DE19628221C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Betriebspositionen einer Arbeitseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Betriebspositionen eines durch Zufuhr eines pneumatischen Druckmediums zu einer Arbeitsbewegung antreib­ baren Bewegungsteils wenigstens einer pneumatisch betätigten Arbeitseinrichtung.

In Maschinen und Anlagen sind häufig pneumatisch betätigte Arbeitseinrichtungen enthalten, die die notwendigen Bewe­ gungsabläufe hervorrufen. Am häufigsten werden pneumatisch betätigte Arbeitszylinder eingesetzt, mit denen sich je nach Ausgestaltung Linearbewegungen oder Dreh- und Schwenkbewegun­ gen erzeugen lassen. Die jeweilige Arbeitseinrichtung verfügt über ein Bewegungsteil, das sich im Falle eines Arbeitszylin­ ders regelmäßig aus einem verschiebbaren Kolben und eventuell einer daran angeordneten Kolbenstange zusammensetzt. Um das Bewegungsteil zu einer Arbeitsbewegung zu veranlassen, wird es mit unter Druck stehendem Druckmedium in Gestalt von Druckluft beaufschlagt. Diese wird über eine Zufuhrleitung herangeführt, wobei jeder Arbeitseinrichtung ein insbesondere als elektromagnetisch betätigbares Steuerventil ausgebildetes Steuerelement zugeordnet ist, über das der Betriebsablauf ei­ ner jeweiligen Arbeitseinrichtung gesteuert werden kann. Ihre Betätigungssignale erhalten die Steuerelemente in der Regel von einer Ablauf-Steuereinrichtung, die vorzugsweise als so­ genannte speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet ist. Damit diese in der Lage ist, die notwendigen Betäti­ gungssignale zu koordinieren, muß sie allerdings in Abhängig­ keit von bestimmten Betriebspositionen der Bewegungsteile der Arbeitseinrichtungen mit Steuersignalen versorgt werden. Dies geschieht bisher unter Verwendung von Sensoren, die am Ein­ satzort der jeweiligen Arbeitseinrichtung insbesondere unmit­ telbar an dieser angeordnet sind. Der am häufigsten einge­ setzte Sensortyp ist ein unter der Bezeichnung "Reed- Schalter" bekannten Sensor, der beispielsweise am Zylinder­ rohr eines Arbeitszylinders festlegbar ist und durch einen am Bewegungsteil angeordneten Dauermagneten berührungslos be­ tätigt wird. Derartiges geht beispielsweise aus der DE 43 12 698 A1 hervor.

Ein Nachteil des Standes der Technik ist in dem mit der Er­ fassung der Betriebspositionen verbundenen Verkabelungs- und Montageaufwand zu sehen. An jeder Arbeitseinrichtung müssen Sensoren plaziert werden, die jeweils über eigene mehradrige Verbindungskabel an die Ablauf-Steuereinrichtung angeschlos­ sen werden müssen. Darüberhinaus bedarf es spezieller Vorbe­ reitungen der Arbeitseinrichtung, beispielsweise der Ausstat­ tung mit Permanentmagneten, um die Sensorik betreiben zu kön­ nen. Hierbei schlagen nicht nur die Kosten für den Permanent­ magneten, sondern auch die Kosten für einen entsprechend kom­ plizierteren Aufbau der Arbeitseinrichtungen zu Buche.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, womit sich die Betriebspositionen der Bewegungstei­ le pneumatisch betriebener Arbeitseinrichtungen mit reduzier­ tem Aufwand sicher erfassen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß man die Betriebspositionen auf Grundlage des bei der Arbeitsbewegung zeitabhängig auftretenden Verbrauches an zugeführtem fluidi­ schem Druckmedium ermittelt, indem man mit dem Verbrauch zu­ sammenhängende Meßwerte erfaßt und mit einer Referenzwerte­ aufzeichnung vergleicht.

