DE2729408A1 - NC machine tool computer controller monitoring - uses comparison of input and output cycle times with limits - Google Patents

NC machine tool computer controller monitoring - uses comparison of input and output cycle times with limits

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Abstract

A monitoring method and circuit are used for the computer of a numerically controlled machine tool. The method involves cyclic input to the controller of one or more actual position values determined by a position measurement system. The controller produces control values from the position values and program input data and cyclically outputs control values to one or more drive units. For each actual position value input cycle a monitoring time begins and is monitored with respect to a maximum time. If the maximum time is exceeded a protection signal is triggered. A similar time interval monitoring procedure is followed for each position control value output cycle.

Description

Überwachungsverfahren und Schaltungsanordnung fUr eine rechner-Monitoring method and circuit arrangement for a computer

geführte Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Uberwachungsverfahren für eine rechnergeftihrte Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, bei dem die von einem oder mehreren Lagemeßsystemen erfaßten Lageistwerte zyklisch in die rechnergeführte Steuerung übernommen werden, die aus den Lageistwerten und aus Eingabedaten nach Maßgabe eines Programms Stellsignale ermittelt und zyklisch an eine oder mehrere Antriebseinheiten ausgibt. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Überwachungsverfahrens.guided control of a numerically controlled machine tool The invention relates to a monitoring method for computerized control a numerically controlled machine tool in which one or more Position measuring systems recorded actual position values cyclically in the computer-guided control are taken over from the actual position values and from input data according to a Program control signals are determined and sent cyclically to one or more drive units issues. The invention also relates to a circuit arrangement for implementation this monitoring procedure.

Bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen werden die Antriebsachsen von Lageregeleinrichtungen geregelt. Bei rechnergefUhrten numerischen Steuerungen erfolgt die Lageregelung in einem Rechner nach Maßgabe eines Programms in Abhängigkeit von Eingabewerten und Lagemeßwerten. Bei einer Störung des Rechners oder bei einen Fehler i Programm besteht die Gefahr, daß die Antriebseinheiten außer Kontrolle geraten. Hierdurch können schwere Schäden an der Werkzeugmaschine verursacht werden.In numerically controlled machine tools, the drive axes are regulated by position control devices. With computer-guided numerical controls the position control takes place in a computer in accordance with a program as a function of input values and measured position values. In the event of a malfunction of the computer or a Error in the program, there is a risk that the drive units will get out of control devices. This can cause severe damage to the machine tool.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Rechners in einer rechnergeführten Steuerung für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zu schaffen.The present invention is based on the object of a method and a circuit arrangement for monitoring the computer in a computer-controlled To create control for a numerically controlled machine tool.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Jedem Abfragezyklus für die Lageistwerte eine Überwachungszeit gestarter und im Hinblick auf eine Höchstzeit Überwach wird, bei deren Überschreitung ein Schutzsignal ausgelöst wird.According to the invention, this object is achieved in that with each interrogation cycle a monitoring time started for the actual position values and with a view to a maximum time Is monitored, and if exceeded, a protection signal is triggered.

In einer rechnnergefürten Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bearbeitet der Rechner zyklisch ein vorgegebenes Programm zur Lageregelung. Beispielsweise kann ein derartiges Programm al)' vier Millisekunden durchlaufen werden. Dementsprechend wsrd vom Rechner durch einen Abfragetakt alle vier Millisckunden ein Lageistwert vom Lagemeßsystem abgerufen und in den Rechner übernommen. Ebenso erfolgt die Ausgabe der Stellgroßen an die Antriebseinheiten in vorgegebenen Zyklen. Die Erfindung geht davon aus, daß im Rechner eine Störung vorliegt, wenn die zyklische Abfragung der Lageistwerte unterbrochen ist.In a computerized control of a numerically controlled machine tool the computer cyclically processes a specified program for position control. For example Such a program al) 'can be run through for four milliseconds. Accordingly wsrd an actual position value from the computer by means of a query cycle every four milliseconds retrieved from the position measuring system and transferred to the computer. The output is also carried out the manipulated variables to the drive units in specified cycles. The invention works assume that there is a fault in the computer when the cyclical query of the Actual position values is interrupted.

