DE19516121A1

DE19516121A1 - Verfahren und Vorrichtung zur fehlersicheren Signalverarbeitung einer Maschinensteuerung

Info

Publication number: DE19516121A1
Application number: DE19516121A
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl Ing Schaeffer; Winfried Dipl Ing Weber
Original assignee: PERFECTA SCHNEIDEMASCHINENWERK GmbH
Current assignee: PERFECTA SCHNEIDEMASCHINENWERK GMBH BAUTZEN, 02625
Priority date: 1995-05-05
Filing date: 1995-05-05
Publication date: 1996-11-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der Mehrfachanordnung einer Gruppe von mindestens fünf Strahlen, die elektrisch parallel geschalten sind, zur Ausbildung eines Schutzfeldes eines Personenschutzgitters einer Verarbeitungsmaschine, insbesondere einer Schneidemaschine zum Schneiden von gestapeltem, blattförmigem Schneidgut aus Papier, Pappe oder dergleichen.

Mit der immer stärker werdenden Automatisierung des Arbeitsprozesses auch an Verarbeitungsmaschinen ist es erforderlich, die sicherheitstechnischen Forderungen für diese Maschinengruppe weiter zu erhöhen. Die höheren sicherheitstechnischen Forderungen sind in den relevanten harmonisierten EG-Normen fixiert.

Dazu ist es erforderlich, eine fehlersichere Signalverarbeitung insbesondere bei der die Sicherheitstechnik der Arbeitsorgane bestimmenden Maschinensteuerung derartiger Verarbeitungsmaschinen zu erreichen.

Am Beispiel einer Einmesserschneidemaschine wird die fehlersichere Signalverarbeitung anhand der bekannten technischen Lösung erläutert.

Bei Einmesserschneidemaschinen stellt die Preßbalken- und Messerträgerbewegung in ihrer Niedergangsphase den gefahrvollsten Bewegungsabschnitt eines Arbeitszyklus′ dar.

Zur fehlersicheren Signalverarbeitung sind realisierte Schaltungen bekannt, bei denen die Signalverarbeitung der Eingangssignale zum Ausgangssignal in einer zweikanaligen Logik mit fehlersicherem Überwachungskanal erfolgt.

Die Gefahrenstelle, definiert durch die Bewegungsebenen des Preßbalkens bzw. des Messers wird in der Regel durch eine berührungslos wirkende Lichtschranke abgeschirmt, die beim Eindringen in das Schutzfeld zu einem sofortigen Abschaltbefehl führt. Es sind Schutzfelder bekannt, die aus einer der Größe des Schutzfeldes bestimmten Anzahl von Strahlen bestehen. Es erfolgt dabei bevorzugt eine serielle Informationsverarbeitung mit ihrer resultierend langen Reaktionszeit beim Eindringen in das Schutzfeld bis zum Stillstand der gefahrbringenden Arbeitsorgane. Eine andere realisierte technische Lösung sieht eine Parallelinformationsverarbeitung mit entsprechend kurzer Reaktionszeit beim Eindringen in das Schutzfeld vor, mit dem Nachteil der besonderen Gestaltung der Informationsverarbeitung zur sicheren Erkennung eines unbeabsichtigten Schlusses zwischen den Kanälen.

Mit der Erfindung wird das Ziel verfolgt, mit einem minimalem Aufwand die Arbeitssicherheit an Verarbeitungsmaschinen, insbesondere an Schneidemaschinen weiter zu erhöhen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur fehlersicheren Signalverarbeitung durch eine Maschinensteuerung im Falle des Eindringens in den sicherheitsrelevanten Arbeitsbereich mittels einer Strahlenschutzschranke so zu gestalten, daß das von einem Sicherheitsrechner ausgehende Signal des Senders (S1 bis S10) einer seriell arbeitenden Gruppe mit mindestens fünf Strahlen mindestens zwei Teilsender der Strahlenschutzschranke parallel geschalten werden, wobei jedem Teilsender ein Teilempfänger nachgeordnet ist und daß mindestens zwei Signale der Teilempfänger zu einem Empfangssignal verknüpft werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiter vorgesehen, daß zur Vermeidung von Überstrahlungen Empfänger und Sender wechselseitig am Rand des Schutzfeldes angeordnet sind und daß durch geometrisch optimierte Anordnung weniger als fünf Strahlen einer seriell arbeitenden Gruppe benutzt werden.

