DE10320698A1

DE10320698A1 - Antriebsgerät zur Steuerung und/oder Regelung von Antrieben bei Werkzeug-oder Produktionsmaschinen

Info

Publication number: DE10320698A1
Application number: DE10320698A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Heinemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-12-02
Also published as: US20040220685A1; US7183735B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsgerät (2) zur Steuerung und/oder Regelung von Antrieben (7) bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen, wobei das Antriebsgerät (2) eine Inbetriebnahme-/Diagnose-Schnittstelle (13) aufweist, wobei die Inbetriebnahme-/Diagnose-Schnittstelle (13) elektrische Datenleitungen (12) für einen Datenaustausch und weitere von den Datenleitungen (12) unabhängige elektrische Versorgungsleitungen (18) zur Energieversorgung der Signalelektronik (5) des Antriebsgeräts (2) aufweist. Die Erfindung schafft somit eine einfache und kostengünstige Möglichkeit der elektrischen Energieversorgung einer Signalelektronik (5) eines Antriebsgerätes (2), wenn die Elektronikstromversorgung (3) des Antriebsgerätes (2) keine Energie vom Versorgungsnetz (8) erhält bzw. bei Fehlern innerhalb der Leistungsstromversorgung (4) des Antriebsgerätes (2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsgerät zur Steuerung und/oder Regelung von Abtrieben bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen.

Zur Regelung und/oder Steuerung von Antrieben bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen werden in der Regel handelsüblich sogenannte Antriebsgeräte verwendet. Jedem Antrieb der Maschine, welcher z.B. aus einem Motor mit einem angeschlossenen Getriebe und einer Last besteht, ist heute in der Technik üblicherweise ein Antriebsgerät zur Regelung und/oder Steuerung zugeordnet, wobei mit einem Antriebsgerät auch mehrere Motoren geregelt bzw. gesteuert werden können.

In 1 ist ein handelsübliches Antriebsgerät 2 sowie üblicherweise an das Antriebsgerät 2 angeschlossene Komponenten gezeigt. Eine übergeordnete Steuerung 1 sendet über eine Verbindung 11 Sollwerte zur Regelung bzw. Steuerung eines Motors 7 des Antriebs der Maschine. Eine Signalelektronik 5 auf der softwaremäßig mikroprozessorgesteuert die Regelungs- und Steuerfunktionen für den Motor 7 realisiert sind, liest die Sollwerte von der übergeordneten Steuerung 1 ein und ermittelt zusammen mit den Gebersignalen z.B. des Motors 7, die der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind, Ansteuersignale für eine Leistungselektronik 6, die über eine Verbindung 10 zur Leistungselektronik 6 übertragen werden. Die Leistungselektronik 6 besteht im wesentlichen aus einem Umrichter bzw. einem Wechselrichter, der die Spannungsversorgung und Steuerung des Motors 7 gewährleistet. Ferner weist das Antriebsgerät 2 zur Versorgung der Signalelektronik eine Elektronikstromversorgung 3 und zur Versorgung der Leistungselektronik 6 eine Leistungsstromversorgung 4 auf. Die Leistungsstromversorgung 4 wird über einen Schalter 14 von einem Versorgungsnetz 8 gespeist. Die Elektronikstromversorgung 3 wird wiederum von der Leistungsstromversorgung 4 mit Energie versorgt, was durch einen entsprechenden Pfeil angedeutet ist. Die Elektronikstromversorgung 3 versorgt die Signalelektronik 5 und die Leistungsstromversorgung 4 versorgt die Leistungselektronik 6 mit elektrischer Energie, was ebenfalls durch entsprechende Pfeile angedeutet ist.

Über ein Inbetriebnahme-/Diagnosegerät 9 kann das Antriebsgerät 2 insbesondere die Signalelektronik 5 parametriert bzw. in Betrieb genommen bzw. im Falle von Fehlern im Antriebsgerät kann eine Diagnose vorgenommen werden. Hierzu ist das Inbetriebnahme-/Diagnosegerät 9 über eine Inbetriebnahme/Diagnose-Schnittstelle 20, welche ausschließlich aus Datenleitungen 12 besteht mit der Signalelektronik 5 zum Austausch von Daten verbunden.

In 2 ist eine weitere Ausführungsform eines handelsüblichen Antriebsgerätes 2 dargestellt. Die Ausführungsform gemäß 2 stimmt mit in der Ausführungsform gemäß 1 bis auf die Tatsache, dass die Elektronikstromversorgung 3 einen eigenen separaten Netzanschluss mit einem zugeordneten Schalter 15 aufweist, überein. Die Elektronikstromversorgung 3 wird somit aus einer separaten Netzeinspeisung versorgt, was den Nachteil einer zusätzlich notwendigen Schnittstelle des Antriebsgerätes 2 in 2 zur Folge hat. Die in 2 gewählten Bezeichner stimmen mit denen aus 1 überein.

