DE2226480C3 - Regeleinrichtung für einen Transferautomat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung zur Positionierung eines durch einen Elektromotor in wenigstens einem Freiheitsgrad verstellbaren Teils mit einem Rechner als Regler, der neben der üblichen Lageregelabweichung von einer durch einen Programmspeicher beeinflußbaren Steuereinheit programmierbare Zusatzinformationen, wie maximale Beschleunigung und definierte Geschwindigkeit, erhält und aus diesen Informationen ein Sollwertsignal für eine nachfolgende unterlagerte Geschwindigkeitsregelung zur Positionierung des Teiles mit optimaler Geschwindigkeit ermittelt.

Eine solche Regeleinrichtung ist in den »A£G-Miiteilungen«, 1967, S. 250 bis 260 beschrieben.

Bei der Herstellung von Massengütern ist es üblich, Maschinen und Geräte zu benutzen, welche auch komplizierte Arbeitsvorgänge durchführen können. Eine derartige Maschine ist beispielsweise ein Transferautomat, mit dem z. B. Werkstücke von einer Bearbeitungsmaschine zu einer anderen transportierbar sind. Ein Transferautomat besteht aus einem an einer Säule angebrachten Arm, dessen freies Ende mit einem Arbeitsgerät, z. B. einem Greifer versehen ist. Um ein solches Arbeitsgerät in verschiedene Raumpositionen fahren zu können, ist es notwendig, die Säule zu verdrehen, in ihrer Höhe zu verstellen und den Arm ein- oder auszufahren. Darüberhinaus muß auch das am Arm angebrachte Arbeitsgerät entsprechend einstellbar sein. Somit sind für die verschiedenen Stellbewegungen ent sprechende Stellsysteme erforderlich.

Die bekannten Transferauto-naten sind entweder mit elektropneumatischen oder elektrohydraulischen taktgesteuerten Servostellsystemen ausgerüstet und in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt. Dabei sind die Taktzeiten der einzelnen Arbeitsschritte konstant, so daß die Verstellung nicht zeitoptimal erfolgt. Das hai aber zur Folge, daß hierdurch Zeit verschenkt wird, weil die Schrittzeit nach dem Arbeitsgang mit dem größten Zeitverbrauch zu bemessen ist, die aber bei schneller ablaufenden Arbeitsvorgängen nicht voll ausgenutzt wird. Die Stellsysteme der bekannten Transferautomaten werden daher als unbefriedigend bezeichnet.

Bei dem aus »AEG-Mitteilungen« 1967, S. 250 bis 260 bekannten, eingangs genannten Stellsystem, das zum Antrieb von Schnellaufzügen vorgesehen ist. erfolgt die Ansteuerung des Stellmotors über eine mit Zusatzinlormationen versorgte Regeleinrichtung. Die Regeleinrichtung ist dabei als Rechner ausgeführt, so daß mit Hilfe der Zusat/informationen. wie Beschleunigung und definierte Geschwindigkeit, ein vorgebbarcr Verlauf für den Antrieb eines Schnellaufzuges cr/ielbar ist. Ein derartiges Siellsystem kann jedoch nicht so ohne weiteres für einen Transferautomaien verwendet werden, weil das dynamische Verhallen des Regelkreises, insbesondere wegen der relativ schlechten dynamischen Eigenschaften des Stellmotors keine /citoptimalc Regelung ermöglicht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, bei einem Stellsystem der zuvor beschriebenen Art das dynamische Verhalten des Regelkreises im Hinblick auf eine zeitoptimale Regelung zu verbessern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß für den Stellmotor in der an sich bekannten, zur Positionierung des Arbeitsgerätes eines Transferautomaten vergesehenen Regeleinrichtung ein Elektromotor mit eisenlosem Läufer vorgesehen ist.

Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es möglich, die Verstellung des Arbeitsgerätes eines Transferautomaten mit dem jeweils gewünschten Verlauf durchzuführen. Dabei wild das dynamische Verhalten des im Stcllsvstern verwendeten Regelkreises durch den Elektromotor mit eisenlosem Motor, und zwar eines sogenannten Scheibenläufermotors. soweit verbessert, daß die jeweiligen Verstellungen zeitoptimal durchgefühlt werden können. Scheibenläufermotoren besitzen ein sehr kleines Trägheitsmoment, so daß sie bei ihrem Einsät/ in Positionsregelkreisen die Verstellung praktisch ohne Zeitverzögerung durchführen. Die Anwendung elektrischer Stellmotoren gestattet darüberhinaus die Benutzung von Tachogeneratoren als Istwertgeber für die Stellgeschwindigkeit, was den Aufwand für den Positionsregelkrei'j günstig beeinflußt.

Die erfinriungsgemäße Steueranordnung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. So ermöglicht der Einsatz von Elektromotoren mit eisenlosen Läufern die Realisierung von Positionsregelkreisen mit guter Dynamik bei gleichzeitig hoher Auflösung und guter Reprodu/ierbarkeit der Positionswerte Die elektrischen Antriebe haben dabei gegenüber pneumatischen oder hydraulischen Systemen den Vorteil eines geringen Wartungsaufwandes und sie sind in bezug auf Lärm- und Schmut/anfall umweltfreundlicher. Von besonderer Bedeutung ist der in den Positionsregclkreisen eingeschaltete Rechner, der aus der Positionsregclabweichung und Zusatzbedingungen, wie maximale Beschleunigung und Geschwindigkeit des Motors, eine Geschwindigkeitsfunktion für den unterlagerten Geschwindigkeitsregelkreis berechnet, um in kürzester Zeit von einer Position zu einer anderen gelangen. Es ist möglich, die maximale Beschleunigung des Motors als Festwert vorzugeben oder diese Information vom Motorstrom abzuleiten. Die zuletzt genannte Methode bietet die Möglichkeit, eine zeitoptimale Regelung auch in Abhängigkeit von der Belastung zu realisieren. Ein weiterer Vorteil der verwendeten Programmsteuerung ist die Möglichkeit, an beliebiger Stelle durch Programmieren der Spalte »Programm Ende« eine Schleife vom Ende zum Programmumlang zu schließen, ohne — wie bei mechanischen Speichern — eine Anzahl leerer Schritte durchlaufen zu müssen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher

crliiutcrt. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Transferautomaten,

F i g. 2 ein Blockschallbild der gesamten Steuerung eines Transferautomaten,

F i g. 3 ein Blockschallbild eines Positionsregelkreises.

In F i g. 1 ist ein Transferautomat 10 dargestellt, der aus einem Sockel 11 und einer daraus hervorstehenden Säule 12 besteht. Die Säule 12 trägt an ihrem oberen Ende ei.ien ausfahrbaren Arm 13. Wie durch Pfeile angedeutet, ist die Säule 12 sowohl verdrehbar als auch in ihrer Höhe verstellbar an dem Sockel 11 angebracht. Da auch der Arm 13, wie durch Pfeile angedeutet, in seiner Lage verstellbar ist, kann ein am freien Ende angebrachter und als Arbeitsgerät dienender Greifer 14 in beliebige Raumpositionen verstellt werden. Hierzu sind für jeden Freiheilsgrad Positionsregelkreise und Servosteilsysteme vorgesehen, die im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert werden. Zur Verdrehung der Säule 12 ist jedoch ein da/u als Stellorgan benutzter Schcibenläuferinoior 15 angedeutet, der über nicht näher dargestellte Zwischenglieder die Säule 12 antreibt.

Die zur Steuerung des Transferautomaien 10 notwendigen Systeme sind als Blockschaltbild in F i g. 2 gezeigt. Das System besilzl ein Bedienungsgerät 21, bestehend aus einem Steuerfeld mit diversen Betriebsartenschaltern, einem Programmspeicher 22 für ein Hauptprogramm 23, drei Unterprogramme 24, 25. 26 und eine Sektion mil einer je nach Aufgabenumfang entsprechenden Anzahl von Positionsspeichern 27. Die Koordination der Bewegungsabläufe übernimmt eine zentrale Steuereinheit 20, wobei über ein Interface 28 ein sinnvolles Zusammenarbeiten mit anderen autonom arbeitenden Maschinen ermöglicht wird. In der Energieversorgungseinheit 29 werden aus den Wechselspannungen des Netzes die für die Steuerung erforderlichen Spannungen erzeugt. Weiterhin werden die zur Steuerung der drei Freiheitsgrade des Automaten notwendigen Positionsrcgelkreise 30. 31, 32 und die Steucrsehaltungen für die Bewegungen des Arbeitsgerätes 14 von der Steuereinheit 20 beeinflußt.

