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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur automatischen Konfiguration von mindestens einer Regelung
und/oder mindestens einer Steuerung von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen,
sowie auf ein Datennetzwerk, zur Verbindung von Maschinenkomponenten
bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen.
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Werkzeug- oder Produktionsmaschinen,
wobei unter Produktionsmaschinen auch Roboter zu verstehen sind,
werden vom Hersteller häufig
in unterschiedlichen Varianten angeboten, die in der Regel aus einer
Grundkonfiguration und optionalen Zusatzkomponenten oder -funktionen
bestehen. Diese Optionen werden teilweise auch erst nach Auslieferung
an den Endkunden nachgerüstet.
Nach der mechanischen und elektrischen Installation solcher optionaler
Komponenten sind in der Regel Projektierungs- und Inbetriebsetzungsarbeiten
an der Maschinensteuerung und/oder der Regelung der Maschine vorzunehmen.
Diese Arbeiten können
häufig
nur vom Fachpersonal des Maschinenherstellers durchgeführt werden.
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Eine weitere Problemstellung ergibt
sich bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen auf denen unterschiedliche
Produkte hergestellt werden sollen oder mit verschiedenen Rezepturen
gearbeitet werden soll. Es werden häufig verschiedene Maschinenteile
in unterschiedlichen Konfigurationen verkettet oder zu einer Grundmaschine
optionale Maschinenteile hinzugefügt. Da diese Arbeiten in der
Regel jedes mal bei einer Produktumstellung anfallen, müssen diese
normalerweise von dem Bedienpersonal des Endkunden vorgenommen werden.
Dieses besitzt aber in der Regel nicht das Wissen und oder Zeit komplizierte
Projektierungs- und Instandsetzungsarbeiten an den Regelung und/oder
Steuerung der Maschine bei jeder Produktumstellung selbst durchzunehmen.
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Heute wird die Inbetriebsetzung dieser
optionalen Komponenten entweder
- – durch
manuelle Eingaben von Parametern und Programmen mit Hilfe eines
Engineeringssystems oder eines Bediensystems,
- – durch
manuelles Aktivieren einer schon beim Maschinenhersteller vorgenommenen
und gespeicherten Parametrierung bzw. Projektierung oder
- – durch Übertragen
einer beim Maschinenhersteller schon vorabgenommenen Parametrierung bzw.
Projektierung in die Regelung und/oder die Steuerung,
vorgenommen.
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Es ist immer ein manuelles Eingreifen
des Bedienpersonals des Endkunden oder des Servicepersonals des
Maschinenherstellers erforderlich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Konfiguration von Regelungen
und Steuerungen von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen, wobei unter
Produktionsmaschinen auch Roboter zu verstehen sind, das eine automatische
Anpassung mindestens einer Regelung und/oder mindestens einer Steuerung
der Maschine an die aktuell vorhandene Maschinenkonfiguration durchführt, sowie
ein hierfür
geeignetes Datennetzwerk zur Verbindung von Maschinenkomponenten
der Maschinen zu schaffen.
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Gemäß der Erfindung wird diese
Aufgabe für ein
Verfahren dadurch gelöst,
dass beim Hochlaufen der jeweiligen Maschine, über ein Datennetzwerk, welches
Maschinenkomponenten untereinander verbindet, eine automatische
Identifizierung der momentan angeschlossenen Maschinenkomponenten,
sowie eine automatische Identifizierung der Struktur des Datennetzwerks, durchgeführt wird
und solchermaßen
eine aktuelle Ist-Maschinentopologie
erkannt wird und das abhängig
von der ermittelten Ist-Maschinentopologie zur Initialisierung der
Maschinenkomponenten in der Regelung und/oder der Steuerung unterschiedliche,
auf die jeweilige Ist-Maschinentopologie zugeschnittene vorbestimmte
Parameterdateien verwendet werden.
