DE9318539U1

DE9318539U1 - Steuervorrichtung für numerisch gesteuerte Achsen

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Publication number: DE9318539U1
Application number: DE9318539U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2003-12-04

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Steuervorrichtung für numerisch gesteuerte Achsen 5

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Für CNC-gesteuerte Achsen ist es im Betrieb erwünscht, daß mittels eines Handrades eine manuelle Achsbewegung ermöglicht wird. Die Achsbewegung sollte dabei weg- und geschwindigkeitsproportional zu den vom Handrad kommenden Impulsen erfolgen. Die Aktivierung dieser Funktion und die erreichbare Endposition soll dabei vom Anwenderprogramm vorgegeben werden.

Aus der Patentschrift DD 142 768 ist eine relativ einfache Steuervorrichtung dieser Art zur Aufbereitung von mittels Handrad gewonnener Meßwerte bekannt. Dabei wird die Differenz der Meßwerte zweier aufeinanderfolgender Abtastungen gebildet und aus diesem Differenzwert unter Berücksichtigung eines Over- bzw. Underflow-Signals ein Sollwert für einen Lageregelkreis gewonnen. Da die Sollwertvorgabe in Form von Wegdifferenzen erfolgt, wird im Lageregler allerdings eine integrale Behandlung der Wegsollwertvorgabe erforderlich.

Dies ist dann bei der Einspeisung von Automatiksollwerten in denselben Lageregelkreis zu berücksichtigen.

Eine weitere Steuervorrichtung ist aus der Patentschrift DD 2 52 257 bekannt. Beschrieben wird dabei eine Schaltungsanordnung zur Aufbereitung von Handradsollwerten in einer multitaskähnlichen Steuerungsstruktur. Dabei sollen die Zeitanteile für die Handradbehandlung zugunsten höherwertiger Steuerungsfunktionen möglichst reduziert werden, wobei gleichzeitig eine Verringerung der Auswirkungen von auf die Handradsignale wirkenden Störeinflüssen eintreten soll. Diese

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Anordnung ist durch ihren mehrkanaligen Aufbau relativ komplex aufgebaut. Jeder Kanal stellt dabei an seinem Ausgang einen absoluten Wegsollwert zur Vorgabe an einen Lageregelkreis bereit.
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Die handelsübliche numerische Steuerung SINUMERIK 880G der Anmelderin bietet ebenfalls eine Handradsteuerung, wobei bei der Wegüberlagerung mittels Handrad der zurückgelegte Weg proportional zur Anzahl der Handradimpulse ist und wobei der vom Teileprogramm vorgegebene Endpunkt nicht überschritten wird. Auch ein Fahren entgegen der programmierten Bewegungsrichtung ist bis zu den Bearbeitungsgrenzen {Arbeitsfeldbegrenzung, Software- und Hardware-Endschalter) erlaubt. Wie bei den erstgenannten Steuervorrichtungen wird auch hier je Interpolationstakt ein den Handradimpulsen proportionaler Weg direkt als Teilsollwert an den Lageregler weitergegeben. Der durch den programmierten Endpunkt bestimmte Restweg wird um den ausgegebenen Teilsollwert reduziert. Wird der Restweg kleiner als der vom Handrad kommende Weg, wird der Restweg als Teilsollwert ausgegeben. Danach ist der Endpunkt erreicht.

Da der Teilsollwert in einem festen Zeitraster (Interpolationstakt) an den Lageregler übergeben wird, bestimmt die Änderung der Teilsollwerte die Beschleunigung. Der Teilsollwert selbst ist ein Maß für die aktuelle Geschwindigkeit. Infolge des konstanten Verhältnisses zwischen der Anzahl der Handradimpulse und der Größe des Teilsollwertes je Interpolationstakt kann es daher durch die Handradbewegung in Ab-0 hängigkeit von der Handradimpulsbewertung zu unerwünschten Überschreitungen der zulässigen Maximalbeschleunigung und der Maximalgeschwindigkeit kommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Achsbewegungen weg- und geschwindigkeitsproportional zu den

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vom Handrad kommenden Impulsen erfolgen, ohne jedoch die zulässigen Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte zu überschreiten. Dabei sollen aber auch keine Impulse des Handrades verloren gehen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.

