DE3931964C2 - Vorrichtung zur Steuerung des Bewegungsablaufs mehrerer, von je einem Stellglied gleichzeitig zu betätigender hydraulischer Antriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Bewegungsablaufes mehrerer, von je einem Stellglied gleich­ zeitig zu betätigender hydraulischer Antriebe eines Ar­ beitsgerätes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Fernbedienung des Antriebes, z. B. des hydraulischen Zy­ linders eines Arbeitsgerätes, ist ein Fernsteuergerät über eine Ansteuerelektronik an ein Proportionalmagnetventil an­ geschlossen, mit dem die Arbeitsrichtung, Geschwindigkeit und Kraftwirkung des Zylinders gesteuert wird. Entsprechend der Handhebelstellung des Steuergeräts gibt die Ansteuer­ elektronik einen Steuerstrom für den Proportionalmagnet des Wegeventils, also des Stellgliedes, so daß der Zylinder über das Proportionalventil entsprechend betätigt wird. Zur automatischen Steuerung ist ein bestimmter Bewegungsablauf des Zylinders ständig wiederholbar, indem die aufeinander­ folgenden Positionen des Zylinders entsprechenden Signale aus einem Speicher abrufbar sind. Das Einlesen der dem Be­ wegungsablauf des Zylinders bestimmenden Signale in den Speichern erfolgt während der Betätigung des Steuergebers.

Schwierigkeiten beim Einprogrammieren eines gewünschten Be­ wegungsablaufs entstehen vor allem dann, wenn die Bewegun­ gen mehrerer Antriebe miteinander koordiniert werden müs­ sen, wenn also die Ansteuerung gleichzeitig in mehreren Achsen erfolgt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn mehrarmige Roboter automatisch gesteuert werden sollen oder wenn Bagger bestimmte Grabbewegungen ausführen sollen. Die Ansteuerung der einzelnen Ventile für die Antriebe erfolgt dann an einem Mehrachsen-Potigeber, auch joy-stick genannt. Da je nach Verstelleinrichtung des Handhebels am Geber ver­ schiedene Ventile angesteuert werden, fällt es schwer, einen gewünschten Bewegungsablauf zu finden, der fehlerfrei ist und während der Betätigung des Gebers abgespeichert werden kann.

Aus GB 21 24 407 A sind die Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs bekannt. Aus H. Raab: "Handbuch Industrie- Roboter", erschienen im Vieweg-Verlag 1981, S. 140, läßt sich entnehmen, daß bei der dort beschriebenen Robotersteuerung die Eingabe- und Ausgabe-Geschwindig­ keit der Positionsdaten willkürlich einstellbar ist.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Abspei­ cherung der Signale für den Bewegungsablauf von Antrieben für Arbeitsgeräte so zu gestalten, daß jeder gewünschte Bewegungsablauf einfach und sicher in den Speicher über­ tragen werden kann, daß eine Fehlerkorrektur möglich ist und daß das Abspeichern und Auslesen der Daten im bzw. aus dem Speicher angehalten werden kann, um Korrekturen durch­ zuführen, oder um über den Steuergeber einen geänderten Be­ wegungsablauf zu erzwingen.

Die genannte Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

So wird der Random-Speicher beim Abspeichern der vom Steu­ ergeber gelieferten Signale, die über das Stellglied den gewünschten Bewegungsablauf des Antriebes hervorrufen, so angesteuert, daß das Belegen der Speicherplätze mit den die Positionen des Antriebes bestimmenden Daten in frei wählba­ ren Zeitintervallen erfolgen kann. Dies bedeutet, daß der Bediener des Steuergebers beliebig lange Zeit hat, jede Zwischenposition im Bewegungsablauf mehrerer Arbeitsgeräte aufzufinden, worauf dann die diese Position bestimmenden Daten festgeschrieben werden und hierauf auf die nächstfol­ genden Speicherplätze umgeschaltet wird. Diese Umschaltzeit ist frei wählbar, so daß die Umschaltzeit verlängerbar ist, um schwierig einzustellende Bewegungsabläufe im Zeitlupen­ tempo einzuspeichern. Die Umschaltzeit kann auch unendlich groß sein, so daß die Umschaltung erst erfolgt, wenn eine bestimmte Position vom Bedienenden aufgefunden worden ist. Es kann auch ein Rückwärtslauf der Datenspeicherfolge er­ folgen, d. h. bereits abgearbeitete Speicherplätze können neu überschrieben werden.