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Für
ein Datennetzwerk zur Verbindung von Maschinenkomponenten bei Werkzeug-
oder Produktionsmaschinen wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Maschinenkomponenten über
einheitliche Datenschnittstellen zum Austausch von Daten verbindbar
sind, wobei die Datenschnittstellen als physikalische Punkt zu Punkt-Verbindungen
ausführbar
sind, wobei die Maschinenkomponenten jeweils eine eigene Intelligenz, insbesondere
einen Controller und eine eigene ID-Nummer, besitzen.
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Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
bzw. des Datennetzwerkes besteht darin, dass bei jeder Umkonfiguration
der Maschine durch den Anwender die erforderlichen Schritte zur
Inbetriebnahme automatisch durchgeführt werden. Servicepersonal
des Maschinenherstellers oder speziell geschulten Personals des
Endkunden ist hier nicht erforderlich. Da das erfindungsgemäße Verfahren
automatisch abläuft
wird die Fehlerhäufigkeit stark
reduziert. Nicht zulässige
Konfigurationen und Fehler bei der Maschinenumstellung können automatisch
erkannt und abgewiesen werden. Da die Konfiguration automatisch
und selbständig
abläuft, kann
der Maschinenhersteller die manuelle Parametrierung und Projektierung
der Regelungen und/oder Steuerungen für den Kunden vollständig sperren. Hierdurch
kann er ungewollte Manipulationen und Änderungen an der Maschine verhindern.
Die aktuell vorhandene Ist-Maschinentopologie bzw. Maschinenkonfiguration
kann protokolliert werden, so dass diese bei Produktionsfehlern
und Maschinenstörungen
zur Ursachenforschung jederzeit nachvollzogen werden kann.
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Eine erste vorteilhafte Ausführung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Ist-Maschinentopologie
in einem nichtflüchtigem Speichermedium
hinterlegt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass die aktuelle
Ist-Maschinentopologie, nach z.B. einem Ausfall der Versorgungsspannung der
Maschine, sofort wieder zur Verfügung
steht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass neben der aktuellen Ist-Maschinentopologie
auch zusätzliche
Daten, insbesondere der Zeitpunkt der Aktivierung der Ist-Maschinentopologie und/oder
die Zeitdauer der Benutzung der Ist-Maschinentopologie im nichtflüchtigem
Speichermedium gespeichert werden. Solche Daten können insbesondere
für Diagnose
und Wartungsdienste zur Behebung von Produktionsfehlern und Maschinenstörungen,
sowie zur Lizenzverteilung und Lizenzüberwachung vorteilhaft eingesetzt
werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Identifizierung
der momentan angeschlossenen Maschinenkomponenten mittels einer
ID-Nummer, welche jede angeschlossene Maschinenkomponente kennzeichnet, durchgeführt wird.
Hierdurch ist eine sehr sichere und eindeutige Identifizierung der
angeschlossenen Maschinenkomponente gewährleistet.
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In diesem Zusammenhang erweist es
sich als vorteilhaft, dass die ID-Nummer, die Daten der jeweiligen
Maschinenkomponente insbesondere die Seriennummer und/oder Bestellnummer
und/oder Softwarestand und/oder Ausführungstyp und/oder Herstellerbezeichnung
und/oder Hersteller und/oder Leistungsdaten beinhaltet. Eine möglichst
umfassende Beschreibung der Maschinenkomponente, mittels einer entsprechenden
ID-Nummer, erlaubt eine eindeutige und zuverlässige Identifizierung der Maschinenkomponente.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Ist-Maschinentopologie und/oder
zusätzliche
Daten, insbesondere der Zeitpunkt der Aktivierung der Ist-Maschinentopologie und/oder
die Zeitdauer der Benutzung der Ist-Maschinentopologie über eine
Kommunikationsschnittstelle, insbesondere einen Feldbus an eine übergeordnete
Automatisierungsebene weitergeleitet wird. Hierdurch wird sichergestellt,
dass auch einer eventuell vorhandenen übergeordneten Automatisierungsebene
