WO2005093530A2 - Modulare maschine und entsprechendes verfahren zum dynamischen konfigurieren der topologie dieser maschine - Google Patents

Modulare maschine und entsprechendes verfahren zum dynamischen konfigurieren der topologie dieser maschine Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for dynamically configuring a topology of a modular machine, the machine modules of which are connected to one another and to a control device via a communication network. Furthermore, the present invention relates to such a modular machine.
  • a modular machine for automated manufacturing processes is usually configured or configured for the automation task to be solved with regard to its mode of operation. This means that, among other things, appropriate tasks are assigned to the individual modules of the machine. This configuration is carried out with the help of an engineering system without taking into account the topology of the communication network of the machine modules. So that the individual machine modules can also communicate with each other to carry out their task, the topology of the communication is also recorded at the time of engineering and a corresponding communication configuration is defined.
  • This communication configuration which is also referred to as communication configuration, is loaded into the automation system, which represents the control device of the modular machine.
  • the appropriate configuration including the communication configuration, is loaded into the corresponding automation system and all machine modules for a changed topological machine structure in current systems.
  • this is a relatively complex process and requires an interruption in the operation of the machine.
  • the object of the present invention is therefore to facilitate the reconfiguration of a modular machine.
  • this object is achieved by a method for dynamically configuring a modular machine, the machine modules of which are connected to one another and to a control device via a communication network, by determining the communication partners in the communication network by one of the communication partners while the machine is in operation, and generating a suitable one Communication configuration by one of the communication partners and activation of the generated communication configuration while the machine is running.
  • a modular machine with a plurality of machine modules, a control device for controlling or regulating the machine modules and a communication network with which the control device and the machine modules are connected to one another for communication, with one of the plurality of machine modules and / or with the control device the communication Partners can be determined in the communication network and a suitable communication configuration can be generated and activated during the running time of the machine.
  • the dynamic topology configuration of the communication network of the modular machine according to the invention has the advantage that when the communication topology is reconfigured, the operation of the machine does not have to be interrupted and communication configuration or configuration is possible in the machine during runtime.
  • the modular machine according to the invention is integrated in a manufacturing process and the generation of the communication configuration is triggered by an internal or external process event.
  • a process event can be an alarm of a new communication partner, an operator input or a change in a communication partner.
  • a machine module it is therefore possible for a machine module to be exchanged or repositioned while the machine is running.
  • the generated communication configuration is preferably stored centrally in a server connected via the communication network or decentrally in one of the communication partners. This means that the communication configuration is always within reach for a new configuration.
  • the communication network can comprise at least one subnet with which a second machine module is connected for communication to a first machine module, so that the second machine module is indirectly connected to the communication network via the first machine module.
  • This means that the communication configuration also includes subnetworks that are not directly connected to the main network.
  • the communication partners of the subnets can also access them Way for automatic, dynamic configuration.
  • a preferred method for starting up a modular machine thus consists first of all in the step of configuring the interaction of the machine modules before the time of starting up the modular machine by means of an engineering system for an automation task to be solved without taking into account the communication topology of the individual machine modules and the subsequent one Step of dynamically configuring a communication network with which the machine modules are connected to one another in accordance with the dynamic configuration method described above. This significantly simplifies the engineering process before the machine is started up.
  • a flexible, modular machine consists for example of machine modules Ml to M6, as shown in the figure.
  • the machine modules Ml to M3 are connected to a communication network KN.
  • the possible separation between the machine modules and the communication network KN is indicated in the figure by a dotted line.
  • the machine modules Ml and M4 are connected via a communication subnet S1, the machine modules M2 and M5 via a communication subnet S2 and the machine modules M3 and M6 through a communication subnet S3.
  • the subnets S1 to S3 are therefore only indirectly connected to the communication network KN via the respective machine modules M1 to M3. binding.
  • the respective subnets S1 to S3 can contain any further subnets. It is also conceivable that additional modules are connected to the modules M4 to M6 via additional subnets.
  • the modules Ml to M6 are controlled by an automation system AS via the communication network KN / Sl to S3.
  • the automation system AS in turn is connected to an engineering system ES.
  • a machine configuration created with the development system ES can thus be stored in the automation system AS.
  • one of the communication partners of the communication network KN in the present case the machine module Ml selected as an example, is used to determine the communication partners connected to the communication network KN including its subnets S1 to S3 and to generate a corresponding communication configuration or parameterization.
