EP3771683A1

EP3771683A1 - Überwachen einer lastposition einer mit einem band gekoppelten last

Info

Publication number: EP3771683A1
Application number: EP19189830.3A
Authority: EP
Inventors: Richard Dorsch; Daniel Hübner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2021-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum fehlersicheren Überwachen einer Lastposition einer mit einem Band (20) gekoppelten Last (30),- wobei das Band derart auf eine Bandtrommel (10) aufgewickelt oder von einer Bandtrommel abgewickelt wird, dass gewickelte Lagen des Bandes übereinander zu liegen kommen, so dass eine Breite der auf die Bandtrommel gewickelten Lagen während eines Wickelns annähernd konstant bleibt;- wobei die Lastposition auf Basis einer mittels einer fehlersicheren Steuerungseinheit (C) fehlersicher ermittelten gewickelten Länge ermittelt wird;- wobei die fehlersichere Steuerungseinheit in Abhängigkeit von der ermittelten Lastposition einen Sicherheitszustand veranlasst für eine Bewegungssteuerungseinheit der Bandtrommel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Lastposition einer mit einem Band gekoppelten Last sowie eine fehlersichere Steuerungseinheit zum Überwachen einer Lastposition einer mit einem Band gekoppelten Last.
Bei Applikationen für Hubwerke, beispielsweise Krananlagen, in der Lagertechnik eingesetzte Regalbediengeräte, Aufzüge oder Hebeanlagen in der Bühnentechnik, besteht oftmals die Anforderung, dass eine Position einer Last, welche gehoben werden soll, fehlersicher bekannt sein muss. Beispielsweise muss ein Hubwerk stillgesetzt werden, sobald eine Schutztür zu einem Bereich, in dem die vom Hubwerk zu bewegende Last bewegt wird, geöffnet wird. Ein Fortfahren oder Weiterarbeiten mittels des Hubwerks darf erst möglich sein, wenn die Schutztür geschlossen und die Person den Gefahrenbereich verlassen hat. Unter der Voraussetzung, dass eine fehlersichere Position der Last bekannt ist, soll eine Person eine Schutztür öffnen dürfen und das Hubwerk dabei in einer bestimmten Höhe weiterarbeiten dürfen.
Fehlersichere Positionen für von Hubwerken bewegte Lasten sind somit nötig, um flexible Sicherheitskonzepte zu realisieren.
Bekanntermaßen werden Seiltrommeln eingesetzt. Das eine Ende des Seils ist fest mit der Seiltrommel verbunden und wird auf einer einzigen Lage nebeneinander aufgewickelt. Das andere Ende des Seils ist mit einer Last verbunden, welche sich auf und ab bewegen soll. Nachteilig ist dabei, dass bei solchen Seiltrommeln die Breite oder alternativ oder zusätzlich der Durchmesser der Seiltrommel von der Seillänge bzw. der gewünschten Positionsdifferenz, die die Last annehmen können sollen, abhängt. Je länger das Seil ist, desto breiter muss die Seiltrommel ausgerichtet sein oder umso größer muss der Durchmesser sein oder beides zugleich.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine verbesserte Möglichkeit zur fehlersicheren Bestimmung einer Lastposition mittels einer Trommel in Geräten zum Bewegen einer Last bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fehlersicheren Überwachen einer Lastposition einer mit einem Band gekoppelten Last:

wobei das Band auf eine Bandtrommel aufgewickelt oder von einer Bandtrommel abgewickelt wird,
wobei eine fehlersichere Position der Bandtrommel mittels eines fehlersicheren Gebersystems ermittelt wird,
wobei eine Länge des auf der Bandtrommel gewickelten Bandes in Abhängigkeit von der fehlersicheren Position der Bandtrommel und einer Dicke des Bandes mittels einer fehlersicheren Steuerungseinheit ermittelt wird,
wobei die Lastposition auf Basis der Länge ermittelt wird,
wobei die fehlersichere Steuerungseinheit in Abhängigkeit von der Lastposition einen Sicherheitszustand für eine Bewegungssteuerungseinheit der Bandtrommel veranlasst.

