DE2939108C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Steuerungssystem nach der Gattung des Hauptanspruches.

Es sind zentral programmierbare Steuerungssysteme gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt (z. B. nach Art der in der DE-AS 21 47 995 beschriebenen Anordnung), bei denen mit Mikropro­ zessoren betriebene Einzelsteuerungen (z. B. gemäß der DE-OS 28 27 794) Steuerungsfunktionen übernehmen, die von einem zentralen Programmiergerät oder einem zentralen, übergeord­ neten Rechner programmiert gesteuert und/oder überwacht werden. Dies ist besonders bei größeren Industrieanlagen, wie z. B. Bandstraßen, von Vorteil, da hierdurch von einer zen­ tralen Stelle aus jederzeit ein Zugriff zu den Einzelsteue­ rungen besteht, die von dort überwacht bzw. mit Korrektur­ werten versorgt werden können. Zu großen Schwierigkeiten kann es jedoch kommen, wenn eine Einzelsteuerung durch einen Feh­ ler ausfällt oder zur Wartung entnommen werden muß, da dies üblicherweise nur nach Abschaltung der gesamten Anlage mög­ lich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zentral pro­ grammierbares Steuerungssystem der eingangs genannten Art derartig weiterzubilden, daß ohne Störung des gemeinsamen Datenbusses und auch der übrigen Steuerungen die Einzel­ steuerungen während des Betriebes ersetzt oder getauscht werden können.

Das erfindungsgemäße Steuerungssystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat dem Stand der Technik ge­ genüber den Vorteil, ohne eine Abschaltung des ganzen Steue­ rungssystems die Einzelsteuerung während des Betriebes her­ ausziehen und wieder einsetzen oder durch eine andere Ein­ zelsteuerung ersetzen zu können. Dies ist vor allem dann mög­ lich, wenn auch die durch die Einzelsteuerung gesteuerten An­ lageteile autark arbeiten, oder der kurzfristige Ausfall ein­ zelner Anlageteile sich nicht störend auf die Gesamtanlage auswirkt. Es können jedoch auch Vorkehrungen getroffen sein, durch welche beim Herausziehen einer Einzelsteuerung, z. B. über den zentralen übergeordneten Rechner, die zugeordneten Anlageteile derart gesteuert werden, daß sich keine störenden Auswirkungen auf die Gesamtanlage ergeben.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Haupt­ anspruch angegebenen Steuerungssystems möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Einzelsteuerungen mit einer Puffer­ batterie zu versehen, die der Datensicherung der in den Ein­ zelsteuerung abgespeicherten Daten dient und weiterhin die Speisespannung für das Verriegelungssignal liefert.

In gleicher Weise wie die Einzelsteuerungen kann auch ein zentrales Programmiergerät derart ausgebildet sein, daß es ohne eine Abschaltung des ganzen Steuerungssystems heraus­ ziehbar und wieder einsteckbar ist. Eine besonders vorteil­ hafte 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 unterschied­ lichen Schweißparametern sowie einem Mikroprozessor versehen werden, der den Logikablauf ausgewählter Schweißprogramme steuert.

In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels dargestellt und in der nachfolgenden Beschrei­ bung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Steuerungssystem mit einer Vielzahl Einzelsteuerungen und

Fig. 2 eine einzelne, erfindungsgemäße Einzelsteuerung und deren Schaltungs­ aufbau.

In einem oder mehreren aneinandergereihten Steuerungsschrän­ ken 1 ist ein zentral programmierbares Steuerungssystem 2 untergebracht, das neben einer größeren Anzahl Einzelsteue­ rungen 3 auch ein Programmiergerät 4 enthält. Dieses, wie auch die Einzelsteuerungen 3, sind als Einschubbausteine aus­ gebildet, die über einen Datenbus 5 untereinander verbunden sind. Jede der Einzelsteuerungen 3 und das Programmiergerät 4 enthalten einen Mikroprozessor, der neben anderen Aufgaben auch den Datenaustausch mit dem Datenbus 5 steuert.

