DE3640624C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Diagnosevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine Metallverarbeitungsmaschine wie beispielsweise eine Drehmaschine und eine Diagnosevorrichtung für die Maschine, die den gewünschten Wert einer zu steuernden Variablen, etwa der Position oder der Ge­ schwindigkeit zum Verändern der Position einer Maschine und/oder ihrer Bestandteile, einstellt und automati­ sche Steuervorgänge ausführt, bei denen die Variable in genauer Entsprechung zum vorbestimmten Wert gesteuert wird.

Gegenwärtig werden Arbeitsabläufe in jeder herkömmli­ chen Metallverarbeitungsmaschine wie beispielsweise einer Drehmaschine präzise durch Computer gesteuert. Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel des Aufbaus einer computergesteuerten Maschine.

Der wesentliche Teil der computergesteuerten Maschine 1 weist zwei Backenteile 11 und 12 auf, die den zu verar­ beitenden Gegenstand halten. Antriebsvorrichtungen 21 und 22 bewegen die Backenteile 11 und 12 voneinander weg und aufeinander zu, indem sie die Positionen der Backenteile 11 und 12 verändern.

Antriebsquellen wie die Motoren 31 bzw. 32 treiben die Antriebsvorrichtungen 21 und 22 an und werden von Steu­ ersignalen gesteuert, die von einer später beschriebe­ nen Steuervorrichtung 5 ausgegeben werden.

Positionssensoren 41 bzw. 42 ermitteln die zu steuern­ den Positionen der Backenteile 11 und 12 der Maschine 1. Diese Sensoren 41 und 42 sind jeweils fest mit ihrer Basis verbunden, damit sie die betreffende Position der Backenteile 11 und 12 korrekt ermitteln können. Die die ermittelten Positionen der Backenteile 11 und 12 reprä­ sentierenden Daten werden von den Sensoren 41 und 42 der Steuervorrichtung 5 zugeführt, welche mittels eines Rückkopplungs-Steuersystems Steuervorgänge durchführt.

Wie oben erwähnt, werden die den ermittelten Positionen der Backenteile 11 und 12 entsprechenden Daten von den Sensoren 41 und 42 zur Steuervorrichtung 5 zugeführt. Nach dem Empfang der Positionsdaten-Signale gibt diese an die Motoren 31 und 32 Steuersignale aus.

Die Einstellvorrichtung 6 ist Teil der aus einem Mikro­ computer bestehenden Hauptsteuereinheit. Obwohl eine Bedienungsperson die Positionen der Backenteile 11 und 12, die variabel gesteuert werden sollen, manuell in die Einstellvorrichtung 6 eingeben kann, werden im all­ gemeinen die ermittelten Positionsdaten als Zielwerte in die Einstellvorrichtung 6 eingegeben, indem von der in Fig. 1 nicht gezeigten CPU ein Signal ausgegeben wird. Dies bedeutet, daß die Daten des zwischen den Backenteilen 11 und 12 einzuhaltenden Abstandes 7 als Zielwert in die Einstellvorrichtung 6 eingegeben wer­ den. Sobald die den Abstand 7 zwischen den Backenteilen 11 und 12 repräsentierenden Daten, die in die Einstell­ vorrichtung 6 innerhalb der Hauptsteuereinheit eingege­ ben werden, der Steuervorrichtung 5 als gewünschter Variablenwert übermittelt werden, liest die Steuervor­ richtung 5 die jeweiligen Positionen der Backenteile 11 und 12, d.h. die Variable der Backenteile 11 und 12, die von den Sensoren 41 und 42 zum Erfassen des Abstan­ des 7 ermittelt worden ist. Dann stellt die Steuervor­ richtung 5 die Abweichung zwischen dem erhaltenen In­ tervall 7 und dem von der Einstellvorrichtung 6 über­ mittelten Zielwert fest und gibt schließlich ein pas­ sendes Steuersignal an die Motoren 31 und 32 weiter, so daß der Abweichungswert 0 wird. Folglich werden die Motoren 31 und 32 derart betätigt, daß die Steuervor­ richtung 5 eine Rückkopplungs-Steuerung ausführt und die Backenteile 11 und 12 so bewegt, daß der Abstand 7 zwischen diesen mit dem in die Einstellvorrichtung 6 eingegebenen Zielwert übereinstimmt. Der Betrag der Bewegung der Backenteile 11 und 12 gleicht dem Ände­ rungsbetrag der Variablen.

Bisher stellt beim Betrieb jeder Maschine mit dem ge­ nannten Aufbau eine Bedienungsperson ein Versagen oder eine Fehlfunktion der Maschine selbst oder der Antriebs­ und Steuersysteme folgendermaßen fest.

