DE102018103743A1 - Method for monitoring and controlling an automation component system - Google Patents

Method for monitoring and controlling an automation component system Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Automationskomponentensystems, insbesondere eines Greif- oder Spannsystems, mittels einer Steuerungseinrichtung, die eine Signalanalyseeinheit aufweist, wobei Signale, insbesondere elektrische Signale, erfasst und ausgewertet werden, und darauf basierend eine Diagnose des Systemzustands des Automationskomponentensystems und/oder wobei eine Diagnose und Bewertung des Einbauzustands des Automationskomponentensystems vorgenommen wird.Method for monitoring and controlling an automation component system, in particular a gripping or clamping system, by means of a control device having a signal analysis unit, wherein signals, in particular electrical signals, detected and evaluated, and based on a diagnosis of the system state of the automation component system and / or one Diagnosis and evaluation of the installation state of the automation component system is made.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Automationskomponentensystems. Die Erfindung betrifft ferner ein dazugehöriges Softwareprogramm, eine dazugehörige Steuerungseinrichtung, ein dazugehöriges Automationskomponentensystem und eine dazugehörige Handhabungseinheit.The invention relates to a method for monitoring and controlling an automation component system. The invention further relates to an associated software program, an associated control device, an associated automation component system and an associated handling unit.

Bekannte Automationskomponentensysteme, wie beispielsweise Greif- oder Spannsysteme, sind insbesondere Endeffektoren, die als Aktoren am Ende einer kinematischen Kette (z.B. als Anbauwerkzeuge an einer Handhabungseinheit, wie beispielweise einem Roboter) eingesetzt und in der Regel zum Öffnen oder Schließen bzw. zur Greift- oder Spannkrafterzeugung und Werkstückhandhabung pneumatisch über Kolbenhübe oder mechatronisch mittels elektromotorischer Antriebskomponenten angesteuert werden. Sie weisen entweder keine eigene Steuerung oder allenfalls Komponenten zur Ansteuerung der relevanten Funktionsbaugruppen (z.B. der dazugehörigen Motoren) auf.Known automation component systems, such as gripping or clamping systems, in particular end effectors used as actuators at the end of a kinematic chain (eg as attachments to a handling unit, such as a robot) and usually to open or close or to grasp or Clamping force generation and workpiece handling are controlled pneumatically via piston strokes or mechatronically by means of electric motor drive components. They either have no own control or possibly components for controlling the relevant function modules (for example the associated motors).

Derartige Automationskomponentensysteme stellen reine Aktoren dar. Integrierte Sensoren werden allenfalls zur Wegmessung, Greifpositions- oder Endlagenerkennung eingesetzt. Die in Automationskomponenten eingesetzten Steuerungseinrichtungen setzen Steuerkommandos übergeordneter Einheiten (z.B. der Robotersteuerung) über unidirektionale Schnittstellen um und sorgen für ein kontrolliertes Greifen, Öffnen oder Schließen. Sie eröffnen im Allgemeinen nur eine eingeschränkte Möglichkeit der Parameteranpassung und weisen keine bzw. nur eine eingeschränkte Sensitivität auf.Such automation component systems represent pure actuators. Integrated sensors are used at best for position measurement, gripping position or end position detection. The controllers used in automation components convert control commands of higher-level units (e.g., the robot controller) via unidirectional interfaces and provide controlled gripping, opening, or closing. They generally open only a limited possibility of parameter adaptation and have no or only a limited sensitivity.

Eine aktive Überwachung von Automationskomponentensystemen oder von deren Einbausituation, eine Überprüfung der Signalgüte von Ansteuerung und externer Kommunikation mit der Anlagensteuerung ist bei Automationskomponentensystemen im Stand der Technik nicht vorhanden.An active monitoring of automation component systems or their installation situation, a check of the signal quality of control and external communication with the plant control is not present in automation component systems in the prior art.

Eine selbsttätige Anmeldung und Identifikation der Automationskomponentensysteme, eine fortlaufende Überwachung der Signalübertragung, eine kontinuierliche Signalanalyse und eine Bewertung bzw. Diagnose der System- und der Anschlussstabilität finden nicht statt.Automatic registration and identification of the automation component systems, continuous monitoring of the signal transmission, continuous signal analysis and a rating or diagnosis of the system and the connection stability do not take place.

Ebenso ist kein gezieltes, von den Automationskomponentensystemen ausgehendes aktives Senden und Auswerten von Testsignalen in bisherigen Automationskomponentensystemen bekannt. Und zwar weder im Zeit- noch im Frequenzbereich. In einem Automationskomponentensystem aufgenommene Messdaten werden nicht verarbeitet, um darauf beispielweise Diagnosefähigkeiten über entsprechende Analysealgorithmen aufzusetzen.Likewise, there is no known active transmission and evaluation of test signals in existing automation component systems that originates from the automation component systems. And neither in the time nor in the frequency domain. Measurement data recorded in an automation component system are not processed in order to set up, for example, diagnostic capabilities using corresponding analysis algorithms.

Auch Handhabungseinheiten, wie beispielsweise Roboter, Linear- oder Schwenkeinheiten oder sonstige Portalsysteme, steuern daran angeordnete Automationskomponentensystemen über Signale aus übergeordneten Steuersystemen direkt an. Ein bidirektionaler Signalaustausch mit Auswertung der Steuersignale im Regelbetrieb oder der Einsatz von Testsignalsequenzen im Diagnosebetrieb findet nicht statt.Handling units, such as robots, linear or pivot units or other gantry systems, directly control automation component systems arranged thereon via signals from higher-level control systems. A bidirectional signal exchange with evaluation of the control signals in control mode or the use of test signal sequences in diagnostic mode does not take place.

