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Dokumentenidentifikation DE10045983A1 08.05.2002
Titel Vorrichtung zur Steuerung eines Bewegungsablaufs, insbesondere einer pneumatischen und/oder elektrischen Anlage
Anmelder FESTO AG & Co, 73734 Esslingen, DE;
Beck IPC GmbH, 35578 Wetzlar, DE
Erfinder Walter, Irmtraud, 73733 Esslingen, DE;
Beck, Wilfried, 35578 Wetzlar, DE
Vertreter Patentanwälte Magenbauer, Reimold, Vetter & Abel, 73730 Esslingen
DE-Anmeldedatum 16.09.2000
DE-Aktenzeichen 10045983
Offenlegungstag 08.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.05.2002
IPC-Hauptklasse G05B 13/00
IPC-Nebenklasse G05B 19/04   G05B 19/43   
Zusammenfassung Es wird eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bewegungsablaufs, insbesondere einer pneumatischen und/oder elektrischen Anlage vorgeschlagen, die mehrere Aktoren (10, 13) aufweist, deren Bewegungen und/oder Positionen durch Sensoren (16-18) erfassbar sind. Eine elektronische Steuereinrichtung (19) dient zur Steuerung der Aktoren (10, 13), wobei die Sensoren (16-18) mit der elektronischen Steuereinrichtung (19) in Wirkverbindung stehen. Weiterhin weist die elektronische Steuereinrichtung (19) ein Lernprogramm zur Erlernung des Bewegungsablaufs der Aktoren (10, 13) auf, durch das nach entsprechender Aktivierung der Ablauf nacheinander manuell hervorgerufener Bewegungsschritte erfasst und als Bewegungssteuerprogramm gespeichert wird, das nach Beendigung des Lernprogramms zur automatischen Steuerung der Aktoren (10, 13) aktivierbar ist. Hierdurch kann der Bewegungsablauf einer derartigen Anlage auch durch ein Nichtfachmann ohne Programmierkenntnisse einfach und schnell durchgeführt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bewegungsablaufs, insbesondere einer pneumatischen und/oder elektrischen Anlage, mit mehreren Aktoren, deren Bewegungen und/oder Positionen durch Sensoren erfassbar sind, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung zur Steuerung der Aktoren, wobei die Sensoren mit der elektronischen Steuereinrichtung in Wirkverbindung stehen.

Vor allem komplexe Bewegungsabläufe mit einer Vielzahl von Aktoren müssen in bekannter Weise sehr aufwendig programmiert werden, was einen hohen Arbeits- und Kostenaufwand mit sich bringt. Darüberhinaus haben vor allem kleine Betriebe häufig nicht die erforderlichen Kenntnisse und Möglichkeiten, selbst zu programmieren, so dass entweder der Hersteller der Anlage oder eine Drittfirma mit der Programmierung beauftragt werden muss. Auch wenn kleine Programmänderungen erforderlich werden, muss wiederum ein externer Fachmann zur Durchführung hinzugezogen werden, was wiederum hohe Kosten und Stillstandszeiten mit sich bringt. Es sind zwar auch schon selbstlernende Systeme bekannt, jedoch ist auch bei diesen, vor allem bei komplexen Anlagen, noch der Fachmann für die Vorgabe der gewünschten Abläufe gefragt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, durch die auch Personen ohne Programmierkenntnisse gewünschte Bewegungsabläufe auch bei komplexen Anlagen einstellen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elektronische Steuereinrichtung ein Lernprogramm zur Erlernung des Bewegungsablaufs der Aktoren besitzt, durch das nach entsprechender Aktivierung bei Ablauf nacheinander manuell hervorgerufener Bewegungsschritte erfasst und als Bewegungssteuerprogramm gespeichert wird, das nach Beendigung des Lernprogramms zur automatischen Steuerung der Aktoren aktivierbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat insbesondere den Vorteil, dass keinerlei Programmiereingaben erforderlich sind, sondern vielmehr der gewünschte Bewegungsablauf durch manuell hervorgerufene Bewegungen nacheinander zusammengestellt und vorgegeben werden kann. Hierdurch sind auch nachträgliche Änderungen des Bewegungsablaufs leicht realisierbar, ohne dass ein Fachmann hinzugezogen werden müsste. Auch kleine Betriebe können gewünschte Bewegungsabläufe ihrer Anlage vorgeben und einfach und schnell Änderungen im Bewegungsablauf realisieren. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Die manuelle Durchführung der Bewegungsabläufe im Lernprogrammmodus kann direkt oder indirekt mittels elektrischer oder pneumatischer Auslöseelemente erfolgen, die zweckmäßigerweise gruppiert oder an den jeweiligen Aktoren angeordnet sein können. Dadurch kann die den jeweiligen Bewegungsablauf vorgebende Person diesen in einfacher Weise durch nacheinanderfolgende Bewegungen der Aktoren vorgeben.