Normalerweise inspiziert die Bedienungsperson vor Inbe­ triebnahme den Zustand der Maschine mit Hilfe der Be­ nutzungsanleitung oder aufgrund eigener Erfahrung. Je­ doch kann der Benutzer ein Versagen des elektronischen Steuersystems erst feststellen, wenn tatsächlich eine Betriebsstörung der Maschine 1 selbst, der Antriebs­ vorrichtungen 21 und 22 oder der Motoren 31 und 32 er­ folgt.

Deshalb ist es bei herkömmlichen Maschinen schwierig, ein mögliches Versagen der Maschine und der mit ihr verbindenden Systeme vorher festzustellen, und zudem ist die Wartung der Maschine personalaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Diagnosevorrichtung so auszubilden, daß im Vorfeld einer Betriebsstörung Abweichungen vom normalen Arbeitsablauf feststellbar sind.

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

Die Erfindung schafft eine Diagnosevorrichtung, die Unterhalts- und Inspektionskosten spart, indem sie eine Fehlfunktion oder einen anormalen Zustand der automa­ tisch gesteuerten Maschine bei Betrieb der Maschine feststellt.

Die Diagnosevorrichtung ermittelt jeglichen Fehler oder anormalen Zustand der zu steuernden Maschine, indem sie automatisch die Abweichung von der Variablen bei norma­ lem Arbeitsablauf der Maschine, d.h. die Beziehung zwi­ schen dem Betrag der Änderung und der für die Änderung erforderlichen Zeit, mit den entsprechenden Werten wäh­ rend des tatsächlichen Arbeitsablaufs vergleicht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung und der die Vor­ richtung enthaltenden zu steuernden Maschine;

Fig. 3 Schaubilder zur Darstellung der im Speicher der Vorrichtung zu speichernden Abweichung der Variablen während normaler Arbeitsvorgänge;

Fig. 4 ein Flußdiagramm zu den Arbeitsabläufen der Vor­ richtung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus der Diagnosevorrichtung und der diese enthaltenden zu steuernden Maschine.

Der Aufbau der zu steuernden Maschine 1 kann identisch mit demjenigen der herkömmlichen Maschine gemäß Fig. 1 sein. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ge­ langt bei der Maschine 1 zur Anwendung, die zwei Backen­ teile 11 und 12 aufweist, welche jedes zur Verarbeitung geeignete Material sicher halten können.

Antriebsvorrichtungen 21 bzw. 22 bewegen diese Backen­ teile 11 und 12 voneinander weg bzw. näher zueinander, indem sie die Position der Backenteile 11 und 12 verän­ dern.

Motoren 31 bzw. 32 treiben als Antriebsquellen die Backenteile 11 und 12 an und werden durch das Steuer­ signal gesteuert, das von einer später zu beschreiben­ den Steuereinrichtung 5 übermittelt wird.

Positionssensoren 41 bzw. 42 stellen die Positionen der Backenteile 11 und 12 der zu steuernden Maschine fest. Diese Sensoren 41 und 42 sind jeweils fest an ihrer Basis angebracht, damit sie die betreffenden Positionen der Backenteile 11 und 12 korrekt ermitteln können. Ein Datensignal, das die festgestellten Positionen der Backenteile 11 und 12 repräsentiert, wird von den Sen­ soren 41 und 42 zur Steuervorrichtung 5 übertragen, welche die Steuervorgänge unter Verwendung des Rück­ kopplungs-Steuersystems initiiert. Das Datensignal, welches die ermittelten Positionen der Backenteile 11 und 12 repräsentiert, wird von den Sensoren 41 und 42 zur Steuervorrichtung 5 rückgekoppelt. Nach Empfang des Positionsdatensignals gibt die Steuervorrichtung 5 Steuersignale an die Motoren 31 und 32 aus.

Insbesondere ist die Steuervorrichtung 5 des Diagnose­ gerätes mit einer Fehlerdiagnosevorrichtung 50 verse­ hen, welche die Maschine und die mit ihr zusammenhän­ genden Teile mittels später zu beschreibender Abläufe auf Fehler untersucht.

Die aus einem Mikrocomputer bestehende Hauptspeicher­ einheit enthält eine Einstellvorrichtung 6. Obwohl eine Bedienungsperson die Positionsdaten, d.h. die zu steu­ ernde Variable der Backenteile 11 und 12 manuell in die Einstellvorrichtung 6 eingeben kann, wird im allgemei­ nen das ermittelte Datensignal als Zielwert in die Ein­ stellvorrichtung 6 eingegeben, indem von der in Fig. 2 nicht gezeigten CPU ein Signal zugeführt wird. Dies bedeutet, daß die Daten eines zwischen den Backenteilen 11 und 12 einzuhaltenden Abstandes 7 der Einstellvor­ richtung 6 als der Zielwert übermittelt werden.