Es wird dauer die länge der Zykluszeiten überwacht. Überschreitet eine zyklezeit eine vorgegebene Höchstzeit, beispielsweise 16 Millisekunden, so wird ein Störungsfall angenommen und die Werkzeugmaschine wird stillgesetzt.The length of the cycle times is continuously monitored. Exceeds a cycle time has a predetermined maximum time, for example 16 milliseconds, like this a malfunction is assumed and the machine tool is shut down.

Nach einer Welterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, daß zusätzlich bei jedem Ausgebezyklus für die Stellgrößen der Antriebseinheiten eine weitere Überwachungszeit gestartet und in Hinblick auf eine Höchstzeit Uberwacht wird, bei deren Überschreitung ein Schutzsignal ausgelöst wird.After a world development of the method according to the invention, it is possible that in addition for each output cycle for the manipulated variables of the drive units another monitoring time is started and monitored for a maximum time which, if exceeded, triggers a protection signal.

Vin Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren ist in der Zeichnung dagerstellt irnd wird im folgenden näher beschrieben.Vin embodiment of a circuit arrangement for implementation the monitoring method according to the invention is shown in the drawing is described in more detail below.

Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer rechnergeführten teuezung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, Figur 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung.They show: FIG. 1 a schematic representation of a computer-guided Teuezung a numerically controlled machine tool, Figure 2 is a block diagram of an embodiment of a monitoring device according to the invention.

Das in Figur 1 dargestellte Blockschaltbild einer rechnergeführten Steuerung f 'r eine Werkzeugmaschine ist entnommen aus W. Simon "Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen", 2. Auflage, 1971, Seite 330. Von einem Lochstreifenleser 1 gelangen die Lochstreifendaten in einen Rechner 3. Von einem Bedienfeld 2 können ebenfalls Daten in den Rechner 3 eingegeben werden. Der Rechner 3 enthält beispielsweise Zeichenprüfer, Dekodierer, Zwischenspeicher, Interpolatoren, Vergleicher und Anpaßschaltungen für das Lagemeßsystem 4 bzw. für die Antriebseinheit 5. Die Antriebseinheit 5 wirken auf einen Maschinenschlitten 6. Die Lage des Maschinenschlittens 6 wird vom Lagemeßsystem 4 erfaßt. Die strichlierte Linie E bezeichnet die Schnittstelle zwischen dem Rechner und den externen Baugruppen.The block diagram shown in Figure 1 of a computer-guided Control for a machine tool is taken from W. Simon "The numerical control of machine tools", 2nd edition, 1971, page 330. From a punched tape reader 1 get the punched tape data into a computer 3. From A control panel 2 can also be used to enter data into the computer 3. Of the Computer 3 contains, for example, character checkers, decoders, buffers, interpolators, Comparators and matching circuits for the position measuring system 4 or for the drive unit 5. The drive unit 5 acts on a machine slide 6. The position of the machine slide 6 is detected by the position measuring system 4. The dashed line E indicates the intersection between the computer and the external modules.

Figur 2 verdeutlich die Einzelheiten der Schaltungsanordnung auf der rechten Seite der Schnittstelle E. Das Lageießsystem 4 enthält beispielsweise einen Drehmelder 7, der eine der Lage des Maschinenschlittens 6 proportionale analoge Meßspannung erzeugt.Figure 2 illustrates the details of the circuitry on the right side of the interface E. The position casting system 4 contains, for example, one Resolver 7, the one of the position of the machine slide 6 proportional analog Measurement voltage generated.

