DE3621863A1 - Anordnung zur numerischen steuerung mehrerer unabhaengiger bewegungssysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur numerischen Steuerung mehrerer unabhängiger Bewegungssysteme mit einer CNC-Steuerung welche als Hauptbaugruppen die Funktionskomplexe Kommunikationssteuerung, Speicher- und Puffersteuerung, technologische Korrespondenzsteuerung, Geometriesteuerung und Organisationssteuerung enthält.

CNC-Steuerungen kommen zur Anwendung an:
a) Einzelmaschinen für eine technologische Grundaufgabe wie Fräsen, Drehen, Bohren, Schleifen usw.
b) Einzelmaschinen mit mehreren gleichartigen technologischen Grundaufgaben wie 2-Support-Drehen, Mehrspindeldrehen usw.
c) Einzelmaschinen mit mehreren unterschiedlichen technologischen Grundaufgaben wie Handlings, Karussells, Portale usw.
d) Einzelmaschinen der Anwendungsfälle a), b) und c), eingebunden in komplexe Automatisierungssysteme.

Die derzeit allgemein übliche Organisationsstruktur einer CNC- Steuerung umfaßt die Schaltungskomplexe und Programmbausteine enthaltenden Funktionskomplexe Kommunikationssteuerung, Speicher- und Puffersteuerung, technologische Korrespondenzsteuerung, Geometriesteuerung und Organisationssteuerung. Jedem Funktionskomplex ist eine Logik zugeordnet, die für die Steuerung dessen spezifischen Ablaufs zuständig ist. Charakteristisch ist, daß alle Funktionskomplexe ihre Istzustände und die dem aktuellen Anarbeitungszustand entsprechenden Sollzustände nach außen melden können. Es bietet sich damit die Möglichkeit der äußeren Einflußnahme auf ihre interne Ablauffolge, entweder durch die CNC-interne Organisationssteuerung oder durch CNC-externe Organisationssteuerungen. Die zuletzt genannte Möglichkeit wird im Anwendungsfall genutzt, wenn in einem komplexen Automatisierungssystem eine allen Einzelmaschinensteuerungen überlagerte Organisationssteuerung zum Einsatz kommt. Die Anwendung dieses Prinzips ist aus EP 44 565 "Improved flexible manufacturing system" und aus DBP 31 46 342 "Datenaufbereitungseinrichtung für ein Werkzeugmaschinensystem" bekannt.

Im Anwendungsfall b) oder c) werden die Soll- und Istzustandssignale zur Steuerung des organisatorischen Zusammenwirkens der aus mehreren Einzelmaschinensteuerungen oder aus Funktionskomplexen von Einzelmaschinensteuerungen bestehenden Gesamtanlage durch eine separate Organisationseinrichtung genutzt.

Dazu sind drei wesentliche Prinzipien des Zusammenschaltens bekannt.

Am häufigsten werden mehrere CNC-Steuerungen so verknüpft, daß das organisatorische Zusammenwirken durch eine zusätzliche separate Organisationseinrichtung gesteuert wird, die Soll- und Istzustandssignale von den Organisationssteuerungen der einzelnen CNC-Steuerungen erhält und diese mit Steuersignalen beaufschlagt. Dazu ist aus EP 37 721 eine "Numerical machine tool control" bekannt. Diese Struktur wird immer dann angewendet, wenn mehr als zwei autarke Steuerungen zur Lösung eines Bearbeitungsproblems benötigt werden. Die Nachteile dieser Lösung sind in dem Aufwand für die zusätzliche Organisationseinrichtung zu sehen, außerdem in der Redundanz der Funktionskomplexe bei mehreren eingesetzten CNC-Steuerungen. Ist die separate Organisationseinrichtung als anwendungsprogrammierbare Steuerung ausgebildet, so tritt in das Steuersystem eine der CNC wesensfremde Uniflexibilität ein.

Mehrere CNC-Steuerungen können zusammengeschaltet werden, indem das organisatorische Zusammenwirken aller durch die interne Organisationssteuerung einer der beteiligten CNC-Steuerungen gesteuert wird. Diese Struktur wird in der Regel dann angewendet, wenn mit Einzelmaschinensteuerungen Mehrsupportprobleme, Karussellprobleme gelöst werden sollen. Dazu muß eine der beteiligten technologischen Korrespondenzsteuerungen vom Anwender modifiziert werden. Die Bahnsteuerung für Drehmaschinen CNC-H 645 des VEB Numerik "Karl Marx" Karl-Marx-Stadt (Prospekt des VEB Kombinat Automatisierungsanlagenbau, 1982, CNC-H 600, freiprogrammierbares Steuersystem) ist für den Anwender zur Modifikation zugänglich und wird z. B. in doppelter Ausführung zur Karussellbearbeitung hinzugezogen. Die redundante Ausführung der Funktionskomplexe ist auch in diesem Fall gegeben.