Ferner findet keine Identifikation der Automationskomponentensysteme oder eine Bewertung ihrer Anschlusssituation statt. Die Anschlusssituation umfasst hierbei die Bewertung des Einbauumfelds, die Selbstdiagnose des Systemzustands, die Bewertung der Güte der Steuersignale und der Versorgungsanschlüsse sowie die Identifikation und Bewertung der genutzten Übertragungsprotokolle.Furthermore, no identification of the automation component systems or an assessment of their connection situation takes place. The connection situation includes the evaluation of the installation environment, the self-diagnosis of the system status, the evaluation of the quality of the control signals and the supply connections as well as the identification and evaluation of the transmission protocols used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den genannten Nachteilen des Standes der Technik abzuhelfen.The invention is therefore based on the object to remedy the disadvantages of the prior art.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Es wird folglich ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Automationskomponentensystems, insbesondere eines Greif- oder Spannsystems, vorgeschlagen. Dabei werden mittels einer Steuerungseinrichtung, die eine Signalanalyseeinheit aufweist, Signale, insbesondere elektrische Signale, erfasst bzw. ermittelt und ausgewertet. Darauf basierend wird eine Diagnose des Systemzustands des Automationskomponentensystems vorgenommen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Diagnose und Bewertung des Einbauzustands des Automationskomponentensystems vorgenommen werden.Accordingly, a method is proposed for monitoring and controlling an automation component system, in particular a gripping or clamping system. In this case, by means of a control device which has a signal analysis unit, signals, in particular electrical signals, are detected or determined and evaluated. Based on this, a diagnosis of the system state of the automation component system is made. Alternatively or additionally, a diagnosis and evaluation of the installation state of the automation component system can be made.

Die Steuerungseinrichtung kann dabei innerhalb oder außerhalb des Automationskomponentensystems angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung im oder am Automationskomponentensystem angeordnet, sodass diese beim Anordnen des Automationskomponentensystems an einer Handhabungseinheit unmittelbar mit angeordnet wird. Die Signalanalyseeinheit kann insbesondere zur Erfassung bzw. Ermittlung von elektrischen Signalen ausgebildet sein. Dabei können beispielweise Signale hinsichtlich der elektrischen Stromversorgung des Automationskomponentensystems erfasst bzw. ermitteln werden.The control device can be arranged inside or outside the automation component system. The control device is preferably arranged in or on the automation component system so that it is arranged directly on a handling unit when the automation component system is arranged. The signal analysis unit can be designed in particular for the detection or determination of electrical signals. In this case, for example, signals relating to the electrical power supply of the automation component system can be detected or determined.

Bekannte Automationskomponentensysteme werden folglich nunmehr erfindungsgemäß mit einer Steuerungseinrichtung versehen, die eine Selbstdiagnose des Systemzustands und/oder eine Diagnose und Bewertung des Einbauzustands vornimmt.Known automation component systems are therefore now provided according to the invention with a control device having a Self-diagnosis of the system state and / or a diagnosis and evaluation of the installation state makes.

Dabei kann das Automationskomponentensystem selbst bzw. dessen Einbausituation durch ein fortlaufendes Monitoring von Signalen im laufenden Betrieb zeitweise oder ständig überwacht werden. Weiterhin kann in einem Prüfbetrieb beispielsweise durch ein Aussenden von Testsignalen bei gleichzeitiger Analyse und Bewertung des Signalverlaufs eine derartige Überwachung bereitgestellt werden. Dabei können Diagnoseansätze im Zeit- und/oder Frequenzbereich der gemessenen Signale sowie statistische Analysemethoden zum Einsatz kommen.In this case, the automation component system itself or its installation situation can be monitored temporarily or continuously by continuous monitoring of signals during operation. Furthermore, such monitoring can be provided in a test mode, for example by emitting test signals with simultaneous analysis and evaluation of the signal profile. In this case, diagnostic approaches in the time and / or frequency range of the measured signals as well as statistical analysis methods can be used.

Über die Klassifikation der Signalverläufe kann eine selbsttätige Identifikation der genutzten Kommunikationsprotokolle erfolgen. Initialisierungs- und Identifikationsinformationen können ausgetauscht werden, um ein möglichst autonomes Inbetriebnehmen von Automationskomponentensystemen im Sinne eines „Plug & Work“ zu ermöglichen. Beispielsweise ist ein jedenfalls weitgehend autonomes Anordnen eines Automationskomponentensystems, beispielsweise eines Greifsystems, an einer Handhabungseinheit, wie beispielweise einem Roboter, denkbar.By means of the classification of the signal profiles, an automatic identification of the communication protocols used can take place. Initialization and identification information can be exchanged to allow the most autonomous commissioning of automation component systems in the sense of a "Plug & Work". For example, a largely autonomous arrangement of an automation component system, for example a gripping system, on a handling unit, such as a robot, is conceivable, for example.

Die Steuerungseinrichtung kann in unmittelbare Interaktion mit allen oder jedenfalls einigen Elementen der kinematischen Kette treten. Als kinematische Kette wird vorliegend ein System angesehen, welches eine Handhabungseinheit und ein daran angeordnetes Automationskomponentensystem umfasst. Dabei können bidirektionale Kommunikationspfade aufgebaut werden. Weiterhin können Testsignale genutzt und deren Signalverläufe aktiv analysiert werden, um zentrale Informationen über das Automationskomponentensystem und/oder dessen unmittelbare Einbausituation zu gewinnen.The controller may interact directly with all or at least some elements of the kinematic chain. In the present case, a kinematic chain is considered to be a system which comprises a handling unit and an automation component system arranged thereon. In this case, bidirectional communication paths can be established. Furthermore, test signals can be used and their waveforms actively analyzed to gain central information about the automation component system and / or its immediate installation situation.