HierfUr geeignete Drehmelder sind beschrieben in W. Simon Die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen" 2. Auflage, 1971, Seite 104 bis 112. Weitere geeignete Lagemeßsysteme sind beschrieben a.a.O. auf den Seiten 100 bis 144. Die Meßspannung des Drehmeldern 7 wird einem Spannungs-Frequenz-Wandler 8 zugeführt, dessen Impulse in einen Zähler 9 aufsummiert werden. Der Rechner 3 fragt den Zählerstand des Zählers 9 zyklisch ab.Resolvers suitable for this are described in W. Simon Die numerische Control of machine tools "2nd edition, 1971, pages 104 to 112. Other suitable Position measuring systems are described above on pages 100 to 144. The measuring voltage of the resolver 7 is fed to a voltage-frequency converter 8, the pulses of which are added up in a counter 9. The computer 3 asks the count of the counter 9 cyclically.

Hierzu wird beispielsweise alle vier Millisekunden an der Klemme b ein Abfrangeimpuls abgegeben. Dieser Abfrageimpuls steuert eine Torschaltung 10 durchlässig, wodurch der Zählerstand des Zählers 9 auf die Dateneingänge a des Rechners gelangt. Der Abfrageilpulse wird weiterhin über ein Verzögerungsglied 21 mit einer sehr kurzen Verzögerungszeit auf den Löscheingang 9a des Zählers 9 gegeben. Der Zähler wird dadurch zu Beginn des Abrragezyklus gelöscht und läuft während des Abfragezyklus hoch. Der Zählerstand al Ende eines Jeden Abfragezyklus entspricht einem Lage-Teilistwert.For this purpose, for example, every four milliseconds at terminal b an interrogation pulse emitted. This interrogation pulse controls a gate circuit 10 permeable, whereby the count of the counter 9 to the data inputs a of the computer got. The interrogation pulse is still via a delay element 21 with a given a very short delay time to the clear input 9a of the counter 9. Of the This clears the counter at the beginning of the query cycle and runs during the query cycle high. The counter reading at the end of each interrogation cycle corresponds to an actual partial position value.

Die weitere Verarbeitung des auf den Dateneingängen a eingelesenen Zählerstandes erfolgt in bekannter Weise. Der Zählerstand wird in ein addierendes Register eingegeben. Das Register summiert die Zählerstände, welche die Teilistwerte darstellen, zu eines Gesamtistwert auf. Der Gesamtiswert wird sit einem von einem Interpolator ermittelten Lagesollwert verglichen. Die als Schleppabstand bezeichnete Regeldifferenz wird in einem Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert. Das Ergebnis stellt einen Drehzahsollwert dar, der an den Datenausgängen c in digitaler Form an die Antriebseinheit 5 zyklisch ausgegeben wird.The further processing of the read in on the data inputs a The counter reading is done in a known manner. The count is converted into an adding Register entered. The register adds up the counter readings, which are the partial actual values represent, too of a total actual value. The total value will be sit compared to a position setpoint determined by an interpolator. The as a lag distance The specified control difference is used in an amplifier with a gain factor multiplied. The result represents a speed setpoint that is sent to the data outputs c is cyclically output in digital form to the drive unit 5.

Der Drehzahl sollwert an der Klemme c wird in einem Digital-Analog-Wandler 14 in eine analoge Spannung umgesetzt, die in einem Vergleicher 15 mit einem analogen Drehzahlistwert verglichen wird. Die Regeldifferenz steuert einen Regler 16 aus, dessen Ausgangsspannung einem Steuersatz 17 zugeführt wird. Der Steuorsatz 17 steuert einen als Stellglied vorgesehenen Stromrichter 19, der einen Antriebsmotor 20 speist. Der Antriebsmotor 20 wirkt auf den Maschinenschlitten 6. Mit dem Antriebsmotor 20 ist ein Tachogenerator 22 zur Erfassung einen Drehzahlistwertes gekuppelt.The speed setpoint at terminal c is converted into a digital-to-analog converter 14 converted into an analog voltage, which in a comparator 15 with an analog Actual speed value is compared. The control difference controls a controller 16, the output voltage of which is fed to a control unit 17. The control set 17 controls a converter 19 which is provided as an actuator and feeds a drive motor 20. The drive motor 20 acts on the machine slide 6. With the drive motor 20 a tachometer generator 22 is coupled to detect an actual speed value.