Ein Diagnosespeicher 8 speichert die Daten zusammen mit den Verschiebungswerten der Backenteile 11 und 12 an typischen Positionen der Maschine 1 bei normalem Ar­ beitsablauf, d.h. die Beziehung zwischen dem Änderungs­ wert der zu steuernden Variablen und der für die Ände­ rung erforderlichen Reaktionszeit. Im genaueren spei­ chert der Diagnosespeicher 8 die Beziehungen 9 und 10 zwischen dem Änderungswert (längs der horizontalen Ach­ se aufgetragen) und der zugehörigen Reaktionszeit (längs der vertikalen Achse aufgetragen) in den vorbe­ stimmten Positionen 1 bis N in den Schaubildern gemäß Fig. 3, die beispielsweise durch Grobanalysen oder einen ähnlichen Schritt erstellt wurden.

Anschließend wird die Arbeitsweise der Diagnosevorrich­ tung beschrieben.

Sobald die Steuervorrichtung 5 das in der Einstellvor­ richtung 6 (der Hauptsteuereinrichtung) als Zielwert der zu steuernden Variablen gespeicherte Datensignal empfängt, das den Abstand 7 zwischen den beiden Backen­ teilen 11 und 12 repräsentiert, liest die Steuervor­ richtung 5 die von den Sensoren 41 und 42 ermittelten Positionen der beiden Backenteile 11 und 12, um den Abstand 7 zwischen den beiden Backenteilen 11 und 12 festzustellen. Dann errechnet die Steuervorrichtung 5 die Abweichung zwischen dem errechneten Abstand 7 und dem von der Einstellvorrichtung 6 übermittelten Ziel­ wert, d.h. sie errechnet den Abweichungswert der zu steuernden Variablen, und schließlich gibt sie an die Motoren 31 und 32 Steuersignale aus, um die Abweichung gleich 0 werden zu lassen. Folglich werden die An­ triebsvorrichtungen 21 und 22 derart betätigt, daß sie die Backenteile 11 und 12 in ihre Positionen bewegen. Dann führt die Steuervorrichtung 5 Rückkopplungs-Steu­ ervorgänge aus, um die Backenteile 11 und 12 so zu be­ wegen, daß der Abstand 7 zwischen den beiden Backentei­ len 11 und 12 mit dem in der Einstellvorrichtung 6 ge­ speicherten Zielwert übereinstimmt. Gleichzeitig führt die Fehlerdiagnosevorrichtung 50 der Steuervorrichtung 5 entsprechend den Abläufen im Flußdiagramm gemäß Fig. 4 Diagnoseverfahren durch. Der Diagnosespeicher 8 spei­ chert die Daten der Sollwerte der Backenteile 11 und 12 der Maschine 1 bei normalem Arbeitsablauf mittels der Steuervorrichtung 5, d.h. er speichert die Beziehung zwischen dem Abweichungswert der zu steuernden Variab­ len und der Reaktionszeit gemäß Fig. 3 entweder in einer angenäherten Gleichung oder als Tabelle.

Zunächst errechnet die Fehlerdiagnosevorrichtung 50 den Übertragungswert der beiden Backenteile 11 und 12 wäh­ rend des Arbeitsablaufs, d.h. das Verhältnis zwischen dem Änderungsbetrag der zu steuernden Variablen und der Reaktionszeit, und speichert das Ergebnis im Diagnose­ speicher 8 (Schritt S 101). Dann liest die Fehlerdiag­ nosevorrichtung 50 vom Diagnosespeicher 8 die Daten zum Übertragungswert der Backenteile 11 und 12, die während des Schrittes S 101 ermittelt wurden, d.h. die Daten, welche bei normalem Arbeitsablauf genau der Beziehung zwischen dem Abweichungswert der zu steuernden Variab­ len und der Reaktionszeit entsprechen (S 102). Während des nächsten Schrittes S 103 berechnet die Diagnosevor­ richtung 50 die Differenz zu der Reaktionszeit, die dem identischen Änderungswert (Abweichungswert) der Backen­ teile 11 und 12 entspricht. Wenn die Differenz geringer ausfällt als der vorbestimmte Bezugswert, stellt die Fehlerdiagnosevorrichtung 50 anschließend fest, daß weder eine Fehlfunktion noch ein anormaler Zustand vor­ liegt, und gestattet der Steuervorrichtung 5, die Steu­ erabläufe weiterzuverfolgen.