Die Steuereinrichtung ist zweckmäßigerweise mit Bedienungselementen zur Vorgabe des Lernmodus und des Steuermodus versehen. Weitere Bedienungselemente sind prinzipiell nicht erforderlich.

In vorteilhafter Weise kann eine ein Display und Bedienungselemente aufweisende Konfigurationseinrichtung an der Steuereinrichtung angeordnet oder mit dieser verbindbar sein, wobei die Konfigurationseinrichtung insbesondere als tragbares Handbedienungsgerät, beispielsweise als Laptop, Notebook oder PDA-Gerät ausgebildet sein kann, das selbst keine spezielle Programmierung benötigt. Dadurch können relativ einfache und kostengünstige Geräte für diesen Zweck eingesetzt werden.

Das Lernprogramm besitzt in vorteilhafter Weise Mittel zur Visualisierung der erfassten Bewegungsschritte des Bewegungsablaufs auf dem Display und vorzugsweise auch Mittel zur Vorgabe von Wartezeiten und/oder Bewegungsgeschwindigkeiten und/oder Grenzwerten für die Überwachung eines regulären Bewegungsablaufs und/oder Betriebsart. Hierdurch kann in einfacher Weise eine nachträgliche Konfigurierung des Bewegungsablaufs oder auch kleinere Programmänderungen durchgeführt werden, wobei der Bewegungsablauf vorzugsweise auf dem Display automatisch aufgelistet wird.

Zur Erleichterung von Konfigurationseingaben ist das Lernprogramm als Menüprogramm zur menüunterstützten Veränderung und/oder Konfiguration der erfassten und visualisierten Bewegungsschritte ausgebildet.

In einer ersten einfacheren Ausführung ist das Lernprogramm in Abhängigkeit der anzuschließenden Aktoren und Sensoren vorkonfiguriert. Die Vorkonfigurierung erfolgt beispielsweise durch den Hersteller der Anlage, der entsprechend der Ausgestaltung der Anlage eine Vorkonfigurierung des Lernprogramms vornehmen muss. In einer zweiten komfortableren Ausführung ist das Lernprogramm zur automatischen Erfassung der jeweils angeschlossenen Aktoren und Sensoren ausgebildet, besitzt also ein entsprechendes plug- + play-Programm.

Zur Erleichterung der automatischen Erfassung der jeweils angeschlossenen Aktoren und Sensoren besitzen die Aktoren zweckmäßigerweise elektronisch durch das Lernprogramm abfragbare Informationselemente, insbesondere Informationschips.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine aus zwei pneumatischen Zylindern mit einem Greifer versehene Anlage, für die ein bestimmter Bewegungsablauf der einzelnen Aktoren vorgegeben werden muss, als Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein erster pneumatischer Zylinder 10 in horizontaler Lage auf einem Halteständer 11 angeordnet. Das freie Ende der Kolbenstange 12 dieses ersten pneumatischen Zylinders 11 trägt einen zweiten, vertikal angeordneten pneumatischen Zylinder 13, dessen Kolbenstange 14 an ihrem freien Ende mit einem elektrisch oder pneumatisch auslösbaren Greifer 15 versehen ist. Der erste pneumatische Zylinder 10 besitzt zwei Positionssensoren 16, der zweite pneumatische Zylinder 13 drei Positionssensoren 17 und der Greifer 15 einen Positionssensor 18 zur Erfassung der jeweiligen Kolben- bzw. Kolbenstangenpositionen und Greiferstellungen.

Zur Steuerung der beschriebenen Anlage dient eine elektronische Steuereinrichtung 19, die am Halteständer 11 angeordnet ist, jedoch selbstverständlich auch eine praktisch beliebige andere Position einnehmen kann. Nicht dargestellte Ventile zur Betätigung der pneumatischen Zylinder 10, 13 sind entweder in diesen integriert oder extern angeordnet, beispielsweise ebenfalls am Halteständer 11. Die erforderlichen pneumatischen Leitungen sind zur Vereinfachung nicht dargestellt, was auch für die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen Ventilen bzw. Zylindern und der elektronischen Steuereinrichtung 19 gilt. Die Positionssensoren 16 bis 18 stehen in Wirkverbindung mit der elektronischen Steuereinrichtung 18, d. h., sie sind über nicht dargestellte Sensorleitungen mit dieser verbunden oder stehen in drahtlosem Kontakt mit dieser.