Mit einem derartigen Verfahren lassen sich die Betriebsposi­ tionen der Bewegungsteile pneumatisch betätigter Arbeitsein­ richtungen ohne die bisher übliche dezentrale Positionserfas­ sung mittels geeigneter Sensorschalter bestimmen. Es wurde festgestellt, daß der im Betrieb pneumatisch betätigter Ar­ beitseinrichtungen zeitabhängig auftretende Luftverbrauch ei­ ne Funktion der stattfindenden Bewegungsabläufe ist und sehr exakte Rückschlüsse auf Betriebspositionen zuläßt. So ergibt sich beispielsweise bei einem pneumatischen Arbeitszylinder während des Ausfahrhubes des Bewegungsteils ein annähernd konstanter Druckmediumverbrauch, der bei Erreichen der Endla­ ge stark abfällt, so daß anhand dieser Verbrauchsreduzierung auf das Erreichen der Endlage geschlossen werden kann, ohne auf einen Reed-Schalter oder sonstige am Arbeitszylinder an­ geordnete Sensoren zurückgreifen zu müssen. Durch Auswertung des während eines Arbeitszyklus auftretenden Luftverbrauches unter Berücksichtigung einer über gespeicherte Referenzwerte verfügenden Referenzwertaufzeichnung ist somit eine dynami­ sche Erfassung der jeweiligen Betriebspositionen möglich. Durch den Entfall der bisher üblichen Sensorik können über­ dies die Arbeitseinrichtungen einfacher aufgebaut werden, da beispielsweise bei Arbeitszylindern die zur Betätigung der Sensorschalter benötigten Dauermagnete entfallen können. Des­ weiteren reduziert sich der Verkabelungs- und Installations­ aufwand insbesondere bei Anlagen und Maschinen, die über meh­ rere Arbeitseinrichtungen verfügen. Hier ist sogar die Mög­ lichkeit gegeben, den Verbrauch an Druckmedium sämtlicher Ar­ beitseinrichtungen zentral zu erfassen, um dann Rückschlüsse auf die Betriebspositionen der Bewegungsteile sämtlicher Ar­ beitseinrichtungen zu treffen. Auch kann mit einem entspre­ chenden Verfahren die Möglichkeit eröffnet werden, die Be­ triebspositionen aus der Ferne zu überwachen.

Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vor­ richtung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, daß eine Messwerte-Erfassungseinrichtung vorhanden ist, die den bei der Arbeitsbewegung auftretenden Verbrauch an zu­ geführtem pneumatischem Druckmedium oder wenigstens eine für diesen Verbrauch charakteristische Meßgröße in Gestalt von Meßwerten zeitabhängig erfaßt, daß eine Speichereinrichtung vorhanden ist, in der eine Referenzwerteaufzeichnung abge­ speichert ist, die im zeitlichen Verlauf der Arbeitsbewegung auftretende Ver­ brauchswerte oder Werte einer für den Verbrach charakteristi­ schen Meßgröße in Gestalt von Referenzwerten enthält, und daß eine Vergleichereinrichtung vorhanden ist, die während des Be­ triebsablaufes die über die Meßwerte-Erfassungseinrichtung ak­ tuell ermittelten Meßwerte mit den von der Speichereinrichtung bereitgestellten Referenzwerten vergleicht und bei zu vorgege­ benen Zeiten vorhandener Werteübereinstimmung Steuersignale hervorruft.

Zwar offenbart die DE 32 09 313 A1 bereits eine Programmsteue­ rung, die zur Positionierung fluidbetätigter Arbeitseinrichtun­ gen auf einen Volumensensor zurückgreift. Grundlage für die Po­ sitionserfassung ist das bewegte Volumen, das über Detektoren vom Volumensensor impulsmäßig abgegriffen wird. Hier handelt es sich jedoch um eine nur für hydraulisch betätigte Arbeitsein­ richtungen geeignete Steuerung, die im Zusammenhang mit einem pneumatischen, d. h. kompressiblen Druckmedium versagt, weil dort der Zusammenhang zwischen der bewegungsbedingten Volu­ menänderung und dem Fluidvolumenstrom wesentlich komplexer ist. Somit scheitert die Übernahme der für hydraulische Arbeitsein­ richtungen ausgelegten Programmsteuerung auf das Gebiet der Pneumatik.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen aufgeführt.

Vorzugsweise ermittelt man die Betriebspositionen der Bewe­ gungsteile der Arbeitseinrichtungen auf Grundlage des Momentan­ verbrauches an zugeführtem Druckmedium. Im Vergleich zu einer Ermittlung auf Grundlage des ab Beginn eines Arbeitszyklus je­ weils aufaddierten bzw. integrierten Absolutverbrauches ist hier eine einfachere Auswertung möglich.

Es ist möglich, bei der Ermittlung der Betriebspositionen un­ mittelbar auf den unter Verwendung entsprechender Meßeinrich­ tungen erfaßten Druckmediumverbrauch zuzugreifen. Vorzugsweise berücksichtigt man den Druckmediumverbrauch allerdings nur in­ direkt anhand wenigstens einer Meßgröße, die für den Druckmedi­ umverbrauch charakteristisch ist. So kann man beispielsweise in der Zufuhrleitung eine mit einem Strömungsengpaß versehene Meß­ stelle vorsehen, die einen Differenzdruck p hervorruft, wel­ cher der nach Bernoulli-Gleichung eine für den Durchfluß cha­ rakteristische Meßgröße ist.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens gibt man eine Referenzwerteaufzeichnung vor, die die im zeitlichen Verlauf der Arbeitsbewegung auftretenden und für den Verbrauch an Druckmedium charakteristischen Werte als zeitlich aufgelöste Referenzwerte enthält. Zweckmäßigerweise liegt die Referenz­ werteaufzeichnung in Gestalt einer Referenzkurve vor. Während des Betriebes der mindestens einen Arbeitseinrichtung werden dann in entsprechender zeitlicher Auflösung die aktuellen Meß­ werte erfaßt und mit den zu bestimmten Zeiten vorliegenden Re­ ferenzwerten der Referenzwerteaufzeichnung verglichen. In Ab­ hängigkeit von auftretenden Übereinstimmungen können dann Steu­ ersignale erzeugt werden, die den zugeordneten Betriebspositio­ nen entsprechen und die dann an Stelle der bisher üblichen Sen­ sorsignale einer Ablauf-Steuereinrichtung zugeführt werden.

