Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zur Pufferung und Beförderung von Gebinden auf Förderstrecken mit Hilfe elektrischer Einrichtungen.

Unter Gebinden sind dabei Behälter, Kartons, Pakete oder andere Formen von Produkten oder Produktverpackungen zu verstehen.

Für die Pufferung von Gebinden auf Förderstrecken existieren bekannte Einrichtungen, Stauförderer genannt, bei denen Gebinde unmittelbar hintereinander auf den einzelnen Stauplätzen akkumuliert werden können. Die Stauförderer dienen dazu, um zugeführte Gebinde zu puffern und am Ende des Stauförderers für den raschen Abruf, auch Abzug genannt, in geringstmöglichen Abständen bereitzustellen. Es existieren unterschiedliche Realisierungsformen von

Stauförderern. Die Stauförderer enthalten in allen Fällen pro Stauplatz zumindest einen Sensor, mit dem ermittelt wird, ob sich ein Gebinde in einer Position auf dem Stauplatz befindet, in der es gegebenenfalls angehalten werden kann, und einen Aktor, mit dem das Gebinde in einer definierten Position tatsächlich angehalten wird.

Die Beförderung der Gebinde kann mittels Förderrollen oder Förderbändern erfolgen, die entweder einzeln oder aber ge- meinsam durch einen zentralen Antrieb angetrieben werden.

Im Fall eines zentralen Antriebs werden die einzelnen Stauplätze mit Elementen wie Kupplungen, Hub-, Drehelemen- tcn, Änpressvorri hLungen zwischen Stopp und Beförderung

BESTÄTIGUNGSKOPIE umgeschaltet, wobei diese Elemente in vielen Fällen elektrisch betätigt werden. Es existieren auch rein mechanische oder mechanisch-pneumatische Lösungen. Die Entnahme von Gebinden erfolgt meist per Einzelabzug, d.h. das nächste Gebinde fährt erst auf einen Stauplatz nach, wenn dieser Stauplatz vollständig frei ist. Es entstehen dann beim Abzug Lücken von etwa einer Stauplatzlänge zwischen den Gebinden. Für Fälle, in denen für eine vorgegebene Anzahl an Gebinden eine Entnahme in höherer

Rate erforderlich ist, kann ein sogenannter Blockabzug realisiert sein, bei dem Gebinde innerhalb einer bestimmten Anzahl an Stauplätzen gleichzeitig oder mit einer kurzen Verzögerung untereinander freigegeben werden.

Für die elektrische Ansteuerung von Stauförderern existieren unterschiedliche herstellerspezifische Lösungen, bei denen meist ein dezentrales Steuermodul einen Stauplatz bedient, und die Steuermodule über digitale Austauschsig- nale derart untereinander verkettet sind, dass die Staufunktion ohne Zuhilfenahme von übergeordneten Steuerungssystemen gegeben ist. Die Verkettung eines Steuermoduls erfolgt dabei meist nur zum vorherigen oder optional auch zum nachfolgenden Stauplatz. Dies ist derzeit die am häu- figsten eingesetzte Variante. Diese Variante ist preisgünstig und erfordert nur eine einfache Logik in den Steuermodulen, integriert oft auch einen proprietären optischen Sensor, bietet aber sehr geringe Flexibilität und keine Möglichkeit, den Betrieb von Stauförderern aus der Ferne zu überwachen und Fehler zu diagnostizieren.

Etwaige Konfigurationsparameter müssen lokal in die Module geladen und gespeichert oder dort über Schalter, Lötbrü- cken oder ähnliche Einrichtungen eingestellt werden. Ein Austausch erfordert bei unterschiedlichen Einstellungen entsprechenden Zeit- und Verwaltungsaufwand. Des weiteren stehen übergeordneten Systemen keine Status- und Diagnoseinformationen zur Verfügung, ohne die zu überwachenden Sensoren und Statusausgänge der Aktoren des Stauförderers zu hohen Kosten zusätzlich an eine zentrale Steuereinheit zu führen. Die Funktionalität von Stauförderern wird in wenigen Fällen auch vollständig auf zentralen Steuereinheiten wie zum Beispiel SPS-Systemen realisiert, was aber wegen des Verkabelungsaufwands, etwaiger Feldbus-Aufwände und der benötigten Rechenleistungen hohen Kostenaufwand verursacht.