Vorzugsweise wird das Verfahren durch eine Vorrichtung gemäß der Patentansprüche 4 bis 13 gelöst.

Hieraus resultiert eine bevorzugt gestaltete Vorrichtung zum Schneiden von gestapeltem, blattförmigem Schneidgut, mit einem Schneidtisch zur Aufnahme des Schneidgutes, einer Vorschubeinrichtung zur Positionierung des Schneidgutes, einem auf das Schneidgut absenkbaren Preßbalken, einem ebenfalls senkrecht zum Tisch bewegbaren Messerträger mit Schneidmesser, einer Betätigungseinrichtung für die Bewegungsauslösung der Arbeitsorgane Preßbalken und Messerträger mit Schneidmesser sowie einer während der Arbeitsphase des Preßbalkens und des Messers in Wirkzusammenhang stehender Schaltungsanordnung zur fehlersicheren Signalverarbeitung der Preßbalken- und Messerträgersteuerung beim Auftreten einer Störung in der Schutzeinrichtung oder beim Eindringen in das Schutzfeld zu einem sofortigen Abschaltbefehl durch die Strahlenschutzschranke führt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Personenschutzgitter als ein schnittbreitenunabhängiges Einweg- Strahlengitter zur Einbindung in die maschinenseitige Sicherheitsschaltung für Einmesserschneidemaschinen ausgeführt ist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung und in den Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungswesentlich sind.

In den Figuren ist die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne auf dieses beschränkt zu sein.

Es zeigt:

Fig. 1 Einmesserschneidemaschine in einer Vorderansicht

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung des Bereiches oberhalb des Schneidtisches einer Schneidemaschine im Mittellängsschnitt gemäß der Linie A-A in Fig. 1

Fig. 3 vereinfachte Darstellung der Strahlengeometrie der Lichtschranke einer Schneidemaschine vom Mittellängsschnitt gemäß der Linie A-A/B-B in Fig. 1

Fig. 4 Blockschaltbild der in Fig. 3 schematisch dargestellten Strahlenschutzschranke

Fig. 5 Überstrahlungsmatrix der Empfänger E1-E4 der linken Strahlenschutzschranke (13),

Fig. 6 Überstrahlungsmatrix der Empfänger E6-E9 der rechten Strahlenschutzschranke (14).

Zu Fig. 1 ist beispielsweise schematisch eine Einmesserschneidemaschine zum Schneiden von Papier, Pappe o. dgl. dargestellt.

Die Einmesserschneidemaschine besteht aus einem Maschinengestell (1), das einen Schneidtisch (5) aufnimmt. Oberhalb des Schneidtisches (5) ist das Maschinengestell (1) portalartig ausgebildet. In diesem Portalrahmen (8) ist das Bedientableau (9) für die Maschinenbedienung untergebracht. In eine Nut des Schneidtisches (5) ist nach Fig 2 eine sich über die gesamte Schneidtischbreite erstreckende Schneidleiste (7) eingelassen.

Über die gesamte Schneidtischbreite erstreckt sich gleichfalls auch eine Vorschubeinheit mit Schneidgutanschlag (10).

Diese ist zur Positionierung des Schneidgutes (6) für den Schneidprozeß in Richtung des Pfeiles verfahrbar. In Vorschubrichtung C gesehen liegt das Schneidgut (6) am Schneidgutanschlag (10) der Vorschubeinheit an. Dabei liegt das zu schneidende Gut (6.1) zwischen Schneidgutanschlag (10) und Schneidebene (11) der Schneidleiste (7), hinter der Schneidebene (11) der Schneidleiste (7) das geschnittene Gut (6.2) in Form eines in sich verschobenen Nutzens (6.2) bzw. als Schneidabfall beim Randbeschneiden.

Oberhalb der Schneidleiste (7) ist in angehobener Stellung der Messerträger (3) mit Schneidmesser (4) angeordnet.

Während des Schneidtaktes senkt sich der Messerträger (3) mit Schneidmesser (4) auf die Schneidleiste (7) ab, seine Antriebselemente sind in der schematischen Darstellung der Einmesserschneidemaschine nicht dargestellt.