Für das Auslesen der Positionsdaten aus dem Speicher zum Aus führen der automatischen Steuerung ist ebenfalls die Um­ schaltzeit frei wählbar, so daß die Geschwindigkeit des Bewegungsablaufes beschleunigt, verlangsamt oder inversiert werden kann. Die Zeit für das Einspeichern und Auslesen der Positionsdaten ist frei wählbar. So ist es vorteilhaft, für das Einspeichern komplizierter Bewegungsabläufe entspre­ chend viel Zeit zur Verfügung zu haben, während das Ausle­ sen der Daten in der vorgesehenen Arbeitsgeschwindigkeit erfolgen kann.

Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, an einem Steuergeber einstellbare Sollwerte für einen Bewegungsablauf den aus dem Speicher ausgelesenen Daten zu überlagern. Dabei wird im Speicher die Umschaltzeit auf den jeweils nächstfolgenden Speicherplatz auf unendlich verlängert, so daß am Speicher nun laufend die Daten aus dem jeweils vorhergehenden Speicher­ platz anstehen und diesen Daten neue Sollwerte vom Steuerge­ rät überlagert. Es kann somit eine neue Bewegung des Arbeits­ gerätes eingeleitet und ausgeführt werden. Ist diese Bewe­ gung beendet, so wird der Bewegungsablauf von seiten der auto­ matischen Steuerung aufgenommen, wo er unterbrochen worden war.

Es kann aber auch der Abruf der Daten aus dem Speicher fortgesetzt werden und durch die Handsteuerung des Steuergebers werden Korrekturwerte überlagert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für das Abspeichern von Positionsdaten für einen hydraulischen Zylin­ der,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Speicher­ anordnung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Ausgabe von Positionsdaten zum Betätigen eines Zylinders.

In Fig. 1 ist ein Steuergeber 1 an eine Ansteuerelektronik 2 angeschlossen, die einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller 3, einen Festwertspeicher 4 und einen Randomspeicher 5 aufweist. Der Ausgang der Ansteuerelektronik ist auf ein Proportional­ ventil 6 als Stellglied geführt, an das ein hydraulischer Stellzylinder 8 als Antrieb eines nicht dargestellten Arbeitsgerätes angeschlossen ist. Der Zylinder 8 weist einen nicht dargestell­ ten Weggeber auf. Analogdigitalumsetzer bzw. Digitalanalog­ umsetzer sind nicht dargestellt.

In dem Speicher 4 ist die Ventilkennung des Proportionalventils 6 abgespeichert. Hierzu wird die Kennlinie des Ventils 6 gemessen und die ermittelten Werte für Hub und zugehörigem Strom paarweise in dem Tabellenspeicher 4 abgelegt. Hierzu dient der Mikrocontroller 3, dem über den Weggeber 1 der Hub des Ventilsteuerkolbens sowie von einem nicht dargestellten Geber der Stromwert I zugeführt werden, mit dem die Magnet­ spule des Ventils 6 erregt wird. Beide Werte, nämlich der Hub und der Stromwert werden digitalisiert und in dem Spei­ cher 4 abgespeichert. Während beim Einspeichern der Daten in den Speicher 4 der Strom den Eingangswert für das Ventil 6 und der Hub die Ausgangsgröße ist, wird bei der Ansteuerung des Ventils zur Wiedergabe der Sollwert s für den Hub über den Mikrocontroller 3 in den Speicher 4 eingegeben und der zugehörige Stromwert y als Ausgangsgröße gewonnen, die den Ansteuerstrom für das Ventil 6 bildet. Auf diese Weise wird eine lineare Kennlinie für das Ventils 6 erzeugt. Die Verwen­ dung des Speichers 4 in der dargestellten Ansteuerelektronik 2 ist optional.