Die nicht näher erläuterte Bedienungsanlage 21 besteht aus einer Reihe von Schaltern und Tasten, deren Bedeutung nachfolgend beschrieben wird. Eine Ein-Aus-Tastatur beaufschlagt ein Hauptschütz für die Stromversorgung und schaltet die Steueranordnung in einen Wartezustand. Erst mit dem Drücken einer Taste »Start Antrieb und Reset« wird die Steuerung aktiviert und auf einen definierten Anfangszustand gebracht. Nun kann entweder durch periodisches Betätigen einer Taste »Takt manuell« die Maschine schrittweise handgesteuert oder durch einmaligen Druck auf eine Taste »Takt automatik« das unbegrenzt laufende Programm in Betrieb gesetzt werden. Es ist möglich, die automatisch arbeitende Maschine durch zwei verschiedene Befehle anzuhalten. Mit dem Drücken einer Taste »Stop« wird ein Anhalten und Verharren im augenblicklichen Programmschritt befohlen. Durch Betätigen einer Taste »Automatik Ende« ist es möglich, das Programm bis zur Ausgangsstellung durchlaufen zu lassen und die Maschine an dieser Stelle anzuhalten. Das Wiedereinschalten kann dann, wie zuvor beschrieben, entweder automatisch oder manuell erfolgen.

Die zur Verstellung des Arbeitsgerätes in den drei Freiheitsgraden notwendigen Posilionsregelkreise 30, 31, 32 unterscheiden sich in ihrem Aufbau nicht. Deshalb ist in F i g. 3 nur ein derartiger Positionsregelkreis als Blockschaltbild dargestellt. Dieser Regelkreis erhält von der zentralen Steuereinheit 20 den kommandierten Positionswert Se und zwar als Eingangssignal eines Vcgleichsgliedes 40. Das Ausgangssignal dieses Vergleichsgliedes, das von einem Positionsgeber 48 die Istposition S, erhält, ist einem Rechner 41 zugeleitet und weiterhin als Eingangsinformation der Steuereinheit 20 zugeführt. Der Rechner 41 ermittelt unter Berücksichtigung der von der Steuereinheit 20 entnommenen Zu-

>° satzinformation, wie maximale Beschleunigung und definierte Geschwindigkeit, eine Geschwindigkeitsfunktion Vs (t), die dem unterlagerten Regelkreis über ein weiteres Vergleichsglied 42 zugeleitet ist. Das Ausgangssignal dieses Vergleichsgliedes 42, das von einem

■5 Tachogenerator 47 die Istgeschwindigkeit als weiteres Eingangssignal erhält, ist direkt dem Eingang des Geschwindigkeitsreglers 43 zugeführt.

Der Ausgang des Reglers 43 steuert über einen Kraftverstärker 44 den als Stellglied vorgesehenen Scheibenläufermotor 15, an dem der Tachogenerator 47 direkt angeschlossen sein kann. ]e nach durchzuführender Stellbewegung ist es unter Umständen notwendig, ein Getriebe 46 für den Antrieb vorzusehen. Die Geschwindigkeitsfunktion des Rechners 41 ist so be-

*5 messen, daß der Positionierungsvorgang unter Berücksichtigung der Nebenbedingungen ohne ein Überschwingen in der kürzesten Zeit durchführbar ist.

Der Rechner 14 kann im einfachsten Fall durch einen Verstärker mit Zeitverhalten gebildet werden, um den Beschleunigungsanteil auf einen bestimmten Pegel anzuheben und/oder diesen Pegel nicht zu überschreiten. Weiterhin ist es notwendig, ein umschaltbares Netzwerk zur Begrenzung der Maximalgeschwindigkeit vorzusehen. Es ist aber auch möglich, den Rechner durch einen adaptiven Regelkreis zu ersetzen, wobei die Regelstrecke als Modell vorliegt und die Größen, wie maximale Geschwindigkeit und maximale Beschleunigung, vorgegeben sind. Aus Vereinfachungsgründen ist es zweckmäßig, den Rechner als Analog- rechner auszubilden.

