, die ebenfalls zeitgleich zumindest teilweise von den synchron zu bewegenden Transportmitteln überdeckt werden können.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung für eine synchronisierte Ansteuerung von benachbarten Magnetspulengruppen eine gleichfrequente und phasenrichtige Bereitstellung von elektrischer Energie an die benachbarten Magnetspulengruppen vorsieht.
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Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung für eine Einrichtung eines Verbunds aus mehreren Transportmitteln ausgebildet, der als Transportmittelverbund von der Steuerungseinrichtung verwaltet wird, wobei die Transportmittel des Transportmittelverbunds längs einer einzigen Magnetspulengruppe oder längs mehrerer, zueinander benachbart angeordneter Magnetspulengruppen erstreckt sein können. Durch eine Zusammenfassung mehrerer Transportmittel zu einem Transportmittelverbund kann eine vereinfachte Steuerung der zugeordneten Transportmittel in der Steuerungseinrichtung erzielt werden, so dass beispielsweise weniger Rechenleistung von der Steuerungseinrichtung bereitgestellt werden muss, um die Bewegung des Transportmittelverbunds zu steuern. Vorzugsweise findet die Verbindung mehrerer Transportmittel in der Steuerungseinrichtung durch eine wenigstens zweite Instanziierung der Dateninstanz zumindest eines der Transportmittel statt. Hierdurch wird in der Steuerungseinrichtung eine aus Dateninstanzen mehrerer realer Transportmittel gebildete neue Dateninstanz gebildet, die ein virtuelles Transportmittel repräsentiert. In einem weitergehenden Schritt kann in der Steuerungseinrichtung durch weitere Instanziierung von vorliegenden Dateninstanzen auch eine Kombination eines realen Transportmittels mit einem virtuellen Transportmittel oder eine Kombination mehrerer virtueller Transportmittel erreicht werden. Die Bildung der neuen Dateninstanzen kann sowohl im Stillstand der Transportmittel als auch bei einer Bewegung der Transportmittel erfolgen. Sofern die neue Dateninstanz während der Bewegung der Transportmittel erfolgen soll, werden zunächst deren Bewegungen synchronisiert, so dass die Transportmittel eine einheitliche Geschwindigkeit und einen einheitlichen Abstand zueinander aufweisen, um dann die Instanziierung der Dateninstanzen der Transportmittel vorzunehmen und die weitere, gemeinsame Bewegung der Transportmittel auf Basis der neuen Dateninstanz durchzuführen.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Transportmittelverbund in der Steuerungseinrichtung als Kombination eines führenden Transportmittels und wenigstens eines folgenden Transportmittels verarbeitet wird, wobei dem führenden Transportmittel das Bewegungsprofil zugeordnet wird und das wenigstens eine folgende Transportmittel eine zum führenden Transportmittel synchrone Bewegung vollzieht. Durch eine derartige Definition des Transportmittelverbunds in der Steuerungseinrichtung wird eine Verknüpfung realer Transportmittel in der Steuerungseinrichtung angestrebt, wobei anschließend nur noch das Bewegungsprofil des führenden, auch als Master bezeichneten, Transportmittels beachtet werden, während das oder die Bewegungsprofile des oder der folgenden Transportmittel unbeachtet bleiben.