In den Speicher 5 werden die Daten für den Bewegungsablauf des Zylinders 8 eingespeichert. Der Bewegungsablauf wird am Steuergeber 1 bestimmt. Die vom Steuergeber 1 gelieferten Stellwerte s werden in den Mikrocontroller 3 geführt, worauf dieser aus dem Speicher 4 den zugehörigen Stromwert y ab­ ruft und mit diesem Stromwert das Ventil 6 ansteuert, das einen Volumenstrom Q einstellt, mit dem der Zylinder 8 be­ tätigt wird. Die bei Verstellung des Steuergebers 1 hervor­ gerufene Reihenfolge der Positionen des Zylinders 8 wird von dem Weggeber erfaßt und diese Positions-Istwerte x_z werden zum Mikrocontroller 3 zurückgeführt und bilden in ihrer zeit­ lichen Abfolge den Bewegungsablauf des Zylinders 8, der an dem Steuergeber 1 eingestellt wird. Die Daten x_z für die ein­ gestellten Positionen werden in dem Speicher 5 abgespeichert.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung läßt sich für mehrere Stellantriebe erweitern, wobei für jeden Stellantrieb ein eigenes Ventil vorgesehen ist. Die Eingabe der Sollwerte kann von einem Mehrachsenpotigeber erfolgen.

In Fig. 2 ist schematisch eine Speicheranordnung für vier Antriebe dargestellt. Die Reihenfolge der Positionen für jeden Stellantrieb wird im zugehörigen Speicher abgespeichert. Das Einspeichern der Positionsdaten x_z erfolgt mit einer vom MC vorgegebenen Taktfrequenz. Die Daten der einzelnen Antriebe werden jeweils in den gleichen Speicherplatz der zugehörigen Speicher eingeschrieben, wobei der neue Wert jeweils über­ schrieben, der vorhergehende Wert also gelöscht wird. Das Um­ schalten von einem Speicherplatz auf den nächstfolgenden läßt sich mit einem Datapointer DPTR programmieren und somit will­ kürlich beeinflussen. Das DPTR-Signal beinhaltet eine Zahl für den jeweiligen Speicherplatz und die zeitliche Änderung des Signals (Umschaltzeit) bestimmt den Übergang auf den nächsten Speicherplatz (Zahl). So kann die Umschaltzeit auf unendlich verlängert werden, so daß beliebig lange Zeit zur Verfügung steht, bis über die entsprechende Bedienung des Steuergebers 1 eine gewünschte Position aller Zylinder aufge­ funden wird, wobei über den Steuergeber die Positionen jeder­ zeit korrigiert werden können. Will man die aufgefundenen Positionswerte in den entsprechenden Speicherplätzen ab­ speichern, so wird über das DPTR-Signal auf die nächstfolgen­ den Speicherplätze umge­ schaltet. Dort beginnt dann die Datenspeicherung für die nächstfolgenden Positionen der Zylinder. Wird die Umschalt­ zeit über das DPTR-Signal verkürzt, so erfolgt der Wechsel der Speicherplätze automatisch und werden die am Geber fortlau­ fend verstellten Sollwerte in dem durch die Umschaltzeit be­ stimmten Takt in den Speicher abgespeichert. Es läßt sich somit die Einspeicherung der Positionen stufenlos zeitlich einstellen. Durch Zurücksetzen des DPTR-Signals läßt sich das Einlesen auch rever­ sieren, so daß Speicherplätze neu überschrieben werden,um zu korrigieren. Das DPTR-Signal wird an einem Pedal eingestellt.