Zusätzlich zur Eigendiagnose des Automationskomponentensystems und seines Einbauumfelds eröffnet das Verfahren die Möglichkeit, den voraussichtlichen Wartungsbedarf und/oder Wartungszeitungspunkt abzuschätzen. Diese Prognoseinformationen kann sie an andere mit dem Automationskomponentensystem vernetzte oder an das Automationskomponentensystem angeschlossene Systeme (beispielsweise das Steuerungssystem der Handhabungseinheit) weiterleiten. So kann sich das Automationskomponentensystem selbst an die Einbausituation oder an sich verändernde Einbausituationen anpassen und mögliche Fehlfunktionen kompensieren oder ausschließen.In addition to the self-diagnosis of the automation component system and its installation environment, the method provides the ability to estimate the anticipated maintenance and / or service point. This forecast information can be forwarded to other systems networked with the automation component system or to the automation component system (for example, the control system of the handling unit). Thus, the automation component system can adapt itself to the installation situation or to changing installation situations and compensate or exclude possible malfunctions.

Insgesamt kann erfindungsgemäß eine aktive Überwachung eines Automationskomponentensystems und/oder dessen Einbausituation bereitgestellt werden. Dabei kann eine Überprüfung der Signalgüte von Ansteuerung und/oder externer Kommunikation mit einer Steuerungseinheit einer Handhabungseinheit, an der das Automationskomponentensystem angeordnet ist, bereitgestellt werden. Ferner kann eine selbsttätige Anmeldung und Identifikation des Automationskomponentensystems, eine fortlaufende Überwachung der Signalübertragung, eine kontinuierliche Signalanalyse und eine Bewertung bzw. Diagnose der System- und der Anschlussstabilität stattfinden.Overall, an active monitoring of an automation component system and / or its installation situation can be provided according to the invention. In this case, a check of the signal quality of control and / or external communication with a control unit of a handling unit on which the automation component system is arranged can be provided. Furthermore, automatic log-on and identification of the automation component system, continuous monitoring of signal transmission, continuous signal analysis, and system or port stability assessment can take place.

Ferner kann ein aktives Senden und Auswerten von Testsignalen vorgesehen sein. Dabei können im Automationskomponentensystem aufgenommene Messdaten verarbeitet werden, um daraufhin beispielweise Diagnosefähigkeiten über entsprechende Analysealgorithmen aufzusetzen. Weiterhin kann ein bidirektionaler Signalaustausch mit Auswertung der Steuersignale im Regelbetrieb oder der Einsatz von Testsignalsequenzen im Diagnosebetrieb zwischen der Steuerungseinheit des Automationskomponentensystems und einer Steuerungseinheit einer Handhabungseinheit, an der das Automationskomponentensystem angeordnet ist, stattfinden.Furthermore, an active transmission and evaluation of test signals can be provided. In this case, measured data recorded in the automation component system can be processed, in order then to set up, for example, diagnostic capabilities via corresponding analysis algorithms. Furthermore, a bidirectional signal exchange with evaluation of the control signals in control mode or the use of test signal sequences in the diagnostic mode between the control unit of the automation component system and a control unit of a handling unit, on which the automation component system is arranged take place.

Schließlich kann eine Identifikation des Automationskomponentensystems und eine Bewertung seiner Anschlusssituation durchgeführt werden. Letztere umfasst die Bewertung des Einbauumfelds, die Selbstdiagnose des Systemzustands, die Bewertung der Güte der Steuersignale und der Versorgungsanschlüsse sowie die Identifikation und Bewertung der genutzten Übertragungsprotokolle durch die Steuerungseinrichtung des Automationskomponentensystems.Finally, an identification of the automation component system and an assessment of its connection situation can be carried out. The latter includes the evaluation of the installation environment, the self-diagnosis of the system state, the evaluation of the quality of the control signals and the supply connections and the identification and evaluation of the transmission protocols used by the controller of the automation component system.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Signalverläufe und/oder deren Güte während der Inbetriebnahme und/oder des Betriebs gemessen und bewertet werden, um allgemeine Betriebszustände und/oder Zustände des Automationskomponentensystems und/oder dessen Anschluss an weitere elektrische, elektronische oder informationstechnische Systeme (beispielsweise das Steuerungssystem der Handhabungseinheit) im Betrieb abzuleiten sowie insbesondere darauf basierend die Funktion des Automationskomponentensystems und/oder der daran angeschlossenen Systeme zu diagnostizieren.An advantageous development of the invention provides that signal characteristics and / or their quality during commissioning and / or operation are measured and evaluated to general operating conditions and / or states of the automation component system and / or its connection to other electrical, electronic or information technology systems (For example, the control system of the handling unit) deduce in operation and in particular based on the function of the automation component system and / or the systems connected to diagnose.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Testsignalsequenzen erzeugt und die Systemantworten auf die so erzeugten Prüfsignale gemessen und bewertet werden, insbesondere zur Ermittlung des systemischen Verhaltens der Regelstrecke mittels Sprung-, Rampen- oder Frequenzantworten. Die Testsignalsequenzen können dabei entweder nur systemintern oder auch auf den Übertragungs- und Signalpfaden der gesamten kinematischen Wirkkette erzeugt bzw. übertragen werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that test signal sequences are generated and the system responses to the test signals thus generated are measured and evaluated, in particular for determining the systemic behavior of the controlled system by means of jump, ramp or frequency responses. The test signal sequences can either only system-internal or on the transmission and signal paths of the entire kinematic chain of action generated or transmitted.