Benachbart zum Messerträger (3) mit Schneidmesser (4) ist auf der der Vorschubeinheit mit Schneidgutanschlag (10) zugewandten Seite ein Preßbalken (2) angeordnet, der in den Fig. 1 und 2 ebenfalls in angehobener Stellung dargestellt ist. Vor dem Schneidtakt wird der Preßbalken (2) auf das durch die Vorschubeinheit mit Schneidgutanschlag (10) auf dem Schneidtisch (5) positionierte Schneidgut (6) durch nicht dargestellte Antriebselemente abgesenkt. Messerträger (3) mit Schneidmesser (4) und Preßbalken (2) sind in dem oberhalb und seitlich den Schneidtisch (5) umschließenden Portalrahmen (8) der Einmesserschneidemaschine gestellfest durch nicht dargestellte Führungselemente geführt.

Das Bedienfeld der Einmesserschneidemaschine ist durch das Bedientableau (9) bestimmt.

Auf der der Vorschubeinheit mit Schneidgutanschlag (10) abgewandten Seite der Schneidebene (11) befindet sich das Arbeitsfeld (12) für das Handling des Schneidgutes (6).

Oberhalb der maximal zu beschneidenden Einsatzhöhe des Schneidgutes (6) und außerhalb der maximalen Breite des Schneidtisches (5) sind am Maschinengestell (1) links und rechtsseitig die Strahlenschutzschranken (13, 14) des schnittbreitenunabhängigen Personenschutzgitters entsprechend der rechtsverbindlichen Anordnungsvorschriften befestigt.

Das Personenschutzgitter ist ein schnittbreitenunabhängiges Einweg Strahlengitter mit der Einbindung in die maschinenseitige Sicherheitsschaltung der Einmesserschneidemaschine unterschiedlicher Schnittbreiten.

Das Schutzfeld (15) wird dabei durch 16 Strahlen gebildet, von denen einer der jeweiligen Maschinenausführung, also der Schnittbreite, durch eine Kodierung über die schnittbreitenabhängige Steckverbindung, die die beiden Strahlenschutzschranken (13, 14) mit der Maschinensteuerung verbindet, gebildet.

In Fig. 2 und 3 ist dargestellt, daß je Strahlenschutzschranke (13, 14) 18 Kanäle installiert sind, jedoch in Abhängigkeit von der konstruktiven Ausbildung des Maschinengestells (1), des Portalrahmens (8) und des Bedientableaus (9) ein Kanal schnittbreitenabhängig kodiert wird. In der schematischen Darstellung der Fig. 2 ist erkennbar, daß zwei der justierten Strahlen (S (9′′)′; S (9′′) ′′′) durch das Bedientableau (9) verdeckt sind, das heißt, daß sie inaktiviert sind und nur der zugehörige Kanal (S (9′′)′′/E(9′′)′′) entsprechend der schnittbreitenabhängigen Kodierung aktiv ist.

Das Prinzip einer seriell arbeitenden Gruppe von Strahlen, den weitere Strahlen parallel geschalten werden, die empfangsseitig mittels eigensicherer UND-Elemente (17) entsprechende Ausgangssignale liefern, ist schematisch im Blockschaltbild, Fig 4, dargestellt.

Hieraus ist erkennbar, daß zur Vermeidung von Überstrahlungen die Sender (S1 bis S4 und S6 bis S9) und die zugeordneten Empfänger (E1 bis E4 und E6 bis E9) wechselseitig im Gehäuse der Strahlenschutzschranken (13, 14) angeordnet sind. Zudem erlaubt die geometrisch optimierte Strahlenanordnung den Einsatz der erfindungsgemäß beschriebenen Personenschutzschranke als schnittbreitenunabhängige Einweg-Strahlenschranke in beschriebener Konfiguration für Einmesserschneidemaschinen bis zu einer praktikablen Schnittbreite von 2 m.

In Fig. 3 sind schematisch die Grundflächen für eine Schneidemaschine mit 2 m Schnittbreite bei einem Strahl-Öffnungswinkel von 4° dargestellt.

Der in der rechten Strahlenschutzschranke (14) installierte Sender S3 wird gedoppelt in die Teilsender S3′ und S3′′. Um die zugeordneten Teilempfänger E3′ und E3′′ der linken Strahlenschutzschranke (13) ist der Umkreis der bestrahlten Fläche obiger Parameter dargestellt. Dabei ist erkennbar, daß der Teilstrahl S3′′ neben seinem zugeordneten Teilempfänger E3′′ noch die Teilempfänger E1′ und E4′, der Teilstrahl S3′′ neben seinem Teilempfänger E3′′ noch E2′′ überstrahlt.

