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Speicherprogrammierbare Steuerung mit einer über-
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wachungseinrichtung der Melde-und/oder Stellglieder Die Erfindung
bezieht sich auf eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einem zentralen Steuerwerk
und einem Programmspeicher, mit einem System zur Übertragung der Ein- und Ausgangssignale
zwischen dem zentralen Steuerwerk und einer entfernt vom zentralen Steuerwerk angeordneten
Ein-/Ausgabestation, die entsprechend der Anzahl der Ein- und Ausgänge der speicherprogrammierbaren
Steuerung Ein-/Ausgangsklemmen für den parallelen Anschluß von Melde- und Stellgliedern
sowie Ein-/Ausgangsregister zur seriellen Übertragung der Ein-/Ausgangssignale aufweist
und über eine serielle Datenleitung mit dem zentralen Steuerwerk verbunden ist,
wobei mit Hilfe eines Überwachungssystems die Zustände der an die Ein-/Ausgabestation
angeschlossenen Melde- und/ oder Stellglieder während des laufenden Steuerprogramms
abgefragt werden.
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Aus der Informationsschrift "Maschinen-Fehlerdiagnose mit dem System
IPC 300" der Firma IPC-ISSC Automation GmbH & Co. KG sind mehrere Möglichkeiten
für eine Fehlerdiagnose beschrieben.
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Für die überwachung von Endschaltern (Initiatoren oder Kontaktgrenztaster)
von industriellen Maschinenanlagen ist eine paarweise Anordnung der Endschalter
vorgeschlagen worden, um die Vorlauf- und Rücklaufendstellung eines Teiles zu erfassen.
Eine falsche Signalgabe eines Grenztasters in einer solchen Paaranordnung hat normalerweise
zerstörerische Ausowirkungen auf Maschine und Werkstück.
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Diese Endschalterpaare werden dahingehend überwacht, daß niemals beide
Schalter eines Paares aktiviert (geschlossen) sein dürfen - tritt dieser Fall auf,
so hat einer der Grenztaster nicht zurückgesetzt (weil blockiert, verklebt oder
bedämpft), und es liegt ein Fehler vor. Entsprechendes gilt auch für Mittelstellungsgrenztaster.
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Mit einem Unterprogramm für die "Paarüberwachung" kann neben der Abschaltung
bei Endschalterversagen auch eine einfache Fehleranalyse durchgeführt werden, da
die Eingangsadresse eines Schalters aus dem fehlerhaften Paar direkt auf einer Digitalanzeige
dargestellt wird. Bei Überschneidung von Grenztastern kann also schnell das zu der
dargestellten Eingangsadresse gehörende Endschalterpaar aus dem Anschlußplan ermittelt
werden.
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Die meisten Bewegungen in verknüpfungsgesteuerten Werkzeugmaschinen
werden über Grenztaster auf ihre Sollposition kontrolliert, wobei aus den Endschaltermeldungen
wiederum die Weiterschaltbedingungen für den nächsten Maschinenschritt erzeugt werden.
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Zur Überwachung der Maschinenbewegungen bzw. Endschalterfunktionen
kann pro Bewegung ein programmierbares Zeitglied eingesetzt werden, von dem der
die Bewegung einleitende Stellbefehl (Ausgang für Magnetventil, Motorschütz, usw.)
gestartet wird. Das Rücksetzen dieses Zeitgliedes erfolgt über den zugehörigen Endschalter,
der ein Signal gibt, sobald die Bewegung ausgeführt worden ist. Die programmierte
Zeitvorwahl des Zeitgliedes muß länger als die Dauer der Bewegung sein. Erfolgt
nach eingeleiteter Bewegung keine Endschaltermeldung (d.h. Bewegung nicht ausgeführt
oder Endschalter defekt), so wird nach Ablauf der Zeit der zugehörige Kontrollausgang
aktiviert.
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Dieses" Programm" bietet neben der Überwachung der Endschalterfunktion
auch noch eine Bewegungstaktzeitkontrolle, wenn die vorgewählte Zeit nur unwesentlich
länger als die echte Bewegungsdauer vorgegeben ist.