Aus diesem Grund existieren neuerdings bei einigen Anlagen-Herstellern Ansätze von busfähigen Steuermodulen für Stauplätze, die seitens Bus-Schnittstelle und E/A- Anschlüssen ausschließlich für diesen Zweck ausgelegt sind. Diese herstellerspezifischen Lösungen erlauben durch ihr Konzept immer nur bestimmte Stauplatzausführungen. Zur Zeit handelt es sich dabei vorwiegend um Stauplätze, die mit Motorrollen betrieben werden.

Die Funktionalität der Stauförderer ist dabei entweder vollständig in den Steuermodulen realisiert, und es existiert eine Anbindung an übergeordnete Steuereinheiten zur Konfiguration und Zustandsüberwachung . In einer weiteren Variante werden alle Abläufe in der übergeordneten Steuer einheit realisiert, was wiederum entsprechende Rechnerbelastung und damit hohe Kosten verursacht. Eine Einbindung von Fremdkomponenten, andersartigen Stauförderern und universell verwendbaren Standard-E/A' s ist bei all diesen Lösungen nicht möglich. Stauförderer mit einer größeren Anzahl an Stauplätzen stellen also relativ hohe Anforderungen an die Verarbeitungsleistung einer zentralen Steuereinheit, wenn die Funktionalität der Stauförderer ausschließlich in dieser Steuereinheit realisiert wird. Weiters verursacht eine Re- alisierung mit einer zentralen Steuereinheit entweder hohen Arbeitsaufwand seitens Sensor- und Aktorverkabelung oder im Fall einer zusätzlichen Anbindung der erforderlichen Sensoren und Aktoren über Standard-Feldbusmodule hohe Kosten .

Aus diesem Grund haben sich also im Laufe der Jahre bei unterschiedlichen Herstellern proprietäre dezentrale Steuermodule durchgesetzt, bei denen diese lediglich über digitale Ein- und Ausgänge paarweise untereinander, oder auch über ein einfaches Bus-System miteinander kommunizieren. Eine Schnittstelle zu einer übergeordneten zentralen Steuereinheit ist bei dieser Variante nicht vorhanden. Diese Lösungen haben daher den Nachteil, dass keine Ein- flussnahme bezüglich Parametrierung oder Betrieb möglich ist, sowie auch keine Überwachung des Betriebszustands und der einwandfreien Funktion. Der Abzug von Gebinden am Ende eines Stauförderers muss über digitale Austauschsignale der zentralen Steuereinheit erfolgen. Die Parametrierung uss lokal an jedem einzelnen Modul durchgeführt werden.

Erste Ansätze von busfähigen Varianten verwenden also entweder einen proprietären Bus, oder es kommt ein Standard- Feldbus ui Kopplung an die zentrale Steuereinheit zum Einsatz. Proprietäre Bus-Systeme haben den Nachteil, dass an diesem Bus nur die Stauförderer-Steuermodule und oft auch nur die elektrischen oder mechanischen Komponenten des entsprechenden Herstellers eingesetzt werden können. Im Fall einer Realisierung mit Standard-Feldbussen und di rekter Kopplung an die zentrale Steuereinheit besteht wie derum das Problem der Verarbeitungsleistung, der hohen An zahl an Ein-/Ausgängen und der relativ hohen Kosten für die Feldbus-Anschaltung .

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es Aufga be der Erfindung, ein Steuerungssystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, das mit Hilfe einfacher Mittel einerseits die Realisierung unterschiedlicher Arten von Stauförderern und andererseits die Einbeziehung weite rer Komponenten auf derselben Steuerungsebene ermöglicht.

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch das Steuerungssystem der im Anspruch 1 angegebenen Art, vorteilhaft weitergebildet durch die Merkmale nach den Ansprüchen 2 bis 9.