Hierbei ist von Vorteil, daß der Verkabelungsaufwand erheblich geringer ist und in der Regel ein einziges Verbindungskabel ausreicht.

Um während des Betriebes zum gewünschten Zeitpunkt und somit bei vorbestimmten Betriebspositionen ein entsprechendes Steuer­ signal zu erhalten, werden in der Referenzwerteaufzeichnung vorzugsweise bestimmte ausgewählte Referenzpunkte oder Refe­ renzbereiche als Steuermarken bzw. Postionsmarkierungen gene­ riert, so daß ein Steuersignal hervorgerufen wird, wenn zur be­ treffenden Zeit ein Meßwert erfaßt wird, der mit dem vorgegebe­ nen Referenzwert übereinstimmt oder innerhalb des vorgegebenen Referenzbereiches liegt.

Als Referenzwerteaufzeichnung zieht man zweckmäßigerweise eine Meßwerteaufzeichnung heran, die bei einem oder mehreren Test- Betriebsabläufen der mindestens einen Arbeitseinrichtung bzw. der mehrere solche Arbeitseinrichtungen enthaltenden Anlage oder Maschine erfaßt wird. Dies könnte als Teach-in-Erfassung bezeichnet werden. Ergeben sich nach gewisser Betriebsdauer aus irgendwelchen Gründen abweichende Betriebsparameter, kann je­ derzeit eine neue Referenzwerteaufzeichnung erfaßt werden, um den Verfahrensablauf zu aktualisieren.

Zusammenfassend ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bei entsprechender Ausgestal­ tung eine dynamische Erfassung der Positionen mehrerer pneuma­ tisch betätigter Arbeitseinrichtungen mittels einer zentralen Meßwerte-Erfassungseinrichtung ohne bisher übliche Magnetschal­ ter. Der Aufbau der Arbeitseinrichtungen kann dadurch verein­ facht werden, da beispielsweise bei Arbeitszylindern die Dauer­ magnete zur Betätigung von Zylinderschaltern entfallen können. Es ist ferner ein Remote Monitoring der Betriebspositionen mög­ lich und man erhält eine erhebliche Reduzierung des Verkabel­ ungs- und Installationsaufwandes. Letztlich ist auch eine Ver­ einfachung des Aufbaues einer zugeordneten Ablauf-Steuerein­ richtung möglich, da die Anzahl der notwendigen Signaleingänge auf ein Minimum reduziert werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische vereinfachte Darstellung einer zur Durchführung des Verfahrens besonders geeigneten Vor­ richtung, und

Fig. 2 eine beispielhafte Referenzwerteaufzeichnung, wie sie im Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 1 Berücksich­ tigung finden kann.

In Fig. 1 ist eine schematisch angedeutete Maschine 1 gezeigt, in der beliebige Betriebsabläufe stattfinden. Es kann sich um eine Maschine beispielsweise aus dem Sektor der Fertigungs- oder Montagetechnik handeln.

Die Maschine 1 enthält eine Mehrzahl pneumatisch betätigter Ar­ beitseinrichtungen 2, von denen in Fig. 1 drei Stück exempla­ risch angedeutet sind. Bei den beispielsgemäßen Arbeitseinrich­ tungen 2 handelt es sich um Arbeitszylinder mit einem Gehäuse 3 und einem relativ zu dem Gehäuse bewegbaren Bewegungsteil 4. Das Bewegungsteil 4 bildet das Abtriebsteil einer jeweiligen Arbeitseinrichtung 2. An ihm kann ein nicht näher dargestelltes Bauteil der Maschine 1 befestigt sein, das in einer maschinen­ typischen Weise verlagert werden soll. Bei einer als Arbeitszy­ linder ausgebildeten Arbeitseinrichtung 2 ist das Bewegungsteil 4 von einem Kolben 5 und einer daran angebrachten Kolbenstange 6 gebildet, wobei die Kolbenstange 6 bei einem kolbenstangenlo­ sen Linearantrieb auch entfallen kann.