jederzeit die aktuelle Ist-Maschinentopologie, sowie eventuell weitere
Daten zur Verfügung stehen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Ist-Maschinentopologie vor
Durchführung
der Initialisierung der Maschinenkomponenten, mit hinterlegten Soll-Maschinentopologien
verglichen wird und falls die Ist-Maschinentopologie mit keiner
der Soll-Maschinentopologien übereinstimmt,
eine Fehlermeldung ausgegeben wird. Hierdurch wird dem Anwender
schon frühzeitig eine
ungenügende
Parametrierung der Maschine mitgeteilt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, dass als Maschinenkomponente, mindestens
ein Leistungssteller und/oder mindestens ein Motor und/oder mindestens
ein Sensor und/oder mindestens ein Geber und/oder mindestens eine Ein-/Ausgabebaugruppe
und/oder mindestens eine Regelung und/oder mindestens eine Steuerung
verwendet wird. Leistungssteller, Motoren, Sensoren, Geber und Ein-/Ausgabebaugruppen
stellen gängige Maschinenkomponenten
dar.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die einheitlichen Datenschnittstellen
physikalisch als Ethernet-, Firewire- oder USB-Schnittstellen realisierbar sind. Mit
Hilfe der genannten Da tenschnittstellen ist ein besonders einfacher
Aufbau des Datennetzwerks möglich.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die ID-Nummer, die Seriennummer
und/oder Bestellnummer und/oder Softwarestand und/oder Ausführungstyp
und/oder Herstellerbezeichnung und/oder Hersteller und/oder Leistungsdaten
beinhaltet. Eine möglichst
umfassende Beschreibung der Maschinenkomponente, mittels einer entsprechenden
ID-Nummer, erlaubt eine eindeutige und zuverlässige Identifizierung der Maschinenkomponente.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführung der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Maschinenkomponenten,
mindestens ein Leistungssteller und/oder mindestens ein Motor und/oder
mindestens ein Sensor und/oder mindestens ein Geber und/oder mindestens
eine Ein-/Rusgabebaugruppe und/oder mindestens eine Regelung und/oder
mindestens eine Steuerung vorgesehen sind. Leistungssteller, Motoren,
Sensoren, Geber und Ein-/Ausgabebaugruppen stellen gängige Maschinenkomponenten
dar.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Verfahren
sowie ein Datennetzwerk.
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In dem Blockschaltbild gemäß 1 wird im wesentlichen eine
Maschine dargestellt, welche aus einer Grundmaschine 1 und
einem optionalen Maschinenteil 2 besteht. In dem Ausführungsbeispiel wird
z.B. zur Fertigung eines Produktes A die Maschine nur in ihrer Form
als Grundmaschine 1 benötigt, während z.B.
zur Fertigung eines zweiten Produktes B zusätzlich ein optionaler Maschinenanteil 2 zur Grundmaschine 1 dazugeschalten
werden muss. In dem Ausführungsbeispiel
besteht die Grundmaschine 1 aus den Maschinenkomponenten
Regelung 5, Leistungssteller 6a, Motor 7a und
einem Geber 8a. Der optionale Maschinenanteil 2 setzt
sich beispielhaft aus einem Leistungssteller 6b, einen
Motor 7b, einem Geber 8b, sowie einer Ein-/Ausgabebaugruppe 9 zusammen.
Die einzelnen Maschinenkomponenten sind über ein Datennetzwerk, welches
im wesentlichen aus den physikalischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f und 10g besteht,
miteinander verbunden. Im dem Ausführungsbeispiel sind die Schnittstellen
der einzelnen Maschinenkomponenten physikalisch als Ethernet-Schnittstellen realisiert.
Es sind aber auch alternativ als physikalische Schnittstellen Firewire- oder
USB-Schnittstellen (Universal Serial Bus Schnittstellen) denkbar.
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Jede in den Ausführungsbeispielen dargestellte
Maschinenkomponente verfügt über eine
eigene Intelligenz 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g und 15h,
beispielsweise in Form eines Controllers. Weiterhin besitzt jede
Maschinenkomponente zur eindeutigen Identifikation eine eigene ID-Nummer 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g sowie 11h.