Das Wesen des erfindungsgemäßen Steuerungssystems ist gekennzeichnet durch eine zentrale Steuereinheit, die über einen Feldbus mit einem oder mehreren untergeordneten Segmentsteuermodulen verbunden ist, welche über einen stan ^¬ dardisierten Kommunikationsbus mit mehreren Stauplatz- Steuermodulen kommunizieren, an denen ein oder mehrere Stauplätze mit ihren Stauplatzsensoren und Stauplatzakto- ren angeschlossen sind, wobei die Stauförderer-Funktionalität in den Segmentsteuermodulen realisiert ist und am Kommunikationsbus, an dem die Stauplatz-Steuermodule angeschlossen sind, gleichzeitig nicht-sicherheitsgerichete E/A-Module und bei Bedarf sicherheitsgerichtete E/A- Module, und/oder andere Steuerungskomponenten betrieben werden, deren Funktionen transparent über die zentrale Steuereinheit bestimmt werden.

Bevorzugt erfolgt die Ansteuerung über drei Hierarchiestufen in der Hardware sowie über zwei Bus-Systeme, wobei die Staufördererfunktionalität zur Entlastung der zentralen Steuereinheit und zur Vereinfachung der untersten Ebene in der mittleren Hierarchiestufe mittels Segmentsteuermodulen realisiert ist.

Insbesondere erfolgt die Auswahl der Betriebsarten und Festlegung der Verhaltensweisen sowie die Überwachung der Betriebszustände über die zentrale Steuereinheit.

Zweckmäßigerweise werden sicherheitsgerichtete E/A-Module und nicht-sicherheitsgerichtete E/A-Module am selben Da ^¬ tenbus zur gleichen Zeit gemischt mit den Stauplatz- Steuermodulen und unabhängig von diesen betrieben.

Vorteilhaft ist es, wenn das Konzept für unterschiedliche Staufördererausprägungen identisch gehalten wird, indem bei Bedarf lediglich die Stauplatz-Steuermodule in der un ^¬ tersten Hierarchie-Ebene an die Schnittstellen und Ausfüh ^¬ rungen der Stauplätze angepasst werden, wobei von Anfang an sowohl Motorrollen-betriebene als auch zentral ange ^¬ triebene Stauplätze berücksichtigt sind.

Das Steuerungssystem kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass die Anzahl an Stauplätzen für einen Blockabzug nicht nur statisch über Konfigurationsparameter fix fest ^¬ gelegt wird, sondern auch ein dynamischer Blockabzug mög- lieh ist, mit dem die zentrale Steuereinheit oder ein ihr übergeordnetes System zu jedem Zeitpunkt bestimmen kann, für wie viele aufgestaute Gebinde ein Blockabzug erfolgen soll .

Vorzugsweise sind auf der mittleren Hierachiestufe lediglich fixe Funktionen realisiert, wie sie für Stauförderer erforderlich sind, insbesondere die Stauförderfunktion für Motorrollen mit digitalen Stauplatzaktoren, wobei auf der oberen Hierachiestufe, vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS, alle variablen und kundenspezifischen Funktionalitäten realisiert sind, und die obere Hierarchiestufe in direkter Form und unter Echtzeitverhalten alle anderen Komponenten an der Fördertechnik steuert, die keine Stauförderer sind, sowie alle sicherheitsgerichteten

Ein- und Ausgänge mit Hilfe sicherheitsgerichteter E/A- Module .

Die Erfindung erlaubt es, am selben standardisierten Kom- munikationsbus sowohl zum entsprechenden Kommunikationsbus kompatible E/A-Module als auch Stauplatz-Steuermodule zu betreiben, wobei die zentrale Steuereinheit durch die Segmentsteuermodule von der Stauplatzsteuerung entlastet wird und dennoch vollständigen Zugriff auf deren Konfiguration und den Zustand der Stauplätze hat. Der Kommunikationsbus sowie die Stauplatzsteuermodule können durch die Auslagerung der Staufördererfunktionalität in die Segmentsteuermodule einfach gehalten werden, was sich positiv auf die Gesamtkosten auswirkt.

Die Wahl eines Standards für den Kommunikationsbus erlaubt es, handelsübliche mit diesem Bus kompatible E/A- und Steuerungsmodule einzusetzen, so dass diesbezüglich keine zwingende Bindung an proprietäre Komponenten eines einzigen Herstellers besteht und erhöhte Flexibilität bei der funktionalen Auswahl derartiger Module gegeben ist.