Ein weiteres Prinzip des Zusammenschaltens ist aus dem SINUMERIK- System 3 der Firma Siemens AG bekannt, die CNC-Bahnsteuerung SINUMERIK 3 TT (Katalog NC 17, 1983, Siemens AG, SINUMERIK 3 TT) ist ausgelegt für Mehrachsen-Drehmaschinen wie Doppelschlitten- oder Doppelspindelmaschinen. Zwei eigenständige, unabhängige Steuerungssysteme arbeiten hier gleichzeitig. Es handelt sich um projektierungsseitig festgelegte CNC-Komponentensteuerungen für den bestimmten technologischen Zweck. Das funktionelle Zusammenwirken wird durch eine speziell auf diese Komponente zugeschnittene interne Organisationssteuerung gesteuert. Da auch die Kommunikationssteuerung für beide Steuerungssysteme genutzt wird, ist bei diesem Prinzip der Aufwand durch Redundanz geringer, jedoch weiterhin vorhanden.

Weiterhin ist ein System miteinander verbundener numerischen Steuereinrichtungen aus DE 34 20 355 bekannt. Mit dieser Lösung sollen die Nachteile des Aufwandes für einen Hilfscomputer, eine externe Organisationseinrichtung beseitigt werden. Das System verfügt aber weiterhin über eine Mehrzahl von kompletten numerischen Steuerungseinrichtungen, so daß sich der Nachteil der redundanten Funktionskomplexe auswirkt. Die Lösung betrifft lediglich ein Verfahren zum Verbinden der einzelnen numerischen Steuerungseinrichtungen, bei denen numerische Steueroperationen durch ein System bewirkt werden, das durch Kombination einer Mehrzahl von Steuerungseinrichtungen entsteht.

Die ERfindung bezweckt, die Struktur der Anordnung so aufwandsarm und ökonomisch zu gestalten, daß insbesondere redundante Funktionskomplexe vermieden werden und die vollständige Flexibilität beibehalten wird.

Die Erfindung löst die Aufgabe, eine Anordnung der eingangs genannten Art mit geringem zusätzlichen schaltungstechnischen Mittel so auszubilden, daß die eingangs genannten Funktionskomplexe der CNC-Steuerung nur einmal vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

In der erfindungsgemäßen Anordnung umfaßt ein Bewegungssystem mehrere, im funktionalen Zusammenhang arbeitende Achsen, z. B. einer Werkzeugmaschine oder eines Roboters. Mehrere Bewegungssysteme können gleichzeitig in Aktion sein, wobei die Bewegungsabläufe synchron oder asynchron zueinander verlaufen können.

Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß alle der Organisationsstruktur einer CNC-Steuerung entsprechenden Funktionskomplexe, bis hin zum Werkstückprogrammspeicher nur ein einziges Mal vorhanden sein müssen und damit jede Redundanz vermieden wird.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.