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird eine Auftrennung eines Transportmittelverbunds in einen ersten und einen zweiten Abschnitt von der Steuerungseinrichtung zu einem Zeitpunkt vorgenommen, wenn der erste, abzutrennende Abschnitt des Transportmittelverbunds einer anderen Magnetspulengruppe zugeordnet ist als der zweite abzutrennende Abschnitt des Transportmittelverbunds. Bei einer Auftrennung eines Transportverbunds werden ein oder mehrere Transportmittel, die vor einem vorgebbaren Zeitpunkt zusammen mit einem oder mehreren weiteren Transportmitteln in einem Transportmittelverbund von der Steuerungseinrichtung gesteuert wurden, ab dem vorgebbaren Zeitpunkt separat und damit unabhängig von den anderen Transportmitteln des bisherigen Transportmittelverbunds gesteuert. Eine solche Auftrennung des Transportmittelverbunds kann vorteilhaft vorgenommen werden, wenn die Trennstelle zwischen den aufzutrennenden Transportmitteln im Bereich eines Übergangs zwischen benachbarten Magnetspulengruppen liegt. Vorzugsweise ist eine unterschiedliche Ansteuerung dieser Magnetspulengruppen vorgesehen, beispielsweise wird der in Bewegungsrichtung vorn angeordnete Abschnitt des bisherigen Transportmittelverbunds nach dem Abtrennungsvorgang mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit weitergefördert, während der hinten angeordnete Abschnitt des Transportmittelverbunds zumindest kurzfristig angehalten wird, um eine Beabstandung zwischen den Transportmitteln der beiden Abschnitte des bisherigen Transportmittelverbunds zu ermöglichen.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahren ist vorgesehen, dass vor einer Einleitung einer Bewegung auf ein Transportmittel oder einen Transportmittelverbund eine Überprüfung der Magnetspulengruppen und/oder von Arbeitsstationen längs der Bewegungsbahn vorgenommen wird, um die Bewegung des Transportmittels oder des Transportmittelverbunds freizugeben, wenn keine Hindernisse längs der Bewegungsbahn ermittelt werden. Diese Vorgehensweise ist vorteilhaft, wenn nur eine geringe Rechenkapazität der Steuerungseinrichtung für die Bewegung der Transportmittel zur Verfügung steht bzw. genutzt werden soll. Hierbei wird zunächst die gesamte Bewegungsbahn für die Transportmittel dahingehend überprüft, ob eine Bewegung der Transportmittel ungestört erfolgen kann, ohne dass Kollisionen mit vorausfahrenden Transportmitteln auftreten können und ohne dass Beeinträchtigungen an den Arbeitsstationen vorliegen, die die Bewegung der Transportmittel stören könnten.
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Sofern ein größerer Strom von Transportmitteln pro Zeiteinheit längs der Bewegungsbahn bewegt werden soll, wird vor einer Einleitung einer Bewegung auf ein Transportmittel oder einen Transportmittelverbund oder zur Aufrechterhaltung der Bewegung des Transportmittels oder des Transportmittelverbunds eine Überprüfung der Magnetspulengruppen und/oder von Arbeitsstationen längs der Bewegungsbahn vorgenommen, um die Bewegung des Transportmittels oder des Transportmittelverbunds freizugeben, wenn eine Magnetspulengruppe vor dem Hindernis eine Erstreckung längs der Bewegungsbahn aufweist, die gleich oder größer wie eine Erstreckung des Transportmittels oder des Transportmittelverbunds längs der Bewegungsbahn ist. Hierdurch ist eine dynamische Anpassung der Bewegung der Transportmittel an die Gegebenheiten längs der Bewegungsbahn möglich, beispielsweise kann ein Transportmittel längs eines ersten Abschnitts der Bewegungsbahn bewegt werden, selbst wenn ein nachfolgender zweiter Abschnitt der Bewegungsbahn noch nicht frei ist, da dort möglicherweise ein weiteres Transportmittel vorhanden ist und/oder eine Arbeitsstation noch nicht betriebsbereit ist. Sofern das Transportmittel das Ende des ersten Abschnitts der Bewegungsbahn erreicht, ohne dass der zweite Abschnitt der Bewegungsbahn frei ist, kann das Transportmittel abgebremst werden und am Ende des ersten Abschnitts der Bewegungsbahn angehalten werden, bis der zweite Abschnitt der Bewegungsbahn frei geworden ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein elektromagnetisches Transportsystem mit mehreren, längs einer Bewegungsbahn aneinander gereihten Magnetspulen und