Eine übergeordnete
Automatisierungsebene 3, welche nicht zur Maschine gehört ist über einen
Feldbus 4 mit der Grundmaschine 1 bzw. der Regelung 5 verbunden.
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Die Regelung 5 besitzt ein
Speichermedium 12, welches vorzugsweise als nichtflüchtiges
Speichermedium 12 realisiert ist. Im Speichermedium 12 ist
eine erste Soll-Maschinentopologie 13a, eine zweite Soll-Maschinentopologie 13b,
eine erste Parameterdatei 14a und eine zweite Parameterdatei 14b hinterlegt.
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Selbstverständlich kann anstatt oder zusätzlich zur
Regelung 5 auch eine Steuerung mit einem entsprechenden
Speichermedium und den entsprechenden Soll-Maschinentopologien bzw.
Parameterdateien oder mehrere solcher Regelungen und/oder Steuerungen
in der Maschine vorhanden sein. Weiterhin kann die Maschine auch
aus wesentlich mehr optionalen Maschinenteilen bzw. Maschinenkomponenten
bestehen. Auch können
gegebenenfalls noch andere Arten von Maschinenkomponenten vorhanden
sein.
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Zu Beginn der automatischen Konfiguration der
im Ausführungsbeispiel
angegebenen Regelung 5 wird beim Hochlaufen der Maschine über das
Datennetzwerk eine automatische Identifizierung der momentan angeschlossenen
Maschinenkomponenten, sowie eine automatische Identifizierung der Struktur
des Datennetzwerks, d.h. es wird ermittelt wie im Datennetzwerk
die Maschinenkomponenten untereinander verbunden sind, durchgeführt und
solchermaßen
eine aktuelle Ist-Maschinentopologie 20 erkannt. Die erkannte
Ist-Maschinentopologie 20 beinhaltet somit sowohl Informationen über die
Struktur des Datennetzwerks als auch eine Identifizierung der angeschlossenen
Maschinenkomponenten. Die Identifizierung der Maschinenkomponenten
kann dabei Daten wie z.B, die Seriennummer und/oder Bestellnummer
und/oder Softwarestand und/oder Ausführungstyp und/oder Herstellerbezeichnung und/oder
Hersteller und/oder Leistungsdaten beinhalten. In einer vorteilhaften
Ausführungsform
sind diese Daten in Form einer ID-Nummer zusammengefasst, wobei
unter Umständen,
falls nicht alle für
das erfindungsgemäße Verfahren
benötigten
Daten der Maschinenkomponenten in der ID-Nummer selbst integriert
sind, die betreffenden Maschinendaten über das Datennetzwerk von der
Regelung und/oder Steuerung nachgeladen werden müssen.
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Die erkannte Ist-Maschinentopologie
wird im folgenden mit denen im Speichermedium 12 hinterlegten
Soll-Maschinentopologien verglichen. Jede Soll-Maschinentopologie
ist eine Parameterdatei zugeordnet, was jeweils durch eine gestrichelt
gezeichnete Verbindung in 1 angedeutet
ist. Jede Parameterdatei enthält
die auf die jeweilige Soll-Maschinentopologie zugehörigen Parameter
und Projektierungsinformationen zur Initialisierung der Maschinenkomponenten.
Als Beispiel für
einen einzelnen Parameter innerhalb einer solchen Parame terdatei
wäre z.B.
ein Verstärkungsfaktor
eines Antriebsregelkreises zu nennen.
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In dem Ausführungsbeispiel ist der Grundmaschine 1 eine
erste Soll-Maschinentopologie 13a und eine erste Parameterdatei 14a zugeordnet.
Besteht die Maschine aus der Grundmaschine 1 und dem optionalen
Maschinenanteil 2, d.h., ist der optionale Maschinenanteil 2 angeschlossen,
so ist der Maschine die zweite Soll-Maschinentopologie 13b und
eine zweite Parameterdatei 14b zugeordnet. Die einzelnen
Soll-Maschinentopologien bzw. zugehörigen Parameterdateien werden
vom Hersteller oder vom entsprechenden Fachpersonal bei der Inbetriebnahme
oder Auslieferung der Maschine im Speichermedium 12 hinterlegt.