Vorteilhaft ist auch, wenn Betriebssignalverläufe im Betrieb im Zeitbereich oder nach einer Transformation im Frequenzbereich analysiert und bewertet werden. Zusätzlich oder alternativ können Systemreaktionen auf Prüfsignale im Zeitbereich oder nach einer Transformation im Frequenzbereich analysiert und bewertet werden. Betriebssignalverläufe sind dabei die Signalverläufe während des Betriebs des Automationskomponentensystems.It is also advantageous if operating signal profiles are analyzed and evaluated during operation in the time domain or after a transformation in the frequency domain. Additionally or alternatively, system responses to test signals in the time domain or after a frequency domain transformation can be analyzed and evaluated. Operating waveforms are the waveforms during operation of the automation component system.

Besonders bevorzugt ist, wenn im Zeitbereich aufgenommene Signalverläufe oder Systemreaktionen auf Prüfsignale auf Latenz- oder Verzögerungszeiten und/oder auf Phasen- oder Laufzeitdifferenzen hin analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass im Zeitbereich aufgenommene Signalverläufe oder Systemreaktionen auf Prüfsignale mittels statistischer Methoden analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden. Dabei kann insbesondere die Bestimmung eines Mittelwerts, der Streuung und/oder eine gleitende Mittelwertberechnung vorgesehen sein.It is particularly preferred if signal waveforms or system responses recorded in the time domain are analyzed for test signals for latency or delay times and / or for phase or runtime differences and used for condition evaluation. Additionally or alternatively, it is conceivable that waveforms or system responses recorded in the time domain are analyzed for test signals by means of statistical methods and used for state evaluation. In particular, the determination of an average, the scattering and / or a moving average calculation can be provided.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn im Zeit- und/oder Frequenzbereich Trends, insbesondere Drifts und/oder Veränderungen von Zeitkonstanten und/oder anderer Kenngrößen, analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden.It is particularly preferred if in the time and / or frequency domain trends, in particular drifts and / or changes in time constants and / or other parameters, are analyzed and used for condition evaluation.

Besonders bevorzugt ist weiter, wenn Signalamplituden, Dämpfungswerte, Pegelniveaus, Störabstände oder Signal-Rauschleistungsverhältnisse analysiert und diese zur Zustandsbewertung verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können reflektierte oder gestreute Signalverläufe analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können Signalanstiegs- und -abfallsverläufe sowie daraus ermittelte Kenngrößen, insbesondere charakteristische Zeitkonstanten analysiert und diese zur Zustandsbewertung verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können in ihrer spektralen Zusammensetzung veränderliche Signale, insbesondere Frequenzen oder Sweeps, und die Systemreaktion auf diese Prüfsignale analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden.Particularly preferred is further when signal amplitudes, attenuation values, level levels, noise margins or signal-to-noise power ratios are analyzed and these are used for state evaluation. Additionally or alternatively, reflected or scattered waveforms may be analyzed and used for condition assessment. Additionally or alternatively, signal rise and fall curves as well as parameters determined therefrom, in particular characteristic time constants, can be analyzed and used for state evaluation. Additionally or alternatively, in their spectral composition, variable signals, in particular frequencies or sweeps, and the system response to these test signals can be analyzed and used for state evaluation.

Vorteilhafterweise können die Signalverläufe, deren Güte und daraus abgeleitete Zustandsmerkmale ausgewertet und zur vorausschauenden Prognose von Systemfunktion, Wartungs-, Erneuerungsbedarf und Einsatzreichweite verwendet werden. Vorzugsweise weist die Steuerungseinrichtung ein oder mehrere Sensorsysteme und signalverarbeitende Systeme auf, welche eine Korrelationsanalyse zur Zustandsbewertung verwenden.Advantageously, the signal characteristics, their quality and state characteristics derived therefrom can be evaluated and used for the predictive prediction of system function, maintenance, renewal requirements and deployment range. The control device preferably has one or more sensor systems and signal processing systems which use a correlation analysis for condition evaluation.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich daraus, dass durch eine Analyse der Signalverläufe eine automatische Identifikation der anliegenden Protokollformate und Kommunikationsstandards erreicht wird, insbesondere durch Verfahrensklassifikation, Paketlängenanalyse oder mittels statistischer Methoden.A particularly preferred development of the invention results from the fact that an automatic identification of the attached protocol formats and communication standards is achieved by an analysis of the signal profiles, in particular by method classification, packet length analysis or by statistical methods.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Signalanalyse zur Erkennung von Anomalien erfolgt, insbesondere von Rauschen, Pegelschwankungen, Signalabbrüchen, unerwarteten Steuerbefehlen und/oder Zugriffen auf Übertragungs- und Signalpfade einer kinematischen Wirkkette. Zusätzlich oder alternativ kann eine Signalanalyse zur Bewertung von Übertragungsfehlern(vgl. Augendiagramm) erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Signalanalyse zur Ermittlung der Pegelstabilität und Gütebewertung relevanter Signal- und/oder Erdpotentiale und/oder zur Bewertung des Einbauzustands und/oder der Anschlussgüte verwendet werden.A particularly preferred embodiment of the invention provides that a signal analysis for detecting anomalies takes place, in particular of noise, level fluctuations, signal aborts, unexpected control commands and / or accesses to transmission and signal paths of a kinematic chain of action. Additionally or alternatively, a signal analysis for the evaluation of transmission errors (see eye diagram) take place. Additionally or alternatively, a signal analysis for determining the level stability and quality evaluation of relevant signal and / or ground potentials and / or for evaluating the installed state and / or the connection quality can be used.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn eine Signalanalyse zur Ermittlung der Kontaktwiderstände sowie deren Langzeitstabilität zur Bewertung des Einbauzustands und/oder der Anschlussgüte verwendet wird. Zusätzlich oder alternativ kann eine Signalanalyse zur vollständigen und korrekten Anschlussbelegung verwendet werden und/oder kann deren Langzeitstabilität zur Bewertung des Einbauzustands und der Anschlussgüte verwendet werden.In this case, it is particularly preferred if a signal analysis for determining the contact resistances and their long-term stability is used to evaluate the installed state and / or the connection quality. Additionally or alternatively, a signal analysis for complete and correct pin assignment can be used and / or their long-term stability can be used to evaluate the installed state and the connection quality.