Die Zeichnung zeigt die einzelnen Funktionskomplexe der CNC- Steuerung mit ihren Korrespondenzmitteln, die Kommunikationssteuerung DC mit ihrem Daten-Ein/Ausgabemitteln DEA, die Speicher- und Puffersteuerung MC mit den Speichererweiterungen S, die technologische Korrespondenzsteuerung PC mit den über den Multiplexer MUX 1 angeschlossenen technologischen Prozeß-Ein-/ Ausgaben PEA und die Geometriesteuerung KC mit den über den Multiplexer MUX 2 angeschlossenen Wegmeßsystemen W, den Antrieben A und den Sensoren und Meßmitteln M der Maschine. Die Organisationssteuerung wird gebildet von den Entscheidungs- und ordnenden Logiken EOLI, EOLS, der Entscheidungslogik EL, dem Ringschieberregister R, der Auswertelogik AL, der Generierlogik GL und den Durchlaufzählern Z 1, Z 2, Z 3, Z 4. Jeder Funktionskomplex verfügt über einen Istzustandsspeicher und einen, die dem aktuellen Abarbeitungszustand entsprechenden Sollzustände enthaltenden Sollzustandsspeicher. Die Istzustände IDC, IMC, IPC, IKC gelangen zur Auswertung an die Organisationssteuerung über die Entscheidungs- und ordnende Logik EOLI, die Sollzustände SDC, SPC, SKC, SMC an die Entscheidungs- und ordnende Logik EOLS, deren Ausgänge an die Entscheidungslogik EL geführt sind. Die Entscheidungslogik EL beinhaltet die Taktversorgung des Gesamtablaufes. Über ihren Ausgang T ist sie mit den Funktionskomplexen DC, MC, PC, KC mit den Durchlaufzählern Z 1, Z 2, Z 3, Z 4, mit den Entscheidungs- und ordnenden Logiken EOLI, EOLS, mit dem Ringschieberregister R, der Auswertelogik AL und der Generierlogik GL verbunden. Das in der Entscheidungslogik EL erzeugte Bitmuster für den weiteren Ablauf der Steuervorgänge wird in das Ringschieberregister R gesetzt und getaktet an die Auswertelogik AL weitergegeben, die entsprechende Bitmuster in die Ablaufzähler bzw. Ablaufspeicher ADC, AMC, APC, AKC der Funktionskomplexe setzt. Der Ablaufzähler bzw. Ablaufspeicher ist für die Steuerung des Funktionskomplex-spezifischen Ablaufs zuständig. Die mit der Auswertelogik AL verbundene Generierlogik GL ist mit den Satzeingängen der Durchlaufzähler Z 1, Z 2, Z 3, Z 4 und mit den Multiplexern MUX 1 , MUX 2 zu ihrer Voreinstellung verbunden. Durch Einstellung der Zahl der Durchläufe entsprechend der Anzahl zu steuernder Bewegungssysteme sorgt die Generierlogik GL über die Verbindungen Durchlaufzähler Z 3 zu Multiplexer MUX 1 und Durchlaufzähler Z 4 zu Multiplexer MUX 2 dafür, daß die Multiplexer MUX 1, MUX 2 die jeweils richtigen Komponenten ansprechen. Es soll nun die Wirkungsweise der Schaltungskomplexe und Programmsteine enthaltenden Funktionskomplexe in ihrem Zusammenspiel erläutert werden.

Durch Setzen eines entsprechenden Bitmusters in den Ablaufzähler ADC der Kommunikationssteuerung DC durch die Organisationssteuerung über die Auswertelogik AL wählt die Kommunikationssteuerung DC ein bestimmtes Daten-Eingabemittel DEA z. B. Leser, Tastatur, externe Speicher usw. Sind mehrere Geräte nacheinander abzufragen ist der Ablaufzähler ADC in der Regel als Kellerspeicher ausgeführt. Die Kommunikationssteuerung DC arbeitet nun die durch das Bitmuster vorgegebene Ablauffolge ab, z. B. Gerät starten, Information abfragen, Ablegen der Informationen in geordneter Folge beispielsweise in den NC-Programmspeicher, Stoppen des Gerätes. Der Kommunikationssteuerung DC obliegt auch die NC- Programmspeicherorganisation. Entsprechend der Anzahl zu steuernder Bewegungssysteme erfolgt über die Stellung des Durchlaufzählers Z 1 in Verbindung mit dem Ablaufzähler ADC die Aufteilung des Werkstückprogrammspeichers in diesen zugeordneten Bereichen. Ebenso hat die Kommunikationssteuerung DC die Aufgabe auf Anforderung durch die Organisationssteuerung mittels Setzen eines weiteren Ablaufzählers Istzustände an die Daten-Ausgabemittel wie Display, Drucker, Magnetbandgerät usw. zu übertragen und diese anzusteuern.