Durch Zufuhr von Druckluft kann ein jeweiliges Bewegungsteil 4 zu Arbeitsbewegungen angetrieben werden. Beispielsgemäß sind jeweils zwei derartige Arbeitsbewegungen möglich, wobei das Bewegungsteil 4 zum einen einen Ausfahrhub und zum andern einen Rückhub ausführt. Die für die Arbeitsbewegung notwendige Energie liefert das pneumatische Druckmedium, das den Arbeits­ einrichtungen 2 ausgehend von einer Druckmittelquelle P zuge­ führt wird.

Von der Druckmittelquelle P führt beispielsgemäß eine zentrale Zufuhrleitung 7 zu der Maschine 1, wo sie sämtliche Arbeitsein­ richtungen 2 mit dem erforderlichen Druckmedium versorgt. Hierzu zweigen beispielsgemäß von der Zufuhrleitung 7 Zweiglei­ tungen 8 ab, die jeweils zu einem Steuerelement V führen. Bei den Steuerelementen V handelt es sich vorzugsweise um elektro­ magnetisch betätigte Steuerventile in Mehrwegeausführung. Von jedem Steuerelement V gehen zwei fluidische Steuerleitungen 12, 12' ab, die mit zwei Arbeitsräumen 13, 13' einer jeweiligen Ar­ beitseinrichtung 2 kommunizieren. Die Arbeitsräume 13, 13' sind durch den Kolben 5 des Bewegungsteils 4 fluiddicht voneinander abgetrennt.

Jedes Steuerelement V kann verschiedene Schaltstellungen ein­ nehmen. Das Umschalten in die gewünschte Schaltstellung wird durch elektrische Betätigungssignale verursacht, die über elek­ trische Betätigungsleitungen 14 dem jeweiligen, nicht näher dargestellten Antriebsteil des jeweiligen Steuerelements V zu­ geführt werden. Die beispielsgemäßen Steuerelemente V ermögli­ chen jeweils zwei Schaltstellungen, in denen wahlweise eine Verbindung zwischen der Zufuhrleitung 7 und der einen der bei­ den Steuerleitungen 12, 12' hergestellt ist, so daß das Bewe­ gungsteil 4 die jeweils gewünschte Arbeitsbewegung ausführt.

Durch eine fest vorgegebene zeitliche Reihenfolge der Übermitt­ lung der Betätigungssignale an die Steuerelemente V läßt sich ein gewünschter Betriebsablauf der Maschine 1 vorgeben. Dieser Betriebsablauf setzt sich beispielsgemäß aus einer beliebigen Anzahl identischer Arbeitszyklen zusammen, in denen die Ar­ beitseinrichtungen 2 in aufeinander abgestimmter Weise sich wiederholende Arbeitsbewegungen ausführen. Die hierfür benötig­ ten Betätigungssignale kommen von einer elektronischen Ablauf- Steuereinrichtung 15, die ein Signal-Ausgangsteil A mit einer großen Anzahl von Ausgängen aufweist, an die die Betätigungs­ leitungen 14 angeschlossen sind. Die Ablauf-Steuereinrichtung 15 ist vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), die ein internes, variabel programmierbares Steuerpro­ gramm enthält, das die Betätigungssignale generiert. Damit diese stets zum richtigen Zeitpunkt ausgesandt werden, benötigt die Ablauf-Steuereinrichtung 15 Informationen über die Be­ triebspositionen der Bewegungsteile 4. Sie erhält diese Infor­ mationen in Gestalt von Steuersignalen, die über eine Signal­ leitung 16 einem Signal-Eingangsteil E der Ablauf-Steuerein­ richtung 15 eingespeist werden. Vorzugsweise genügt eine ein­ zige Signalleitung 16 zur Einspeisung der Steuersignale, so daß auch an dem Signal-Eingangsteil E für den Betrieb der Maschine 1 nur ein einziger Eingang benötigt wird. Bei der Signalleitung 16 handelt es sich beispielsweise um ein zweiadriges Kabel.

Die für die Ablauf-Steuereinrichtung bestimmten Steuersignale werden in einer Signalverarbeitungseinrichtung 17 generiert. Hierzu werden Meßwerte herangezogen, die eine Meßwerte-Erfas­ sungseinrichtung 18 gemäß Pfeil 21 liefert.

Es ist vorgesehen, daß immer dann ein elektrisches Steuersignal an die Ablauf-Steuereinrichtung 15 übermittelt wird, wenn ein Bewegungsteil oder eine Mehrzahl von Bewegungsteilen eine vor­ bestimmte Betriebsposition einnehmen. Über die Meßwerte-Erfas­ sungseinrichtung 18 und die Signalverarbeitungseinrichtung 17 können diese Betriebspositionen relativ einfach auf Grundlage des bei der Arbeitsbewegung der Bewegungsteile 4 auftretenden Verbrauches an über die Zufuhrleitung 7 zugeführtem fluidischem Druckmedium ermittelt werden. Bisher übliche Sensorik, die de­ zentral an einer jeweiligen Arbeitseinrichtung 2 benötigt wurde, macht diese Maßnahme zumindest größtenteils überflüssig.