Analog ist die Überstrahlung der Empfänger der rechten Strahlenschutzschranke (14).

Die Teil-Sender S(9′)′′ und S(9′′)′′ überstrahlen ihren Teilempfänger E(9′′)′′ sowie (E6′′, E8′) und E(9′′)′′, (E7′).

Damit ist erfindungsgemäß erreicht, daß durch gleichzeitiges ansteuern zweier Teil-Sender nur die Überstrahlung der dazugehörigen Teilempfänger mit einer eigensicheren UND-Verknüpfung (17) erreicht wird. Tabellarisch ist die Überstrahlung der Empfänger E1 bis E4 der linken Strahlenschutzschranke (13) in Fig. 5 und die Überstrahlung der Empfänger E6 bis E9 der rechten Strahlenschutzschranke (14) in Fig. 6 dargestellt.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende:
Die Personenschutzgitterschranke ist während der gefahrbringenden Abwärtsbewegung des Preßbalkens (2) und des Messerträgers (3) mit Schneidmesser (4), die durch die Zweihandeinschaltung mit Zeitlimitierung der Betätigungseinrichtung (16) am Schneidtisch (5) bzw. über eine vorgeordnete Steuerung für den automatischen Schneidbetrieb eingeleitet wird, in aktivem Zustand. Die Auslösung des ersten Schnittes erfolgt immer über die Betätigungseinrichtung (16).

Mit der Einleitung des Preß- und Schneidzyklusses, nach dem In-Position-bringen des Schneidgutes (6) durch die Vorschubbewegung der Vorschubeinheit mit Schneidgutanschlag (10) in Pfeilrichtung C wird durch zwei nicht dargestellte Rechner geprüft, ob das Schutzfeld (15) der Personengitterschranke frei ist und sich alle sicherheitstechnisch wichtigen elektromechanischen Schaltelemente in Ruhelage befinden. Ist dies der Fall, so wird der Preßvorgang ausgelöst. Mit dem Aufbau des Preßdruckes und dem Erreichen eines definierten Preßdruckes wird durch die Maschinensteuerung das Signal für den Schneidzyklus freigegeben, so daß über die nicht dargestellten, geschlossenen Pressungsschützkontakte und über Schnittrelaiskontakte Schnittschütze anziehen und somit der Schneidzyklus beginnt.

Währen der gefahrbringenden Preßbalken- und Messerträgerabwärtsbewegung ist der gesamte Gefahrenbereich des Arbeitsfeldes (12) durch ein Schutzfeld (15) der Personengitterschranke derart abgesichert, daß bei einem Eingriff in das Schutzfeld (15) der Einmesserschneidemaschine diese sofort abgeschalten wird und der nachfolgende Zyklus wiederum neu gestartet werden muß.

Nach dem Schnitt werden der Messerträger (3) mit Schneidmesser (4) und der Preßbalken (2) wieder in ihre Ausgangslage angehoben. Die Vorschubeinheit mit Schneidgutanschlag (10) bewegt sich nach dem Trennen des Schneidgutes (6) in die Nutzen (6.2) entgegen der Pfeilrichtung C ebenfalls wieder in ihre Ausgangsposition.

Bezugszeichenliste

1 Maschinengestell
2 Preßbalken
3 Messerträger
4 Schneidmesser
5 Schneidtisch
6 Schneidgut
6.1 zu beschneidendes Gut
6.2 beschnittenes Gut
7 Schneidleiste
8 Portalrahmen
9 Bedientableau
10 Vorschubeinheit mit Schneidgutanschlag
11 Schneidebene
12 Arbeitsfeld
13 Strahlenschutzschranke, linke
14 Strahlenschutzschranke, rechte
15 Schutzfeld
16 Betätigungsvorrichtung
17 UND-Element
E1 . . . E10 Empfänger
E1′, E1′′ . . . E10′, E10′′ Teilempfänger
S1 . . . S10 Sender
S1′, S10′′ . . . S10′, S10′′ Teilsender