Die Speicher- und Puffersteuerung MC hat die Aufgabe, die geordnet im Programmspeicher vorhandenen Informationen in die, zur weiteren Verarbeitung günstigsten Abarbeitungsformate zu wandeln und diese in entsprechenden Speicherbereichen (Arbeitsspeicher) geordnet abzulegen. Zur Satzdekodierung und Satzaufbereitung gehören das Zerlegen der Satzinformation in günstige Weiterverarbeitungsformate, das Ordnen der Information nach der Abarbeitungsreihenfolge, Errechnen von Zwischeninformationen, Werkzeugkorrekturen, Ermittlung von Kennungen zur zeitlichen Ablauffolge, die der Organisationssteuerung übergeben werden. Als Ergebnis stellt die Speicher- und Puffersteuerung MC zwei Ausgabe- und zwei Eingabeblöcke geordneter Satzinformation für Technologie und Geometrie bereit. Durch Aufforderung der Organisationssteuerung werden die Ausgabeblöcke für die Technologie an die technologische Korrespondenzsteuerung PC und für die Geometrie an die Geometriesteuerung KC übergeben. Ebenso kann die Speicher- und Puffersteuerung MC einen Technologieblock oder einen Geometrieblock empfangen. Nach Aufforderung durch die Organisationssteuerung werden diese, in getrennte Speicherbereiche abzulegenden Blöcke entweder innerhalb der Speicher- und Puffersteuerung MC beispielsweise zur Satzkorrektur oder Ablaufkorrektur weiterverarbeitet oder an die Kommunikationssteuerung DC übergeben zur Anzeige oder Ausgabe an andere externe Datenausgabemittel.

Die technologische Korrespondenzsteuerung PC arbeitet nach einem relativ starren Schema, Eingangsgrößen der einzelnen Prozeßschnittstellen PEA und der NC-Schnittstelle über die Organisationssteuerung werden abgefragt. Die Variablen werden interpretiert, und die Verknüpfungsergebnisse an der Prozeßschnittstelle und der NC- Schnittstelle abgelegt. Die aktuellen Zustände des Prozesses treffen asynchron zu den Ablaufzyklen der technologischen Korrespondenzsteuerung PC ein. Die Verknüpfung der Eingangssignale erfolgt nach Beendigung eines Zyklusses. Die Ausgangssignale der technologischen Korrespondenzsteuerung PC werden durch die Generierlogik GL über den Durchlaufzähler Z 3 und den entsprechend eingestellten Multiplexer MUX 1 an die Prozeß-Ein-/ Ausgabe PEA einer bestimmten Maschine zu entsprechenden Reaktionen wie Schalthandlungen zugeführt. Die Verknüpfungsergebnisse für die NC-Schnittstelle stellen für die Organisationssteuerung Befehle dar, die beispielsweise die weitere Abarbeitungserfolge des Bearbeitungsproblemes betreffen oder die in der beizubehaltenden Abarbeitungsfolge informierenden Charakter besitzen.

Die Organisationssteuerung wertet die Soll- und Istzustandssignale IPC, SPC über ihre Entscheidungs- und ordnenden Logiken EOLI, EOLS aus und interpretiert sie. Je nach Art der Meldungen leitet die Organisationssteuerung eine neue Abarbeitungsfolge ab oder leitet lediglich Meldungen weiter. Letzteres geschieht beispielsweise dann, wenn Meldungen der technologischen Korrespondenzsteuerung PC angezeigt werden sollen, was durch Setzen eines Bitmusters in den Ablaufzähler ADC durch die Auswertelogik AL angewiesen wird. Die, die Ablauffolge betreffenden Informationen werden allen Funktionskomplexen DC, MC, PC, KC als Reaktionen der Organisationssteuerung mitgeteilt. So wird beispielsweise bei einer von der technologischen Korrespondenzsteuerung PC eintreffenden Koinzidenzmeldung für einen reinen Technologiesatz durch die Organisationssteuerung veranlaßt in der Kommunikationssteuerung DC der nächste Satz in die Anzeige befohlen, aus der Puffer- und Speichersteuerung MC der nächste Satz abverlangt. Durch die Entscheidungslogik EL der Organisationssteuerung wird der Satz bezüglich seines geometrischen Inhalts an die Geometriesteuerung KC als Sollwerte weitergereicht und bezüglich seines technologischen Inhalts an die technologische Korrespondenzsteuerung PC als Eingangsinformationen bereitgestellt.