Das Gebersystem ist fehlersicher ausgestaltet. Insbesondere umfasst das fehlersichere Gebersystem eine sichere Auswerteeinheit, welche beispielsweise in einem fehlersicheren Antriebssystem ausgebildet ist. Unter dem Begriff der Fehlersicherheit werden in der vorliegenden Anmeldung die Einhaltung der Vorgaben verstanden, welche an funktional sichere Systeme gestellt werden. Solche Anforderungen an die funktionale Sicherheit werden beispielsweise im industriellen Umfeld durch die Vorschriften der Normenreihe EN 61508 Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer, elektronischer, programmierbarer elektronischer Systeme definiert. Verschiedene Mechanismen, wie beispielsweise redundante Datenverarbeitung, sind zur Einhaltung der Anforderungen hinsichtlich der funktionalen Sicherheit bekannt und können vorteilhaft für das Bestimmen der fehlersicheren Position der Bandtrommel mittels des fehlersicheren Gebersystems zum Einsatz kommen.
Das Berechnen der Materiallänge aus der fehlersicheren Position und der Dicke des Bandes wird auf einer fehlersicheren Steuerungseinheit durchgeführt. Diese ist entsprechend über eine fehlersichere Kommunikationsverbindung, wie beispielsweise über ein Kommunikationsprofil PROFIsafe, mit dem Gebersystem zu verbinden. Beispielsweise handelt es sich um eine fehlersichere CPU, die über PROFIsafe mit einem Antriebssystem verbunden ist, dieses Antriebssystem ist wiederum über eine DRIVE-CLIQ-Verbindung mit dem Gebersystem verbunden. Auch die Berechnungen, die auf dem fehlersicheren Teil der CPU durchgeführt werden, genügen den Anforderungen im Hinblick auf funktionale Sicherheit des Steuerungssystems.
Bei dem Band handelt es sich beispielsweise um ein Stahlband. Alternativ eignet sich ein Band aus einer Gummi-Kevlar Verbindung. Es wird beispielsweise ein Stahlband konstanter Dicke, beispielsweise im Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 2 mm, bei Gummi-Kevlar vorteilhafterweise im Bereich von 5mm bis 20 mm, je nach Last, eingesetzt. Die Breite eines Bandes bewegt sich vorteilhafterweise im Bereich von 10 bis 200mm.
Die ermittelte Materiallänge kann insbesondere direkt Auskunft über eine Lastposition geben. Beispielsweise ist eine Zuordnung von Lastpositionen zu Materiallängen in Form einer Tabelle oder eines funktionalen Zusammenhangs hinterlegt. Beispielsweise findet eine Umrechnung von ermittelter Materiallänge auf die Lastposition der zu bewegenden Last ebenfalls in der fehlersicheren Steuerung statt. Beispielsweise sind Tabellen hinterlegt, auf Basis derer die Umrechnung erfolgt.
Beispielsweise liefert alternativ ein Algorithmus laufend als Ausgangswert einen Wert, der die Lastposition angibt. Beispielsweise wird die Länge des gewickelten Bandes in regelmäßigen Abständen oder getaktet ermittelt und daraus ebenfalls der Wert der Lastposition im gleichen zeitlichen Abstand oder Takt.
Vorteilhafterweise wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine Platzeinsparung im Maschinenbau erreicht. Eine Breite von eingesetzten Trommeln zum Auf- oder Abwickeln des Materials in Hubwerken ist weitgehend unabhängig von der Bandlänge, welche es zu puffern gilt. Es kann somit eine feste Breite der Bandtrommel gewählt werden und vorteilhafte weise muss nicht zusätzlicher Platz im Bereich neben einer Trommel vorgesehen sein, um zusätzliche Materiallängen aufzunehmen. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass ausreichend viele Lagen aufgewickelt werden können, d.h. beispielsweise, dass eine Aufhängung oder eine Kapazität der Bandrolle ausreichend ausgelegt sein sollte.
Somit ist zugleich eine größere Flexibilität bei der Bewegung einer an dem Band befindlichen und mittels des Bandes zu hebenden Last möglich. Insbesondere ist eine Nachrüstbarkeit erleichtert, d.h. dass ein Band leichter gegen ein längeres Band ausgetauscht werden kann, ohne dass eine Trommel ausgetauscht werden muss oder ohne, dass die Trommel von vornherein auf ein potenziell später einzusetzendes längeres Band ausgelegt sein muss.
Aufgrund der Sicherstellung der Fehlersicherheit im Hinblick auf die Materiallänge und der daraus ermittelbaren Lastposition ist eine erhöhte Flexibilität möglich. Beispielsweise werden Lastpositionen überwacht, wenn Personen in einem Bereich arbeiten, in welchen eine schwebende und vertikal sowie in der Regel horizontal bewegbare Last eindringen kann. Es soll dann sichergestellt werden, dass ein Arbeiten flexibel möglich ist, so lange die Last in einem ausreichenden Abstand zum Personal, z.B. zum Boden einer Anlage, schwebt oder bewegt wird. Zugleich soll aber auch sichergestellt sein, dass eine Last nicht über einen bestimmten Schwellenwert hinaus bewegt, z.B. abgesenkt, wird. Es soll insbesondere ein ausreichender Abstand zu Personen oder anderem Equipment der Anlage eingehalten werden. Dazu wird beispielsweise ein Stoppvorgang eingeleitet, wenn die fehlersicher ermittelte Lastposition anzeigt, dass ein Mindestabstand oder eine Mindesthöhe unterschritten oder ein maximaler Abstand oder eine Maximalhöhe überschritten wurde, je nach Anwendungsfall.
Das vorgeschlagene Verfahren kann vorteilhaft in Kombination von weiteren Sicherheitsmaßnahmen wie beispielsweise Schutztüren eingesetzt werden. Eine Applikation kann beispielsweise abhängig von einer Lastposition und dem Zustand von Schutztüren weiterarbeiten und muss beispielsweise trotz Überschreiten eines Schwellenwertes für die Lastpositionsüberwachung nicht gestoppt werden, wenn Schutztüren geschlossen sind.
Gemäß einer Ausgestaltung wird das Band in Lagen auf die Bandtrommel auf- oder abgewickelt. Beispielsweise ist nach einer ersten Umdrehung der Bandtrommel eine erste Lage aufgewickelt. Umgekehrt kann eine erste Umdrehung der Bandtrommel ebenso das Abwickeln einer äußersten Lage bedeuten. Insbesondere erfolgt ein Wickeln immer senkrecht zur Achse der Bandtrommel, sodass das Material Lage für Lage deckungsgleich übereinander aufgewickelt wird und entsprechend gleichmäßig abgewickelt wird.
Es erfolgt somit kein schräges Wickeln und keine seitliche Verschiebung von Bandtrommel und Band zueinander während des Wickelns. Das Aufwickeln erfolgt nicht nebeneinander, wie es von Seiltrommeln bekannt ist, sondern in Lagen gestapelt übereinander. Somit wird im Hinblick auf die Breite einer Bandtrommel, welche an die Breite des Bandes angepasst ist, auf vorteilhafte Weise eine platzsparende Konstruktion eines Hubwerkes ermöglicht.
Eine Lage auf der Bandtrommel ist somit durch eine einfache Dicke des Materials gekennzeichnet. Entsprechend bildet bei zwei Materiallagen die doppelte Dicke eine auf der Bandtrommel befindliche Schicht oder Materialschicht. Beispielsweise handelt es sich um ein Stahlband, welches derart flexibel ist, dass es sich auf die Bandtrommel auf- oder abwickeln lässt.