Die Überwachungsschaltung enthält einen Zähler 11, der die Ispulse eines Taktgebers 12 mit hoher konstanter Taktfrequenz zählt. Der Löscheingang 11a des Zählers 11 steht mit der Klemme b in Wirkverbindung. Bei Jedem Abfrageimpuls für den Zähler 9 im Lagemeßsystem 4 wird der Zähler 11 gelöscht. Anschließend läuft der Zähler 11 mit den Impulsen des Taktgebers 12 wieder hoch. Dem Zähler 11 ist eine Koinzidenzstufe 13 nachgeordnet, die bei einem bestimmten vorgegebenen Zählerstand ein Signal erzeugt. Die Koinzidenzstufe 13 kann im einfachsten Falle eine Endwert-Abfragestufe sein, die ein Signal erzeugt, wenn der höchstmögliche Zihlerstand erreicht ist, also wenn sämtliche parallelen Ausgänge des Zählers ein logische 1 führen. Der höchstmögliche Zählerstand entspricht der vorgegebenen Höchstzeit.The monitoring circuit contains a counter 11, the Ispulse a clock 12 with a high constant clock frequency counts. The delete input 11a of the counter 11 is in operative connection with the terminal b. With every interrogation pulse for the counter 9 in the position measuring system 4, the counter 11 is cleared. Then runs the counter 11 with the pulses of the clock 12 again high. The counter 11 is a coincidence stage 13 is arranged downstream, which at a certain predetermined counter reading generates a signal. In the simplest case, the coincidence stage 13 can be a final value query stage which generates a signal when the highest possible counter reading is reached, i.e. when all parallel outputs of the counter have a logical 1. The highest possible The counter reading corresponds to the specified maximum time.

Die Koinziedenzstufe 13 erzeugt ein Sperrsignal fur den Antrieb.The coincidence stage 13 generates a blocking signal for the drive.

Im dargestellten Beispiel ist schematisch ein Schalter 18 zwischon der Steuereinrichtung 17 und dem Stromrichter 19 angeordnet. Der Schalter 18 wird von Sperrsignal der Koinzidenzstufe 13 geöffnet, wenn eine vorgegebene Höchstzeit überschritten wird.In the example shown, a switch 18 is schematically between the control device 17 and the converter 19 are arranged. The switch 18 is of the blocking signal of the coincidence stage 13 open when a preset Maximum time is exceeded.

Das Sperrsignal für den Antrieb kann Jedoch auch an einer anderen geeigneten Stelle eingreifen. Beispielsweise kann der Drehzahlsollwert auf Null gesetzt werden. Ebenso kann die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 16 abgeschaltet werden, oder es kann die Einspeisung für den Stromrichter 19 oder die Speisung des Antriebsmotors 20 unterbrochen werden. Es wird vorzugsweise nicht nur der von einer Störung betroffene Achsantrieb, sondern die ganze Werkzeugmaschine stillgesetzt.The locking signal for the drive can, however, also be sent to another intervene at the appropriate point. For example, the speed setpoint can be set to zero be set. The output voltage of the speed controller 16 can also be switched off be, or it can be the feed for the converter 19 or the feed of the Drive motor 20 are interrupted. It will preferably not just be that of one Fault affected axle drive, but the entire machine tool stopped.

In Figur 2 ist die Überwachungsschaltung nur für einen Achsantrieb dargestellt. Es ist selbstverständlich möglich, sämtliche Achsantriebe einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit derartigen t,berwachungsschaltungen auszurüsten.In Figure 2, the monitoring circuit is only for an axle drive shown. It is of course possible to set up all the axle drives numerically to equip controlled machine tools with such monitoring circuits.