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Eine weitere Möglichkeit für ein Diagnoseprogramm besteht in der Matrix-
und Schrittkettendiagnose. Bei Freigabe des Startbefehls wird zunächst die erste
Matrixposition geprüft, die der Anlage-Grundstellung entspricht. Besteht Gleichheit
von Vorgabe-Soll-Signalen und Prozeß-Signalen in der Grundstellung, so schaltet
die Sollwertmatrix die nächste Stufe. Es wird nun ein programmierter Zeitgeber,
dessen Vorwahlzeit länger als die längste Maschinenlaufzeit ist, gestartet.
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Läuft im Fehlerfall die Zeit ab, so wird anschließend das beim Soll-Ist-Wertvergleich
erzeugte Xquivalenz-Bitmuster ausgewertet. Es enthält im entsprechenden Schritt
für alle korrekten Signale ein Bit mit H-Zustand, für alle fehlerhaften, ein Bit
mit L-Zustand. Zunächst wird das erste Bit geprüft. Liegt hier ein H-Signal vor,
so schaltet eine Sequenzer-Matrix mit dem Geräte-Code auf den zweiten Schritt.
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Anschließend wird in einem Schieberegister das ßquivalent-Bitmuster
um ein Bit verschoben, so daß anschließend das nächste Buchstabenbit gelesen werden
kann.
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Bei H-Signal wird nun wiederum die Matrix weitergeschaltet.
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Die Abfrage wiederholt sich bis zu dem Bit, das durch eine L-Signallage
eine Ungleichheit signalisiert und damit einen fehlerhaften Endschalter definiert.
Hiermit stoppt die Abfrage und der Inhalt dieses Matrixschrittes wird auf die Anzeige
geschaltet und gibt somit unmittelbar den Gerät-Code für den fehlerhaften Endschalter
an.
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Ein ähnliches Verfahren zur Matrix-Schrittschaltdiagnose ist durch
die DE-OS 32 06 891 bekannt.
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Die vorstehend beschriebenen Verfahren sind dazu bestimmt, Fehlerquellen
zu orten. Das ist jedoch nur dann möglich, wenn die Auswirkungen des Fehlers, z.B.
eines defekten Endschalters, bereits eingetreten sind und u.U. schon einen Schaden
verursacht haben. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird in der DE-OS 30 05 872 vorgeschlagen,
zu jeder beliebigen Zeit während des Steuerprogramms über eine sepa-
Zustandsabfrage-Aufrufleitung
das jeweilige Zustandssignal des betreffenden Melde- oder Stellgliedes abzufragen
und mit einem Vergleicher in dem zentralen Steuerwerk zu vergleichen.
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Die Zustandsanzeige eines MeldegliedesJ z.B. eines Endschalters, kann
jedoch ohne weiteres mit dem Vergleicher übereinstimmen und trotzdem defekt sein,
weil dessen Kontakte blockiert oder verklebt sind. Das bedeutet, daß beispielsweise
ein betätigter Endschalter, der blockiert oder verklebt ist, erst bei seinem nächsten
Programmschritt, bei dem er nicht betätigt sein soll, als fehlerhaft erkannt werden
kann. In diesem Fall sind jedoch wie bei den vorhergehenden Verfahren die Auswirkungen
des Fehlers ebenfalls schon eingetreten Die Aufgabe der Erfindung besteht darin,
bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung der eingangs näher beschriebenen Art
sicherzustellen, daß unabhängig vom Steuerprogramm des zentralen Steuerwerks eine
Funktionskontrolle jedes Melde-und/oder Stellgliedes während des gesamten Steuerprogramms
durchgeführt wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer speicherprogrammierbaren
Steuerung der eingangs gekennzeichneten Art durch die im Hauptanspruch aufgeführten
Maßnahmen gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß letzten Endes die Funktion
eines Gerätes, in diesem Fall eines Melde- oder Stellgliedes, nur exakt geprüft
werden kann, wenn dem betreffenden Melde- und/oder Stellglied ein Prozeßschritt
vorgetäuscht wird, der das Melde- und/oder Stellglied dazu veranlaßt, eine Funktion
auszuführen. Das bedeutet, daß für den Prozeßschritt, für den beispielsweise ein
Meldeglied betätigt ist, der Betätigungszyklus von "betätigt" auf nicht betätigt"
und zurück nach "betätigt" und umgekehrt für einen Prozeßschritt, für den das Melde-
glied
nicht betätigt ist, von "nicht betätigt" auf "betätigt" und zurück auf "nicht betätigt"
abläuft, der Betätigungszustand also immer auf den Ausgangszustand zurückgeführt
wird.