Gemäß einer Ausgestaltung leitet das fehlersichere Gebersystem die fehlersichere Position aus einer Winkelangabe des Gebers ab. Beispielsweise liefert der Geber eine Winkelangabe, welche von einem definierten Startpunkt aus die erfolgte Drehung der Bandtrommel angibt. Dabei werden insbesondere Gradangaben verwendet, die beispielsweise von einem Startwert 0° aus beliebige Werte über 360° hinaus annehmen können. Ebenso werden beispielsweise negative Gradangaben ausgegeben je nach Drehrichtung. Fehlersichere Gebersysteme sind beispielsweise als antriebsinterne Gebersysteme ausgestaltet. Beispielsweise wird die Winkelangabe aus einer Überwachung der Motorwelle zum Antrieb der Bandtrommel abgeleitet.
Üblicherweise verwendbare Mechanismen zur Sicherstellung der funktionalen Sicherheit, insbesondere zur Einhaltung von Safety-Standards, können vorteilhaft eingesetzt werden, um die Position der Bandtrommel fehlersicher festzustellen. Aus der so ermittelten Position der Bandtrommel kann abgeleitet werden, welche Länge an Band auf die Bandrolle aufgewickelt wurde beziehungsweise welche Länge zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Bandtrommel aufgewickelt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung gibt die fehlersichere Position eine Stellung der Bandtrommel relativ zu einer Ausgangsstellung an. Beispielsweise kann der Geber, welcher eine Motorwelle der Bandtrommel überwacht, ermitteln, um wieviel Grad sich die Bandtrommel ausgehend von der Ausgangsstellung gedreht hat.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Stellung eine Angabe zu einer Anzahl erfolgter Umdrehungen. Ein Geber kann beispielsweise insbesondere die Anzahl erfolgter vollständiger Umdrehungen, d.h. das Zurücklegen von 360°-Umdrehungen, sowie darüber hinaus anteilige Umdrehungen der Bandtrommel erfassen. Somit ist beispielsweise aus der Gradangabe direkt ableitbar, wieviel vollständige Umdrehungen, d.h. 360°-Umdrehungen die Bandtrommel ausgehend von der Ausgangsstellung durchgeführt hat und zusätzlich, wie groß eine Abweichung einer momentanen Stellung der Bandtrommel relativ zur Ausgangsstellung in Grad ist.
Gemäß einer Ausgestaltung wird bei dem Ermitteln der Länge die Dicke des Bandes für die Berechnung eines Umfangs des gewickelten Bandes je gewickelter Lage berücksichtigt. Für die Länge des aufgewickelten Materials ist der Umfang relevant, welcher sich für das Material beim Aufwickeln auf die Bandtrommel ergibt. Für einen Radius vom Zentrum der Bandtrommel zur aktuell auf- oder abzuwickelnden Materiallage ist auch die Dicke des Materials der äußersten Lage selbst zu berücksichtigen. Es kann eine mittlere Dicke oder halbe Dicke des Materials angenommen werden, um denjenigen Radius zu bestimmen, welcher für die Berechnung des Umfangs der zuletzt gewickelten Lage oder äußersten Lage relevant ist.
Gemäß einer Ausgestaltung werden bei der Berechnung des Umfangs je gewickelter Lage bereits auf der Bandtrommel befindliche Lagen, insbesondere eine Summe geschichteter Lagen, berücksichtigt. Für die Ermittlung desjenigen Radius, der für die Umfangsberechnung zugrunde zu legen ist, werden somit auch bereits auf der Bandtrommel gewickelte Materiallagen beachtet. Insbesondere wird deren Dicke auf den Radius der leeren Bandtrommel aufaddiert.
Gemäß einer Ausgestaltung wird die Lastposition als Abstand zu einer zu der Ausgangsmateriallänge zugehörigen Referenzlastposition ermittelt. Beispielsweise wird eine Referenzlastposition als Absolutwert einer Position erfasst, insbesondere als Angabe einer Höhe über Normal Null. Alternativ werden Abstände zu Komponenten, in denen ein Hubwerk verbaut ist, beispielsweise ein Boden oder eine Ebene, verwendet, und ein Wert ähnlich einem selbstgewählten Koordinatensystem auf 0 gesetzt.
Die Ausgangsmateriallänge kann dabei eine Länge sein, die bereits auf dem Band aufgewickelt ist. Ebenso ist es denkbar, dass im Ausgangspunkt kein Material auf der Bandtrommel aufgewickelt ist und dieser Startpunkt als Wert 0 festgelegt wird. Alternativ ist es ebenso denkbar, dass ein vollständig aufgewickeltes Material, beispielsweise ein vollständig aufgerolltes Stahlband, als Ausgangsmateriallänge festgelegt wird. Ausgehend davon wird die Last beispielsweise nur noch abwärts bewegt. Ein Koordinatensystem, bzw. eine Achse eines Koordinatensystems, entlang derer sich die Last bewegt, kann somit flexibel gewählt werden. Insbesondere können Nullpunkte flexibel in einer Anlage festgelegt werden und die zugehörige Ausgangsmateriallänge ebenso flexibel festgelegt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Last mittels eines Koppel- oder Greifwerkzeuges mit dem Band oder einer Abschlusskomponente des Bandes gekoppelt. Die Abschlusskomponente ist beispielsweise ein Lastaufnahmemittel. An das Band wird ein Lastaufnahmemittel insbesondere fest gekoppelt. Durch Drehen des Motors und damit Wickeln des Bandes auf oder von der Bandtrommel wird das Lastaufnahmemittel bewegt. Das Lastaufnahmemittel kann beispielsweise eine Kabine eines Aufzugs sein, ein Haken oder Greifer an einem Kran oder eine Gabel an einem Regalbediengerät oder Stapler. Die Last wiederum wird vorteilhafterweise lösbar am Lastaufnahmemittel durch Schwerkraft oder andere erzeugte Kräfte gehalten. Ferner sind jegliche Koppelmechanismen denkbar, welche geeignet sind, die zu bewegende Last an das Band lösbar anzubringen.
Bei der Last selbst kann es sich insbesondere um Werkzeuge handeln, beispielsweise Werkzeuge innerhalb einer industriellen Anlage oder eines industriellen Aufbaus. Beispielsweise können die Werkzeuge für einen Verarbeitungsschritt innerhalb einer Fertigungsanlage zuständig sein. Ebenso kann es sich bei der Last um ein zu transportierendes Bearbeitungsgut oder um ein Transportgut handeln, beispielsweise ein innerhalb einer Logistikanlage zu transportierendes, insbesondere verpacktes, Gut. Beispielsweise kann die Erfindung im Rahmen von Krananlagen eingesetzt werden. Ebenso ist der Einsatz in Textilanlagen vorteilhaft.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Dicke des Bandes vorbekannt oder wird mittels eines Sensors ermittelt. Ausschlaggebend für die Funktionsweise der fehlersicheren Berechnung der Materiallänge ist die Dicke des zu wickelnden Bandes. Ohne eine verlässliche und genaue Angabe zur Dicke des Bandes ist das vorgeschlagene Verfahren nicht sinnvoll möglich. Somit ist es vorteilhaft, die Dicke des Bandes in einer Größenordnung zu wählen, welche eine möglichst genaue Fertigung einerseits und Erfassung oder Messung der Dicke andererseits ermöglicht.
Beispielsweise wird eine konstant vorgegebene Dicke des Bandes benutzt, um die fehlersichere Berechnung der Materiallänge durchzuführen. In Varianten ist es ebenfalls denkbar, einen Sensor einzusetzen, der eine Vermessung der Dicke des Materials ermöglicht. Somit können beispielsweise Schwankungen in der Dicke des Bandes, welche durch Temperaturschwankungen oder durch eine ungleichmäßige Produktion oder Fertigung des Bandes hervorgerufen werden, berücksichtigt werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine fehlersichere Steuerungseinheit zum Überwachen einer Lastposition einer mit einem Band gekoppelten Last, wobei die fehlersichere Steuerungseinheit eine Schnittstelle zu einer fehlersicheren Antriebseinheit mit fehlersicherem Gebersystem aufweist, wobei die fehlersichere Steuerungseinheit ausgebildet ist:

zum Empfang einer fehlersicheren Position einer durch die Antriebseinheit angetriebenen Bandtrommel über die Schnittstelle,
zum Berechnen einer Länge des auf der Bandtrommel gewickelten Bandes in Abhängigkeit von der fehlersicheren Position der Bandtrommel und einer Dicke des Bandes,
zum Ermitteln der Lastposition einer mit dem Band gekoppelten Last auf Basis der Länge,
zum Veranlassen eines Sicherheitszustandes für eine Bewegungssteuerungseinheit der Bandtrommel in Abhängigkeit von der Lastposition.

Die fehlersichere Steuerungseinheit ist beispielsweise ein Teil einer Steuerung, der fehlersicher ausgebildet ist. Beispielsweise ist eine CPU vorgesehen, die einen fehlersicheren Programmteil ausführt sowie ferner einen Standardprogrammteil, der keine Safety-Anforderungen erfüllt. Beispielsweise ist eine Steuerung mit einer CPU vorgesehen, die im Standardprogrammteil die Bewegungssteuerung ausführt und im fehlersicheren Teil die Überwachung der Bewegung.
Beispielsweise weist die Steuerung somit eine Bewegungssteuerungseinheit auf, die insbesondere die Bandtrommel ansteuert um ein Hubwerk oder Regalbediengerät oder ähnliches zu heben oder zu senken und damit eine zu bewegende Last zu heben oder zu senken, und beispielsweise ferner eine Fahrachse eines solchen Gerätes ansteuert, insbesondere um das Gerät in seiner Gasse zu verfahren. Beispielsweise weist die Steuerung ferner die fehlersichere Steuerungseinheit auf, die für die Überwachung der Lastposition nach einem der beschriebenen Ausführungsformen durchführt.
Alternativ sind in einer Anlage eine Bewegungssteuerungseinheit und eine fehlersichere Steuerungseinheit separat ausgeführt, insbesondere auf getrennten CPUs.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die fehlersichere Steuerungseinheit eine Schnittstelle zu einem Sensor auf, wobei der Sensor zur Ermittlung der Dicke des Bandes ausgebildet ist. Gemäß einer Ausgestaltung weist die fehlersichere Steuerungseinheit ferner eine Nutzerschnittstelle zur Eingabe eines Parameters auf, wobei aus dem Parameter die Dicke des Bandes ableitbar ist. Beispielsweise kann ein Nutzer direkt eine Angabe des Herstellers zur Dicke des Materials eingeben.
Gemäß einer Ausgestaltung sind die fehlersichere Steuerungseinheit und die Bewegungssteuerungseinheit Teil einer Steuerung zum Steuern und/ oder Regeln einer Verfahrbewegung eines Regalbediengerätes, Aufzuges, Hubwerkes oder Krans.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Regalbediengerät in einer Textilanlage vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum fehlersicheren Überwachen einer Lastposition einer mit einem Band gekoppelten Last,

wobei das Band derart auf eine Bandtrommel aufgewickelt oder von einer Bandtrommel abgewickelt wird, dass gewickelte Lagen des Bandes übereinander zu liegen kommen, so dass eine Breite der auf die Bandtrommel gewickelten Lagen während eines Wickelns annähernd konstant bleibt;
wobei die Lastposition auf Basis einer mittels einer fehlersicheren Steuerungseinheit fehlersicher ermittelten gewickelten Länge ermittelt wird;
wobei die fehlersichere Steuerungseinheit in Abhängigkeit von der ermittelten Lastposition einen Sicherheitszustand veranlasst für eine Bewegungssteuerungseinheit der Bandtrommel.