  • This configuration is then stored in the machine module Ml and activated during the running time of the machine. It is therefore possible at any time for one of the machine modules Ml to M6 to be replaced or repositioned without having to interrupt the running of the machine.
  • the machine module Ml determines the communication configuration dynamically, for example by evaluating neighboring relationships between the communication partners or temporal relationships of signals.
  • the communication partners are not only the modules Ml to M6, but also the automation system AS and the engineering system ES.
  • the communication topology can be determined by the automation system AS or another communication partner and a corresponding communication configuration can be generated and activated.
  • a special server in which the Communication configuration is stored and provided, can be connected to the communication network.
  • the configuration process is triggered, for example, by an operator input in the engineering system ES or by connecting one of the modules M1 to M6 to the communication network KN or the corresponding subnet S1 to S3 or a process event etc. Such an event not only triggers the independent generation of the Communication configuration, but optionally also an automatic activation of this communication configuration.
  • the dynamic configuration shown in the selected example makes it possible to support modular machines with regard to a flexible topological machine structure and a change in this machine structure at runtime.

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Abstract

Das Ändern einer Maschinenkonfiguration bei Automatisierungs­systemen soll erleichtert werden. Hierzu wird vorgeschlagen, eine modulare Maschine, deren Maschinenmodule (M1 bis M6) un­tereinander und mit einer Steuervorrichtung (AS) über ein Kommunikationsnetz (KN) verbunden sind, dynamisch zu konfigu­rieren. Hierzu werden durch einen der Kommunikationspartner (M1) im laufenden Betrieb der Maschine die Kommunikations­partner in dem Kommunikationsnetz (KN) ermittelt. Anschlie­ßend wird von diesem Kommunikationspartner (M1) eine passende Kommunikationskonfigurierung generiert und wirksamgeschaltet. Somit wird die Kommunikationskonfigurierung bzw. -projek­tierung automatisch auch während der Laufzeit der Maschine durchführbar.

Description

Beschreibung
Modulare Maschine und entsprechendes Verfahren zum dynamischen Konfigurieren der Topologie dieser Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Konfigurieren einer Topologie einer modularen Maschine, deren Maschinenmodule untereinander und mit einer Steuervorrichtung über ein Kommunikationsnetz verbunden sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine derartige modulare Maschine.
Eine modulare Maschine für automatisierte Fertigungsprozesse wird üblicherweise für die zu lösende Automatisierungsaufgabe hinsichtlich ihrer Arbeitsweise konfiguriert bzw. projektiert. Dies bedeutet, dass unter anderem den einzelnen Modulen der Maschine entsprechende Aufgaben zugewiesen werden. Diese Projektierung wird mit Hilfe eines Engineering-Systems ohne Berücksichtigung der Topologie des Kommunikationsnetzes der Maschinenmodule durchgeführt. Damit die einzelnen Maschinenmodule zur Ausführung ihrer Aufgabe auch untereinander kommunizieren können, wird zum Zeitpunkt des Engineering auch die Topologie der Kommunikation erfasst und eine entsprechende Kommunikationskonfigurierung festgelegt. Diese Kommunika- tionskonfigurierung, die auch als Kommunikationsprojektierung bezeichnet wird, wird in das Automatisierungssystem, welches die Steuervorrichtung der modularen Maschine darstellt, geladen.
Falls nun die Konfiguration der Maschine, d.h. ihr modularer Aufbau geändert wird, hat dies in der Regel auch eine Änderung einer Kommunikationsprojektierung zur Folge. Bei Einsatz einer starren topologischen Kommunikationsprojektierung bedeutet dies, dass ein Nachfolger eines Kommunikationsteilneh- mers (z.B. ein ausgetauschtes Modul), bei dem die Adresse geändert worden ist, kommunikativ nicht mehr erreicht werden kann, da dem System nicht mehr bekannt ist, wie dieser gege- benenfalls über weitere Kommunikationspartner erreicht werden kann. Das gleiche Problem ergibt sich, wenn ein Kommunikationsteilnehmer an dem Kommunikationsnetz einer modularen Maschine umgesteckt wird. Auch dann ist im System (Steuervor- richtung und weitere Maschinenmodule) nicht mehr bekannt, wie der Teilnehmer in der Topologie erreicht werden kann.