Als Grundlage zur Ermittlung der Betriebspositionen wird bei der beispielsgemäßen Vorrichtung der Momentanverbrauch an zuge­ führtem Druckmedium herangezogen. Hierzu könnte über die Meß­ werte-Erfassungseinrichtung 18 unmittelbar der Durchfluß durch die Zufuhrleitung 7 erfaßt werden, also die pro Zeiteinheit zu­ strömende Menge an Druckmedium. Geeignete Durchfluß-Meßgeräte sind als solches bekannt.

Beim Ausführungsbeispiel erfolgt allerdings keine direkte Be­ rücksichtigung der Durchflußmenge. Vielmehr wird der Druckmedi­ umverbrauch indirekt herangezogen, und zwar anhand einer über die Meßwerte-Erfassungseinrichtung 18 erfaßten und für den Druckmediumverbrauch charakteristischen Meßgröße. Als solche wird in der beispielsgemäßen Meßwerte-Erfassungseinrichtung 18 die Druckdifferenz Δp ermittelt, die an einer in die Zufuhrlei­ tung 7 eingeschalteten Strömungsengstelle 22 auftritt. Die Strömungsengstelle 22 kann durch einen Engpaß in der Zufuhrlei­ tung 7 hervorgerufen werden, der bewirkt, daß der stromauf auf der der Druckmittelquelle P zugewandten Seite vor der Strö­ mungsengstelle 22 herrschende Druck p₁ größer ist als der nach der Strömungsengstelle herrschende Druck p₂. Gemäß der Bernoul­ lischen Gleichung ist der entstehende Druckabfall Δp propor­ tional dem Durchfluß, so daß er sich als leicht verarbeitbare Meßgröße empfiehlt.

Die Meßwerte-Erfassungseinrichtung 18 ist gemäß Fig. 1 in den Verlauf der Zufuhrleitung 7 eingeschaltet und erfaßt dort als Meßwerte den jeweils momentan herrschenden Druckabfall Δp. Diese Meßwerte werden gemäß Pfeil 21 der Singalverarbeitungs­ einrichtung 17 zugeleitet.

Im Betrieb der Vorrichtung werden die derart erfaßten Meßwerte in einem Arbeitsspeicher 23 als Meßwerteaufzeichnung 20 aufge­ zeichnet. Die Meßwerteaufzeichnung ist vorzugsweise eine Meß­ kurve und enthält den Verlauf der gemessenen Druckdifferenz Δp_M als Funktion der Zeit t.

Die Signalverarbeitungseinrichtung 17 verfügt des weiteren über eine Speichereinrichtung 24, in der eine Referenzwerteaufzeich­ nung 25 abgespeichert ist. Bei ihr handelt es sich vorzugsweise um eine Referenzkurve. Sie enthält ebenfalls in zeitlich aufge­ löster Form abgespeicherte Referenzwerte einer physikalischen Größe, die derjenigen der in der Meßwerte-Erfassungseinrichtung 18 erfaßten Meßgröße entspricht. Dementsprechend handelt es sich bei den Referenzwerten im vorliegenden Falle ebenfalls um Druckdifferenzwerte, die zur besseren Unterscheidung von den gemessenen Druckdifferenzen als Δp_R bezeichnet seien.

Die Referenzwerteaufzeichnung 25 gibt einen charakteristischen Werteverlauf vor, wie er im Normalbetrieb der Maschine 1 wäh­ rend eines oder mehrerer aufeinanderfolgender Arbeitszyklen in Abhängigkeit von der Betriebsdauer bzw. Zeit auftritt. Die Re­ ferenzaufzeichnung 25 wird zweckmäßigerweise vor der tatsächli­ chen Inbetriebnahme der Maschine 1 in einem oder mehreren Test- Betriebsabläufen durch eine Art Teach-in-Verfahren erstellt. Beim Ausführungsbeispiel geschieht dies dadurch, daß eine im Rahmen eines Test-Betriebsablaufes erstellte Meßwerteaufzeich­ nung 20 in die Speichereinrichtung 24 übernommen wird, was strichpunktiert durch Pfeil 26 angedeutet ist. Der Befehl zur Aufnahme einer Referenzwerteaufzeichnung 25 kommt beispielsge­ mäß von der Ablauf-Steuereinrichtung 15, was strichpunktiert durch Pfeil 27 angedeutet ist.