Claims

1. Verfahren zur fehlersicheren Signalverarbeitung durch eine Maschinensteuerung im Falle des Eindringens in den sicherheitsrelevanten Arbeitsbereich mittels einer Strahlenschutzschranke, gekennzeichnet dadurch, daß das von einem Sicherheitsrechner ausgehende Signal des Senders (S1 bis S10) einer seriell arbeitenden Gruppe mit mindestens fünf Strahlen mindestens zwei Teilsender (S1′, S1′′ bis S10′, S10′′) der Strahlenschutzschranke (13, 14) parallel geschalten werden, wobei jedem Teilsender (S1′, S1′′ bis S10′, S10′′) ein Teilempfänger (E1′, E1′′ bis E10′, E10′′) nachgeordnet ist und daß mindestens zwei Signale der Teilempfänger (E1′, E1′′ bis E10′, E10′′) zu einem Empfangssignal (E1 bis E10) verknüpft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Überstrahlungen Empfänger (E1 . . . E10) und Sender (S1 . . . S10) wechselseitig am Rand des Schutzfeldes (15) angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch geometrisch optimierte Anordnung weniger als fünf Strahlen einer seriell arbeitenden Gruppe benutzt werden.

4. Vorrichtung zur fehlersicheren Signalverarbeitung gemäß Anspruch 1 bis 3 zum Schneiden von gestapeltem, blattförmigem Schneidgut (6), mit einem Schneidtisch (5) zur Aufnahme des Schneidgutes (6), einer Vorschubeinrichtung mit Schneidgutanschlag (10) zur Positionierung des Schneidgutes (6), einem auf das Schneidgut absenkbaren Preßbalken (2), einem ebenfalls senkrecht zum Schneidtisch (5) bewegbaren Messerträger (3) mit Schneidmesser (4), einer Betätigungsvorrichtung (16) für die Bewegungsauslösung der Arbeitsorgane Preßbalken (2) und Messerträger (3) mit Schneidmesser (4) sowie einer während der Arbeitsphase des Preßbalkens (2) und Messers (4) in Wirkzusammenhang stehender Schaltungsanordnung zur fehlersicheren Signalverarbeitung der Preßbalken- und Messersteuerung durch die Maschinensteuerung, wobei die gefahrbringende Preßbalken- (2) und Messerbewegung (4). beim Auftreten einer Störung in der Schutzeinrichtung oder beim Eindringen in das Schutzfeld (15) zu einem sofortigen Abschaltbefehl durch die Strahlenschutzschranke (13/14) führt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Personenschutzgitter als ein schnittbreitenunabhängiges Einweg-Strahlengitter zur Einbindung in die maschinenseitige Sicherheitsschaltung für Einmesserschneidemaschinen ausgeführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzfeld der schnittbreitenunabhängigen Strahlenschutzschranke (13/14) 16 aktive Strahlen je Schnittbreite umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der 16 aktiven Strahlen (S9′, S9′′, S9′′′) durch eine Kodierung der jeweiligen Maschinen- Schnittbreite angepaßt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierung über die schnittbreitenabhängige Steckverbindung, die die beiden Strahlenschutzschranken (13/14) mit der Maschinensteuerung verbindet, erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Strahlenschutzschranken (13/14), im sicherheitsrelevanten Abstand außerhalb der Schnittbreite am Maschinenständer (1) angeordnet, jeweils 18 Kanäle installiert sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rechte (14) oder linke (13) Strahlenschutzschranke 8 Teil-Sender und 10 Teil-Empfänger, von denen 8 abgefragt werden, enthält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die linke (13) oder rechte (14) Strahlenschutzschranke 8 Teil-Empfänger und 10 Teil-Sender, von denen 8 aktiv sind, enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4 mit einer maschinenseitig vorhandenen 10 kanaligen Sicherheitsmessersteuerung, wobei die Einbindung der 16 aktiven Kanäle der schnittbreitenunabhängigen Strahlenschutzschranken (13/14) in die Steuerung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reduzierung durch gleichzeitiges ansteuern jeweils zweier Teil-Sender (S1′/S1′′ . . . S10′/S10′′) und einer sicheren UND-Verknüpfung (17) der dazugehörigen Teil-Empfänger (E1′/E1′′ . . . E10′/E10′′) gelöst ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 mit einem Sicherheitskonzept, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Teil-Sender (S1′/S1′′ . . . S10′/S10′′) nicht beide Teil-Empfänger (E1′/E1′′ . . . E10′/E10′′) der gleichen Gruppe bestrahlt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 mit einem Sicherheitskonzept, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die beiden Teil-Sender (S1′/S1′′ . . . S10′/S10′′) einer Gruppe nicht beide Empfänger (E1′/E1′′ . . . E10′/E10′′) einer anderen Gruppe überstrahlen.