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Das hat zur Folge, daß während des gesamten Prozeßablaufs eine Kontrolle
über die Funktionsfähigkeit der Melde- und/ oder Stellglieder vorliegt. Es hängt
dann nur noch vom jeweils angelaufenen Prozeßschritt ab, ob der Prozeß sofort oder
nach Beendigung des betreffenden Prozeßschrittes oder nach Erreichen eines neutralen
Prozeßschrittes, der noch vor dem Ansprechen des fehlerhaften Melde- und/oder Stellgliedes
erreicht werden kann, unterbrochen wird. Beispielsweise wird man während eines Bohrvorganges
den Prozeß nicht unterbrechen, weil die Maschine u.U. nicht mehr anläuft.
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Von Vorteil ist bei dieser Anordnung, daß, mit Ausnahme des Simulators,
die weitere zur Vortäuschung eines Prozeßschrittes dienende Schaltungsanordnung
nicht für jedes Melde- und/oder Stellglied vorhanden sein muß, sondern nur einmal
in der Ein- /Ausgabestat ion7 von der aus alle angeschlossenen Melde- und/oder Stellglieder
zyklisch abgefragt werden und somit auch Leitungsschäden zwischen den Melde- und/oder
Stellgliedern und der Ein-/Ausgabestation erkannt werden können.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Überwachungseinrichtung können
die bisher üblichen Überwachungssysteme in sinnvoller Weise ergänzt bzw. vervollkommnet
werden.
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Die Ansprüche 2 und 3 beziehen sich auf eine Erweiterung des Übertragungssystems
und zwar gemäß Anspruch 2 auf eine Reihenschaltung und gemäß Anspruch 4 auf eine
Parallelschaltung. Dementsprechend kann jede Ein-/Ausgabestation eine Überwachungseinrichtung
für die Melde- und/oder Stellglieder enthalten (Anspruch 4). Bei einer Reihenschaltung
nach Anspruch 2 ist es ohne weiteres denkbar, von einer Ein-/Ausgabestation aus
die Überwachung aller Melde- und/ oder Stellglieder vorzunehmen, wobei dann die
Abfrage vor-
teilhaft blockweise für jede Ein-/Ausgabestation erfolgt.
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Die Weiterbildungen der Erfindung nach Anspruch 6 und 7 betreffen
praktische Ausführungen mit berührunglos wirkenden Gebern, sogenannten Näherungsschaltern.
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Nachfolgend sind anhndvon Blockschaltbildern zwei Ausführungen der
Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit
einer Reihenschaltung der Ein-/Ausgabestationen, Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel
mit parallelgeschalteten Ein-/Ausgabestationen, Figur 3 ein Blockschaltbild des
Uberwachungssystems.
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Den Ausführungsbeispielen der Erfindung liegen speicherprogrammierbare
Steuerungen zugrunde, die jeweils aus einem zentralen Steuerwerk 3, einem Programmspeicher
4 sowie Ein-/ Ausgabestationen 5 bestehen. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur
1 sind drei Ein-/Ausgabestationen 5 in Reihe und im Ausführungsbeispiel nach Figur
2 fünf Ein-/Ausgabestationen 5 parallelgeschaltet. Selbstverständlich können mehr
oder weniger Ein-/Ausgabestationen 5 in Reihe oder parallelgeschaltet werden. Die
Ein-/Ausgabestation 5 hat eine bestimmte Anzahl Ein-/Ausgangsklemmen, an die die
Melde- und Stellglieder 6,7 angeschlossen sind. In der Regel sind es zwischen 8
und 2.048 Ein-/Ausgangsklemmen. Das zentrale Steuerwerk 3 ist über eine vieradrige
Datenleitung 8 mit der Ein-/Ausgabe station 5 verbunden. Es handelt sich dabei um
eine serielle Datenleitung, von der zwei Leiter für die Eingangssignale und zwei
Leiter für die Ausgangs signale benutzt werden.