Vorteilhafterweise wird eine Analyse auftretender Leckströme und/oder eines möglichen Übersprechens zur Bewertung des Einbauzustands und der Anschlussgüte verwendet. Zusätzlich oder alternativ kann eine Analyse der Güte von Abschirmung und Anschlusskabelkontaktierung zur Bewertung des Einbauzustands und der Anschlussgüte verwendet werden.Advantageously, an analysis of occurring leakage currents and / or a possible crosstalk is used to evaluate the installed state and the connection quality. Additionally or alternatively, an analysis of the quality of shielding and lead termination may be used to assess the installed condition and the termination quality.

Vorzugsweise erfolgt ein unmittelbarer Informationsaustausch zwischen den an der Steuerung einer kinematischen Wirkkette beteiligten Komponenten und/oder Steuerungseinrichtungen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Identifikation der an der Steuerung einer kinematischen Wirkkette beteiligten Komponenten und/oder Steuerungseinrichtungen erfolgen, um insbesondere eine möglichst unmittelbare Inbetriebnahme und eine reibungsarme Interaktion im Dauerbetrieb zu erzielen. Dadurch kann ein sogenanntes „Plug & Produce“ erzielt werden.Preferably, there is a direct exchange of information between the components involved in the control of a kinematic chain of action and / or control devices. Additionally or alternatively, an identification of the components and / or control devices involved in the control of a kinematic chain of action can take place in order to achieve, in particular, an as immediate as possible startup and a low-friction interaction in continuous operation. As a result, a so-called "Plug & Produce" can be achieved.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Softwareprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Steuerungseinrichtung diese veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Ein solches Softwareprogramm kann auf vergleichsweise einfache Art und Weise implementiert werden.The object stated at the outset is also achieved by a software program comprising instructions which, when the program is executed by a control device, cause it to carry out the method according to the invention. Such Software program can be implemented in a relatively simple way.

Ferner wird die eingangs gestellte Aufgabe auch gelöst durch eine Steuerungseinrichtung umfassend ein erfindungsgemäßes Softwareprogramm. Die Steuerungseinrichtung kann innerhalb oder außerhalb des Automationskomponentensystems angeordnet sein. Bevorzugt ist eine Anordnung innerhalb des Automationskomponentensystems.Furthermore, the object set out above is also achieved by a control device comprising a software program according to the invention. The control device can be arranged inside or outside the automation component system. An arrangement within the automation component system is preferred.

Weiterhin wird die eingangs gestellte Aufgabe auch gelöst durch, ein Automationskomponentensystem, insbesondere ein Greif- oder Spannsystem, umfassend ein erfindungsgemäßes Softwareprogramm. Zusätzlich oder alternativ kann das Automationskomponentensystem eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung aufweisen.Furthermore, the object stated at the outset is also achieved by an automation component system, in particular a gripping or clamping system, comprising a software program according to the invention. Additionally or alternatively, the automation component system may have a control device according to the invention.

Schließlich wird die eingangs gestellte Aufgabe auch gelöst durch eine Handhabungseinheit, insbesondere einen Roboter oder eine Linear- oder Schwenkeinheit, umfassend ein erfindungsgemäßes Automationskomponentensystem. Dabei kann insbesondere eine bi-direktionale Interaktion zwischen einer Steuerungseinrichtung der Handhabungseinheit und der Steuerungseinrichtung des Automationskomponentensystems stattfinden.Finally, the object stated at the outset is also achieved by a handling unit, in particular a robot or a linear or pivoting unit, comprising an automation component system according to the invention. In particular, a bi-directional interaction between a control device of the handling unit and the control device of the automation component system can take place.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Perspektivansicht einer Handhabungseinheit mit daran angeordnetem Automationskomponentensystem gemäß einer Ausführungsform.
Further details and advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description, with reference to which the embodiment of the invention shown in the figures is described and explained in more detail. Show it:
  • 1 a schematic perspective view of a handling unit with arranged thereon automation component system according to an embodiment.