wenigstens einem zur Bewegung längs der Bewegungsbahn ausgebildeten Transportmittel vorgesehen, wobei jeweils benachbart längs der Bewegungsbahn angeordnete Magnetspulen elektrisch zu wenigstens zwei jeweils einheitlich ansteuerbaren Magnetspulengruppen zusammengefasst sind und wobei jeder Magnetspulengruppe wenigstens ein Steuergerät zur Bereitstellung elektrischer Energie an die jeweilige Magnetspulengruppe zugeordnet ist, sowie mit einer Steuerungseinrichtung zur Bereitstellung von Steuerungsbefehlen an die Steuergeräte, um elektromagnetische Felder für Antriebskräfte auf das wenigstens eine Transportmittel freizugeben, wobei die Steuerungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass jedes Transportmittel einzeln und unabhängig ansteuerbar ist und dass benachbart angeordnete Magnetspulengruppen synchronisiert ansteuerbar sind und wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Verbinden von Datensätzen der Transportmittel ein gekoppeltes Softwareobjekt zu erzeugen und somit einen Verbund aus mehreren Transportmitteln einzurichten, der als Transportmittelverbund von der Steuerungseinrichtung verwaltet wird, wobei die Transportmittel des Transportmittelverbunds längs einer einzigen Magnetspulengruppe oder längs mehrerer, zueinander benachbart angeordneter Magnetspulengruppen erstreckt sein können.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines elektromagnetischen Transportsystems,
- 2 eine schematische Darstellung mehrerer benachbart zueinander angeordneter Magnetspulengruppen,
- 3 ein Ablaufschema für eine Programmabarbeitung in einer Steuerungseinrichtung und
- 4 eine schematische Darstellung von Bewegungsabläufen für ein Transportmittel gemäß dem Ablaufschema der 3.
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Ein in der 1 dargestelltes elektromagnetisches Transportsystem 1 umfasst eine exemplarisch als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildete Steuerungseinrichtung 2, mehrere mit der Steuerungseinrichtung 2 elektrisch verbundene Steuergeräte 3 sowie jeweils mit den Steuergeräten 3 elektrisch verbundene Statorsegmente 4, 14, 24 und auf den Statorsegmenten 4, 14, 24 beweglich aufgenommene Wagen 5. Ferner sind dem Transportsystem 1 eine Befüllstation 6 zur Befüllung von Behältern, die mit den Wagen 5 transportiert werden können, und eine Verschlussstation 7 zum Verschließen der Behälter zugeordnet.
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Mit dem Transportsystem 1 können die Wagen 5 an einer nicht dargestellten Beladestation mit den Behältern bestückt werden und dann längs einer Bewegungsbahn 8 mittels elektromagnetischer Wechselwirkungen zwischen den Statorsegmenten 4, 14, 24 und dem Wagen 5 bis zur Befüllstation 6 gefördert werden. Dort kann der jeweilige Wagen 5 kurzzeitig angehalten werden, um beispielsweise eine Befüllung des Behälters mit einer Flüssigkeit zu ermöglichen. Anschließend wird der Wagen 5 bis zur Verschlussstation 7 gefördert, wo eine Verschlusskappe auf den Behälter aufgeschraubt werden kann. Anschließend wird der Wagen 5 zu einer nicht dargestellten Entladestation gefördert, wo der befüllte und verschlossene Behälter entnommen wird. Der Wagen 5 trägt an einer den Statorsegmenten 4, 14, 24 gegenüberliegenden Unterseite eine nicht dargestellte Permanentmagnetanordnung, die in magnetische Wechselwirkung mit wellenförmig ausgebildeten Magnetfeldern der Statorsegmente 4, 14, 24 tritt, wobei hierdurch eine Vortriebskraft längs der Bewegungsbahn 8 auf den jeweiligen Wagen 5 einwirkt. Exemplarisch sind die wellenförmigen, insbesondere sinusförmigen, Magnetfelder, die von den Statorsegmenten 4, 14, 24 bereitgestellt werden, jeweils als Wellenlinien in den Statorsegmenten 4, 14, 24 eingezeichnet.
