Table Of ContentISW Forschung und Praxis
Berichte aus dem Institut für Steuerungstechnik
der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen
der Universität Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. G. Pritschow
Band 58
D93
Mit 55 Abbildungen
ISBN 978-3-540-16150-9 ISBN 978-3-662-10126-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-10126-1
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1986
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg NewYork Tokyo 1986
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2362/3020-543210
Werner Renn
Struktur und Aufbau
prozeßnaher Steuergeräte
zur Verkettung in flexiblen
Fertigungssystemen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1986
Geleitwort des Herausgebers
In der Reihe "ISW Forschung und Praxis" wird fortlaufend über Forschungs
ergebnisse des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und
Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart (ISW) berichtet, das sich in
vielfältiger Form mit der Weiterentwicklung des Systems Werkzeugmaschine
und anderer Fertigungseinrichtungen beschäftigt. Die Arbeiten dieses Instituts
konzentrieren sich im besonderen auf die Bereiche Numerische Steuerungen,
Prozeßrechnereinsatz in der Fertigung, Industrierobotertechnik sowie Meß-,
Regel- und Antriebssysteme, also auf die aktuellsten Bereiche, der Ferti
gungstechnik. Dabei stehen Grundlagenforschung und anwenderorientierte
Entwicklung in einem stetigen Austausch, wodurch ein ständiger Technologie
transfer zur Praxis sichergestellt wird.
Die Buchreihe erscheint in zwangloser Folge und stützt sich auf Berichte über
abgeschlossene Forschungsarbeiten und Dissertationen. Sie soll dem Inge
nieur bei der Weiterbildung dienen und ihm Hilfestellungen zur Lösung spezifi
scher Probleme geben. Für den Studierenden bietet sie eine Möglichkeit zur
Wissensvertiefung. Sie bleibt damit unter erweitertem Namen und neuer Her
ausgeberschaft unverändert in der bewährten Konzeption, die ihr der Gründer
des ISW, der leider allzu früh verstorbene Prof. Dr.-Ing. G. Stute, im Jahre 1972
gegeben hat.
Der Herausgeber dankt der Druckerei für die drucktechnische Betreuung und
dem Springer Verlag für Aufnahme der Reihe in sein Lieferprogramm.
G. Pritschow
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit
als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Steue
rungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich
tungen (ISW) der Universität Stuttgart.
Der verstorbene Gründer und Leiter des Instituts, Herr
Prof. Dr.-Ing. G. Stute, schuf die Voraussetzungen für
diese Arbeit. Dem kommissarischen Institutsleiter, Herrn
Prof. Dr.-Ing. A. Storr, danke ich für die wohlwollende
Unterstützung und Förderung, die in hohem Maße zu der Arbeit
beigetragen hat.
Mein Dank gilt auch Herrn Prof. DTech. h. c. K. Tuffentsam
mer für seine Bereitschaft, den Mitbericht zu übernehmen.
Außerdem möchte ich allen Mitarbeiterinnen, Mitarbeiter
und Studenten des Instituts danken, die durch Diskussionen
und anregende Kritik zu dieser Arbeit beigetragen haben.
Dieser Dank gilt insbesondere den Herren Dipl.-Ing. H.
Fink, Dipl.-Ing. J. Fleckenstein, Dipl.-Ing. W. Grimm und
Dipl.-Ing. M. Härdtner.
Werner Renn
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Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen, Formelzeichen 8
Einleitung 11
2 Einführung in die Problematik verketteter 13
Fertigungseinrichtungen
2.1 Definitionen 13
2.2 Funktionen flexibler Fertigungssysteme 15
2.3 Fördermittel zur Verkettung in FFS 16
2.4 Stand der Technik und Zielsetzung der Arbeit 18
2.4.1 Bewertung bestehender Verfahren in der 18
Fördertechnik
2.4.2 Stand der Technik in der Fertigungstechnik 20
3 Analyse der Aufgaben, Anforderungen und Struk- 24
turen von numerischen Fördermittelsteuerungen
3.1 Einordnung und Aufgaben 24
3.2 Anforderungen an numerische Fördermittel- 25
steuerungen
3.2.1 Anforderungen vom Prozeß 26
3.2.2 FFS-spezifische Anforderungen 28
3.3 Strukturen von numerischen Fördermittel 29
steuerungen
3.3.1 Funktionale Gliederung 29
3.3.2 Gerätestrukturen 29
3.4 SChnittstellen 33
3.4.1 SChnittstellen zum Prozeß 33
3.4.2 Schnittstellen zur übergeordneten Steuerung 35
und Bedienung
3.4.3 Gerätetechnische SChnittstellen 40