In den meisten Fällen wird eine Uberwachung der Abfragezyklen für die Lageistwerte ausreichen. Es ist Jedoch ohne weiteres möglich, in analoger Weise eine Überwachung der Ausgabe der Stellgrößen vorzusehen. Hierzu wird ein weiterer Zähler mit einer goinzidenzstufe benötigt, der die Impulse des Taktgebers zählt und der bei Jedem Außgabeimpuls gelöscht wird.In most cases there is a monitoring of the polling cycles for the actual position values are sufficient. However, it is easily possible in an analogous manner to provide for a monitoring of the output of the manipulated variables. To do this, another Counter with a goincidence level is required, which counts the pulses of the clock and which is deleted with every output pulse.

Claims (4)

Patentansprüche 1. Überwachungsverfahren für eine rechnergeführte Steuerung einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, bei dem die von einen oder mehreren Lageleßsystemen erfaßten Lageistwerte zyklisch in die rechnergeführte Steuerung übernommen werden, die aus den Lageistterten und aus Eingabedaten nach Maßgabe eines Prograens Stellignale ermittelt und zyklisch an eine oder mehrere Antriebseinheiten ausgibt, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß bei Jede Abfragezyklus ftir die Lageistwerte eine Überwachungszeit gestartet und in Hinblick auf eine Höchstzeit überwacht wird, bei deren Überschreitung ein Schutzsignal ausgelöst wird. Claims 1. Monitoring method for a computer-controlled Control of a numerically controlled machine tool, in which the one or several position measuring systems recorded actual position values cyclically in the computer-controlled control are taken over from the position records and from input data according to a Prograens control signals are determined and sent cyclically to one or more drive units outputs that there are no indications that for each interrogation cycle for the actual position values started a monitoring time and with regard to a maximum time is monitored, and if exceeded, a protection signal is triggered. 2. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnest, daß bei jedem Ausgabezyklus für die Stellgrößen eine weitere Überwachungszeit gestarten und im Hinblick auf eine weitere Höchstzeit überwacht wird, bei deren Überschrettung ein Schutzsignal ausgelöst wird. 2. Monitoring method according to claim 1, characterized in that that a further monitoring time starts with each output cycle for the manipulated variables and is monitored for a further maximum time if it is exceeded a protection signal is triggered. 3. Schaltungsanornung zur Durchführung des Überwachungsverfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitmeßeinrichtung (11, 12) vorgesehen ist, die mit jedem Abfrageimpuls für die Lageistwerte bzw. mit jedem Ausgabeimpuls für die Stellsignale zurückgestellt und erneut gestartet wird, der eine Zeitüberwachungseinrichtung (13) nachgeordnet ist, die bei Überschreitung der vorgegebenen Höchstzeit ein Schutzsignal abgibt. 3. Circuit arrangement for carrying out the monitoring process according to claims 1 or 2, characterized in that a time measuring device (11, 12) is provided with each query pulse for the actual position values or with each output pulse for the control signals is reset and restarted, which is followed by a time monitoring device (13) which, when exceeded emits a protection signal after the specified maximum time. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßeinrichtung inen Zähler (11) für die Impulse eines Taktgebers (12) mit konstanter Taktfrequenz umfaßt, wobei der Löscheingang (11a) des Zählers (11) mit dem Abfrageimpuls bzw. da Ausgabeimpuls beaufschlagt wird, und daß die Zeitüberwachungseinrichtung als Koinzidenzstufe (13) ausgebildet ist, die bei einem vorgegebenen Zählerstand ein Schutzsignal erzeugt. 4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the time measuring device in a counter (11) for the pulses of a clock (12) with constant clock frequency, the clear input (11a) of the counter (11) with the interrogation pulse or the output pulse is applied, and that the time monitoring device is designed as a coincidence stage (13), which at a predetermined count a protection signal is generated.
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