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Die elektrische Energie für die einzelnen Statorsegmente 4, 14, 24 wird von den Steuergeräten 3 bereitgestellt, die mit einer nicht dargestellten elektrischen Energiequelle verbunden sind und die in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuerungseinrichtung 2 angesteuert werden. Dazu ist jedes der Steuergeräte 3 mit einem Ausgangsanschluss eines Ein-/Ausgangsmodul 9 der Steuerungseinrichtung 2 verbunden. Die Ein-/Ausgangsmodule 9 umfassen zusätzlich jeweils einen Eingangsanschluss, an dem ein den jeweiligen Statorsegmenten 4, 14, 24 zugeordnetes Wegmesssystem 20, 30, 40 angeschlossen ist. Mit Hilfe der Wegmesssysteme 20 und 40, die aus Kostengründen eine geringe Ortsauflösung aufweisen, kann die Position der Wagen 5 für die Bewegung längs der Bewegungsbahn 8 ermittelt werden. Mit Hilfe des Wegmesssystems 30, das eine hohe Ortsauflösung aufweist, kann die Position des Wagens 5 unterhalb der Befüllstation 6 exakt bestimmt werden, um Fehlbefüllungen der Behälter zu vermeiden. Beispielsweise finden die Bewegungen der Wagen 5 längs der Statorsegmente 4 und 24 gesteuert statt, während die Bewegung der Wagen 5 längs des Statorsegments 14 geregelt erfolgt.
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Aus der 2 geht schematisch der Aufbau der Statorsegmente 4, 14, 24 hervor. Jedes der Statorsegmente 4, 14, 24 umfasst mehrere Magnetspulen 10, 11, die elektrisch zu Magnetspulengruppen 21, 31 und 41 zusammengefasst sind. Die Magnetspulen 10, 11 sind an unterschiedlichen Randbereichen einer Leiterplatte 13 elektrisch angekoppelt, die ihrerseits mit dem zugeordneten Steuergerät 3 verbunden ist.
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Das Steuergerät 3 steuert das jeweils zugeordnete Statorsegment 4, 14, 24 derart an, dass die Magnetspulen 10, 11 des jeweiligen Statorsegments 4, 14, 24 jeweils phasenversetzt zueinander mit Wechselstrom beaufschlagt werden. Dabei beträgt der Phasenversatz zwischen benachbarten Magnetspulen 10, 11 in den Statorsegmenten 4, 14, 24, die exemplarisch jeweils mit einer Anzahl von Magnetspulen 10, 11 ausgerüstet sind, die einem ganzzahligen Vielfachen von Vier entspricht, vorzugsweise 90 Grad. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Statorsegmente mit einer Anzahl von Magnetspulen ausgerüstet, die einem ganzzahligen Vielfachen von Drei entspricht, hierbei kann insbesondere ein Phasenversatz von 120 Grad zwischen den Spulenströmen benachbart angeordneter Magnetspulen vorgesehen sein.
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Somit bildet sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die Magnetspule 10 ein elektrisches Feld aus, dessen Polung dem elektrischen Feld der Magnetspule 11 entgegengesetzt ist. Bei Beaufschlagung der Magnetspulen 10, 11 mit einem elektrischen Wechselfeld kann somit eine wandernde magnetische Welle längs des jeweiligen Statorsegments 4, 14, 24 ausgebildet werden, die in Wechselwirkung mit der Permanentmagnetanordnung an den jeweiligen Wagen 5 zu einer Vortriebskraft auf die Wagen 5 führt.