1 zeigt ein Automationskomponentensystem 2, welches als Greifsystem ausgebildet ist. Das Greifsystem 2 umfasst ein Grundgehäuse 4 sowie zwei aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegliche Greifbacken 6, 8, welche am Grundgehäuse 4 beweglich angeordnet sind. Die Greifbacken 6, 8 sind beispielsweise mittels eines im Grundgehäuse 4 vorgesehenen, von einem Elektromotor antreibbaren Getriebes bewegbar. An den Greiferbacken 6, 8 ist jeweils ein Greiffinger 10, 12 lösbar angeordnet. Mit den Greiffingern 10, 12 können Gegenstände gegriffen werden. Das Greifsystem 2 ist über eine Kupplung 14 an einer Handhabungseinheit 16 lösbar angeordnet, wobei die Handhabungseinheit 16 vorliegend als Roboter mit einem mehrgelenkigen Roboterarm 18 ausgebildet ist. Die Handhabungseinheit 16 stellt zusammen mit dem Automationskomponentensystem 2 eine kinematische Wirkkette dar. Das Greifsystem 2 umfasst eine im Grundgehäuse 4 angeordnete Steuerungseinrichtung 20, welche eine Signalanalyseeinheit 22 aufweist. Die Steuerungseinheit 20 dient zur Steuerung des Greifsystems 2. Der Roboter 16 weist ebenfalls eine Steuerungseinrichtung 24 auf. Diese dient zur Steuerung des Roboters 16, insbesondere zur Steuerung der Bewegung des Roboterarms 18 im Raum. 1 shows an automation component system 2 , which is designed as a gripping system. The gripping system 2 includes a basic housing 4 and two gripping jaws movable towards and away from each other 6 . 8th , which at the basic housing 4 are movably arranged. The gripping jaws 6 . 8th are for example by means of a basic housing 4 provided, driven by an electric motor gear movable. At the gripper jaws 6 . 8th is each a gripping finger 10 . 12 detachably arranged. With the grasping fingers 10 . 12 objects can be grasped. The gripping system 2 is about a clutch 14 on a handling unit 16 detachably arranged, wherein the handling unit 16 present as a robot with a multi-jointed robot arm 18 is trained. The handling unit 16 puts together with the automation component system 2 a kinematic chain of action. The gripping system 2 includes one in the main body 4 arranged control device 20 which is a signal analysis unit 22 having. The control unit 20 serves to control the gripping system 2 , The robot 16 also has a control device 24 on. This is used to control the robot 16 in particular for controlling the movement of the robot arm 18 in the room.

Wenn das Greifsystem 2 am Roboter 16 angekuppelt wird, so findet auch eine Kontaktierung von elektrischen Stromanschlüssen statt, da das Greifsystem 2 mit Strom versorgt wird, wobei Stromleitungen durch den Roboterarm 18 laufen. Sobald das Greifsystem 2 am Roboter 16 angeordnet ist, führt die Steuerungseinrichtung eine Analyse des Einbauzustands bzw. der Anschlussstabilität durch. Dabei können mittels der Signalanalyseeinheit 22 insbesondere elektrische Signale ausgewertet werden. Dadurch kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein Massekontakt ausreichend geschlossen, ob alle Anschlüsse vollständig und korrekt belegt sind, ob der Zuleitungswiderstand zu hoch ist, ob ein Pin gebrochen ist oder beispielsweise ob eine Störfrequenz im Umfeldnetz vorhanden ist. Weiterhin könnte ein zu langes Kabel (Impuls reinsendender Frequenzantwort) detektiert werden. Diese genannten typischen Umfeldfehler können dabei nicht nur nach dem Anschluss des Greifsystems 2 an den Roboter 16 diagnostiziert werden, sondern auch im weiteren Betrieb des Greifsystems 2, um den Einbauzustand und die Anschlussgüte kontinuierlich oder zumindest in gewissen Zeitabständen zu überprüfen.If the gripping system 2 on the robot 16 is coupled, so is also a contacting of electrical power connections instead, since the gripping system 2 is powered, with power lines through the robotic arm 18 to run. Once the gripping system 2 on the robot 16 is arranged, the controller performs an analysis of the installation state or the connection stability. In this case, by means of the signal analysis unit 22 In particular, electrical signals are evaluated. As a result, it can be determined, for example, whether a ground contact is sufficiently closed, whether all connections are completely and correctly occupied, if the supply line resistance is too high, if a pin is broken or, for example, if an interference frequency is present in the surrounding network. Furthermore, a too long cable (pulse reinsendender frequency response) could be detected. These mentioned typical environment errors can not only after the connection of the gripping system 2 to the robot 16 be diagnosed, but also in the further operation of the gripping system 2 to check the installation condition and the connection quality continuously or at least at certain intervals.

Ferner kann nach dem Ankuppeln eine Identifikation der an der Steuerung der kinematischen Wirkkette beteiligten Komponenten und/oder Steuereinheiten 20, 24 erfolgen, um eine autonome Inbetriebnahme (Plug & Work) oder jedenfalls eine nahezu autonome Inbetriebnahme zu gewährleisten. Die Kommunikation zwischen den Steuerungseinrichtungen 20 und 24 kann hierbei kabellos oder kabelgebunden stattfinden. Hierzu kann die Steuerungseinheit 20 insbesondere die Steuerungseinheit 24 identifizieren und im weiteren Betriebsverlauf Informationen bi-direktional austauschen.Furthermore, after coupling, an identification of the components and / or control units involved in the control of the kinematic chain of action can be provided 20 . 24 to ensure autonomous commissioning (Plug & Work) or at least an almost autonomous commissioning. The communication between the control devices 20 and 24 can be wireless or wired. For this purpose, the control unit 20 in particular the control unit 24 identify and exchange information bi-directionally as the business progresses.

Die Signalanalyseeinheit 22 kann hierbei einerseits elektrische Steuersignale im Regelbetrieb erfassen bzw. ermitteln. Denkbar ist andererseits auch der Einsatz von Testsignalsequenzen in einem Diagnosebetrieb. Dieser Diagnosebetrieb kann beispielsweise in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden.The signal analysis unit 22 In this case, on the one hand, it is possible to detect or ascertain electrical control signals in control mode. On the other hand, the use of test signal sequences in a diagnostic mode is also conceivable. This diagnostic operation can be performed, for example, at regular intervals.