Am Programmiergerät 4 sind weiterhin Anschlüsse für Ein/Aus­ gabe-Leitungen 6 zu einem übergeordneten externen Rechner 7 sowie Ein/Ausgabe-Leitungen 8 zu einem Daten-Terminal 9 mit Bildschirm und Eingabetasten vorgesehen. Weiterhin können auch Anschlüsse 10 für einen Datendrucker, Lochstreifenstan­ zer und/oder eine Kassetten-Schnittstelle vorgesehen sein. Zu jeder Einzelsteuerung 3 führen mehrere Steuerleitungen 11 und mehrere Ausgangssignalleitungen 12 von und zum jeweiligen zu steuernden Anlageteil. Jeder der Einschübe 3, 4 ist über eine getrennte Versorgungsleitung 13 mit Transformatoren 14 ver­ bunden, die herabtransformierte Netzwechselspannungen lie­ fern.

Jede der Einzelsteuerungen 3 (Fig. 2) kann identisch aufge­ baut sein und enthält einen Logikteil 20 mit Eingangsstufen 21 und Ausgangsstufen 22 für die Verbindung mit dem Datenbus 5, einem Eingangsteil 23 und einem Ausgangsteil 24 für das zu steuernde Anlagenteil sowie ein Versorgungsteil 25 zur Span­ nungsversorgung einzelner Stufen über Speiseleitungen 26.

Neben dem Versorgungsteil 25 ist noch ein Hilfsversorgungs­ teil 27 vorgesehen, das ein Puffernetzteil 28 mit einer Puf­ ferbatterie 29 speist, welche das Logikteil 20, die Eingangs­ stufen 21 und die Ausgangsstufen 22 zusätzlich über Leitungen 37 mit einer gepufferten Spannung versorgt.

Bei einem Netzausfall oder bei herausgezogenem Baustein übernimmt die gepufferte Spannung die Versorgung der im Logikteil 20 angeordneten Speicher sowie der Ein- und Aus­ gangsstufen 21, 22. Wenn dies sinnvoll ist, können im Logik­ teil 20 auch alle die Stufen über die gepufferte Spannung versorgt werden, welche der Verarbeitung der über den Daten­ bus 5 eingehenden Daten dienen, damit z. B. auch nach Ausfall der Wechselspannung über die Versorgungsleitung 13, die ein­ gehenden Daten abgespeichert werden können. Das Hilfsversor­ gungsteil 27 erzeugt weiterhin Verriegelungssignale, bevor oder sobald der entsprechende Baustein (Einzelsteuerung 3) durch Herausziehen von den zu- bzw. abgehenden Leitungen ge­ trennt wird. Die Auslösung der Verriegelungssignale kann durch Unterbrechung oder Kontaktgabe über einen mechanischen Druckkontakt, einem zusätzlichen Kontakt oder einen vorhan­ denen Kontakt, z. B. für eine Versorgungsleitung 13, er­ folgen. Erforderlichenfalls kann die Kontaktgabe, bei ent­ sprechend aufgebauten bzw. angeordneten Kontakteinrichtungen, beim Ziehen der Baugruppe so rechtzeitig vor einer Unterbre­ chung anderer Anschlußkontakte erfolgen, daß über die Ver­ riegelungsspannung ein Verriegeln oder Umschalten sicherge­ stellt ist, bevor eine Störung durch die Trennung dieser anderen Anschlußkontakte möglich wird. Dies kann auch durch einen Berührungs- oder Zugkontakt am Griff für das Heraus­ ziehen des Bausteins bewirkt werden, oder es ist ein Ent­ riegelungsschalter angebracht, der bei der mechanischen Ent­ riegelung zum Herausziehen des Bausteines betätigt werden muß.

