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Zentral programmierbares Steuerungssystem
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Steuerungssystem
nach der Gattung des Hauptanspruches. Es sind zentral programmierbare Steuerungssysteme
bekannt (z.B. nach Art der in der DT-AS 21 479 95 beschriebenen Anordnung), bei
denen mit Mikroprozessoren betriebene Einzelsteuerungen (z.B. gemäß der DT-OS 28
27 794) Steuerungsfunktionen übernehmen, die von eine zentralen Prograniniergerät
oder einem zentralen, übergeordneten Rechner programmiert gesteuert und/oder überwacht
werden.
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Dies ist besonders bei größeren Industrieanlagen, wie z.B. Bandstraßen,
von Vorteil, da hierdurch von einer zentralen Stelle aus jederzeit ein Zugriff zu
den Einzelsteuerungen besteht, die von dort überwacht bzw. mit Korrekturwerten versorgt
werden können. Zu großen Schwierigkeiten kann es jedoch kommen, wenn eine Einzelsteuerung
durch einen Fehler ausfällt oder zur Wartung entnommen werden muß, da dies üblicherweise
nur nach Abschaltung der gesamten Anlage möglich ist.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Steuerungssystem mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, ohne
eine Abschaltung des ganzen Steuerungssystems, die Einzelsteuerung während des Betriebes
herauszuziehen und wieder einsetzen oder durch eine andere Einzelsteuerung ersetzen
zu können.Dies ist vor allem dann mõglich, wenn auch die durch die Einzelsteuerung
gesteuerten Anlageteile autark arbeiten, oder der kurzfristige Ausfall einzelner
Anlageteile sich nicht störend auf die Gesamtanlage auswirkt. Es können jedoch auch
Vorkehrungen getroffen sein, durch welche beim Heranziehen einer Einzelsteuerung,
z.B. über den zentralen übergeordneten Rechner, die zugeordenten Anlageteile derart
gesteuert werden, daß sich keine störenden Auswirkungen auf die Gesamtanlage ergeben.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Steuerungssystems
möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Einzelsteuerungen mit einer Pufferbatterie
zu versehen, die der Datensicherung der in den Einzelsteuerung abgespeicherten Daten
dient und weiterhin die Speisespannung für das Verriegelungssignal liefert.
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In gleicher Weise wie die Einzelsteuerungen, kann auch ein zentrales
Programmiergerät derart ausgebildet sein, daß es ohne eine Abschaltung des ganzen
Steuerungssystems herausziehbar und wieder einsteckbar ist.
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Eine besonders vorteilhafte Anwendung ergibt sich bei Schweißstraßen
mit einer Vielzahl einzelner Widerstandsschweißanlagen, wie sie z.B. in der Automobilindustrie
häufig verwendet werden. Hierbei können die Einzelsteuerungen mit einem Programmspeicher
für eine Vielzahl von Schweißprogrammen und/oder unterschiedlichen Schweißparametern
sowie einem Mikroprozessor versehen werden, der den Logikablauf. ausgewählter Schweißprogramme
steuert.
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Zeichnungen In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen Figur 1 ein Steuerungssystem mit einer Vielzahl Einzelsteuerungen
und Figur 2 eine einzelne, erfindungsgemaße Einzelsteuerung und deren Schaltungsaufbau.
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Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels In einem oder mehreren aneinandergereihten
Steuerungsschränken 1 ist ein zentral programmierbares Steuerungssystem 2 untergebracht,
das neben einer größeren Anzahl Einzelsteuerungen 3 auch ein Programmiergerät 4
enthält. Dieses, wie auch die Einzelsteuerungen 3, sind als Einschubbausteine ausgebildet,
die über Daten-Bus-Leitungen (Bus) 5 untereinander verbunden sind. Jedes der Einzelsteuerungen
3 und das Programmiergerat 4, enthält einen Mikroprozessor, der neben anderen Aufgaben
auch den Datenaustausch mit dem Bus 5 steuert.
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Am Programmiergerät 4 sind weiterhin Anschlüsse für Ein-/Ausgabe-Leitungen
6 zu einem übergeordnetem externen Rechner 7, sowie Ein-/Ausgabe-Leitungen 8 zu
einem Daten-Terminal 9 mit Bildschirm und Eingabetasten vorgesehen. Weiterhin können
auch Anschlüsse lo für einen Datendrucker, Lochstreifenstanzer und/oder eine Cassetten-Schnittstelle
vorgesehen sein. Zu jeder Einzelsteuerung führen mehrere Steuerleitungen 11 und
mehrere Ausgangssignalleitungen 12 von und zum jeweiligen zu steuernden Anlageteil.