Die elektronische Steuereinrichtung 19 besitzt Bedienungselemente 20, die beispielsweise als Tasten oder Schalter ausgebildet sein können, und die zur Aktivierung und Deaktivierung eines Betriebsmodus und eines Lernmodus dienen.

Die elektronische Steuereinrichtung 19 ist über ein Verbindungskabel 21 mit einer tragbaren Konfigurationseinrichtung 22 verbunden, die im Ausführungsbeispiel als PDA-Gerät ausgebildet ist, jedoch beispielsweise auch als Laptop, Notebook, Organizer oder dergleichen ausgebildet sein kann. Diese Konfigurationseinrichtung 22 besitzt ein Display 23 sowie Bedienungselemente, die zum Teil als Tasten 24 und zum Teil als Eingabestift 25 ausgebildet sind.

Die beschriebene Anlage besteht aus lediglich drei Aktoren, nämlich den beiden Zylindern 10, 13 und dem Greifer 15, wobei selbstverständlich auch beliebig komplizierte und umfangreiche Anlagen mit einer Vielzahl von Aktoren vorgesehen sein können. Die Aktoren können dabei pneumatische und/oder elektrische Aktoren, wie Linearmotoren, Stellmotoren, Stellglieder oder dergleichen sein.

Zur Programmierung eines gewünschten Bewegungsablaufs wird zunächst mittels der Bedienungselemente 20 der Lernmodus vorgegeben. Dieser wird durch ein in der elektronischen Steuereinrichtung 19 enthaltenes Lernprogramm durch Aktivierung derselben realisiert. Dieses Lernprogramm kann entweder Vorkonfiguriert sein, d. h., es enthält bereits die Informationen, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei pneumatische Zylinder mit zwei bzw. drei Positionssensoren 16, 17 sowie ein Greifer 15 mit einem Positionssensor 18 vorgesehen sind. Es besteht jedoch auch die komfortablere Möglichkeit einer automatischen Erkennung der angeschlossenen Aktoren und Sensoren, indem zunächst ein Prüfprogramm nach Art eines plug- + play-Systems die angeschlossenen Aktoren und Sensoren erfasst. Hierzu können beispielsweise die Aktoren Speicherchips enthalten, die im Erkennungsmodus abgefragt werden und die die erforderlichen Informationen über die Art des jeweiligen Aktors und der zugeordneten Sensoren enthalten.

Nach Aktivierung des Lernmodus werden nun manuell die gewünschten Bewegungsschritte automatisch ausgeführt, beispielsweise Ausfahren der Kolbenstange 14 des zweiten Zylinders 13, Betätigung des Greifers 15 zur Ergreifung eines Werkstücks, Zurückfahren der Kolbenstange 14, Ausfahren der Kolbenstange 12 des ersten pneumatischen Zylinders 10, Ausfahren der Kolbenstange 14 des zweiten Zylinders 13, Öffnen des Greifers 15 zum Ablegen des Werkstücks und entsprechende Rückführung des Greifers in die Ausgangsposition. Die manuelle Durchführung dieser Bewegungen kann direkt durch Herausziehen bzw. Einschieben der jeweiligen Kolbenstangen 12, 14 bzw. Zusammendrücken oder Auseinanderziehen des Greifers 15 oder servounterstützt erfolgen, beispielsweise durch Betätigung der entsprechenden pneumatischen Ventile oder eines Greifersteuerelements. Wenn der Bewegungsablauf abgeschlossen ist, wird der Lernmodus beendet, und durch Aktivierung des Betriebsmodus kann nun der in das Lernprogramm eingespeicherte Bewegungsablauf automatisch durchgeführt werden.