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 Datenbus 5 keine Störsignale mehr ermög­ licht, die andere am Datenbus 5 liegende Einrichtungen be­ einflussen könnten. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß in den Eingangs- und Ausgangsstufen 21, 22 sogenannte Feldeffekt-Tri- State-Stufen 31 verwendet werden, die über das Verriegelungs­ signal in einen sehr hochohmigen Zustand geschaltet werden. Hierdurch wird vermieden, daß durch eine sich ändernde Kon­ taktgabe beim Ziehen oder Strecken des Bausteines störende Impulse an den Datenbus 5 gelangen. Durch die hochohmigen Ein- und Ausgänge wird jeder Stromfluß von oder zum Datenbus 5 unterbunden, wodurch auch die beim Öffnen und Schließen von Steckkontakten üblicherweise entstehenden Mehrfachimpulse vermieden werden, die häufig dadurch entstehen, weil die Übergangswiderstände sich beim Ziehen und Stecken mehrfach stark ändern.

Das oder ein anderes in gleicher Weise erzeugtes Verriege­ lungssignal kann auch über eine Leitung 32 dem Ausgangsteil 24 in einer Weise zugeführt werden, daß ein Sperr- oder Stoppsignal an das zu steuernde Anlagenteil gegeben wird, das störende oder gefahrbringende Auswirkungen verhindert, die bei oder nach dem Ziehen des Bausteines erfolgen können. Weiterhin kann ein solches Verriegelungssignal auch über eine Leitung 33 dem Logikteil 20 zugeführt werden, um Daten sicherzustellen, die z. B. gerade abgearbeitet, abgespei­ chert oder über den Datenbus 5 übertragen werden. Hierzu kann eine Weiterleitung der Verriegelungsspannung an die Ein- und Ausgangsstufen 21, 22 durch das Logikteil 20 kurzfristig verzö­ gert werden, um eine verstümmelte Datenübertragung zu ver­ meiden oder das Herausziehen des Bausteines anderen Einrich­ tungen, wie z. B. dem externen Rechner, anzuzeigen.

Die generelle Funktionsweise des Steuerungssystems 2 soll bei einer Verwendung als zentral programmierbare Schweißsteue­ rung, z. B. für eine Widerstandsschweißstraße, kurz erläutert werden. Jede Einzelsteuerung 3 ist einer Widerstandsschweiß­ maschine (Punktschweißmaschine, Schweißzange, Rollennaht­ schweißmaschine) zugeordnet und kann diese autark, das heißt ohne einen Datenaustausch mit anderen Geräteteilen, steuern. Dies hat den Vorteil, daß keine Abhängigkeit, z. B. von einem zentralen Rechner, besteht, bei dessen Ausfall die ganze Fer­ tigungsstraße abgeschaltet werden müßte. Hierzu ist jede Einzelsteuerung 3 universell programmierbar, wobei die Soft­ ware für die Steuerungsroutinen in einem EPROM abgespeichert ist. 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 zu­ sammen mit den Speichern (EPROM und RAM) im Logikteil 20 ent­ halten ist. Der Mikroprozessor übernimmt neben dem Logikab­ lauf bzw. Schweißablauf die Zählung der Netzperioden, die Be­ messung der Zeiten sowie die Steuerung des Datenverkehrs über den Datenbus 5. Die Start- und sonstigen Maschinendaten er­ hält das Logikteil 20 hierzu über die Eingangsdaten aus dem Eingangsteil 23 und gibt die Steuerungsausgangsdaten für das Thyristor-Leistungsteil und die Schweißmaschine über das Aus­ gangsteil 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 Versorgungs­ spannung, die Pufferung, die Bereitschaft, den Betriebszu­ stand, das Anliegen von Ein- und/oder Ausgangssignalen, Störungen, Fehlern usw.

Über den gemeinsamen Datenbus 5 besteht die Möglichkeit, vom Programmiergerät 4 oder einem externen Rechner 7 jeden Steue­ rungsparameter, jedes Programm, jede Einzelsteuerung in (an sich) bekannter Weise zu ändern.

Weiterhin kann der Dateninhalt der Einzelsteuerungen 3 über das Daten-Terminal 9 dargestellt und/oder über einen Loch­ streifenstanzer mit Leser, beziehungsweise in einer Kassette, archiviert werden. Die Änderung eines Steuerungsparameters oder eines Programmes für eine Einzelsteuerung 3 erfolgt je­ weils durch die Anwahl des entsprechenden Parameters, Pro­ gramms sowie einer Platznummer für den jeweiligen Einschubort der Einzelsteuerung 3, wobei alle Daten in einem Zwischen­ speicher abgespeichert werden und eine Übernahme der Daten in die entsprechende Einzelsteuerung 3 erst dann erfolgt, wenn ein gerade ablaufender Schweißzyklus beendet ist.