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Um beispielsweise eine stetige, ruckfreie Bewegung eines einzigen Wagens 5 längs der Statorsegmente 4, 14, 24 zu erreichen ist es vorgesehen, dass die magnetischen Wellen der einzelnen Statorsegmente 4, 14, 24 derart aufeinander abgestimmt werden, dass sie am Übergang 15 zwischen dem ersten und dem zweiten Statorsegment 4, 14 bzw. am Übergang 16 zwischen dem zweiten und dem dritten Statorsegment 14, 24 jeweils frequenzgleich und phasengleich sind. Hierzu steuert die Steuerungseinrichtung 2 die Statorsegmente 4, 14, 24 synchronisiert an.
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Sofern jedoch mehrerer Wagen 5 längs der Bewegungsbahn 8 mit unterschiedlichen Bewegungsabläufen bewegt werden sollen, ist es nicht ausreichend, die Statorsegmente 4, 14, 24 synchronisiert anzusteuern. Vielmehr muss die Ansteuerung der einzelnen Statorsegmente 4, 14, 24 so erfolgen, dass einerseits ein ruckfreies Überfahren der Übergänge 15, 16 erreicht werden kann und andererseits ein zeitweiliger Stillstand einzelner Wagen 5, beispielsweise an der Befüllstation 6 oder an der Verschlussstation 7 ermöglicht wird.
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Hierzu kann die in den 3 und 4 dargestellte Vorgehensweise gewählt werden. In der 3 ist ein Ablaufschema für eine Programmabarbeitung in der Steuerungseinrichtung 2 dargestellt. Die Abarbeitung dieses Programms führt zu den Bewegungen der Wagen 5, wie sie in den in 4 dargestellten Bewegungsphasen gezeigt wird.
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Die 3 offenbart in schematischen Grundzügen die Abläufe in der Steuerungseinrichtung 2. Zunächst wird beim Einsetzen eines Wagens 5 am Beginn einer Bewegungsbahn eine Instanziierung eines Softwareobjekts 12 vorgenommen. Sofern wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel stets die gleichen Wagen 5 eingesetzt werden, findet bei der Instanziierung jeweils die Erzeugung eines Softwareobjekts 12 der gleichen Klasse statt. Sofern unterschiedliche Wagen eingesetzt werden, kann nach Identifizierung des Wagentyps auch vorgesehen sein, in Abhängigkeit vom ermittelten Wagentyp ein Softwareobjekt durch Instanziierung einer Klasse aus einer Klassenbibliothek zu erzeugen.
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Bei der Instanziierung des Softwareobjekts 12 werden diesem exemplarisch mehrere Parameter 17, 18 und 19 sowie ein Ablaufprogramm 22 zugewiesen. Dabei stehen die Parameter 17 ,18 und 19 beispielsweise in Zusammenhang mit demjenigen Wagen 5, der von dem Softwareobjekt 12 in der Steuerungseinrichtung 2 repräsentiert werden soll.
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Das Ablaufprogramm 22 umfasst mehrere Befehle M1 bis M4, die aus einer Befehlsbibliothek 23 abgerufen werden können und die bei der Instanziierung des Softwareobjekts 12 im Rahmen vorgebbarer Regeln miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise ist der Befehl M1 dafür vorgesehen, den entsprechenden Wagen 5 in einer Ausgangsposition zu positionieren. Der Befehl M2 ist für eine Bewegung längs der Bewegungsbahn 8 vorgesehen, wobei die während der Bewegung zurückgelegte Strecke frei definiert werden kann. Der Befehl M3 ist für ein nachstehend noch näher beschriebenes Kuppeln des Wagens 5 mit einem nachfolgenden Wagen 5 vorgesehen. Der Befehl M4 ist für ein Entkuppeln des Wagens 5 von dem nachfolgenden Wagen 5 vorgesehen.
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Bei einer Verarbeitung des Softwareobjekts 12 in der Steuerungseinrichtung 2 werden die im Ablaufprogramm 22 festgelegten Schritte von der Steuerungseinrichtung 2 schrittweise ausgeführt, wodurch die in 4 schematisch dargestellten Aktionen, insbesondere Bewegungen, des Wagens 5 hervorgerufen werden.