Zur Konfigurierung des eingespeicherten Bewegungsablaufs dient die Konfigurationseinrichtung 22. Während des Lernmodus wird in die einzelnen Bewegungsschritte über das Verbindungskabel 21 auf das Display 23 gegeben. Der so visualisierte Bewegungsablauf kann in einfacher Weise konfiguriert werden, beispielsweise durch Eingabe von Wartepausen zwischen Bewegungsabläufen, Eingabe von Bewegungsgeschwindigkeiten, Eingabe von Grenzwerten für die Überwachung eines regulären Bewegungsablaufs (z. B. maximale Bewegungszeiten) und/oder Betriebsarten. Diese Eingaben erfolgen menügesteuert, d. h., wird mittels des Eingabestifts 15 oder anderer Eingabehilfen ein bestimmter Bewegungsschritt angewählt oder soll eine Funktion zwischen zwei Bewegungsschritten durch Anwahl eines Zwischenschritts erfolgen, so wird ein Untermenü eröffnet, das die verschiedenen, z. B. gemäß der vorherigen Aufzählung möglichen Änderungs- und Konfigurationsmaßnahmen enthält. Diese können dann wiederum angewählt und in weiteren Untermenüs größenmäßig oder artmäßig festgelegt werden. Bei einer derartigen Eingabe ist auch eine Veränderung der Reihenfolge von Bewegungsschritten oder auch die Eingabe von zusätzlichen ergänzenden Bewegungsschritten möglich. Als Betriebsarten kann beispielsweise ein Einzelschrittmodus, ein Dauerbetriebsmodus oder ein Zyklusbetriebsmodus gewählt werden. Nach der Optimierung kann die Konfigurationseinrichtung 22 wieder entfernt werden, wobei nachträgliche Änderungen oder Anpassungen auf dieselbe Weise möglich sind. Selbstverständlich kann auch der gesamte eingegebene Bewegungsablauf gelöscht und über einen neuen Lernmodus vorgegeben werden.

In einer alternativen Ausführung kann auch die elektronische Steuereinrichtung 19 selbst ein Display und entsprechende Eingabemittel aufweisen. In einer einfachsten Ausführung kann auch auf eine Konfigurationseinrichtung 22 verzichtet werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf pneumatische bzw. elektrische Aktoren beschränkt, sondern kann für beliebige Aktoren eingesetzt werden, z. B. auch hydraulische Aktoren.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Steuerung eines Bewegungsablaufs, insbesondere einer pneumatischen und/oder elektrischen Anlage, mit mehreren Aktoren, deren Bewegungen und/oder Positionen durch Sensoren erfassbar sind, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung zur Steuerung der Aktoren, wobei die Sensoren mit der elektronischen Steuereinrichtung in Wirkverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (19) ein Lernprogramm zur Erlernung des Bewegungsablaufs der Aktoren (10, 13) besitzt, durch das nach entsprechender Aktivierung der Ablauf nacheinander manuell hervorgerufener Bewegungsschritte erfasst und als Bewegungssteuerprogramm gespeichert wird, das nach Beendigung des Lernprogramms zur automatischen Steuerung der Aktoren (10, 13) aktivierbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die manuelle Durchführung der Bewegungsabläufe im Lernprogrammmodus direkt oder indirekt mittels elektrischer oder pneumatischer Auslöseelemente erfolgt, die gruppiert oder an den jeweiligen Aktoren (10, 13) angeordnet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) mit Bedienungselementen (20) zur Vorgabe wenigstens des Lernmodus und des Steuermodus versehen ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ein Display (23) und Bedienungselemente (24, 25) aufweisende Konfigurationseinrichtung (22) an der Steuereinrichtung (19) angeordnet oder mit dieser verbindbar ist, wobei die Konfigurationseinrichtung (22) insbesondere als tragbares Handbediengerät ausgebildet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lernprogramm Mittel zur Visualisierung der erfassten Bewegungsschritte des Bewegungsablaufs auf dem Display (23) besitzt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lernprogramm Mittel zur Vorgabe von Wartezeiten und/oder Bewegungsgeschwindigkeiten und/oder Grenzwerten für die Überwachung eines regulären Bewegungsablaufs und/oder Betriebsarten besitzt.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lernprogramm als Menüprogramm zur menüunterstützten Veränderung und/oder Konfiguration der erfassten und visualisierten Bewegungsschritte ausgebildet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lernprogramm in Anhängigkeit der anzuschließenden Aktoren (10, 13) und Sensoren (16-18) vorkonfiguriert ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lernprogramm zur automatischen Erfassung der jeweils angeschlossenen Aktoren (10, 13) und Sensoren (16-18) ausgebildet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (10, 13) elektrisch durch das Lernprogramm abfragbare Informationselemente, insbesondere Informationsspeicherchips besitzen.






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