Jedes der Einschub 3, 4, ist über eine getrennte Versorgungsleitung 13 mit Transformatoren
14 verbunden, die herabtransformierte Netzwechselspannungen liefern.
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Jede der Einzelsteuerungen 3 (Fig. 2) kann identisch aufgebaut sein
und enthält einen Logikteil 20 mit Eingangsstufen 21 und Ausgangsstufen 22 für die
Verbindung mit dem Bus 5, einem Eingangsteil 23 und einem Ausgangsteil 24 für das
zu steuernde Anlagenteil, sowie ein Versorgungsteil 25 zur Spannungsversorgung der
einzelnen Stufen über Speiseleitungen 26. Neben dem Versorgungsteil 25 ist noch
ein Hilfsversorgungsteil 27 vorgesehen, das ein Puffernetzteil 28 mit einer Pufferbatterie
29 speist, welche das Logikteil 20, die Eingangsstufen 21 und die Ausgangsstufen
22 zusätzlich über Leitungen 29 mit einer gepufferten Spannung versorgt.
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Bei einem Netzausfall oder bei herausgezogenem Baustein, ubernimmt
die gepufferte Spannung die Versorgung der im Logikteil 20 angeordneten Speicher,
sowie der Ein- und Ausgangsstufen 21, 22. Wenn dies sinnvoll ist, kennen im Logikteil
20 auch alle die Stufen über die gepufferte Spannung versorgt werden, welche der
Verarbeitung der über den Bus 5
eingehenden Daten dienen, damit
z.B. auch nach Ausfall der Wechselspannung über die Versorgungsleitung 13, die eingehenden
Daten abgespeichert werden können. Das Hilfsversorgungsteil 27 erzeugt weiterhin
Verriegelungssignale, bevor oder sobald der entsprechende Baustein (Einzelsteuerung
3) durch Herausziehen von den zu- bzw. abgehenden Leitungen getrennt wird. Die Auslösung
der Verriegelungssignale kann durch Unterbrechung oder Kontaktgabe über einen mechanischen
Druckkontakt, einem zusätzlichen Kontakt oder einen vorhandenen Kontakt, z.B. für
einen Versorgungsleiter (13), erfolgen. Erforderlichenfalls kann die Kontaktgabe,
bei entsprechend aufgebauten bzw. angeordneten Kontakteinrichtungen, beim Ziehen
der Baugruppe, so rechtzeitig vor einer Unterbrechung anderer Anschlußkontakt erfolgen,
daß über die Verriegelungsspannung ein Verriegeln oder Umschalten sichergestellt
ist, bevor eine Störung durch die Trennung dieser anderen Anschlußkontakte möglich
wird.
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Dies kann auch durch einen Berührungs# oder Zugkontakt am Griff für
das Herausziehen des Bausteins bewirkt werden, oder es ist ein Entriegelungsschalter
angebracht, der bei der mechanischen Entriegelung zum Herausziehen des Bausteines
betätigt werden muß.
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Das oder die Verriegelungssignale, werden über Leitungen 30 den Ein-und
Ausgangsstufen 21, 22 zugeführt und schalten diese in einen Schaltungszustand, der
beim Auftrennen der Verbindungen zum Bus 5 keine Störsignale mehr ermöglicht, die
anderen, am Bus 5 liegenden Einrichtungen, beeinflussen könnten. Dies kann z.B.
dadurch geschehen, daß als Eingangs- und Ausgangsstufen, sogenannte Feldeffekt-Tri-State-Stufen
31 verwendet werden, die über das Verriegelungssignal in einen sehr hochohmigen
Zustand geschaltet werden. Hierdurch wird vermieden, daß durch eine sich ändernde
Kontaktgabe, beim Ziehen oder Stecken des Bausteines, storende Impulse an den Bus
5 gelangen. Durch die hochohmigen Ein- und Ausgänge, wird jeder Stromfluß von oder
zum Bus 5 unterbunden, wodurch auch die beim Öffnen und Schließen von Steckkontakten
üblicherweise entstehenden Mehrfachimpulse vermieden werden, die häufig entstehen,
da die Ubergangswiderstände sich beim Ziehen und Stecken mehrfach stark ändern.
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Das oder ein anderes in gleicher Weise erzeugtes Verriegelungssignal,
kann auch über eine Leitung 32 dem Ausgangsteil 24 in einer Weise zugeführt werden,
daß ein Sperr- oder Stoppsignal an das zu steuernde Anlageteil
gegeben
wird, das störende oder gefahrbringende Auswirkungen verhindert, die bei oder nach
dem Ziehen des Bausteines erfolgen können.