Bei diesen Modulen kann es sich zum Beispiel um digitale oder analoge E/A-Module mit unterschiedlicher Anzahl an

Ein- und Ausgängen handeln, um sicherheitsgerichtete Ein- und Ausgänge, wie sie zum Beispiel für Nothalt-Schalter, Sicherheitslichtgitter oder Schutztürverriegelungen zum Einsatz kommen, um Frequenzumrichter, bei denen Motordreh- zahlen oder Konfigurationsparameter durch die Steuerung vorgegeben werden, um Magnetventilinseln, Bedienelemente, Anzeigemodule und vieles mehr.

Stauplatzsteuermodule für Stauplätze, die mit digitalen Sensoren und Aktoren realisiert sind, stellen im Wesentlichen digitale E/A-Module dar, an denen entweder ein einzelner Stauplatz angeschlossen ist, oder deren Anzahl an Ein- und Ausgängen auf die Steuerung einiger weniger aufeinanderfolgender Stauplätze optimiert ist, so dass ein guter Kompromiss zwischen Verkabelungsaufwand und Kosten entsteht .

Im Fall von Motor- oder Motorrollen-betriebenen Stauplätzen sind die Stauplatzsteuermodule derart realisiert, dass per Kommando vom Segmentsteuermodul ein Start und Stopp des Motors erfolgen kann, die Motorgeschwindigkeit bei Bedarf gewählt werden kann und dem Segmentsteuermodul ein Fehlersignal der Motorsteuerung zur Verfügung steht. Stauplatzsteuermodule beider Arten sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie an Förderstrecken geschützt untergebracht und bei Installation oder Austausch auf einfache und kostengünstige Weise mit dem Kommunikationsbus und der notwendigen Spannungsversorgung für die Stauplatzsteuermodule sowie für die Sensoren und Aktoren verbunden werden können .

Ein Ausführungsbeispiel für den Kommunikationsbus, das diesen Anforderungen zur Zeit gerecht wird, ist ein Bus nach den Standards EN50295 und IEC62026-2.

Das Segmentsteuermodul stellt ein prozessorgesteuertes Gerät mit Anschlüssen für die beiden Busse dar, einerseits für den Feldbus zur Anbindung an die zentrale Steuereinheit, andererseits für den Kommunikationsbus zur Verbindung mit den Stauplatzsteuermodulen, E/A-Modulen und anderen Steuerungsmodulen für diesen Bus. Programm-Module, die auf diesem Gerät ablaufen, stellen der zentralen Steuereinheit über Konfigurationsparameter bestimmte Ein- und Ausgänge zur Verfügung, die über Steuerungsmodule am Kommunikationsbus realisiert sind, so dass die zentrale Steuereinheit ungehinderten Zugriff darauf hat, und sich diese Ein- und Ausgänge so verhalten, als ob sie direkt an der zentralen Steuereinheit oder an deren Feldbus angeschlossen wären.

Die Konfiguration der Segmentsteuermodule erlaubt diesen Zugriff dabei für beliebige E/A-Module am Kommunikationsbus. So ist es beispielsweise möglich, dass inmitten eines Stauförderers einzelne Stauplätze für spezielle Funktionen direkt durch die zentrale Steuereinheit genutzt werden, wie für die Einbindung einer Maschine oder eines manuellen Bearbeitungsplatzes. Andere Aufgaben, die mit diesem direkten Zugriff auf die E/A-Module realisiert werden können, sind zum Beispiel die Steuerung von Umsetzern, Weichen oder Hubeinrichtungen, das Stapeln, Entstapeln, Ent- leeren von Gebinden oder die Überprüfung von Gebinden auf bestimmte Eigenschaften, wie deren Abmessungen oder darauf angebrachten Markierungen. Für sicherheitsgerichtete Ein- und Ausgänge erfolgt die

Realisierung der Sicherheitsfunktionen entweder über ein Programm-Modul direkt am entsprechenden Segmentsteuermodul oder aber in der zentralen Steuereinheit, wobei die dazu notwendigen Informationen im Fall von Eingängen in gesi- cherter Form vom Kommunikationsbus über den Feldbus an die zentrale Steuereinheit und im Fall von Ausgängen in umgekehrter Richtung weitergeleitet werden.