Durch Auswertung von Signalverläufen mittels der Steuerungseinrichtung 20 kann zudem eine Prognose eines voraussichtlichen Wartungs- bzw. Erneuerungsbedarfs abgegeben werden.By evaluation of signal curves by means of the control device 20 In addition, a forecast of an anticipated maintenance or renewal requirement can be submitted.

Sobald von der Steuerungseinrichtung 20 beispielsweise eine Störung (z.B. falsche Anschlussbelegung) oder ein Wartungsbedarf diagnostiziert wurde, kann die Steuerungseinrichtung 20 Meldesignale, wie beispielsweise Fehlercodes, ausgeben. Diese Fehlercodes können insbesondere klassifiziert sein, so dass jedenfalls eine Vorklassifizierung des Fehlers vorhanden ist.Once from the controller 20 For example, a fault (eg incorrect pin assignment) or a need for maintenance has been diagnosed, the control device 20 Output message signals, such as error codes. In particular, these error codes can be classified, so that in any case a pre-classification of the error is present.

Insgesamt kann mit der Steuereinrichtung 20 eine aktive Unterstützung bei der Inbetriebnahme des Greifsystems 2 am Roboter 16 geleistet werden. Weiterhin kann eine aktive Überwachung des Greifsystems 2 bzw. deren Einbausituation durchgeführt werden. Ferner kann eine Überprüfung der Signalgüte von Ansteuerung und externer Kommunikation mit beispielsweise der Steuerungseinrichtung 24 des Roboters 16 bereitgestellt werden.Overall, with the control device 20 an active support during commissioning of the gripping system 2 on the robot 16 be made. Furthermore, an active monitoring of the gripping system 2 or their installation situation are carried out. Furthermore, a check of the signal quality of control and external communication with, for example, the control device 24 of the robot 16 to be provided.

Claims (17)

Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Automationskomponentensystems (2), insbesondere eines Greif- oder Spannsystems, mittels einer Steuerungseinrichtung (20), die eine Signalanalyseeinheit (22) aufweist, wobei Signale, insbesondere elektrische Signale, erfasst und ausgewertet werden, und wobei darauf basierend eine Diagnose des Systemzustands des Automationskomponentensystems (2) und/oder eine Diagnose und Bewertung des Einbauzustands des Automationskomponentensystems (2) vorgenommen wird.Method for monitoring and controlling an automation component system (2), in particular a gripping or clamping system, by means of a control device (20) having a signal analysis unit (22), wherein signals, in particular electrical signals, are detected and evaluated, and based thereon Diagnosis of the system state of the automation component system (2) and / or a diagnosis and evaluation of the installation state of the automation component system (2) is made. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Signalverläufe und/oder deren Güte während der Inbetriebnahme und/oder des Betriebs gemessen und bewertet werden, um allgemeine Betriebszustände und/oder Zustände des Automationskomponentensystems (2) und/oder dessen Anschluss an weitere elektrische, elektronische oder informationstechnische Systeme im Betrieb abzuleiten sowie insbesondere darauf basierend die Funktion des Automationskomponentensystems (2) und/oder der daran angeschlossenen Systeme zu diagnostizieren.Method according to Claim 1 wherein signal curves and / or their quality are measured and evaluated during commissioning and / or operation in order to derive general operating states and / or states of the automation component system (2) and / or its connection to other electrical, electronic or information technology systems during operation, and in particular, based on this, to diagnose the function of the automation component system (2) and / or the systems connected thereto. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Testsignalsequenzen erzeugt und die Systemantworten auf diese Prüfsignale gemessen und bewertet werden, insbesondere zur Ermittlung des systemischen Verhaltens der Regelstrecke mittels Sprung-, Rampen- oder Frequenzantworten.Method according to one of the preceding claims, wherein test signal sequences are generated and the system responses to these test signals are measured and evaluated, in particular for determining the systemic behavior of the controlled system by means of jump, ramp or frequency responses. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Betriebssignalverläufe im Betrieb und/oder Systemreaktionen auf Prüfsignale im Zeitbereich oder nach einer Transformation im Frequenzbereich analysiert und bewertet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein operating waveforms during operation and / or system responses to test signals in the time domain or after a transformation in the frequency domain are analyzed and evaluated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Zeitbereich aufgenommene Signalverläufe oder Systemreaktionen auf Prüfsignale auf Latenz- oder Verzögerungszeiten und/oder auf Phasen- oder Laufzeitdifferenzen hin analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden und/oder dass im Zeitbereich aufgenommene Signalverläufe oder Systemreaktionen auf Prüfsignale mittels statistischer Methoden analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein signal waveforms or system responses recorded in the time domain are analyzed for test signals for latency or delay times and / or for phase or runtime differences and used for condition evaluation and / or in the time domain recorded waveforms or system responses to test signals by means of statistical Methods are analyzed and used for condition assessment. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Zeit- und/oder Frequenzbereich Trends, insbesondere Drifts und/oder Veränderungen von Zeitkonstanten, analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein in the time and / or frequency domain trends, in particular drifts and / or changes of time constants, analyzed and used for condition assessment. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Signalamplituden, Dämpfungswerte, Pegelniveaus, Störabstände oder Signal-Rauschleistungsverhältnisse analysiert und diese zur Zustandsbewertung verwendet werden und/oder dass reflektierte oder gestreute Signalverläufe analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden und/oder dass Signalanstiegs- und abfallsverläufe sowie daraus ermittelte Kenngrößen, insbesondere charakteristische Zeitkonstanten analysiert und diese zur Zustandsbewertung verwendet werden und/oder dass in ihrer spektralen Zusammensetzung veränderliche Signale, insbesondere Frequenzen oder Sweeps, und die Systemreaktion auf diese Prüfsignale analysiert und zur Zustandsbewertung verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein signal amplitudes, attenuation values, level levels, noise margins or signal-to-noise ratios are analyzed and these are used for condition assessment and / or that reflected or scattered waveforms are analyzed and used for condition assessment and / or signal rise and fall paths and from it determined parameters, in particular characteristic time constants are analyzed and used for condition assessment and / or that in their spectral composition variable signals, in particular frequencies or sweeps, and the system response to these test signals are analyzed and used for condition assessment. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalverläufe und/oder deren Güte und/oder daraus abgeleitete Zustandsmerkmale ausgewertet und zur vorausschauenden Prognose von Systemfunktion, Wartungs-, Erneuerungsbedarf und Einsatzreichweite verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the signal waveforms and / or their quality and / or state characteristics derived therefrom are evaluated and used for the predictive prediction of system function, maintenance, renewal requirements and deployment range. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungseinrichtung (20) ein oder mehrere Sensorsysteme und/oder signalverarbeitende Systeme aufweist, welche eine Korrelationsanalyse zur Zustandsbewertung verwenden.Method according to one of the preceding claims, wherein the control device (20) comprises one or more sensor systems and / or signal processing systems which use a correlation analysis for condition evaluation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch eine Analyse der Signalverläufe eine automatische Identifikation der anliegenden Protokollformate und Kommunikationsstandards erreicht wird, insbesondere durch Verfahrensklassifikation, Paketlängenanalyse oder mittels statistischer Methoden.Method according to one of the preceding claims, wherein an automatic identification of the applied protocol formats and communication standards is achieved by an analysis of the waveforms, in particular by method classification, packet length analysis or by statistical methods. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Signalanalyse zur Erkennung von Anomalien erfolgt, insbesondere von Rauschen, Pegelschwankungen, Signalabbrüchen, unerwarteten Steuerbefehlen und/oder Zugriffen auf Übertragungs- und Signalpfade einer kinematischen Wirkkette und/oder wobei eine Signalanalyse zur Bewertung von Übertragungsfehlern erfolgt und/oder wobei eine Signalanalyse zur Ermittlung der Pegelstabilität und Gütebewertung relevanter Signal- und/oder Erdpotentiale und/oder zur Bewertung des Einbauzustands oder der Anschlussgüte verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a signal analysis for detecting anomalies, in particular noise, level fluctuations, signal aborts, unexpected control commands and / or accesses to transmission and signal paths of a kinematic chain of action and / or wherein a signal analysis for the evaluation of transmission errors takes place and / or wherein a signal analysis for determining the level stability and quality assessment of relevant signal and / or Ground potentials and / or is used to assess the installation state or the connection quality. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Signalanalyse zur Ermittlung der Kontaktwiderstände bzw. deren Langzeitstabilität zur Bewertung des Einbauzustands und der Anschlussgüte verwendet wird und/oder wobei eine Signalanalyse zur vollständigen und korrekten Anschlussbelegung bzw. deren Langzeitstabilität zur Bewertung des Einbauzustands und der Anschlussgüte verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a signal analysis for determining the contact resistance or their long-term stability for evaluating the installation state and the connection quality is used and / or wherein a signal analysis for complete and correct pin assignment or their long-term stability used to evaluate the installation state and the connection quality becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Analyse auftretender Leckströme und/oder eines möglichen Übersprechens und/oder eine Analyse der Güte von Abschirmung und Anschlusskabelkontaktierung zur Bewertung des Einbauzustands und der Anschlussgüte verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein an analysis of occurring leakage currents and / or a possible crosstalk and / or an analysis of the quality of shielding and Anschlusskabelkontaktierung is used to assess the installation state and the connection quality. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein unmittelbarer Informationsaustausch zwischen den an der Steuerung einer kinematischen Wirkkette beteiligten Komponenten und/oder Steuerungseinrichtungen erfolgt und/oder wobei eine Identifikation der an der Steuerung einer kinematischen Wirkkette beteiligten Komponenten und/oder Steuerungseinrichtungen erfolgt, um insbesondere eine möglichst unmittelbare Inbetriebnahme und eine reibungsarme Interaktion im Dauerbetrieb zu erzielen.Method according to one of the preceding claims, wherein a direct exchange of information takes place between the components and / or control devices involved in the control of a kinematic chain of action and / or an identification of the components and / or control devices involved in the control of a kinematic chain of action, in particular a To achieve as immediate commissioning and a low-friction interaction in continuous operation. Softwareprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Steuerungseinrichtung diese veranlassen, das Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen, und/oder Steuerungseinrichtung umfassend ein solches Softwareprogramm.A software program comprising instructions which, during the execution of the program by a control device, cause it to carry out the method according to at least one of the preceding claims, and / or control device comprising such a software program. Automationskomponentensystem (2), insbesondere Greif- oder Spannsystem, umfassend ein Computerprogramm und/oder eine Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Automation component system (2), in particular gripping or clamping system, comprising a computer program and / or a control device according to one of the preceding claims. Handhabungseinheit, insbesondere Roboter, Linear- oder Schwenkeinheit, umfassend ein Automationskomponentensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Handling unit, in particular robot, linear or pivot unit, comprising an automation component system (2) according to one of the preceding claims.
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