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Weiterhin kann ein solches Verriegelungssignal auch über eine Leitung
33 dem Logikteil 20 zugeführt werden, um Daten sicherzustellen, die z.B. gerade
abgearbeitet, abgespeichert oder über den Bus 5 übertragen werden. Hierzu kann eine
Weiterleitung der Verriegelungsspannung an die Ein- und Ausgangsstufen 21, 22 durch
die Logik 20 kurzfristig verzögert werden, um eine verstümmelte Datenübertragung
zu vermeiden oder das Herausziehen des Bausteines anderer Einrichtungen, wie z.B.
dem externen Rechner, anzuzeigen.
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Die generelle Funktionsweise des Steuerungssystems 2 soll bei einer
Verwendung als zentral programmierbare Schweißsteuerung, z.B. für eine Widerstandsschweißstraße,
kurz erläutert werden. Jede Einzelsteuerung 3 ist einer Widerstandsschweißmaschine
(Punktschweißmaschine, Schweißzange, Rollennahtschweißmaschine) zugeordnet und kann
diese autark, daß heißt, ohne einen Datnnaustausch mit anderen Geräteteilen steuern.
Dies hat den Vorteil, daß keine Abhängigkeit, z.B. von einem zentralen Rechner besteht,
bei dessen Ausfall die ganze Fertigungsstraße abgeschaltet werden müßte. Hierzu
ist jede Einzelsteuerung 3 universell programmierbar, wobei die Software für die
Steuerungsroutinen in einem E-Prom abgespeichert sind. Alle Steuerungsparameter,
z.B. für die Vorhaltezeit, den Stromanstieg, die Leistung die Nachhaltezeit, sind
in einem Halbleiterspeicher (RAM-Speicher) programmierbar. Der Logikablauf wird
von einem Mikroprozessor gesteuert, der zusammen mit den Speichern (E-Prom und RAN)
im Logikteil 20 enthalten ist. Der Mikroprozessor überni t neben dem Logikablauf
bzw. Schweißablauf, die Zählung der Netzperioden, die Bemessung der Zeiten sowie
die Steuerung des Datenverkehrs über den Bus 5. Die Start- und sonstigen Maschinendaten
erhält das Logikteil 20 hierzu über die Eingangsdaten aus dem Eingangsteil 23 und
gibt die Steuerungsausgangsdaten für das Thyristor-Leistungsteil und die Schweißmaschine
über das Ausgangsteil 24 ab. Neben einem Schalter 34 zur Abschaltung des Leistungsteils
(Sperren der Thyristorzündung), können auf der Frontplatte der Einzelsteuerungen
3, Anzeigen (LED) 35, 36 angebracht sein, welche Auskunft geben über die Versorgungsspannung,
die Pufferung, die Bereitschaft, den Betriebszustand, das Anliegen von Ein-und/oder
Ausgangssignalen, Störungen, Fehlern usw.
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Über den gemeinsamen Bus 5 besteht die Möglichkeit vom Programmiergerät
4 oder einem externen Rechner 7, jeden Steuerungsparameter, jedes Programm, jeder
Einzelsteuerung in (an sich) bekannter Weise zu ändern.
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Weiterhin kann der Dateninhalt der Einzelsteuerungen 3 über ein Daten-Terminal
9 dargestellt und/oder über einen Lochstreifenstanzer mit Leser, beziehungsweise
in einer Cassette, archiviert werden. Die Änderung eines Steuerungsparameters oder
eines Programmes für eine Einzelsteuerung 3, erfolgt jeweils durch die Anwahl des
entsprechenden Parameters, Programme sowie einer Platznummer für den jeweiligen
Einschubort der Einzelsteuerung 3, wobei alle Daten in eines Zwischenspeicher abgespeichert
werden und eine Übernahme der Daten in die entsprechende Einzelsteuerung 3 erst
dann erfolgt, wenn ein gerade ablaufender Schweißzyklus beendet ist.
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Bei einem Ausfall einer Einzelsteuerung 3 kann der Fehler z.B. über
den externen Rechner schnell lokalisiert werden. Durch eine zentrale Abspeicherung
der Schweißdaten, z.B. auf einem an den Rechner angeschlossenen Massenspeicher,
wird es dann möglich, im entsprechendem Einschub die Einzelsteuerung 3 auszuwechseln,
ohne das ganze Steuerungssystem abzuschalten. Nach dem Einschubwechsel kann per
Knopfdruck der gesamte Dateninhalt für die betreffende Einzelsteuerung 3 wieder
eingelesen werden.