Weitere im SegmentSteuermodul fest gespeicherte Programm- Module stellen die Steuerung von Stauplatzsegmenten dar.

Für diesen Zweck bestimmt die zentrale Steuereinheit über Konfigurationsparameter, die sie in die Segmentsteuermodule lädt, unter anderem aus wie vielen Stauplätzen ein Stauförderersegment besteht, an welcher Stelle sich diese am Kommunikationsbus befinden, und welche Stauplätze davon von welchem Typ sind.

Während des Betriebs kann die zentrale Steuereinheit über Kommandos per Feldbus an die Stauförderersteuerung der Segmentsteuermodule bewirken, dass die Geschwindigkeit von motorbetriebenen Stauförderern verändert wird, und dass Gebinde am Ende von Stauförderern freigegeben werden. Auftretende Fehler im Ablauf, an den Gebinden oder an angeschlossenen Komponenten werden der zentralen Steuereinheit gemeldet, so dass diese den Betreibern der Anlage den genauen Ort und die den Typ des Fehlers melden kann. Weiters werden der zentralen Steuereinheit Informationen über reguläre Betriebszustände gemeldet, so dass zum Beispiel für den Betreiber an einem Bildschirm ersichtlich gemacht werden kann, wenn sich an bestimmten Stellen in einer Anlage eine Stausituation oder ein Mangel an Leergebinden ergibt. Die Erfindung beschreibt eine Anordnung mit einer Hierarchie von Steuerungskomponenten und ein Verfahren, mit dem Stauförderer realisiert werden können, sowohl mit Motorrollen oder separaten Motoren auf jedem Stauplatz, als auch solche mit zentralem Antrieb und Aktoren für jeden Stauplatz. Die Steuerung solcher Stauförderer ist ein Aspekt der Erfindung. Ein nicht weniger wichtiger Aspekt der Erfindung ist, dass am selben Bus der Stauplatz-Steuermodule auch universelle Ein-Ausgangsmodule, sicherheitsge- richtete Module und andere dezentrale Steuerungskomponen- ten betrieben werden können. Die Funktionalität der Stauförderer ist vorzugsweise im Segmentsteuermodul realisiert. Das Verhalten aller am Kommunikationsbus angeschlossen handelsüblichen E/A-Module wird über die zentrale Steuereinheit (zum Beispiel SPS) und nicht über das Segmentsteuermodul bestimmt, so dass beliebige Steuerungsfunktionen .mit diesem Teil der Anordnung realisiert werden können .

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen nä ^¬ her erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine Anordnung von Rollenförderern mit dem erfin ^¬ dungsgemäßen Steuerungssystem in einer schematischen Darstellung, Figur 2 die hierarchische Gliederung der am Steuerungssystem beteiligten Komponenten, Netzwerke und Bus- Systeme,

Figur 3 ein realitätsnahes Ausführungsbeispiel eines Ausschnitts aus einer logistischen Anlage mit ihren Förderelementen und Einrichtungen, und

Figur 4 eine schematische Darstellung der Abläufe und Datenflüsse zwischen zentraler Steuereinheit, Segmentsteuermodul und E/A-Modulen.

In Figur 1 ist eine Anordnung mit einem Steuerungssystem zur Pufferung und Beförderung von Gebinden auf Förderstrecken mit Hilfe elektrischer Einrichtungen dargestellt.

Das Steuerungssystem umfasst eine zentrale Steuereinheit 9, die über einen Feldbus 7 mit drei untergeordneten Segmentsteuermodulen 6 verbunden ist.

Die Segmentsteuermodule 6 kommunizieren ihrerseits über jeweils einen Kommunikationsbus 5 mit drei Stauplatz- Steuermodulen 4, an denen jeweils drei Stauplätze 1 mit ihren Stauplatzsensoren 2 und Stauplatzaktoren 3 angeschlossen sind.