Wenn dagegen der Unterschied in der Reaktionszeit den vorbestimmten Bezugswert überschreitet, zeigt die Feh­ lerdiagnoseinheit an, daß die Backenteile 11 und 12 eine ungewöhnlich lange Zeit oder umgekehrt eine unge­ wöhnlich kurze Zeit benötigen, um eine bestimmte Di­ stanz zurückzulegen. Jedes dieser Symptome weist auf eine Fehlfunktion und/oder einen anormalen Zustand hin. In jedem dieser Fälle bewirkt die Fehlerdiagnosevor­ richtung 50, daß die Steuervorrichtung 5 die Steuervor­ gänge unmittelbar unterbricht, und gleichzeitig veran­ laßt die Fehlerdiagnosevorrichtung 50 ein Anzeigesystem dazu, den anzunehmenden Fehler oder das anormale Symp­ tom anzuzeigen, oder bewirkt das Erzeugen eines auf der Dauer der Reaktionszeit basierenden Alarmsignals (S 104).

Wenn keines dieser anormalen Symptome festgestellt wor­ den ist, gestattet die bevorzugte Ausführungsform bei­ spielsweise auch die Aktivierung einer Sicherheitsvor­ richtung, statt die von der Steuervorrichtung 5 ausge­ führten Steuervorgänge zu unterbrechen.

Der Übertragungswert der Backenteile 11 und 12 der bei Betrieb zu steuernden Maschine 1, d.h. die Beziehung zwischen dem Änderungswert der zu steuernden Variablen der Maschine 1 und der Reaktionszeit variiert im Ver­ lauf der Zeit selbst im Verhältnis zur Bewegung der Backenteile 11 und 12. Folglich ist es, wie Fig. 3 zeigt, sehr wichtig für das System, die ständig verän­ derte Beziehung zwischen dem Änderungswert und der Reaktionszeit während der normalen Steuervorgänge für den Ablauf von der ersten bis zur N-ten Position zu speichern.

Die bevorzugte Ausführungsform ist lediglich im Zusam­ menhang mit dem Fall beschrieben worden, in dem die Positionen der beiden Backenteile 11 und 12 der zu steu­ ernden Maschine 1 die zu steuernde Variable darstellen. Jedoch weist die Erfindung in einer weiteren bevorzug­ ten Ausführungsform auch Vorrichtungen zum Diagnosti­ zieren des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins eines jeglichen Fehlers und/oder eines anormalen Zustan­ des aufgrund der Bewegungsgeschwindigkeit der Backen­ teile 11 und 12 der Maschine 1 auf.

Die Diagnosevorrichtung kann nach dem Einstellen der zu steuernden Variablen, etwa den Positionen und der Ge­ schwindigkeit der Backenteile einer Materialverarbei­ tungsmaschine, das Auftreten oder Ausbleiben eines Feh­ lers anhand der augenblicklichen Reaktion der zu steu­ ernden Variablen erkennen. Damit kann frühzeitig jeg­ licher Fehler im gesamten System sicher festgestellt werden. Zudem dient die Diagnosevorrichtung der Ar­ beitsersparnis, da das die Diagnosevorrichtung enthal­ tende Verarbeitungssystem bestimmte Arbeitsabläufe zur Fehlererkennung nicht mehr benötigt.

Claims (3)

1. Diagnosevorrichtung für eine Maschinensteuerung mit einer Steuervorrichtung, mit einer Einstellvorrichtung zur Eingabe von Soll-Werten für Betriebsparameter von Maschinenelementen, und mit Sensoren zur Überwachung der Betriebsparameter, deren Sensorsignale der Steuervorrichtung als Rückkopplungssignale zugeführt werden, wobei die Steuervorrichtung die Betriebsparameter dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Diagnosespeicher (8) vorgesehen ist, in den über die Steuervorrichtung (5) Änderungsbeträge der Betriebsparameter sowie die zugehörigen Ausführungszeiten bei Normalbetrieb gespeichert werden,
• - daß eine Fehlerdiagnosevorrichtung (50) den Änderungsbetrag der aktuellen Betriebsparameter und die dafür jeweils erforderliche Ausführungszeit ermittelt und mit den im Diagnosespeicher (8) gespeicherten Werten vergleicht, und
• - daß die Fehlerdiagnosevorrichtung (50) bei Abweichung der ermittelten Änderungsbeträge und zugehörigen Ausführungszeiten von den im Diagnosespeicher (8) gespeicherten Werten ein Alarmsignal erzeugt.

2. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebsparameter aus Positionssignalen der Maschinenelemente besteht.

3. Diagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Betriebsparameter aus der Verlagerungsgeschwindigkeit von Maschinenelementen besteht.