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Damit beim Auswechsel bzw. Ziehen oder Stecken einer Einzelsteuerung
3 keine störende Beeinflussung der abgespeicherten oder tber den Bus 5 übertragenen
Daten erfolgt, wird im Versorgungsteil 25 oder Hilfsversorgungsteil 27 jede Halbperiode
der über die Versorgungsleitung 13 eingehenden Wechselspannung überwacht.
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Diese Überwachungsanordnung kann zusammen mit der Überwachung der
richtigen Ansteuerung des entsprechenden Leistungsteiles für die Schweißstromsteuerung
erfolgen und auch ein Signal zur Periodenzählung liefern.
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Die Steckverbindungen können hierbei so aufgebaut sein, daß diese
Versorungsleitung 13 beim Herausziehen des Einschubes als erstes unterbrochen wird.
Das Absinken oder Fehlen einer Halbperiode hat das Anlegen eines Verriegelungssignales
auf den Leitungen 30 zur Folge, wodurch die Ein- und Ausgangsstufen 21, 22 hochohmig
geschaltet werden.
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Im herausgezogenem Zustand übernimmt das Pufffernetzteil 28 die Versorgung
der Speicher und der Ein- und Ausgangsstufen 21, 22, so daß diese hochohmig bleiben.
Nach dem Einsetzen einer Einzelsteuerung 3 und Aufbau der Spannungen im Versorgungsteil
25, erfolgt ein verzögertes Abschalten der Verriegelungsspannung erst dann, wenn
alle Stufen der Einzelsteuerung 3 wieder richtig arbeiten. Erforderlichenfalls kann
die Entriegelung stufenweise oder über ein zusätzliches Signal in einer Weise erfolgen,
die sicherstellt, daß keine durch das Einstecken verstümmelte Daten über den Bus
5 in das Logikteil 20 gelangen oder dort verarbeitet werden.
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Das Programmiergerät 4 ist gleichfalls als Einschub ausgebildet und
weist - zum Ziehen und Stecken während des Betriebes - gleichartige Ein- und Ausgangsstufen
(21, 22) auf, die über ein Verriegelungssignal hochohmig geschaltet werden können.
In der Frontplatte sind Tastenfelder angeordnet, über die alle erforderlichen Daten
für eine Prograiinierung eingegeben werden können. Es enthält auch den Zwischenspeicher,
in dem alle Daten bis zum Ende des gerade ablaufenden Schweißzyklus abgespeichert
bleiben. Das Programmiergerät 4 kann so, nicht nur bei einem Fehler oder zur Wartung
während des Betriebes der Einzelsteuerungen 3 gezogen und gesteckt werden, sondern
es kann auch - bei eine Vorhandensein mehrerer zentral programmierbarer Steuerungssysteme
2 -das gleiche Progra iergerat für die anderen Steuerungssysteme verwendet werden.
Im Programmiergerät ist eine Schnittstelle für den Anschluß io eines Cassettengerätes
und/oder eines Lochstreifenstanzers mit Leser vorgesehen, so daß auch ohne den Anschluß
an einen externen Rechner 7, der gesamte Dateninhalt aller Einzelsteuerungen 3 auf
entsprechende Datenträger (Magnetband oder Lochstreifen) übertragbar ist. Wird ein
Einschub gewechselt, oder sollen Daten eines Einschubes auf eine andere Einzelstuerung
3, z.B. in einem anderen Steuerungssystem übertragen
werden, so
kann man durch Aufrufen der entsprechenden Einschubnummer, schnell ein komplettes
Programm einlesen oder übertragen, ohne eine langwierige, nicht so sichere Eingabe
silber die Tastatur des Programmiergerätes 4 durchführen zu müssen.
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Durch die Verwendung eines externen Rechners 7 mit einem Massenspeicher,
wird das zentrale Abspeichern der Schweißdaten, auch mehrerer Steuerungssysteme
2, möglich und der Austausch der Daten noch weiter erleichtert. Durch den Anschluß
eines Druckers wird eine Dokumentation möglich, die es erlaubt, die Schweißdaten
jeder beliebigen Schweißstelle ausfindig zu machen. Neben einer zentralen Fehlerlokalisierung
können über den Rechner 7 auch automatisch Korrekturen der Schweißparameter, analog
der Schweißergebnisse, durchgeführt werden. So können zum Beispiel die Schweißzyklen
der einzelnen Schweißstellen nach einem Elektrodenwechsel gezählt und entsprechend
dem Elektrodenverschleiß, ein automatisches Nachstellen der Leistung bewirkt werden.