Gemäß einer Ausgestaltung wird eine fehlersichere Position der Bandtrommel mittels eines fehlersicheren Gebersystems ermittelt, wobei die Länge des auf der Bandtrommel gewickelten Bandes in Abhängigkeit von der fehlersicheren Position der Bandtrommel und einer Dicke des Bandes mittels einer fehlersicheren Steuerungseinheit ermittelt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung leitet das fehlersichere Gebersystem die fehlersichere Position aus einer Winkelangabe eines Gebers ab.
Gemäß einer Ausgestaltung gibt die fehlersichere Position eine Stellung der Bandtrommel relativ zu einer Ausgangsstellung an.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Stellung eine Angabe zu einer Anzahl erfolgter Umdrehungen.
Gemäß einer Ausgestaltung wird bei dem Ermitteln der Länge die Dicke des Bandes für die Berechnung eines Umfangs des gewickelten Bandes je gewickelter Lage berücksichtigt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung werden bei der Berechnung des Umfangs je gewickelter Lage bereits auf der Bandtrommel befindliche Lagen, insbesondere eine Summe geschichteter Lagen, berücksichtigt.
Gemäß einer Ausgestaltung wird die Lastposition als Abstand zu einer zu einer Ausgangsmateriallänge zugehörigen Referenzlastposition ermittelt.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Last mittels eines Koppel- oder Greifwerkzeuges mit dem Band oder einer Abschlusskomponente des Bandes gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Dicke des Bandes vorbekannt oder wird mittels eines Sensors ermittelt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer fehlersicheren Steuerungseinheit für eine Bandtrommel mit an dem Band befindlicher Last gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figuren 2a-2c: eine schematische Darstellung einer Bandtrommel mit Veranschaulichung von Parametern für die Berechnung der Länge eines gewickelten Bandes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Figur 1 ist schematisch der Aufbau einer durch eine Steuerungseinheit C angesteuerten Bandtrommel 10 abgebildet. Die Bandtrommel 10 wird durch einen Motor (nicht abgebildet) angetrieben, sodass ein Band 20 auf die Bandtrommel 10 auf oder von der Bandtrommel 10 abgewickelt werden kann. Das Auf- oder Abwickeln erfolgt in Materiallagen. Insbesondere wird ein Stahlband 21 auf die Bandtrommel 10 aufgerollt und je nach Drehrichtung des Motors wieder abgerollt. Das Auf- und Abwickeln des Stahlbandes 21 erfolgt mit dem Ziel, eine an das Stahlband 21 gekoppelte Last 30 auf- oder abzubewegen. Beispielsweise ist dafür, wie in Figur 1 abgebildet, eine Umlenkrolle 11 vorgesehen. Diese ermöglicht eine gezielte Verfahrbewegung 101 in eine vertikale Richtung, entweder nach oben im Falle des Aufwickelns des Stahlbandes 20 oder nach unten im Falle des Abwickelns. Somit wird die Last 30 nach oben oder unten bewegt.
Ein fehlersicheres Gebersystem E ist vorgesehen, um den Wickelvorgang der Bandtrommel überwachen zu können. Dabei kann das Gebersystem E eine fehlersichere Position der Bandtrommel erfassen und ausgeben. Fehlersichere Position bedeutet dabei, dass eine Abweichung einer aktuellen Position der Bandtrommel von einer Ausgangsposition mittels einer Winkelangabe erfolgt. Dabei werden die durch die Drehbewegung zurückgelegten Winkelgrade erfasst.
Die Fehlersicherheit der so ermittelten Position wird im Zusammenspiel mit einer funktional sicheren oder fehlersicheren Auswerteeinheit erreicht. Beispielsweise dient eine fehlersichere Antriebseinheit D zur fehlersicheren Verarbeitung der Informationen vom Geber E und zugleich zu einer weiteren Verarbeitung der fehlersicheren ermittelten Position. Das fehlersichere Gebersystem E und die sichere Antriebseinheit D sind insbesondere über eine entsprechend sicherheitsgerichtete Kommunikationsverbindung, beispielsweise eine sogenannte Drive-CLIQ-Verbindung, wie sie bei Siemens-Komponenten eingesetzt wird, verbunden.
Für die vorgeschlagene fehlersichere Materiallängenberechnung wird die fehlersichere Position über eine sichere Verbindung, beispielsweise eine PROFINET- oder PROFIsafe-Verbindung, zu einer ebenfalls fehlersicheren Steuerungseinheit C kommuniziert. Dazu benötigt die fehlersichere Steuerungseinheit C zusätzlich zur Position der Bandtrommel 10 die Dicke des Stahlbandes 21. Die Dicke kann beispielsweise im Steuerungssystem fest für eine Anlage hinterlegt sein. Sie kann insbesondere manuell änderbar sein.
Auf Grundlage der Materialdicke sowie der Position der Bandtrommel kann dann in der fehlersicheren Steuerungseinheit C die Berechnung einer auf der Bandtrommel 10 befindlichen Materiallänge erfolgen. Dies kann ausgehend von einem wählbaren Zustand der Bandtrommel erfolgen, beispielsweise von einem Zustand, in dem ein Band vollständig auf der Bandtrommel aufgewickelt ist. Alternativ ist es auch denkbar, als Ausgangsstatus ein um wenige Materiallagen bewickelte Bandtrommel anzunehmen. Dieser Ausgangsstatus ist mit dem Geber zu koppeln, so dass dieser eine Position als abweichende Position zu der Referenzposition ermitteln kann, welche der Ausgangssituation entspricht.