Zur Beeinflussung des Greifers 14 sind drei Steuerschaltungen 33, 34, 35 vorgesehen, die mit einfachen schwarz-weiß-Steuerungen versehen sind. Es ist notwendig, die Greiferzange zu öffnen und zu schließen, den Greifer zu drehen und zu schwenken. Unabhängig von den hier verwendeten elektronischen Steuerschaltungen ist es selbstverständlich auch möglich, die Greifersteuerung pneumatisch und/oder hydraulisch durchzuführen.

Die in F i g. 2 als Block dargestellte zentrale Steuereinheit 20 empfängt in verschlüsselter digitaler Form die Befehle vom Bedienungsgerät 21 und dem Programmspeicher 22. In der Steuereinheit 20 werden diese Befehle verarbeitet und Sollwerte auf die Positionsregelkreise und/oder Steuerschaltungen gegeben. Zunächst sorgt ein elektronisches Schaltwerk für ein schrittweises Abwickeln des Programms. Die einzelnen Programmschritte können sich dabei in ihren Zeitintervallen unterscheiden. Das Schaltwerk schaltet dann weiter, wenn eingebaute Überwachungseinrichtungen die korrekte Ausführung der Stellbefehle bestätigt haben und wenn keine Stopbefehle vom Bedienungsgerät und/oder den Steuerleitungen des Interface 28 vorliegen. Nach jedem Programmschritt werden die nachfolgenden Speicherplätze im Programmspeicher abgefragt und Stellbefehle entweder direkt weitergeleitet oder aber bestimmte Sollspannungen zu den Positionsregelkreisen durchgeschaltet. Im letzten Fall können

zur Vereinfachung der Programmierung die Adressen der angewählten Speicherplätze zusätzlich so lange gespeichert werden, bis neue Adressen programmiert werden. Ferner werden die in Registern gespeicherten Bctriebszustände abgefragt und mittels Lampen am Bedienungsgerät und über dem Programmierl'eld der Kreuzschienenverteiler angezeigt.

Die gesamte Steuerung ist voll elektronisch und zu einem großen Teil mit integrierten Schaltkreisen aufgebaut. Sie ist so konzipiert, daß sich ein Minimalprogramm durch Ergänzen von Baugruppen auf ein umfangreicheres Programm erweitern läßt.

[5as Interface 28, das die Möglichkeit zur Zusammenarbeit mit weiteren autonomen Maschinen bietet, kann mit Signalwandlern mit galvanischer Trennung sowohl für die Hingangs- als auch für die Ausgangsgrößen aufgebaut werden. Diese Maßnahme gewährleistet ein Höchstmaß an Slörsicherheit für die elektronischen Komponenten der zentralen Steuereinheit 20 und gestattet, insbesondere bei unterschiedlichen Spannungsnivcaus, eine leichte Signalanpassung zwischen den Maschinen. l£s ist zweckmäßig, die Datenübertragung

ίο mit einer 1-Bit-Information je Leitung durchzuführen, so daß für die anfallenden Informationen entsprechende Leitungen erforderlich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regeleinrichtung zur Positionierung eines durch einen Elektromotor in wenigstens einem Frciheitsgrad verstellbaren Teil mit einem Rechner als Regler, der neben der üblichen Lageregelabwcichung von einer durch einen Programmspeicher beeinflußbaren Steuereinheit programmierbare Zusat/informationen. wie maximale Beschleunigung und definierte Geschwindigkeit erhält und aus diesen Informationen ein Sollwertsignal für eine nachfolgende unterlagerte Geschwindigkeitsregelung zur Positionierung des Teiles mit optimaler Geschwindigkeit ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß «5 für den Stellmotor der zur Positionierung des Arbeitsgerätes (14) eines Transferautomaten (10) vorgesehenen Regeleinrichtung (30,31,32) ein Elektromotor (/5) mit eisenlosem Läufer vorgesehen ist.

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