Zur Lösung dieses Problems wird bei derzeitigen Systemen daher für einen geänderten topologischen Maschinenaufbau die dazu passende Projektierung einschließlich der Kommunikationsprojektierung in das entsprechende Automatisierungssystem und alle Maschinenmodule geladen. Dies ist jedoch ein verhältnismäßig aufwändiger Prozess und bedingt eine Unterbrechung des Betriebs der Maschine.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Neukonfigurierung einer modularen Maschine zu erleichtern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum dynamischen Konfigurieren einer modularen Maschine, deren Maschinenmodule untereinander und mit einer Steuervorrichtung über ein Kommunikationsnetz verbunden sind, durch Ermitteln der Kommunikationspartner in dem Kommunikationsnetz durch ei- nen der Kommunikationspartner im laufenden Betrieb der Maschine, Generieren einer passenden Kommunikationskonfigurierung durch einen der Kommunikationspartner und Wirksamschalten der generierten Kommunikationskonfigurierung während der Laufzeit der Maschine.
Darüber hinaus ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen eine modulare Maschine mit mehreren Maschinenmodulen, einer Steuervorrichtung zum Steuern oder Regeln der Maschinenmodule und einem Kommunikationsnetz, mit dem die Steuervor- richtung und die Maschinenmodule untereinander zur Kommunikation verbunden sind, wobei mit einem der mehreren Maschinenmodule und/oder mit der Steuervorrichtung die Kommunikations- Partner in dem Kommunikationsnetz ermittelbar und eine passende Kommunikationskonfigurierung generierbar und während der Laufzeit der Maschine wirksamschaltbar ist .
Die erfindungsgemäß dynamische Topologieprojektierung des Kommunikationsnetzes der modularen Maschine hat den Vorteil, dass bei einer Neukonfigurierung der Kommunikationstopologie der Betrieb der Maschine nicht unterbrochen werden muss und eine Kommunikationsprojektierung bzw. -konfigurierung während der Laufzeit in der Maschine möglich ist.
Bei einer bevorzugten Anwendung ist die erfindungsgemäße modulare Maschine in einen Fertigungsprozess eingebunden, und das Generieren der Kommunikationskonfigurierung wird von ei- nem internen oder externen Prozessereignis ausgelöst. Ein derartiges Prozessereignis kann ein Alarm eines neuen Kommunikationspartners, eine Bedieneingabe oder eine Änderung eines Kommunikationspartners sein. Damit ist es entsprechend der "Plug-and-Play"-Philosophie möglich, dass ein Maschinen- modul während der Laufzeit der Maschine ausgetauscht oder umgesteckt wird.
Vorzugsweise wird die generierte Kommunikationskonfigurierung zentral in einem über das Kommunikationsnetz angeschlossenen Server oder dezentral in einem der Kommunikationspartner hinterlegt. Somit ist die Kommunikationskonfigurierung stets für eine Neukonfigurierung greifbar.
Das Kommunikationsnetz kann mindestens ein Subnetz umfassen, mit dem ein zweites Maschinenmodul zur Kommunikation an ein erstes Maschinenmodul angeschlossen ist, so dass das zweite Maschinenmodul mit dem Kommunikationsnetz über das erste Maschinenmodul indirekt in Verbindung steht. Dies bedeutet, dass die Kommunikationskonfigurierung auch Subnetze umfasst, die nicht unmittelbar an das Hauptnetz angeschlossen sind.
Auch die Kommunikationspartner der Subnetze können auf diese Weise für das automatische, dynamische Konfigurieren erfasst werden.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Inbetriebnahme einer modularen Maschine besteht somit zunächst in dem Schritt des Konfigu- rierens des Zusammenwirkens der Maschinenmodule vor dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme der modularen Maschine mittels eines Engineering-Systems für eine zu lösende Automatisierungsaufgabe ohne Berücksichtigung der Kommunikationstopologie der einzelnen Maschinenmodule und dem anschließenden Schritt des dynamischen Konfigurierens eines Kommunikationsnetzes, mit dem die Maschinenmodule miteinander verbunden sind, entsprechend dem oben dargestellten dynamischen Konfigurierungsverfahren. Somit wird der Engineeringprozess vor dem Inbetrieb- nahmezeitpunkt der Maschine deutlich erleichtert.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine Kommunikationstopologie einer modularen Maschine skizzenhaft wiedergibt.
Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Eine flexible, modulare Maschine besteht beispielhaft aus Maschinenmodulen Ml bis M6, wie dies in der Figur wiedergegeben ist. Die Maschinenmodule Ml bis M3 sind an ein Kommunikationsnetz KN angeschlossen. Die mögliche Trennung zwischen den Maschinenmodulen und dem Kommunikationsnetz KN ist in der Fi- gur durch eine gepunktete Linie angedeutet.
Die Maschinenmodule Ml und M4 sind über ein Kommunikationssubnetz Sl, die Maschinenmodule M2 und M5 über ein Kommunikationssubnetz S2 und die Maschinenmodule M3 und M6 durch ein Kommunikationssubnetz S3 miteinander verbunden. Die Subnetze Sl bis S3 stehen somit nur indirekt über die jeweiligen Maschinenmodule Ml bis M3 mit dem Kommunikationsnetz KN in Ver- bindung. Selbstverständlich können die jeweiligen Subnetze Sl bis S3 beliebig weitere Subnetze enthalten. Ebenso ist es denkbar, dass weitere Module über zusätzliche Subnetze an die Module M4 bis M6 angeschlossen sind.
Die Module Ml bis M6 werden über das Kommunikationsnetz KN / Sl bis S3 von einem Automatisierungssystem AS gesteuert. Das Automatisierungssystem AS steht seinerseits mit einem Engineering-System ES in Verbindung. Somit kann eine mit dem Ent- wicklungssystem ES erstellte Maschinenkonfiguration in dem Automatisierungssystem AS gespeichert werden.
Erfindungsgemäß wird nun einer der Kommunikationspartner des Kommunikationsnetzes KN, im vorliegenden Fall beispielhaft ausgewählt das Maschinenmodul Ml, dazu verwendet, die am Kommunikationsnetz KN einschließlich seiner Subnetze Sl bis S3 angebundenen Kommunikationspartner zu ermitteln und eine entsprechende Kommunikationskonfigurierung bzw. -parametrierung zu generieren. Diese Konfigurierung wird sodann in dem Ma- schinenmodul Ml abgespeichert und während der Laufzeit der Maschine wirksamgeschaltet. Somit ist es jederzeit möglich, dass eines der Maschinenmodule Ml bis M6 ausgetauscht oder umgesteckt wird, ohne dass der Lauf der Maschine unterbrochen werden muss. Das Maschinenmodul Ml ermittelt die Kommunikati- onskonfigurierung dynamisch, beispielsweise indem Nachbarbeziehungen zwischen den Kommunikationspartnern oder zeitliche Zusammenhänge von Signalen ausgewertet werden. Im vorliegenden Fall gelten als Kommunikationspartner nicht nur die Module Ml bis M6, sondern auch das Automatisierungssystem AS und das Engineering-System ES.
Die Kommunikationstopologie kann aber auch alternativ oder gleichzeitig durch das Automatisierungssystem AS oder einen anderen Kommunikationspartner ermittelt und eine entsprechen- de Kommunikationskonfigurierung generiert und wirksamgeschaltet werden. Ebenso kann ein spezieller Server, in dem die Kommunikationskonfigurierung abgespeichert und bereitgestellt wird, an das Kommunikationsnetz angeschlossen werden.
Ausgelöst wird der Konfigurierungsvorgang beispielsweise durch eine Bedieneingabe in dem Engineering-System ES oder ein Anstecken eines der Module Ml bis M6 an das Kommunikationsnetz KN bzw. das entsprechende Subnetz Sl bis S3 oder ein Prozessereignis etc. Ein derartiges Ereignis löst nicht nur das selbstständige Generieren der Kommunikationskonfigurie- rung aus, sondern optional auch ein automatisches Wirksamschalten dieser Kommunikationskonfigurierung.
Um den Konfigurierungsvorgang effizient zu gestalten, werden nur sich ändernde Kommunikationspartner neu aufgesetzt. Kom- munikationsbeziehungen von sich nicht ändernden Kommunikationspartnern bleiben erhalten. Voraussetzung für eine erfolgreiche Konfigurierung bzw. Projektierung ist lediglich, dass zum Projektierungszeitpunkt der Kommunikation alle möglichen Kommunikationsteilnehmer bekannt sind.