Das Berechnen der Materiallänge erfolgt auf Basis von geometrischen Überlegungen zur Zunahme des Radius der Bandtrommel mit jeder aufgewickelten Materiallage und einen sich daraus ergebenden Umfang an auf- oder abgewickeltem Material je Umdrehung. Eine ausgehend von einer Referenzposition auf- oder abgewickelte Materiallänge, die auf diesem Weg berechnet wird, gibt bei der abgebildeten Konstellation einer gekoppelten Last 30 eine direkte Angabe einer Höhendifferenz der Last 30.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung soll die Last 30 in der Höhe verstellbar sein, d.h. eine Verfahrbewegung 101 in vertikaler Richtung möglich sein. Beispielsweise wird eine Textilrolle in einer textilverarbeitenden Anlage von einem Lagerregal in eine textilverarbeitende Maschine versetzt. Ein Aufhalten von Bedienpersonal an der Textilmaschine soll möglich sein, sofern eine Angabe über die sichere Position der als Last transportierten Textilrolle einen Wert oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwerts bedeutet. Beispielsweise kann somit eine bestimmte kritische Höhe in einer Textilverarbeitungsfabrik vorgegeben werden, unterhalb derer Lasten nicht bewegt werden dürfen, während sich Bedienpersonal an der Anlage und insbesondere unterhalb der Last aufhält. Aufgrund der großen Lasten, welche in solchen textilverarbeitenden Anlagen üblicherweise vorkommen, ist es geboten, die Position der Last fehlersicher ermitteln zu können.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die sichere Positionsbestimmung von Lasten in Textilverarbeitungsfabriken, wobei auf übliche Weise vorhandene Komponenten wie eine fehlersichere Steuerung, ein fehlersicheres Betriebssystem, sowie ein fehlersicheres Gebersystem zurückgegriffen werden kann.
Es kann vorteilhafterweise eine Steuerung vorgesehen sein, die einerseits eine Bewegungssteuerung für die Bandtrommel umfasst. Die Bewegungssteuerung wird beispielsweise in einem nicht-sicheren Teil der CPU der Steuerung als Standardprogramm ausgeführt. Zusätzlich kann auf der gleichen CPU ein fehlersicherer Teil vorgesehen sein, der die Lastüberwachung ausführt.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Bandtrommel Bestandteil eines Regalbediengerätes, das in der Textilanlage bewegt wird. Die Bewegungssteuerung steuert beispielsweise die Bandtrommel an, um die Last mittels des Regalbediengerätes zu heben oder zu senken. Zugleich ist die Bewegungssteuerung beispielsweise auch zum Ansteuern einer Fahrachse zuständig, die eine Horizontalbewegung der Last bewirkt. Beispielsweise weist ein Regalbediengerät eine Bandtrommel mit am Band gekoppelter Last auf. Das Gerät wird dann in einer zugeordneten Gasse verfahren. Diese Bewegung kann durch ein Standardprogramm der Steuerung ausgeführt werden. Der fehlersichere Teil der CPU ist insbesondere lediglich für die Überwachung der Lastposition zuständig und löst ggf. eine Stoppreaktion aus. Beispielsweise wird die Stoppreaktion ausgelöst, wenn die Position der Last zu niedrig ist, und bewirkt ein Stoppen der Bewegungssteuerung.
Oftmals werden Lasten über einen großen Bereich hinweg vertikal bewegt. Beispielsweise liegen Regalfächer, aus welchen eine Last, beispielsweise eine Textilrolle, entnommen wird, und eine Einsatzhöhe der Textiltrommel in der Textilverarbeitungsmaschine in vertikaler Richtung weit auseinander. Damit geht einher, dass die Materiallänge, welche auf die Bandtrommel auf- oder abzuwickeln ist, sehr groß sein kann.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren bedeutet eine große aufzuwickelnde Materiallänge, dass viele Materiallagen übereinander gewickelt werden. Eine Bandtrommel kann somit mit einem Stahlband 21 betrieben werden, welches eine konstante, vorzugsweise relativ geringe Breite aufweist. Typischerweise liegen solche Bandbreiten im Bereich von wenigen Zentimetern bis zu einigen Dezimetern. Eine aufgrund von konstruktiven Einschränkungen vorgegebene Breite des Bandes ist vorzugsweise fest und muss nicht an die Menge aufzuwickelnden Materials angepasst werden. Die Bandtrommel muss lediglich dergestalt sein, dass ausreichend Platz für die aufgewickelten Materiallagen verfügbar ist. Dies beeinflusst beispielsweise die Bandtrommel im Hinblick auf ihre Aufhängung.
Im Vergleich zu herkömmlichen Seiltrommeln, bei welchen die aufzuwickelnde Länge des Seiles sich auf die Breite der Seiltrommel auswirkt, kann somit mittels der vorgeschlagenen Erfindung eine sehr viel kompaktere Bauform eines Gerätes mit Hubfunktion und insbesondere mit Lastüberwachungssystems realisiert werden.
In Figur 2a ist eine schematische Abbildung einer leeren Bandtrommel 10 gezeigt. Zur Berechnung einer gesamten gewickelten Materiallänge L ist jeweils ein Umfang U je gewickelter Lage zu berücksichtigen.