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Es wird nun im folgenden genau diejenige Parameterdatei
zur Initialisierung der Maschinenkomponenten verwendet dessen zugehörige Soll-Maschinentopologie
mit der erkannten Ist-Maschinentopologie übereinstimmt.
Im Ausführungsbeispiel
würde somit
falls nur die Grundmaschine 1 angeschlossen ist, die erste
Parameterdatei 14a verwendet werden, falls zusätzlich noch
der optionale Maschinenanteil angeschlossen ist, die zweite Parameterdatei 14b verwendet
werden.
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Stimmt die erkannte Ist-Maschinentopologie mit
keinem der hinterlegten Soll-Maschinentopologien überein,
so wird in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Fehlermeldung
ausgegeben und der Konfigurationsvorgang abgebrochen. Neben der
aktuellen Ist-Maschinentopologie können auch zusätzliche
Daten, wie z.B. der Zeitpunkt der Aktivierung der Ist-Maschinentopologie
und/oder die Zeitdauer der Benutzung der Ist-Maschinentopologie
im Speichermedium 12 gespeichert werden. Solche Informationen
sind insbesondere für
Diagnose- und Wartungsdienste, sowie zur Lizenzverteilung und -überwachung
der Optionen bzw. Maschinenkonfigurationen von Vorteil.
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Weiterhin ist es sinnvoll, dass die
ID-Nummer zur Identifikation der Maschinenkomponente diese möglichst
umfassend be schreibt. So kann die ID-Nummer beispielsweise Seriennummer,
Bestellnummer, Softwarestand, Leistungsdaten und/oder Ausführungstyp
bzw. Herstellerbezeichnung und/oder den Hersteller beinhalten. Die
aktuelle Ist-Maschinentopologie, sowie zusätzliche Daten, wie z.B. der
Zeitpunkt der Aktivierung der Ist-Maschinentopologie, die Zeitdauer
der Benutzung der Ist-Maschinentopologie
können über einen
Feldbus 4 an eine übergeordnete
Automatisierungsebene 3 weitergeleitet werden. Sofern die
Maschine und/oder die übergeordnete
Automatisierungsebene 3 mit einem entsprechenden nicht
in 1 dargestellten Kommunikationsmittel
verbunden ist, z.B. Telefonnetz und/oder Internet/Intranet, kann
die aktuelle Ist-Maschinentopologie z.B. vom Maschinenhersteller
erfasst und überwacht
werden.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt,
dass für die
oben genannten physikalischen Datenschnittstellen (Ethernet-, Firewire
oder USB-Schnittstellen) unter Umständen nicht die Originalprotokolle
dieser Schnittstellen verwendet werden können, da bei einigen Maschinen
harte Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit der zu übertragenden
Daten gestellt werden. Deshalb müssen
für einige
Anwendungsfälle, die
entsprechenden zu den physikalischen Schnittstellen gehörenden Protokolle
Richtung Echtzeitfähigkeit
modifiziert werden.
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In manchen Anwendungsfällen kann
es auch vorkommen, dass bestimmte Maschinenkomponenten, wie z.B.
ein Motor, über
noch keine eigene Intelligenz (Controller) oder keinen Anschluss
an das Datennetzwerk besitzt. In solchen Fällen lässt sich in der Regel trotzdem
eine Ist-Maschinentopologie bestimmen, in dem z.B. herstellerseitig
davon ausgegangen werden kann, dass jedem Leistungssteller genau
ein bestimmter Motortyp nachgeschaltet ist, weil z.B. der betreffende
Motortyp vom Hersteller immer für
den erkannten Leistungssteller verwendet wird. Zur Durchführung des
Verfahrens ist es also nicht immer zwangsweise notwendig, dass sämtliche Maschinenkomponenten mit
einer eigenen Intelligenz bzw. ID-Nummer und einem Anschluss an
das Datennetzwerk ausgestattet sind.