Bei einem Ausfall einer Einzelsteuerung 3 kann der Fehler z. B. über den externen Rechner 7 schnell lokalisiert werden. Durch eine zentrale Abspeicherung der Schweißdaten, z. B. auf einem an den externen Rechner 7 angeschlossenen Massenspeicher, wird es dann möglich, im entsprechenden Einschub die Einzelsteuerung 3 auszuwechseln, ohne das ganze Steuerungssystem abzuschal­ ten. Nach dem Einschubwechsel kann per Knopfdruck der gesamte Dateninhalt für die betreffende Einzelsteuerung 3 wieder ein­ gelesen werden.

Damit beim Auswechseln bzw. Ziehen oder Stecken einer Einzel­ steuerung 3 keine störende Beeinflussung der abgespeicherten oder über den Datenbus 5 übertragenen Daten erfolgt, wird im Versorgungsteil 25 oder Hilfsversorgungsteil 27 jede Halb­ periode der über die Versorgungsleitung 13 eingehenden Wech­ selspannung überwacht.

Diese Überwachung kann zusammen mit der Überwachung der rich­ tigen Ansteuerung des entsprechenden Leistungsteiles für die Schweißstromsteuerung erfolgen, wobei die Überwachungsanord­ nung auch ein Signal zur Periodenzählung liefern kann.

Die Steckverbindungen können hierbei so aufgebaut sein, daß die Versorgungsleitung 13 beim Herausziehen des Einschubes als erstes unterbrochen wird. Das Absinken oder Fehlen einer Halbperiode hat das Anlegen eines Verriegelungssignales auf Leitungen 30 zur Folge, wodurch die Ein- und Ausgangs­ stufen 21, 22 hochohmig geschaltet werden. Im herausgezogenem Zustand übernimmt das Puffernetzteil 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 arbei­ ten. 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 Datenbus 5 in das Logikteil 20 gelangen oder dort verarbeitet werden.

Das Programmiergerät 4 ist gleichfalls als Einschub ausge­ bildet und weist - zum Ziehen und Stecken während des Betrie­ bes - 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 Programmierung einge­ geben werden können. Es enthält auch den Zwischenspeicher, in dem alle Daten bis zum Ende des gerade ablaufenden Schweiß­ zyklus abgespeichert bleiben. Das Programmiergerät 4 kann so nicht nur bei einem Fehler oder zur Wartung während des Be­ triebes der Einzelsteuerungen 3 gezogen und gesteckt werden, sondern es kann auch - bei einem Vorhandensein mehrerer zen­ tral programmierbarer Steuerungssysteme 2 - das gleiche Pro­ grammiergerät für die anderen Steuerungssysteme verwendet werden. Im Programmiergerät ist eine Schnittstelle für den Anschluß 10 eines Kassettengerätes und/oder eines Lochstrei­ fenstanzers mit Leser vorgesehen, so daß auch ohne den An­ schluß an einen externen Rechner 7, der gesamte Dateninhalt aller Einzelsteuerungen 3 auf entsprechende Datenträger (Ma­ gnetband oder Lochstreifen) übertragbar ist. Wird ein Einschub gewechselt, oder sollen Daten eines Einschubes auf eine ande­ re Einzelsteuerung 3 z. B. in einem anderen Steuerungs­ system, übertragen werden, so kann man durch Aufrufen der entsprechenden Einschubnummer schnell ein komplettes Programm einlesen oder übertragen, ohne eine langwierige, nicht so sichere Eingabe über die Tastatur des Programmiergerätes 4 durchführen zu müssen.

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 externen Rechner 7 auch automatisch Korrekturen der Schweißpara­ meter analog der Schweißergebnisse durchgeführt werden. So können zum Beispiel die Schweißzyklen der einzelnen Schweiß­ stellen nach einem Elektrodenwechsel gezählt und entsprechend dem Elektrodenverschleiß ein automatisches Nachstellen der Leistung bewirkt werden.