Die in dem gewählten Beispiel dargestellte dynamische Konfigurierung ermöglicht es, modulare Maschinen hinsichtlich eines flexiblen topologischen Maschinenaufbaus und einer Änderung dieses Maschinenaufbaus zur Laufzeit zu unterstützen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum dynamischen Konfigurieren einer modularen Maschine, deren Maschinenmodule (Ml bis M6) untereinander und mit einer Steuervorrichtung (AS) über ein Kommunikationsnetz (KN / Sl bis S3) verbunden sind, g e k e n n z e i c h n e t durch
- Ermitteln der Kommunikationspartner in dem Kommunikationsnetz (KN) durch einen der Kommunikationspartner im laufen- den Betrieb der Maschine,
- Generieren einer passenden Kommunikationskonfigurierung durch einen (Ml) der Kommunikationspartner und
- Wirksamschalten der generierten Kommunikationskonfigurierung während der Laufzeit der Maschine.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die modulare Maschine in einen Fertigungsprozess eingebunden ist und das Generieren der Kommunikationskonfigurierung von einem internen oder externen Prozessereignis ausgelöst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Prozessereignis ein Alarm eines neuen Kommunikationspartners, eine Bedieneingabe oder eine Änderung eines Kommunikationspartners ist .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die generierte Kommunikationskonfigurierung zentral in einem über das Kommunikationsnetz (KN) angeschlossenen Server oder dezentral in einem der Kommunikationspartner hinterlegt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kommunikationsnetz (KN) mindestens ein Subnetz (Sl bis S3) umfasst, mit dem ein zweites Maschinenmodul (M4 bis M6) zur Kommunikation an ein erstes Maschinenmodul (Ml bis M3) angeschlossen ist, so dass das zweite Maschinenmodul (M4 bis M6) mit dem Kommunikationsnetz (KN) über das erste Maschinenmodul (Ml bis M3) indirekt in Verbindung steht.
6. Verfahren zur Inbetriebnahme einer modularen Maschine durch
- Konfigurieren des Zusammenwirkens der Maschinenmodule (Ml bis M6) vor dem Zeitpunkt der Inbetriebnahme der modularen Maschine mittels eines Engineering-Systems (ES) für eine zu lösende Automatisierungsaufgabe ohne Berücksichtigung der Kommunikationstopologie der einzelnen Maschinenmodule (Ml bis M6) und
- dynamisches Konfigurieren eines Kommunikationsnetzes (KN) , mit dem die Maschinenmodule (Ml bis M6) untereinander verbunden sind, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Modulare Maschine mit
- mehreren Maschinenmodulen (Ml bis M6) , - einer Steuervorrichtung (AS) zum Steuern oder Regeln der Maschinenmodule (Ml bis M6) und
- einem Kommunikationsnetz (KN) , mit dem die Steuervorrichtung (AS) und die Maschinenmodule (Ml bis M6) untereinander zur Kommunikation verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- mit einem (Ml) der mehreren Maschinenmodule (Ml bis M6) und/oder mit der Steuervorrichtung (AS) die Kommunikationspartner in dem Kommunikationsnetz (KN) ermittelbar und eine passende Kommunikationskonfigurierung generierbar und wäh- rend der Laufzeit der Maschine wirksamschaltbar ist.
8. Modulare Maschine nach Anspruch 7, die in einen Automati- sierungsprozess eingebunden ist, wobei das Generieren der Kommunikationskonfigurierung von einem internen oder externen Prozessereignis auslösbar ist.
9. Modulare Maschine nach Anspruch 8, wobei das Prozessereignis ein Alarm eines neuen Kommunikationspartners, eine Bedieneingabe oder eine Änderung eines Kommunikationspartners ist.
10. Modulare Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die generierte Kommunikationskonfigurierung zentral in einem über das Kommunikationsnetz (KN) angeschlossenen Server oder dezentral in einem der Kommunikationspartner hinterlegbar ist .
11. Modulare Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Kommunikationsnetz (KN) mindestens ein Subnetz (Sl bis S3) umfasst, mit dem ein zweites Maschinenmodul (M4 bis M6) zur Kommunikation an ein erstes Maschinenmodul (Ml bis
M3) angeschlossen ist, so dass das zweite Maschinenmodul (M4 bis M6) mit dem Kommunikationsnetz (KN) über das erste Maschinenmodul (Ml bis M3) indirekt in Verbindung steht.
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