3.5 Ergebnisse der Analyse 42
- 6 -
4 Verarbeitung von Schaltfunktionen 45
4.1 Analyse der Aufnahme- und Absetzfunktionen 45
4.2 Steuerungsbeschreibung von Schaltfunktionen 47
mit Zustandsgraphen
4.2.1 Aufbau und Struktur von Funktionsabläufen 48
4.2.2 Aufbau und Struktur von Funktionsgruppen 51
4.3 Umsetzung von Zustandsgraphen in Steue 57
rungsprogramme
4.3.1 Zeitliche Anforderungen 57
4.3.2 Prinzip der Umsetzung 58
4.3.2.1 Algorithmus zur Zustandsermittlung 60
4.3.2.2 Prüfung der Obergangsbedingungen und Zu 62
standsaktualisierung
4.3.3 Struktur des Steuerungsprogramms 68
5 Verarbeitung geometrischer Steuerdaten 73
5.1 Positionierung mit digitalem Lageregier 73
5.1.1 Struktur und Kennwerte des Lageregelkreises 73
5.1.2 Digitalisierung des Lagereglers und Wahl der 78
Abtastzeit
5.2 Führungsgrößenerzeugung im Mikrorechner 83
5.2.1 Rekursive Berechnung der Lageführungsgröße 85
aus der Weg-Zeit-Funktion
5.2.1.1 Generierung der Anfahr- und Bremsparabel 86
5.2.1.2 Erzeugung der Lageführungsgröße unter Be 89
rücksichtigung von Fallunterscheidungen
5.2.1.3 Algorithmus zur Lageführungsgrößenerzeugung 94
im Mikrorechner
5.2.2 Rekursive Berechnung der Lageführungsgröße 97
nach dem Integrationsverfahren
5.2.2.1 Integrationsalgorithmus zur Lageführungs 101
größenerzeugung im Mikrorechner
5.2.2.2 Lageführungsgrößenberechnung bei trapez 107
förmigem Verlauf der Führungsbeschleunigung
5.2.3 Vergleich und Bewertung der Verfahren zur 111
Lageführungsgrößenerzeugung
- 7 -
5.3 Regelalgorithmus 113
5.4 Mehrachsregelungen 115
6 Interne Ablaufsteuerung 117
6.1 Aufgaben und Anforderungen 117
6.2 Struktur der Ablaufsteuerung 117
7 Einsatz einer numerischen Fördermittel 122
steuerung in einer Pilotanlage
7.1 AUfgabensteilung 122
7.2 Auslegung und Hardwarestruktur der nume 123
rischen Fördermittelsteuerung
7.3 Drahtlose Datenübertragung 126
7.4 Software struktur 126
8 Zusammenfassung 129
Schrifttum 131
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Abkürzungen
ASC I I American Standard Code for Information Interchange
AZ Adreßzeiger
CNC Computerized Numerical Control
EPROM Erasable Programmable Read Only Memory
FA Funktionsablauf
FE Funktionseinheit
FG Funktionsgruppe
FFS Flexibles Fertigungssystem
Kanalinformation für den Infrarotkanal s
fIS
fKs Kanalträgerfrequenz für den Infrarotkanal s
HDLC High Level Data Link Control Procedures
Quadratische Vergleichsregelfläche
I I SEV
INK Weginkrement
krs übergangsbedingung vom Zustand Zr zum Zustand Zs
LFG Lageführungsgröße
n Nummer der FE, FG oder FA
NC Numerical Control (Numerische Steuerung)
NSB Null-Statusbit
m Zustands nummer
P Zahl der Speicherzellen pro Sprungbefehl
RAM Random Access Memory
SDLC Serial Data Link Control Procedures
SPR Springe nach
SPS Speicherprogrammierbare Steuerung
Ua1, Ua2 Phasenverschobene Rechteckspannungen des Winkel-
schrittgebers
UN Nullimpuls des Winkelschrittgebers
üBZm Adresse der übergangsbedingungen des Zustandes Zm
V.24 Standardschnittstelle für serielle Datenübertragung
Tz Zykluszeit für Steuerungsprogramm
WZ Werkzeug
WZFM Werkzeugfördermittel
Zm Zustandsvariable für den Zustand m
ZV Adresse der Zustandsvariablen
ZSPV Adresse des Zustandssprungverteilers
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Formelzeichen
a Führungsbeschleunigung
bl .•. b3 binäre Variable
B Geschwindigkeitsstellbereich
Dämpfung Geschwindigkeitsregelkreis
Dämpfung lageregelkreis
Fehler zwischen theoretischer und berechneter
lageführungsgröße
f Abtastfrequenz
F Frequenzgang
k Abtastschritt
Anzahl der Abtastschritte beim Beschleunigen
Anzahl der Abtastschritte bei vs= konst
Geschwindigkeitsverstärkung
optimale Geschwindigkeitsverstärkung
Zahl der Achsen
Anzahl der Abtastschritte für den linearen Anstieg
der Beschleunigungsrampe
Anzahl der Abtastschritte für den Bereich konstanter
Beschleunigung
wDA Kennkreisfrequenz Geschwindigkeitsregelkreis
WOl Kennkreisfrequenz lageregelkreis
Q Auflösung Meßsystem
s Abweichung der berechneten lageführungsgröße
vom theoretischen Sollwert
t1 Zeitabschnitt für den linearen Anstieg der Beschleu
nigungsrampe
t2 Zeitabschnitt für konstante Beschleunigung
t 3 Zeitabschnitt für linearen Abfall der Beschleuni-
gungsrampe
T Abtastzeit
TA Antriebszeitkonstante
t a Anfahrzeit
t b Bremszeit
t l Fahrzeit während vs= konst