In Fig. 3 ist die Wiedergabe der abgespeicherten Daten zur automatischen Steuerung des Zylinders 8 dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 be­ zeichnet. Die Geschwindigkeit des Abrufs der Daten aus dem Speicher 5 wird durch ein an den MC 3 angeschlossenes Pedal bestimmt. Mit diesem Pedal wird das DPTR-Signal gewählt, das die Umschaltzeit für die Speicherplätze bestimmt. Die Positionsdaten gelangen aus dem Speicher 5 in den MC 3, der einen entsprechenden Sollwert in den Speicher für die Ven­ tilkennung gibt und dabei von der zugehörigen Adresse einen Stromwert für das Ventil 6 als Sollwert abruft. Die hiernach erfolgende Einstellung des Ventils 6 hat eine Bewegung des Zylinders 8 zur Folge, die von dem nicht dargestellten Posi­ tionsgeber abgegriffen und als Istwertsignal dem MC 3 zuge­ führt wird, von dem das Istwertsignal mit dem vom Speicher 5 abgerufenen Sollwert verglichen wird und eine Fehlergröße gebildet wird, von der das Ventil 6 und damit der Zylinder 8 solange verstellt werden, bis Sollwert und Istwert überein­ stimmen. Über das DPTR-Signal ist die Geschwindigkeit des Auslesens der Daten aus dem Speicher und damit die Arbeits­ geschwindigkeit des Zylinders einstellbar.

So ist durch die dargestellte Schaltung der wesentliche Vor­ teil vermittelt, daß Ein- und Ausgabe der Daten mit unter­ schiedlicher und einstellbarer Geschwindigkeit vorgenommen werden kann. Für die Eingabe ist in der Regel ein Zeitlupen­ tempo vorteilhaft, während die Ausgabe in einem Zeitraffer­ tempo erfolgt.

Der automatischen Steuerung ist eine Handsteuerung überlagern Werden der Geber 1 und das Pedal 9 betätigt, so daß die Um­ schaltzeit unendlich ist, so wird der Abruf der Daten aus dem Speicherplätzen der Speicheranordnung angehalten, wobei der zuletzt ausgegebene Wert aber auf der Ausgangsleitung weiter­ hin ansteht. Diesem Wert wird der vom Geber 1 eingestellte Sollwert überlagert und in den MC 3 gegeben, worauf der Zylin­ der 8 in der bereits oben beschriebenen Weise betätigt wird. Während also in der automatischen Steuerung der gespeicherte Bewegungsablauf für den Zylinder mit einer bestimmten Ge­ schwindigkeit erfolgt, kann mit dem Steuergeber 1 die Position des Zylinders 8 eingestellt werden. Wird der Steuergeber 1 wieder zurückgestellt, so wird über das DPTR-Signal die Datei­ ausgabe aus dem Speicher 5 wieder aufgenommen und der Zylin­ der 8 setzt die Bewegung dort fort, wo er vorher aufgehört hat. Dies ist beispielsweise bei einem Bagger von besonderem Vorteil, bei dem die automatische Steuerung kurzzeitig unter­ brochen werden soll, um über die Handsteuerung eine zusätz­ liche Tätigkeit zu verrichten.

Wird nur der Geber 1 betätigt, so läuft das Programm weiter, kann aber über den Geber korrigiert werden.

Bei einer hydraulischen Unterversorgung des Systems, wenn also auch in voll geöffneter Stellung des Ventils zur Betäti­ gung des Arbeitsgerätes die Fördermenge der Pumpe nicht aus­ reicht, die gewünschte Arbeitsgeschwindigkeit einzuhalten, ist es zweckmäßig, über das DPTR-Signal das Auslesen der Solldaten aus dem Speicher zu verlangsamen. Dazu wird ein Grenzsignal bei Unterversorgung erzeugt, das dem DPTR-Signal überlagert wird. Das Grenzsignal kann beispielsweise von der Regeleinrichtung der Pumpe erzeugt werden, wenn deren maxi­ male Fördermenge erreicht ist, und/oder an den Ventilen, wenn diese das Hubende erreichen, oder es kann auch ein Grenz­ signal erzeugt werden, wenn die Leistung des Antriebes für die Pumpe nicht mehr ausreicht.