Claims (10)

1. Zentral programmierbares Steuerungssystem mit mehreren über einen Datenbus untereinander verbundenen Einzel­ steuerungen mit Mikroprozessoren und einer gemeinsamen Stromversorgung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzel­ steuerungen (3) steckbare Bausteine sind, die, abgesehen von der gemeinsamen Stromversorgung (13), autark je eine Maschineneinheit steuern, daß in jeder Einzelsteuerung (3) ein Hilfsversorgungsteil (27) vorgesehen ist, das ein Ver­ riegelungssignal erzeugt, welches vor einem Trennen der Einzelsteuerung (3) vom in Betrieb befindlichen Datenbus (5) die Datenübertragung vom Datenbus (5) zur Einzel­ steuerung (3) über deren Ein- und Ausgangsstufen (21, 22) freischaltet und nach Stecken der Einzelsteuerung (3) und Herstellen der Verbindungen mit dem Datenbus (5) wieder aufschaltet.

2. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufen (21) derart hochohmig ausgebildet sind, so daß ein Trennen oder Stec­ ken der Einzelsteuerung (3) keine störende Beeinflussung des Datenbusses (5) bewirkt.

3. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufen (22) durch das Verriegelungssignal in einen hochohmigen Zustand schaltbar sind, so daß ein Trennen oder Stecken der Ein­ zelsteuerung (3) keine störende Beeinflussung des Daten­ busses (5) bewirkt.

4. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ein­ zelsteuerungen (3) jeweils eine eigene Pufferbatterie (29) vorgesehen ist, die zur Datensicherung bei Absinken der Versorgungsspannung vorgesehen ist, und die Abgabe des Verriegelungssignals gewährleistet.

5. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß im Hilfsver­ sorgungsteil (27) eine Überwachungsschaltung für die Ver­ sorgungsspannung vorgesehen ist, welche beim Ziehen der Einzelsteuerung (3) vor einem Trennen der Verbindungen mit dem Datenbus (5) unterbrochen wird, daß die Überwachung der Versorgungsspannung unmittelbar nach der Spannungs­ unterbrechung die Erzeugung des Verriegelungssignals be­ wirkt, welches bis zur Spannungswiederkehr unter Berück­ sichtigung einer vorgegebenen Verzögerungszeit bestehen bleibt, wobei die Verzögerungszeit derart bemessen ist, daß mit Sicherheit zuvor in allen Stufen der Einzelsteue­ rung (3) der Aufbau der Versorgungsspannungen und Schalt­ spannungen gewährleistet ist.

6. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ein- und Ausgangsstufen (21, 22) der Einzelsteuerung (3) Feld­ effekt-Tri-State- Stufen (31) verwendet sind.

7. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein steck­ bares, zentrales Programmiergerät (4) vorgesehen ist, dessen Ein- und Ausgangsstufen in gleicher Weise wie die der Einzelsteuerungen (3) über ein Verriegelungssignal steuerbar sind.

8. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das für die zentrale Pro­ grammierung der Einzelsteuerungen (3) vorgesehene Pro­ grammiergerät (4) am Datenbus (5) anschließbar ist, über den nach Auswahl der entsprechenden Einschub-Nummer der jeweiligen Einzelsteuerungen (3) diese programmierbar sind.

9. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerungssystem (2) eine Rechnerschnittstelle für einen übergeordneten zentralen Rechner (7), der jederzeit Zugriff zu jedem Parameter in jedem Programm der Einzelsteuerungen (3) hat, ohne hierbei die autarke Funktion der Einzelsteue­ rungen (3) aufzuheben und Zwischenspeicher vorgesehen sind, in welchen die Daten bis zum Ende eines gerade ab­ laufenden Arbeitszyklus der entsprechenden Einzelsteue­ rung (3) zwischengespeichert werden.

10. Zentral programmierbares Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzel­ steuerungen (3) Teile eines Schweißsteuerungssystems sind.