Dabei werden die folgenden Eigenschaften von CNC-gesteuerten Achsen eingehalten:

- die maximal zulässigen Werte für Vorschub und Beschleunigung werden nicht überschritten;

- es liegt gleiches Brems- und Beschleunigungsverhalten entsprechend einer programmierten Achsbewegung vor; - die axialen Begrenzungen (SW- und HW-Endschalter, Arbeitsfeldbegrenzung) werden nicht überschritten und im Begrenzungsfall wird nur mit den maximal zulässigen Werten abgebremst;

- der Istwert der Achse wird bei der Handradüberlagerung mitgeführt und

- eine programmierte Endposition wird nicht überfahren

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung, wie diese den Unteransprüchen zugrundeliegen, werden im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel geschildert.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

0 FIG 1 den Automatikzweig bei handelsüblichen Steuerungen, FIG 2 den zugehörigen Handradzweig und FIG 3 ein Blockschaltbild der Erfindung.

In der Darstellung gemäß FIG 1 ist der Automatikzweig der numerischen Steuerung SINUMERIK 880 G blockweise gezeigt. Dabei sind technische Maßnahmen vorgesehen, welche die

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absolute Wegvorgabe in einem bestimmten Wegbereich durch Softwareendlagen bereits sollwertseitig begrenzen und den Bewegungsablauf auf der programmierten Bahn durch Berücksichtigung von Beschleunigungs- und Ruckgrenzwerten verstetigen.

Ein Restwegzähler (RWl) 6 wird dabei mit dem Wegsollwert ^ssoll ^aus einem Satzpuffers 1 initialisiert. Danach wird in jedem Interpolationstakt die am den Lageregler (LR) 7 abgreifbare ausgegebene Wegstrecke ÄSj_ subtrahiert. Somit erhält ein Geschwindigkeitsführungsmodul 5 den noch zu fahrenden Restweg. Das Geschwindigkeitsführungsmodul 5 berechnet dann für das aktuelle Zeitintervall den Weg AS-[, der an den Lageregler 7 ausgegeben wird. Damit zum einen die Sollgeschwindigkeit V_so]_]_ und zum anderen beim Bremsen und Beschleunigen auch eine Maximalbeschleunigung nicht überschritten werden, erhält das Geschwindigkeitsführungsmodul 5 den Geschwindigkeitssollwert V_so]_]_ über ein Begrenzungsmodul 3. Der Vollständigkeit halber ist angedeutet, daß der Satzpuffer 1 den Geschwindigkeitssollwert V_son über eine Vorschubbeeinflussungsstufe 2 leitet. Von der Vorschubbeeinflussungsstufe 2 wird das Signal an das Begrenzungsmodul 3 für Geschwindigkeit und Beschleunigung geleitet. Das Geschwindigkeitsführungsmodul 5 wird ferner mit den jeweils vom Lageregler (LR) 7 kommenden Endlagensignalen Aq_R beaufschlagt. Beim Element 16 handelt es sich um einen Interpolator.

FIG 2 zeigt die Schaltungsanordnung gemäß FIG 1 erweitert mit der Schaltungsanordnung des Handradzweigs. Im Falle des 0 Automatikbetriebs befindet sich der Umschalter 14 in seiner nicht dargestellten Ruhelage, womit die Gesamtanordnung die bereits beschriebene Funktion erfüllt.

Im Fall des über den Satzpuffer 1 vorgegebenen Handradbetriebs und unter der entscheidenden Zusatzbedingung, daß der Weg am Ausgang des Sollwertbildungsmoduls 9 kleiner oder

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gleich dem Weg im Restwegzähler (RWl) 6 ist, befindet sich über ein UND-Glied 13 angesteuert, auch Umschalter 10 in der dargestellten Lage. Die von einem Handrad 8 je nach dessen Betätigung ausgelösten Impulse werden in einem Sollwertbildungsmodul (SB) 9 jeweils in eine Wegstrecke umgerechnet. Diese inkrementelle Wegstrecke ist das Produkt aus Handradimpulsen und einem vorgebbaren Impulsbewertungsfaktor. Die Umsetzung mittels des Sollwertbildungsmoduls 9 erfolgt zyklisch im Interpolationstakt.