Ferner kann die Ansteuerung des Stellgliedes verbessert wer­ den, wenn aus dem jeweiligen Istwert der Position des Arbeits­ gerätes und dem Sollwert aus dem Speicher in dem MC die Diffe­ renz gebildet wird, die dann dem Addierer für den Steuergeber aufgeschaltet und zu dem aus dem Speicher entnommenen Sollwert addiert wird. Auf diese Weise kann das dem Stellglied zuzu­ führende Fehlersignal nach Null hin korrigiert werden. Schließlich ergibt sich für das DPTR-Signal eine weitere Verwendungsmöglichkeit, wenn dieses als Stellsignal für einen Regelkreis verwendet wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Steuerung des Bewegungsablaufs meh­ rerer, von je einem Stellglied gleichzeitig zu betätigender hydraulischer Antriebe eines Arbeitsgerätes, mit einem Steuergeber für die Eingabe von Sollwerten zur Betätigung der Stellglieder über eine Ansteuerelektronik, einer Rück­ führung für die von den Antrieben angefahrenen Positionen und einem Speicher zum Abspeichern in einem Programmierbe­ trieb und Ausgeben des durch die Positionen vorbestimmten Bewegungsablaufs in einem Arbeitsbetrieb, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Speicher eine Anzahl von Random-Speichern vorgesehen ist und jedem Antrieb ein Random-Speicher zugeordnet ist, daß die dem Bewegungsablauf entsprechenden zeitlich aufeinanderfolgenden Positionsdaten jedes Antrie­ bes an jeweils gleichen Speicherplätzen in den einzelnen Random-Speichern abgelegt sind, daß die Eingabe- bzw. Aus­ gabe-Geschwindigkeit der Positionsdaten durch Änderung der Umschaltzeit zwischen den Speicherplätzen der einzelnen Random-Speicher durch ein zeitlich sich änderndes Umschalt­ signal (DPTR) veränderbar ist und daß den aus den Random- Speichern abgerufenen Positionsdaten im Arbeitsbetrieb Sollwerte überlagert werden, die am Steuergeber einstellbar sind.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Antrieb abgegriffenen Positionsdaten im Program­ mierbetrieb zyklisch so lange in den gleichen Speicherplatz eingeschrieben werden, wobei jeder vorhergehende Wert ge­ löscht wird, bis nach Ablauf der durch das Umschaltsignal bestimmten Umschaltzeit das Einschreiben der Daten auf den nächstfolgenden Speicherplatz erfolgt und der im vorher­ gehenden Speicherplatz zuletzt eingeschriebene Wert abge­ speichert wird.

3. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß im Arbeitsbetrieb durch Vergleich der dem Speicher entnommenen Positionsdaten als Sollwert mit dem am Antrieb abgegriffenen Positionsdaten als Istwert ein Fehlersignal zur Ansteuerung des Stellgliedes für das Arbeitsgerät gebildet ist.

4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der zeitlichen Änderung des Umschaltsignals an einem Pedal erfolgt.

5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie des Stellgliedes für die Betätigung des Antriebs in einem Tabellenspeicher abgespei­ chert ist, der im Arbeitsbetrieb berechnete Stellwerte für die Ansteuerung der Stellglieder umsetzt.

6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigung des Pedals das Umschalten der Speicher­ plätze in den Random-Speichern gesperrt wird und die vom Steuergeber eingegebenen Sollwerte den zuletzt aus dem Speicher entnommenen Positionsdaten überlagert werden.

7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Umschaltsignal ein Grenzsignal überlagerbar ist, mit dem bei Unterversorgung des hydrauli­ schen Systems der Antriebe die Geschwindigkeit des Ausle­ sens der Daten aus dem Speicher verlangsamt wird.

8. Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Grenzsignal durch die Offenstellung eines Ventils bei nicht ausreichender Pumpenfördermenge im hydraulischen System erzeugt wird.

9. Steuerung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Grenzsignal bei nicht ausreichender Lei­ stung des Pumpenantriebs im hydraulischen System erzeugt wird.

10. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den dem Speicher entnommenen Positionsdaten als Sollwert und den am Arbeits­ gerät abgegriffenen Positionsdaten als Istwert erzeugt wird und das Differenzsignal den dem Speicher entnommenen Posi­ tionsdaten überlagert wird.