Die Erfassung der Meßwerte wie auch die weitere Auswertung in der Signalverarbeitungseinrichtung 17 erfolgt zeitgesteuert. Hierzu gibt die Ablauf-Steuereinrichtung 15 der Signalverarbei­ tungseinrichtung 17 über eine interne Uhr gemäß Pfeil 29 einen Zeittakt vor.

Die Signalverarbeitungseinrichtung 17 verfügt des weiteren über eine Vergleichereinrichtung 28, die mit dem Arbeitsspeicher 23 und der Speichereinrichtung 24 verbunden ist. In ihr werden im Normalbetrieb der Vorrichtung die während des Betriebsablaufes über die Meßwerte-Erfassungseinrichtung 18 aktuell ermittelten Meßwerte mit den in der Speichereinrichtung 24 bereitgestellten Referenzwerten verglichen. Der Vergleich erfolgt in zeitlicher Übereinstimmung, so daß gewährleistet ist, daß die Wertever­ gleiche zwischen den beiderseitigen Aufzeichnungen zum gleichen Zeitpunkt geschehen.

Unter Vermittlung der Vergleichereinrichtung 28 werden in Ab­ hängigkeit von der zu vorgegebenen Zeiten vorliegenden Überein­ stimmung zwischen Meßwerten und Referenzwerten Steuersignale erzeugt, die insbesondere in serieller Siganlübertragung über die Signalleitung 16 dem Signal-Eingangsteil E der Ablauf- Steuereinrichtung 15 zugeführt werden. Beispielsweise unter Be­ rücksichtigung der zeitlichen Abfolge der empfangenen Steuersi­ gnale ist die Ablauf-Steuereinrichtung in der Lage, die Steuer­ elemente V der Maschine 1 zuordnungsrichtig und zum richtigen Zeitpunkt nacheinander oder zu mehreren gleichzeitig anzusteu­ ern.

Zur exakten Vorgabe des Zeitpunktes der Erzeugung der Steuersi­ gnale ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß bestimmte ausge­ wählte Referenzpunkte oder Referenzbereiche der Referenz­ werteaufzeichnung 25 als Positionsmarkierungen 32 generiert bzw. markiert werden. Diese Positionsmarkierungen 32 sind bei­ spielhaft in der in Fig. 2 vergrößert dargestellten Referenz­ werteaufzeichnung 25 eingetragen.

Stellt die Vergleichereinrichtung 28 im Betrieb der Vorrichtung die Übereinstimmung eines zu einer bestimmten Zeit gemessenen Meßwertes mit dem auf eine Postitionsmarkierung 32 fallenden Referenzpunkt der Referenzwerteaufzeichnung fest, wird ein Steuersignal erzeugt. Hierbei können für den Vergleich durchaus gewisse Fenster bzw. Bereiche vorgegeben werden, innerhalb de­ nen ein Meßpunkt zu liegen hat, damit ein Steuersignal erzeugt wird.

Zur besseren Erläuterung ist in Fig. 2 eine der eingetragenen Positionsmarkierungen 32, 32' näher aufgeschlüsselt. Sie mar­ kiert einen Referenzbereich 33, der durch einen Zeitbereich t₁- t₂ und einen Differenzdruckbereich Δp₂-Δp₁ definiert ist. Hier wird ein Steuersignal erzeugt, wenn zu einem zwischen den Zei­ ten t₁ und t₂ liegenden Zeitpunkt ein Differenzdruck gemessen wird, der zwischen den Differenzdrücken Δp₂ und Δp₁ liegt. Die Definition von Bereichen ist zweckmäßig, um geringfügigen Meß­ abweichungen Rechnung zu tragen. Die Betriebsgenauigkeit ist allerdings um so größer, je kleiner die Referenzbereiche ge­ wählt werden.

Zur Verdeutlichung der Aussagefähigkeit des Durchflußverhaltens in Bezug auf die stattfindenden Bewegungsabläufe sei kurz die Referenzwerteaufzeichnung 25 gemäß Fig. 2 näher beleuchtet. Sie zeigt den Referenzwerteverlauf Δp über der Zeit t, wie er sich bei Betätigung einer der als Arbeitszylinder ausgebildeten Arbeitseinrichtungen 2 darstellt.