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Für die serielle Datenübertragung enthält die Ein-/Ausgabestation
5 ein Ein-/Ausgangsregister 9, in das die Zustandssignale der Melde- und/oder Stellglieder
6,7 parallel eingelesen und seriell über die Datenleitung 8 an das zentrale Steuerwerk
3 übertragen werden. Da die Abarbeitung der Ein-/ Ausgangssignale in dem zentralen
Steuerwerk 3 seriell erfolgt, sind keine weiteren Ein-/Ausgangsregister erforderlich.
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Die Verbindung zwischen den Ein-/Ausgabestationen 5, gemäß Figur 1
der Zeichnung, untereinander erfolgt ebenfalls über eine serielle Datenleitung 10.
Sämtliche Ein-/Ausgabestationen 5 können gleich ausgebildet sein. Das Obertragungssystem
ist derart ausgebildet, daß es die ordnungsgemäße Funktion der Melde- und/oder Stellglieder
6,7 selbst überwacht mit Hilfe einer Überwachungseinrichtung, die aus einem in jedem
Melde- und/oder Stellglied eingebauten Betätigungssimulator 11, einem in die Ein-/Ausgabestation
5 eingebauten Taktgenerator 12, einem Betätigungssimulationsanalysator 13 sowie
einer Fehleranzeigeeinrichtung 14 besteht. Mit Hilfe dieser Überwachungseinrichtung
werden die Melde- und/oder Stellglieder 6,7 dazu veranlaßt, einen Betätigungszyklus
zu simulieren und zwar mit Hilfe schalterartiger Mittel, die ständig in regelmäßigen
Abständen Betätigungsmittel einschalten und damit periodisch eine das zu überwachende
Ereignis vortäuschende Zustandsänderung hervorrufen. Dieses Prinzip läßt sich generell
für alle gängigen Melde- und Stellglieder anwenden. Sehr vorteilhaft ist die Anwendung
bei berührungslos wirkenden Schaltgeräten wie optischen, akustischen, kapazitiven
oder induktiven Näherungsschaltern, weil diese Geräte keine beweglichen Schaltelemente
aufweisen, sondern durch eine in den Ansprechbereich des Gerätes eindringende oder
sich aus diesem Bereich entfernende Steuerfahne betätigt werden, wobei speziell
bei Näherungsschaltern eine Be- oder Entdämpfung des Oszillators hervorgerufen wird,
dessen Amplitudenänderung durch nachgeschaltete Baugruppen, wie Trigger und Schaltverstärker,
ausgewertet und zu einem Schaltsignal geformt wird.
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Handelt es sich bei dem Meldegerät 6 um einen Näherungsschalter, kann
der Betätigungssimulator 11 beispielsweise eine Schaltstufe zur Hf-Amplitudenbeeinflussung
des Oszillators enthalten, die von dem Taktgenerator 12 in der Ein-/ Ausgabe station
5 über eine separate Steuerleitung im Takt seiner Taktfrequenz angesteuert wird
und eine "innere" Bedämpfung des Oszillators bewirkt, die einer "äußeren" Bedämpfung
einer sich nähernden Steuerfahne entspricht und umgekehrt dann, wenn der Oszillator
durch die Steuerfahne
bedämpft ist, entdämpft wird, entsprechend
einer sich entfernenden Steuerfahne.
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Durch den Betätigungssimulationsanalysator 13 werden die durch den
Funktionssimulator 11 erzeugten Signale ausgewertet. Erfolgt nach jeder "künstlichen"
Be- oder Entdämpfung des Oszillators kein Signalwechsel am Ausgang des Meldegliedes,
ist das betreffende Meldeglied bzw. die Leitungsverbindung zur Ausgabestation 5
defekt.
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Die Fehlermeldung wird an die Fehleranzeigeeinrichtung 14 weitergeleitet.
Je nach dem Steuerprogramm der speicherprogrammierbaren Steuerung 4 kann der Prozeß
unterbrochen werden und zwar noch bevor der Fehler einen Schaden verursacht hat.
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Jede Ein-/Ausgabestation 5 kann eine Überwachungseinrichtung mit einem
Taktgenerator 12 und einem Betätigungssimulationsanalysator 13 enthalten. Es ist
aber auch denkbar, daß nur eine Ein-/Ausgabestation eine derartige Überwachungseinrichtung
enthält, die sämtliche Melde-und/oder Stellglieder 6,7 aller Ein-/Ausgabestationen
zyklisch abfragt.
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