Die Geometriesteuerung KC ist wie die technologische Korrespondenzsteuerung PC ein zum Prozeß hin ausführendes Organ der CNC- Steuerung. Sie erhält von der Organisationssteuerung bzw. von dieser veranlaßt direkt von der Puffer- und Speichersteuerung NC solche geometrische Sollwerte wie Wege für Koordinaten, Bewegungsgeschwindigkeiten für Koordinaten. Diese Sollinformationen werden in der Geometriesteuerung KC in Abhängigkeit von der digitalen Antriebstastzeit so bewertet und angewandt, daß für die Koordinatenlageregelkreise und Geschwindigkeitsregelkreise tastzeitbezogene Sollwerte erzeugt werden. Die, durch Bewegungen an der Maschine resultierende Rückmeldungen von den Stellgliedern der Maschine, werden als Istwerte über Meßsysteme W, Sensoren, Meßmittel M und den entsprechend eingestellten Multiplexer MUX 2 von der Geometriesteuerung KC erfaßt und in ihrer kumulativen Summe mit den Sollwerten verglichen. Die jeweiligen Zwischenergebnisse dieser Lage- und Geschwindigkeitsregelung werden nach jeder Tastzeit der Organisationssteuerung mitgeteilt. Damit ist diese Paralle zur Geometriesteuerung KC über den Ausführungszustand prozeßseitig informiert und kann erforderliche und gewollte Zusatzreaktionen in der Kommunikationssteuerung DC wie Anzeigen, in der technologischen Korrespondenzsteuerung PC wie z. B. Einleiten von Bremsmaßnahmen über zusätzliche Bremsmagnete am Satzende, wenn die Achse in den nächsten Arbeitsschritten starr verharren soll, in der Puffer- und Speichersteuerung MC wie rechtzeitige Bereitstellung des nächsten Satzes veranlassen.

Bei der Inbetriebnahme der CNC-Steuerung wird die Anzahl der anzuschließenden Bewegungssysteme in die Organisationssteuerung eingegeben. In der Generierlogik GL wird gespeichert, wieviel Mal jeder Funktionskomplex entsprechend der Anzahl der Bewegungssysteme aufzurufen ist und welche Ein-/Ausgabespeicher den zeitmultiplex betriebenen Funktionskomplexen zugeordnet werden.

Nach der Inbetriebnahme der Anordnung hat die Organisationssteuerung die Generierlogik GL abzufragen, um bei Zustandsmeldungen von den Funktionskomplexen DC, MC, PC, KC die richtige Entscheidung zu treffen, welcher Funktionskomplex für welches Bewegungssystem zunächst zu bearbeiten ist.

Die Anordnung zur numerischen Steuerung ist für eine beliebige Zahl Bewegungssysteme bzw. Maschinen einsetzbar. Dabei sind alle bisher für eine CNC-Steuerung üblichen Funktionskomplexe nur ein Mal vorhanden. Redundanz der Mittel wird vermieden und somit auch der Materialaufwand für die Steuerungsaufgabe.

Claims (1)

1. Anordnung zur numerischen Steuerung mehrerer unabhängiger Bewegungssysteme mit einer die Funktionskomplexe Kommunikationssteuerung Speicher- und Puffersteuerung, technologische Korrespondenzsteuerung, Geometriesteuerung und Organisationssteuerung umfassenden CNC-Steuerung, wobei durch die Organisationssteuerung die Soll- und Istzustände der anderen Funktionskomplexe überwacht und für jeden von ihnen durch eine in der Organisationssteuerung enthaltene Auswertelogik Steuersignale für ihren internen Ablauf bereitgestellt werden, gekennzeichnet dadurch, daß den Steuereingängen der Kommunikationssteuerung (DC), der Speicher- und Puffersteuerung (MC), der technologischen Korrespondenzsteuerung (PC) und der Geometriesteuerung (KC) je ein Durchlaufzähler /Z 1, Z 2, Z 3, Z 4) vorgeschaltet ist, deren Setzeingänge mit einem Ausgang einer Generierlogik (GL) und deren Zähleingänge mit einem dem jeweiligen Funktionskomplex entsprechenden Steuerausgang der Auswertelogik (AL) verbunden sind, daß zur technologischen Prozeß-Ein/Ausgabe zwischen die technologische Korrespondenzsteuerung (PC) und die zu steuernden Bewegungssysteme ein erster Multiplexer (MUX 1) eingefügt ist, daß Antriebe, Wegmeßsysteme und Meßmittel aller Bewegungssysteme an einen zweiten, mit der Geometriesteuerung (KC) verbundenen Multiplexer (MUX 2) angeschlossen sind, daß ein Steuereingang des ersten Multiplexers (MUX 1) mit einem Ausgang des dritten Durchlaufzählers (Z 3) und ein Steuereingang des zweiten Multiplexers (MUX 2) mit einem Ausgang des vierten Durchlaufzählers (Z 4) verbunden ist und daß die Multiplexer (MUX 1, MUX 2) zu ihrer Voreinstellung mit dem Ausgang der Generierlogik (GL) verbunden sind.