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Im ersten, mit S1 bezeichneten Schritt wird der Wagen 5 in der Ausgangsposition positioniert. Im Schritt S2 findet eine Bewegung des Wagens 5 längs der Bewegungsbahn 8 bis zu einer vorgebbaren Position statt. Anschließend wird ein weiterer Wagen 5 auf dem ersten Statorsegment 4 positioniert, der in der Steuerungseinrichtung 2 ebenfalls in nicht näher dargestellter Weise als Softwareobjekt repräsentiert wird, wobei der zweite Wagen 5 ein vom ersten Wagen 5 abweichendes, nicht näher dargestelltes Ablaufprogramm aufweist, da er beispielsweise zumindest zeitweilig als folgendes Transportmittel oder Slave dem ersten Wagen folgt, der als führendes Transportmittel oder Master eingesetzt wird. Der Abstand d zwischen den beiden Wagen 5 ist vorzugsweise so gewählt, dass bei einer Bewegung der beiden Wagen 5 aufgrund der von den Statorsegmenten 4, 14, 24 bereitgestellten magnetischen Wellen keine Veränderung dieses Abstandes eintritt. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass der Abstand d zwischen den beiden Wagen einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge A der magnetischen Wellen entspricht.
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Da die Magnetspulengruppe 21 im ersten Magnetspulensegment 4 nur jeweils einheitlich vom zugeordneten Steuergerät 3 angesteuert werden kann, erfolgen nunmehr die Bewegungen der beiden Wagen 5 zumindest zeitweilig synchron. Hierbei kann wahlweise vorgesehen werden, dass die beiden Wagen 5 von der Steuerungseinrichtung 2 als separate, aber miteinander verknüpfte Softwareobjekte oder „Achsen“ weiterverarbeitet werden oder dass die den beiden Wagen zugeordneten Softwareobjekte 12 in der Steuerungseinrichtung 2 durch Instanziierung derart miteinander verknüpft werden, dass ein neues, gekoppeltes Softwareobjekt 25 entsteht, wie dies schematisch in der 3 zu den Schritten S3 und S4 dargestellt ist, das dann als einzelne „Achse“ von der Steuerungseinrichtung 2 weiterverarbeitet wird.
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Im Schritt S3 findet die Verbindung der Softwareobjekte 12 statt. Im nachfolgenden Schritt S4 werden die beiden Wagen 5 gemäß übereinstimmender Befehle M2 längs der Bewegungsbahn 8 bewegt. Da bei dieser Bewegung der erste Wagen 5 vom ersten Statorsegment 4 auf das zweite Statorsegment 14 bewegt werden soll, ist bei dieser Bewegung eine synchronisierte Ansteuerung der beiden Statorsegmente 4, 14 durch die Steuerungseinrichtung 2 erforderlich.
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Im nachfolgenden Schritt S5 ruhen die beiden Wagen 5 und es wird in der Steuerungseinrichtung 2 gemäß dem Ablaufprogramm 22 eine Entkopplung der beiden Softwareobjekte 12 vorgenommen, so dass anschließend wieder eine separate Verarbeitung der den jeweiligen Wagen zugeordneten Softwareobjekte 12 in der Steuerungseinrichtung 2 stattfindet. Im nachfolgenden Schritt S6 wird der erste Wagen 5 vom zweiten Statorsegment 14 auf das dritte Statorsegment 24 weiterbewegt, deren Ansteuerung für diese Bewegung des ersten Wagens 5 synchronisiert wird. Sobald der erste Wagen 5 das Statorsegment 14 verlassen hat, kann die synchronisierte Ansteuerung der Statorsegmente 14 und 24 aufgehoben werden. Somit kann nunmehr eine synchronisierte Ansteuerung der beiden Statorsegmente 4 und 14 erfolgen, damit der zweite Wagen 5 die am zweiten Statorsegment 14 angeordnete, in der 1 näher dargestellte Befüllstation 6 erreichen kann.