Es sei zunächst davon ausgegangen, daß das Bewegungsteil 4 der betreffenden Arbeitseinrichtung 2 sich in eingefahrener Stel­ lung befindet. Nun wird das Steuerelement V derart angesteuert, daß es eine Zuströmung des Druckmediums in den einen Arbeits­ raum 13 ermöglicht. Der Zeitpunkt t₀ gibt den Öffnungszeitpunkt des Ventils wieder, wobei der sich unmittelbar anschließende hohe Δp-Ausschlag einen zunächst hohen Durchfluß erkennen läßt (Kurvenabschnitt 34), der damit zusammenhängt, daß der noch leere Arbeitsraum 13 und die zugehörige, zuvor entlüftete Steu­ erleitung 12 mit Druckmedium befüllt wird. Im anschließenden Kurvenabschnitt 35 sinkt der Durchfluß mit zunehmendem Druck­ aufbau in der Steuerleitung 12 und dem angeschlossenen Arbeits­ raum 13, bis an einem Tiefpunkt 36 der Losbrechdruck erreicht ist, bei dem sich das Bewegungsteil 4 in Bewegung setzt. Es schließt sich eine Beschleunigungsphase 37 an, bei der der Durchfluß und somit der Δp-Wert allmählich wieder ansteigt, bis die stationäre Hubphase 38 erreicht ist, während derer sich das Bewegungsteil 4 mit annähernd konstanter Geschwindigkeit bis zum Erreichen der Endlage fortbewegt. Das Erreichen der Endlage ist an dem Knickpunkt 42 zu erkennen, der den Übergang zwischen der stationären Hubphase 38 und einem abfallenden Kurvenab­ schnitt 43 markiert. Der abfallende Kurvenabschnitt 43 resul­ tiert daraus, daß sich im Arbeitsraum 13 allmählich der gesamte anstehende Arbeitsdruck aufbaut, nachdem während der statio­ nären Hubphase 38 ein etwas geringereres Druckniveau vorlag. In den Knickpunkt 42 wurde eine der oben erwähnten Positionsmar­ kierungen 32 gelegt, da sie die Beendigung der Arbeitsbewegung des Ausfahrhubes wiedergibt.

Zu einem beliebigen Zeitpunkt t₄ wird das Steuerelement V umge­ steuert, um die Rückhub-Arbeitsbewegung zu erzeugen. Dies ist mit einem erneuten starken Durchflußanstieg und einem entspre­ chenden Anstieg der Differenzdruckwerte verbunden, was der an­ steigende Kurvenabschnitt 44 vermittelt. Nun schließt sich ein dem vorausgehenden Kurvenverlauf vergleichbarer Kurvenverlauf an, wobei allerdings der Tiefpunkt 36' bei einem niedrigeren Durchfluß angesiedelt ist, weil die Druckdifferenz infolge des höheren Gegendruckes der noch gefüllten Arbeitskammer 13 gerin­ ger ist.

Ein besonderer Vorteil der beispielsgemäßen Ausgestaltung be­ steht darin, daß durch die zentrale Meßwerterfassung über die Meßwerte-Erfassungseinrichtung 18 die Betriebspositionen sämt­ licher Bewegungsteile aller an die Zufuhrleitung 7 angeschlos­ senen Arbeitseinrichtungen 2 bestimmbar sind. Sind beispiels­ weise mehrere Arbeitseinrichtungen 2 gleichzeitig in Betrieb, so hat dies ebenfalls einen charakteristischen Werteverlauf zur Folge, so daß bei einer durch die Vergleichereinrichtung 28 festgestellten Werteübereinstimmung das dann erzeugte Steuersi­ gnal über die Ablauf-Steuereinrichtung 15 auch die Betätigung mehrerer Steuerelemente V hervorrufen kann.

Sollte sich die Notwendigkeit zu einer Veränderung des Be­ triebsablaufes der Arbeitseinrichtungen 2 ergeben, kann dem sehr einfach durch Neuaufnahme einer aktualisierten Referenz­ werteaufzeichnung Rechnung getragen werden. Es kann sich wäh­ rend des Betriebes der Maschine beispielsweise herausstellen, daß ein Bewegungsteil 4 hinsichtlich des Aufpralls bei Errei­ chen der Hubendlage fluidisch stärker gedämpft werden muß. Dem kann Rechnung getragen werden, indem man das abströmseitig aus­ strömende Druckmedium stärker drosselt. Die anschließend er­ faßte Referenzwerteaufzeichnung reagiert auf eine derart geän­ derte Einstellung mit dem in Fig. 2 strichpunktiert eingetra­ genen Kurvenverlauf 45, wobei sich der Differenzdruck bei Annä­ herung an die Endlage weniger schnell abbaut. Nimmt man nach Vornahme der Einstellungen eine neuerliche Aufnahme der Refe­ renzwerteaufzeichnung vor, ergibt sich eine Kurve, die den vor­ genannten, weniger steil abfallenden Abschnitt 45 aufweist und bei den nachfolgenden Meßwertvergleichen wird dieser Ist-Zu­ stand herangezogen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist auch an solchen Arbeitseinrichtungen 2 eine einfache Positionsbestimmung mög­ lich, die aufgrund geringer Baugröße bisher das Anbringen kon­ ventioneller Sensorik nicht ermöglichten.