Die so errechnete Wegstrecke wird im selben Zeitintervall an den Lageregler 7 ausgegeben und ist deshalb proportional zu der Geschwindigkeit, mit der das Handrad 8 gedreht wird. Der Restwegzähler 6 wird mit dem Wegsollwert S_so]_]_ des Satzpuffers 1 initialisiert und im Interpolationstakt wird die an den Lageregler 7 ausgegebene Wegstrecke ÄS-j_ subtrahiert. Wenn der Inhalt des Restwegzählers 6 Null wird, ist die vorgegebene Achsposition S_so]_]_ erreicht. Wird mit dem Handrad 8 allerdings so weit gedreht, daß die entsprechende von Hand 0 initialisierte Achsposition hinter der programmierten Endposition S_so]_]_ liegt, wird der Wert am Ausgang des Sollwertbildungsmoduls 9 größer als der Weg im Restwegzähler 6. Dann wird über den Umschalter 10 die Wegstrecke des Restwegzählers 6 an den Lageregler 7 übergeben und damit die Sollwertvergabe an den Lageregler über einen Zwischenwert ohne Berücksichtigung von Beschleunigungsgrenzwerte sprunghaft beendet. Das Umschalten des Schalters 10 wird hierbei von einem Komparator 12 über das UND-Glied 13 ausgelöst. Es ist weiterhin vorgesehen, daß in der Sollwertbildung 9 ebenso wie im eingangs beschriebenen Automatikbetrieb auf die vom Lageregler 7 kommenden Endlagensignale Aqr zur Achswegbegrenzung reagiert wird.

Da die durch das Handrad 8 vorgegebenen Wege unbegrenzt an die Antriebe weitergegeben werden, können allerdings die maximal zulässigen Werte für die Geschwindigkeit und die

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Beschleunigung in unerwünschter Weise überschritten werden. Bei entsprechend großem Bewertungsfaktor (Verhältnis Achsweg zu Handradimpulsen) kann dies schon bei relativ langsamem Drehen des Handrades 8 der Fall sein. Um dies zu vermeiden, sind erfindungsgemäße Maßnahmen getroffen werden, die anhand des Ausführungsbeispiels gemäß FIG 3 im folgenden beschrieben werden. Für die Schalterstellung wird wieder Handradbetrieb angenommen.

Entsprechend den vom Handrad 8 gebildeten Impulse wird im Sollwertbildungsmodul 9 zyklisch im Interpolationstakt eine Wegstecke errechnet. Dabei wird die Zahl der Handradimpulse mit einem Impulsbewertungsfaktor multipliziert. Die so berechnete Wegstrecke wird nun jedoch nicht direkt wie beim geschilderten Stand der Technik an den Lageregler 7 ausgegeben, sondern zuvor in einem Restwegzähler 15 verrechnet. Der Restwegzähler 15 wird zu Beginn der Sollwertvorgaben mit Null initialisiert. Danach wird je Zeitintervall {Interpolationstakt) die der Handradbewegung entsprechende Wegstrecke addiert und die vom Geschwindigkeitsführungsmodul 5 an den Lageregler 7 ausgegebene Wegstrecke ÄSj_ subtrahiert. Die im Restwegzähler 15 resultierende Differenz wird über den Umschalter 10 auf das Geschwindigkeitsführungsmodul 5 geführt, das wie im Automatikbetrieb unter Einhaltung von Beschleunigungsgrenzwerten sowie der Endlagensignale Aq^ das Signal ASj_ für den Lageregler 7 bestimmt. Wird der Inhalt des Restwegzählers 15 Null, hat die zu bewegende Achse genau die Position, die der aktuellen Stellung des Handrades 8 entspricht.

Eine weitere Besonderheit der Schaltung ist es, daß über den Umschalter 11 im Handradbetrieb als einstellbarer Parameter {Maschinendatum) eine maximale Geschwindigkeit v_max vorgebbar ist. Im Begrenzungsmodul 3 erfolgt, wie im Automatikbetrieb, somit auch im Handradbetrieb eine Begrenzung auf eine maximal zulässige Achsgeschwindigkeit.

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Das Geschwindigkeitsführungsmodul 5 erhält den zu verfahrenden Wegsollwert über den Umschalter 10 entweder vom ersten Restwegzähler 6 oder vom zweiten Restwegzähler 15. Solange die Bedingung RW2 < RWl erfüllt ist, bekommt das Geschwindigkeitsführungmodul 5 die Wegsollwerte vom Handrad 8 über den Restwegzähler 15.

Der Restwegzähler 6 wird wie üblich, mit dem Wegsollwert S_soix des Satzpuffers 1 initialisiert. Danach wird je Interpolationstakt die an den Lageregler 7 ausgegebene Wegstrecke ASi subtrahiert. Wenn der Stand im ersten Restwegzähler 6 Null wird, ist die durch das Teileprogramm vorgegebene Achsposition erreicht. Wird mit dem Handrad 8 so weit gedreht, daß die entsprechende Achsposition hinter der programmierten Endposition liegt, wird der Wert im zweiten Restwegzähler 15 größer als der im ersten Restwegzähler 6. Ist dies der Fall, wird über den Umschalter 10, initiiert über den Komparator und das UND-Glied 13, der Inhalt des ersten Restwegzählers 6 an das Geschwindigkeitsführungsmodul 5 gegeben und damit das Einfahren in den programmierten Wegsollwert S_son realisiert.