Der Umfang u_{leere Haspel} für die leere Bandtrommel 10 lässt sich mittels des Durchmessers d der Bandtrommel berechnen. $u_{leere Haspel} = d * π$
Für die Länge einer auf der Bandtrommel aufgewickelten ersten Materiallage ist ein angepasster Umfang anzunehmen, der die Dicke des aufgewickelten Bandes berücksichtigt. Zum Berechnen des Umfangs wird nicht der Innendurchmesser oder der Außendurchmesser einer aufgewickelten Materiallage angenommen, sondern ein mittlerer Durchmesser, der die leere Haspel und eine einfache Materialdicke zugrunde legt. $u_{1} = (d + 1 * m) * π$
Eine mit einer Lage bewickelte Bandtrommel 10' hat somit eine Materiallänge aufgewickelt, die sich aus dem Durchmesser d' ableiten lässt. Dies ist in Figur 2b veranschaulicht.
Figur 2c zeigt beispielshalber die Situation, bei der bereits eine dritte Lage auf die Bandtrommel 10''' aufgewickelt wurde. Für die Berechnung des Umfangs u₃ der äußersten Lage wird der Durchmesser d''' berücksichtigt, der jeweils die gesamte Dicke der unteren Materiallagen berücksichtigt sowie wiederum die mittlere Dicke der äußersten Daten. $u_{3} = (d + 5 * m) * π$
Es ergeben sich somit folgende Formeln für den Umfang je nach Anzahl der Wicklungen: $u_{n} = (d + (2 n - 1) * m) * π$
Dabei wird das Formelzeichen m für die Materialdicke verwendet. Für die Anzahl der Wicklungen wird das Formelzeichen n verwendet.
Für die gesamte Materiallänge l_ganz einer Wicklung mit n vollständigen oder ganzen Umdrehungen gilt: $\begin{matrix} l_{ganz} & = [(d + 1 * m) * π] + [(d + 3 * m) * π] + [(d + 5 * m) * π] + \dots + [(d + (2 n - 1) * m) * π] \\ l_{ganz} & = \sum_{i = 1}^{a} d + [(2 i - 1) * m] * π \end{matrix}$
Die so hergeleitete Formel könnte für das Bestimmen der Materiallänge in der Steuerung mit Hilfe von For-schleifen umgesetzt werden. Da es sich um ein Sicherheitsprogramm handeln soll, welches auch die Berechnung der Materiallänge sicherheitsgerichtet durchführt, müssten Sprungbefehle vorgesehen sein, welche sich auf die Laufzeit der Berechnung aufgrund der vielen Schleifendurchläufe auswirkt. Es kann vorteilhafterweise die entstandene Summengleichung nach mathematischen Regeln aufgelöst werden: $l_{ganz} = \sum_{i = 1}^{a} d + [(2 i - 1) * m] * π = = \sum_{i = 1}^{a} d * π + (2 i - 1) * m * π = = d * π * n + \sum_{i = 1}^{n} (2 i - 1) * m * π = = d * π * n + \sum_{i = 1}^{n} 2 * π * m * i - m * π = = d * π * n - m * π * n + \sum_{i = 1}^{n} 2 * π * m * i = = d * π * n - m * π * n + 2 * π * m * (\frac{n * (n + 1)}{2}) = = d * π * n - m * π * n + π * m * n * (n + 1) = = π * n * [d - m + m * (n + 1)]$
Die ermittelte Formel kann in einem Sicherheitsprogramm ohne größere Laufzeitverluste für das Berechnen der Materiallänge eingesetzt werden.
Es wurde zunächst von vollständigen Umwicklungen ausgegangen. Um auch bei unvollständigen Wicklungen von einer Winkelangabe α des Gebers auf die Materiallänge schließen zu können, wird vorzugsweise folgender Ansatz gewählt.
Zunächst wird die Anzahl n vollständiger Wicklungen ermittelt, indem der Winkel α durch 360° geteilt wird und das Ergebnis auf die nächste ganze Zahl abgerundet wird.
Auf Basis der vollständigen durchlaufenen Wicklungen n wird die Materiallänge mit der oben vorgestellten Formel bestimmt.
Zusätzlich wird die Materiallänge bestimmt, die sich aus der anteiligen Umdrehung und somit teilweisen Wicklung ergibt. Für die unvollständige Wicklung wird der Umfang u_n+1 bestimmt: $u_{n + 1} = \{d + [2 (n + 1) - 1] * m\} * π$
$u_{n + 1} = [d + (2 n + 2 - 1) * m] * π$
$u_{n + 1} = [d + (2 n + 1) * m] * π$
Mit dem anteiligen Winkel der letzten Umdrehung ergibt sich folgende Formel für die Länge l_ant der letzten anteiligen Wicklung: $l_{ant} = \mod (\frac{α}{360 °}) * [d + m * (2 n + 1)] * π$
Somit kann durch Summation von l_ganz und l_ant auf die insgesamt gewickelte Materiallänge aus der Materiallänge aufgrund der vollständigen Umdrehungen sowie aus der Materiallänge für die anteilige Umdrehung geschlossen werden.
Auf Basis der vorgestellten Herleitung der Materiallänge, die sich für eine Winkelangabe oder Positionsangabe der Bandtrommel ergibt, kann einer ermittelten fehlersicheren Position der Bandtrommel eine ermittelte fehlersichere Materiallänge zugeordnet werden. Dementsprechend bildet die vorgestellte Herleitung und Formel die Basis für die Ermittlung einer Materiallängenänderung und damit einer Positionsänderung einer Last direkt aus der Änderung einer Position des Gebers der Bandtrommel.
Durch Vorsehen eines auf- oder abzuwickelnden Bandes und entsprechend einer Bandtrommel wird vorteilhafterweise ermöglicht, dass eine sehr präzise Aussage oder Annahme über den Durchmesser und damit den Umfang der gewickelten Materiallagen getroffen werden kann, da insbesondere bei eine möglichst präzise ausgeführten Materialdicke, d.h. einer konstanten Dicke des Bandes, sich wenig Ungenauigkeiten aufgrund der mehreren Lagen ergeben können. Insbesondere kommt vorzugsweise eine Lage deckend auf einer unteren Lage zu liegen.