Bei den heutigen handelsüblichen Antriebsgeräten wird die Elektronikstromversorgung somit entweder direkt aus der Leistungsstromversorgung 4 oder aus einer separat schaltbaren Netzeinspeisung (Schalter 15 in 2) abgeleitet. Im ersten Fall kann mit dem Antriebsgerät 2 über das Inbetriebnahme/Diagnosegerät 9 nur kommuniziert werden, wenn die Leistungsstromversorgung 4 mit dem Versorgungsnetz 8 elektrisch leitend verbunden ist. Im zweiten Fall gemäß 2 kann mit dem Antriebsgerät 2 auch kommuniziert werden, wenn die Leistungs stromversorgung 4 abgeschaltet ist. Hierfür ist jedoch ein zweiter Netzanschluss erforderlich, der vor allem bei Geräten kleinerer Leistung ein beträchtlicher Kostenfaktor ist. Außerdem muss bei beiden handelsüblichen Ausführungsformen ein Versorgungsnetz 8 zur Verfügung stehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe einer geeigneten Inbetriebnahme/Diagnose-Schnittstelle eine einfache und kostengünstige Versorgung der Signalelektronik eines Antriebsgerätes mit elektrischer Energie zu ermöglichen, wenn die Elektronikstromversorgung keine Energie vom Versorgungsnetz erhält.

Diese Aufgabe wird für das erfindungsgemäße Antriebsgerät dadurch gelöst, dass das Antriebsgerät eine Inbetriebnahme/Diagnose-Schnittstelle aufweist, wobei die Inbetriebnahme/Diagnose-Schnittstelle elektrische Datenleitungen für einen Datenaustausch und weitere von den Datenleitungen unabhängige elektrische Versorgungsleitungen zur Energieversorgung der Elektronik des Antriebsgerätes aufweist.

Die Erfindung weist unter anderem folgende entscheidende Vorteile auf:

– Eine zweite, getrenntschaltbare Netzeinspeisung für die Elektronikstromversorgung wird überflüssig. Dadurch können die Kosten für Hardware im Antriebsgerät und Verdrahtungsaufwand eingespart werden.
– Antriebsgeräte, bei denen die Elektronikstromversorgung aus der Leistungsstromversorgung abgeleitet wird, können auch bei abgeschalteter Leistungsstromversorgung parametriert und diagnostiziert werden. Dies ist in vielen Anwendungsfällen aus Sicherheitsgründen interessant, da eventuell zusammen mit der Leistungsstromversorgung des Antriebs auch andere Maschinenteile eingeschaltet werden.
– Die Antriebsgeräte können schon parametriert und diagnostiziert werden, wenn die Schaltschrankverdrahtung der Maschine noch nicht komplett ist.
– Im Extremfall können die Geräte auch schon vom Anwender parametriert werden, wenn sie von ihm aus dem Lager genommen werden, noch bevor die Geräte in den Schaltschrank eingebaut werden. Dadurch wird ein Inbetriebnahme-/Diagnosegerät zur Inbetriebnahme am Ort der Maschine überflüssig.
– Wenn die Leistungsstromversorgung ausgefallen ist (z.B. aufgrund einer durchgebrannten Sicherung) kann der Fehler im Antriebsgerät trotzdem diagnostiziert werden.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Inbetriebnahme-/Diagnose-Schnittstelle eine USB-Schnittstelle, eine Fire-Wire-Schnittstelle oder eine Drive-Cliq-Schnittstelle vorgesehen ist. USB-Schnittstellen, Fire-Wire-Schnittstellen oder Drive-Cliq-Schnittstellen stellen in der Technik weitverbreitete Standardschnittstellen dar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein handelsübliches Antriebsgerät mit angeschlossenen Komponenten,
2 ein weiteres handelsübliches Antriebsgerät mit angeschlossenen Komponenten und
3 das erfindungsgemäße Antriebsgerät mit angeschlossenen Komponenten.
In 3 ist in Form eines Blockschaltbildes das erfindungsgemäße Antriebsgerät 2 dargestellt. Das in 3 gezeigte Antriebsgerät 2 und die an das Antriebsgerät 2 angeschlossenen Komponenten sowie die verwendeten Bezeichner stimmen bis auf einen entscheidenden Unterschied mit denen aus 1 überein. Die 3 setzt sich die Inbetriebnahme-/Diagnose- Schnittstelle 13 aus Datenleitungen 12 und davon unabhängigen Versorgungsleitungen 18 zur elektrischen Energieversorgung zusammen, während in dem Antriebsgerät 2 gemäß 1 die Inbetriebnahme-/Diagnose-Schnittstelle 20 lediglich aus Datenleitungen 12 besteht. Die Versorgungsleitungen 18 sind dabei gemäß 3 elektrisch unabhängig von den Datenleitungen 12. Die Datenleitungen 12 dienen für Diagnose und Inbetriebsetzungszwecke des Antriebsgeräts zum Datenaustausch zwischen dem Inbetriebnahme-/Diagnosegerät 9 und dem Antriebsgerät 2, insbesondere der Signalelektronik 5. Das Inbetriebnahme/Diagnosegerät 9 kann dabei z.B. als handelsüblicher Personal Computer bzw. Laptop realisiert sein. Über die Versorgungsleitungen 18 kann die Signalelektronik 5 über die Elektronikstromversorgung 3 unabhängig vom Versorgungsnetz 8 bzw. der Leistungsstromversorgung 4 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Die Energie zum Betrieb der Elektronikstromversorgung 3 für die Signalelektronik 5 wird erfindungsgemäß somit vom Inbetriebnahme-/Diagnosegerät 9 zur Verfügung gestellt. Die Versorgungsleitungen 18 bestehen dabei in der Regel aus zwei Leitungen für den Plus- und den Minuspol.
Als Inbetriebnahme-/Diagnose-Schnittstelle 13 eignen sich hierbei besonders moderne digitale Schnittstellen wie USB (Universal Serial Bus), Fire-Wire (IEEE 1394) oder Drive-Cliq von der Firma Siemens, da diese neben den eigentlichen Datenleitungen 12 auch integrierte Versorgungsleitungen 18 zur Spannungsversorgung besitzen, die zum Betrieb von peripheren Geräten kleinerer Leistung verwendet werden können. Für die Elektronikstromversorgung von Antriebsgeräten ist diese Randbedingung gegeben. Die Versorgung der Signalelektronik von Antriebsgeräten kann dann wahlweise z.B. über einen elektronischen Umschalter gesteuert, entweder aus der Leistungsstromversorgung 4 oder aus der Inbetriebnahme-/Diagnose-Schnittstelle 13 abgeleitet werden.
Die handelsüblich verwendete Inbetriebnahme-/Diagnose-Schnittstelle 20 gemäß 1 ist in der Regel als Profibus-Schnittstelle realisiert, welche außer den Datenleitungen 12 keine zusätzlichen Versorgungsleitungen zur Energieversorgung der Signalelektronik 5 zur Verfügung stellt.
Innerhalb der Stromversorgung 3 kann mit Hilfe eines automatischen elektronischen Umschalters (z.B. mit einem FET) eine Umschaltung der Versorgungsspannung von der Leistungsstromversorgung zu der Versorgung mit elektrischer Energie mittels der Versorgungsleitungen 18 bzw. dem Inbetriebnahme/Diagnosegerät 9 durchgeführt werden, sobald festgestellt wird, dass vom Versorgungsnetz 8 bzw. von der Leistungsstromversorgung 4 keine Versorgungsspannung zur Versorgung der Signalelektronik 5 mehr geliefert wird.
Selbstverständlich kann in 1 und 3 die Elektronikstromversorgung 3 auch unabhängig von der Leistungselektronik 4 realisiert sein. Die Elektronikstromversorgung 3 wird dann parallel zur Leistungselektronik 4 innerhalb des Antriebsgerätes 2 an dass Versorgungsnetz 8 über die eine Netzeinspeisung angeschlossen. Die Elektronikstromversorgung 3 muss aber dann aufwendiger gestaltet werden (z.B. eigener Trenntransformator). Wird die Netzversorgung unterbrochen, so ergibt sich jedoch auch hier die gleiche Problematik einer fehlenden Versorgung der Signalelektronik mit Energie.
Prinzipiell müssen keine getrennten Daten- und Versorgungsleitungen vorhanden sein. Die Daten können z.B. auch auf die Spannungsversorgungsleitung aufmoduliert werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass als Werkzeugmaschinen z.B. ein- oder mehrachsige Dreh-, Fräs-, Bohr- oder Schleifmaschinen zu verstehen sind. Zu den Werkzeugmaschinen werden auch noch Bearbeitungszentren, lineare und rotatorische Transfermaschinen, Lasermaschinen oder Wälz- und Verzahnmaschinen gezählt. Allen gemeinsam ist, dass ein Material bear beitet wird, wobei diese Bearbeitung mehrachsig ausgeführt werden kann. Zu den Produktionsmaschinen werden z.B. Textil-, Kunststoff-, Holz-, Glas-, Keramik- oder Steinbearbeitungsmaschinen gezählt. Maschinen der Umformtechnik bzw. Verpackungs-, Druck- oder Fördertechnik, Pumpentechnik, Lüftertechnik, Hebewerkzeuge sowie Roboter gehören ebenfalls zu den Produktionsmaschinen.

Claims

Antriebsgerät (2) zur Steuerung und/oder Regelung von Antrieben (7) bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgerät (2) eine Inbetriebnahme/Diagnose-Schnittestelle (13) aufweist, wobei die Inbetriebnahme/Diagnose-Schnittstelle (13) elektrische Datenleitungen (12) für einen Datenaustausch und weitere von den Datenleitungen (12) unabhängige elektrische Versorgungsleitungen (18) zur Energieversorgung der Signalelektronik (5) des Antriebsgerätes (2) aufweist.
Antriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Inbetriebnahme/Diagnose-Schnittstelle (13) eine USB-Schnittstelle, eine Fire-Wire-Schnittstelle oder eine Drive-Cliq-Schnittstelle vorgesehen ist.