Mit dieser Schaltung werden bei langsamen Handradbewegungen die Wegstrecken synchron mit der Handraddrehung an den Lageregler 7 weitergegeben. Bei schnellen Handradbewegungen erfolgt entsprechend den Begrenzungen eine verzögerte Ausgabe der Wegstrecken. Dabei ist es von Vorteil, daß für das Begrenzungsmodul 3 und das Geschwindigkeitsführungsmodul 5 dieselben Module für Handrad- und Automatikbetrieb genutzt werden können. Weitere Vorteile der Schaltung liegen darin, 0 daß ein speziell für den Handradbetrieb festlegbarer Geschwindigkeitsgrenzwert V_max nicht überschritten wird und daß mit dem Geschwindigkeitsführungsmodul 5 auch auf die vom Lageregler 7 kommenden Endlagensignale Aq^ zur Achswegbegrenzung reagiert werden kann und somit eine Aufwandsreduzierung erreicht wird, da die laut Vorbildlösung gemäß FIG 2 im Sollwertbildungsmodul 9 erforderliche zusätzliche End-

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lagenkontrolle für den Handradbetrieb wegfällt. Der Ausgang des Geschwindigkeitsführungsmoduls 5 verhält sich bei Fahrbewegungen mit dem Handrad 8 genauso wie im Betrieb mit programmierten Wegsollwerten, was eine neue Qualität des Handradfahrens bedeutet.

Claims

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1. Steuervorrichtung für numerisch gesteuerte Achsen, bei welcher die Steuerung der Achsen mittels eines Lagereglers sowie eines Restwegzählers für den Gesamtverfahrweg eines Verfahrsatzes entweder automatisch über ein an einem Geschwindigkeitssoliwert eines Satzpuffers angeschlossenes Begrenzungsmodul und ein Geschwindigkeitsführungsmodul, dessen Restwegeingang mit dem Restwegzähler verbunden ist, oder manuell durch Betätigung eines Handrades weg- und geschwindigkeitsproportional zu den vom Handrad kommenden Inkremente erfolgt, wobei der Ausgang eines am Handrad angeschlossenen Sollwertbildungsmoduls auf den ersten Eingang eines Umschalters und den Vergleichseingang eines Komparators und der Restwegzähler auf den zweiten Eingang dieses Umschalters sowie auf den Bezugswerteingang des Komparators führbar sind und wobei durch eine UND-Verknüpfung des Komparatorausgangs mit einem den Handradbetrieb aktivierenden Signal des Satzpuffers der Umschalters steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalzweig für die manuelle Steuerung die vom Sollwertbildungsmodul (9) ausgegebene Sollwegstrecke eines Zeitintervalls in einem zweiten Restwegzähler (15) zu einer Restwegbilanz (RW2) der manuellen Sollwertvorgabe aufaddiert wird und davon jeweils der vom Geschwindigkeitsführungsmodul (5) an den Lageregler (7) ausgegebene Lagesollwert (ASj_) subtrahiert wird und die Restwegbilanz (RW2) auf den ersten Eingang des Umschalters (10) und der Ausgang des Umschalters (10) auf den Restwegeingang des Geschwindigkeitsführungsmoduls (5) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dem Eingang des Begrenzungsmoduls (3) ein weiterer Umschalter (11) vorgeschaltet ist, dessen Steuereingang mit dem den Handradbetrieb aktivierenden Signal (A^r) beschaltet ist und daß der im Aktivzustand dieses Signals ausgewählte Eingang des weiteren

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Umschalters (11) mit einem die Maximalgeschwindigkeit für den Handradbetrieb festlegenden Parameter (v_max) sowie der andere Eingang des weiteren Umschalters (11) für den Automatikbetrieb mit dem Geschwindigkeitssollwert (v_soj_i) des Satzpuffers (1) beschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß über den Umschalter (10) der jeweils kleinere Wert der Restwegbilanzen (RWl,RW2) der beiden Restwegzähler (6,15) an das Geschwindigkeitsführungsmodul (5) weitergeschaltet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Restwegzähler (15) am Anfangspunkt einer durch Handradbetätigung zu verfahrenden Wegstrecke mit dem Wert Null initialisiert wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungsmodul (3) und das Geschwindigkeitsführungsmodul (5) im Handradbetrieb wie im Automatikbetrieb eine vollständige und einheitliche Kontrolle der Sollwertvorgaben bezüglich maximaler Weg-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte ausführen.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen mindestens einzelner Schaltungselemente in einem Datenverarbeitungsgerät integriert sind.