Claims (14)

1. Verfahren zur Bestimmung von Betriebspositionen eines durch Zufuhr eines pneumatischen Druckmediums zu einer Ar­ beitsbewegung antreibbaren Bewegungsteils (4) wenigstens ei­ ner pneumatisch betätigten Arbeitseinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, daß man die Betriebspositionen auf Grundlage des bei der Arbeitsbewegung zeitabhängig auftretenden Ver­ brauches an zugeführtem pneumatischem Druckmedium ermittelt, indem man mit dem Verbrauch zusammenhängende Meßwerte erfaßt und mit einer Referenzwerteaufzeichnung vergleicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Grundlage zur Ermittlung der Betriebspositionen den Momentanverbrauch an zugeführtem Druckmedium heranzieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man den Druckmediumverbrauch indirekt anhand wenig­ stens einer für den Druckmediumverbrauch charakteristischen Meßgröße berücksichtigt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Meßgröße den Durchfluß, d. h. die pro Zeiteinheit zu­ strömende Menge an Druckmedium heranzieht.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß man als für den Druckmediumverbrauch charakteristi­ sche Meßgröße den an einer mit einem Strömungsengpaß (22) versehenen Meßstelle einer vom zugeführten Druckmedium durch­ strömten Zufuhrleitung (7) gemessenen Differenzdruck Δp her­ anzieht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einer zu vorgegebenen Zeiten vorliegenden Übereinstimmung zwischen ermittelten Meß­ werten und gespeicherten Referenzwerten der Referenzwerteauf­ zeichnung (25) Steuersignale erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Referenzwerteaufzeichnung (25) die bei einem oder mehreren Test-Betriebsabläufen erfaßte Meßwerteaufzeichnung (20) heranzieht.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Meßwerte in Gestalt einer als Funktion des zeitlichen Verlaufes aufgezeichneten Meßkurve erfaßt.

9. verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bestimmte ausgewählte Referenzpunkte oder Referenzbereiche (33) der Referenzwerteaufzeichnung (25) als Positionsmarkierungen (32) markiert werden, derart, daß beim Auftreten zeitabhängig übereinstimmender Meßwerte ein Steuer­ signal hervorgerufen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man die Steuersignale in serieller Si­ gnalübertragung dem Signal-Eingangsteil (E) einer Ablauf- Steuereinrichtung (15) zuführt, in der als Betätigungssignale dienende Ausgangssignale generiert werden, die zu einzelnen Schaltelementen (V) geführt werden, die in Abhängigkeit von den Betätigungssignalen die Druckmedium-Zufuhr zu den vorhan­ denen Arbeitseinrichtungen (2) steuern.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Betriebsposition der Bewegungsteile (4) mehrerer Arbeitseinrichtungen (2) auf Grundlage des zentral erfaßten Gesamtverbrauches an Druckmedium sämtlicher dieser Arbeitseinrichtungen (2) ermittelt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verwen­ dung bei der Steuerung des Betriebsablaufes von Maschinen oder Anlagen (1), die mehrere pneumatisch betätigte An­ triebseinrichtungen (2) enthalten.

13. Vorrichtung zur Bestimmung von Betriebspositionen eines durch Zufuhr eines pneumatischen Druckmediums zu einer Ar­ beitsbewegung antreibbaren Bewegungsteils (4) wenigstens ei­ ner pneumatisch betätigten Arbeitseinrichtung (2), zur Durch­ führung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Meßwerte-Erfassungseinrichtung (18) vorhanden ist, die den bei der Arbeitsbewegung auftre­ tenden Verbrauch an zugeführtem pneumatischem Druckmedium oder wenigstens eine für diesen Verbrauch charakteristische Meßgröße in Gestalt von Meßwerten zeitabhängig erfaßt, daß eine Speichereinrichtung (24) vorhanden ist, in der eine Re­ ferenzwerteaufzeichnung (25) abgespeichert ist, die im zeit­ lichen Verlauf der Arbeitsbewegung auftretende Verbrauchswer­ te oder Werte einer für den Verbrauch charakteristischen Meß­ größe in Gestalt von Referenzwerten enthält, und daß eine Vergleichereinrichtung (28) vorhanden ist, die während des Betriebsablaufes die über die Meßwerte-Erfassungseinrichtung (18) aktuell ermittelten Meßwerte mit den von der Spei­ chereinrichtung (24) bereitgestellten Referenzwerten ver­ gleicht und bei zu vorgegebenen Zeiten vorhandener Werteüber­ einstimmung Steuersignale hervorruft.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ablauf-Steuereinrichtung (15) vorhanden ist, deren Signal-Ausgangsteil (A) mit Steuerelementen (V) verbunden ist, die zur Steuerung der Druckmedium-Zufuhr bezüglich meh­ rerer Arbeitseinrichtungen (2) dienen und deren Signal-Ein­ gangsteil (E) die unter Vermittlung der Vergleichereinrich­ tung (28) hervorgerufenen Steuersignale zugeführt werden.