Claims

Verfahren zum fehlersicheren Überwachen einer Lastposition einer mit einem Band gekoppelten Last,
- wobei das Band auf eine Bandtrommel (10) aufgewickelt oder von einer Bandtrommel (10) abgewickelt wird,

- wobei eine fehlersichere Position der Bandtrommel (10) mittels eines fehlersicheren Gebersystems (E) ermittelt wird,

- wobei eine Länge des auf der Bandtrommel (10) gewickelten Bandes (20) in Abhängigkeit von der fehlersicheren Position der Bandtrommel (10) und einer Dicke des Bandes (20) mittels einer fehlersicheren Steuerungseinheit ermittelt wird,

- wobei die Lastposition auf Basis der Länge ermittelt wird,

- wobei die fehlersichere Steuerungseinheit in Abhängigkeit von der Lastposition einen Sicherheitszustand für eine Bewegungssteuerungseinheit der Bandtrommel veranlasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Band (20) in Lagen auf die Bandtrommel (10) auf- oder abgewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das fehlersichere Gebersystem (E) die fehlersichere Position aus einer Winkelangabe des Gebers ableitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die fehlersichere Position eine Stellung der Bandtrommel (10) relativ zu einer Ausgangsstellung angibt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Stellung eine Angabe zu einer Anzahl erfolgter Umdrehungen umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei dem Ermitteln der Länge die Dicke des Bandes (20) für die Berechnung eines Umfangs des gewickelten Bandes (20) je gewickelter Lage berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei der Berechnung des Umfangs je gewickelter Lage bereits auf der Bandtrommel (10) befindliche Lagen, insbesondere eine Summe geschichteter Lagen, berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lastposition als Abstand zu einer zu einer Ausgangsmateriallänge zugehörigen Referenzlastposition ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Last mittels eines Koppel- oder Greifwerkzeuges mit dem Band (20) oder einer Abschlusskomponente des Bandes (20) gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dicke des Bandes vorbekannt ist oder mittels eines Sensors ermittelt wird.
Fehlersichere Steuerungseinheit (C), wobei die fehlersichere Steuerungseinheit (C) eine Schnittstelle zu einer fehlersicheren Antriebseinheit (D) mit fehlersicherem Gebersystem (E) aufweist, wobei die fehlersichere Steuerungseinheit (C) ausgebildet ist
- zum Empfang einer fehlersicheren Position einer durch die Antriebseinheit angetriebenen Bandtrommel (10) über die Schnittstelle,

- zum Berechnen einer Länge eines auf der Bandtrommel (10) gewickelten Bandes (20) in Abhängigkeit von der fehlersicheren Position der Bandtrommel (10) und einer Dicke des Bandes (20),

- zum Ermitteln einer Lastposition einer mit dem Band gekoppelten Last auf Basis der Länge,

- zum Veranlassen eines Sicherheitszustandes für eine Bewegungssteuerungseinheit der Bandtrommel in Abhängigkeit von der Lastposition.
Fehlersichere Steuerungseinheit (C) nach Anspruch 11, ferner aufweisend eine Schnittstelle zu einem Sensor, wobei der Sensor zur Ermittlung der Dicke des Bandes (20) ausgebildet ist.
Fehlersichere Steuerungseinheit (C) nach Anspruch 11, ferner aufweisend eine Nutzerschnittstelle zur Eingabe eines Parameters, wobei aus dem Parameter die Dicke des Bandes (20) ableitbar ist.
Fehlersichere Steuerungseinheit (C) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die fehlersichere Steuerungseinheit (C) und die Bewegungssteuerungseinheit Teil einer Steuerung zum Steuern und/ oder Regeln einer Verfahrbewegung (101) eines Regalbediengerätes, Aufzuges, Hubwerkes oder Krans sind.
Fehlersichere Steuerungseinheit (C) nach Anspruch 14, wobei das Regalbediengerät in einer Textilanlage vorgesehen ist.
Verfahren zum fehlersicheren Überwachen einer Lastposition einer mit einem Band gekoppelten Last,
- wobei das Band derart auf eine Bandtrommel (10) aufgewickelt oder von einer Bandtrommel (10) abgewickelt wird, dass gewickelte Lagen des Bandes übereinander zu liegen kommen, so dass eine Breite der auf die Bandtrommel (10) gewickelten Lagen während eines Wickelns annähernd konstant bleibt;

- wobei die Lastposition auf Basis einer mittels einer fehlersicheren Steuerungseinheit fehlersicher ermittelten gewickelten Länge ermittelt wird;

- wobei die fehlersichere Steuerungseinheit in Abhängigkeit von der ermittelten Lastposition einen Sicherheitszustand veranlasst für eine Bewegungssteuerungseinheit der Bandtrommel.
Verfahren nach Anspruch 16,
- wobei eine fehlersichere Position der Bandtrommel (10) mittels eines fehlersicheren Gebersystems (E) ermittelt wird,

- wobei die Länge des auf der Bandtrommel (10) gewickelten Bandes (20) in Abhängigkeit von der fehlersicheren Position der Bandtrommel (10) und einer Dicke des Bandes (20) mittels einer fehlersicheren Steuerungseinheit ermittelt wird.