Die Anordnung ist so getroffen, dass die Segmentsteuermo ^¬ dule 6 zum Zweck der Stauförderersteuerung mit den Stau ^¬ platz-Steuermodulen 4 kommunizieren, wobei am Kommunikati ^¬ onsbus 5, an dem die Stauplatz-Steuermodule 4 angeschlossen sind, gleichzeitig Sicherheitsgerichtete E/A-Module 8, nicht-sicherheitsgerichtete E/A-Module 8 und/oder andere dezentrale Steuerungskomponenten 8 betrieben werden, deren Funktionen jedoch vollständig und transparent über die zentrale Steuereinheit 9 bestimmt werden können.

Die Ansteuerung erfolgt über drei Hierarchiestufen in der Hardware sowie über zwei Bus-Systeme 5 und 7, wobei die Staufördererfunktionalität zur Entlastung der zentralen Steuereinheit und zur Vereinfachung der untersten Ebene in der mittleren Hierarchiestufe mittels Segmentsteuermodulen 6 realisiert ist.

Die Auswahl der Betriebsarten und Festlegung der Verhaltensweisen sowie die Überwachung der Betriebszustände erfolgt über die zentrale Steuereinheit 9, die zu diesem Zweck mit den Segmentsteuermodulen kommuniziert.

Die sicherheitsgerichteten E/A-Module 8 und die nicht- sicherheitsgerichteten E/A-Module 8 werden am selben Kommunikationsbus 5 zur gleichen Zeit mit den Stauplatz- Steuermodulen 4 gemischt und unabhängig von diesen betrieben .

Es kann das Konzept für unterschiedliche Staufördererausprägungen identisch gehalten werden, indem bei Bedarf lediglich die Stauplatz-Steuermodule 4 in der untersten Hie ^¬ rarchie-Ebene an die Schnittstellen und Ausführungen der Stauplätze 1 angepasst werden, wobei von Anfang an sowohl Motorrollen-betriebene als auch zentral angetriebene Stauplätze 1 berücksichtigt sind, sofern diese über jeweils einen digitalen Aktor 3 und zumindest einen digitalen Sensor 2 betrieben werden.

Es wird ein Blockabzug nicht nur statisch über Konfigurationsparameter festgelegt, sondern es ist auch ein dynami- scher Blockabzug möglich, mit dem die zentrale Steuereinheit oder ein ihr übergeordnetes System zu jedem Zeitpunkt bestimmen kann, für wie viele aufgestaute Gebinde ein Blockabzug erfolgen soll.

Die Erfindung, deren Struktur in Figur 1 dargestellt ist, berücksichtigt unterschiedliche Arten von Stauförderern mit demselben Konzept. Über Stauplatz-Steuermodule 4 erfolgt die etwa notwendige Hardware-Anpassung für die Sig- nale, die zur Steuerung und Überwachung des Stauplatzes erforderlich sind. Es kann sich dabei zum Beispiel um pneumatisch betätigte Stauplätze handeln, die mit digitalen Ein- und Ausgängen angesteuert werden, oder auch um Motorrollen, bei denen digitale Ein- und Ausgänge sowie Analogsignale zur Vorgabe der Drehzahl notwendig sind. Ein

Stauplatz-Steuermodul 4 kann einen einzigen oder aus Kostengründen auch einige wenige Stauplätze 1 bedienen.

In den Stauplatz-Steuermodulen 4 ist vorzugsweise keine Staufördererfunktionalität realisiert, sondern sie stellen ihre Ein- und Ausgänge über einen Kommunikationsbus 5 lediglich einem übergeordneten Segmentsteuermodul 6 zur Ver ^¬ fügung, auf dem die Staufördererfunktionalität realisiert ist .

Die Segmentsteuermodule 6 verfügen über einen Standard- Feldbus 7 als Verbindung zu einer zentralen Steuereinheit 9, wie zum Beispiel einer SPS. Da die Steuerung der Stau ^¬ förderer über das Segmentsteuermodul 6 erfolgt, ist die zentrale Steuereinheit 9 nicht mit diesen Aufgaben belastet . Über den Feldbus 7 ist jedoch ein Datenaustausch realisiert, mit dem die zentrale Steuereinheit jeden einzelnen Stauplatz 1 parametrieren kann. Weiters ist sie auch in der Lage, Betriebzustände und gegebenenfalls Fehler zu er- fassen. Im Fehlerfall liefert jedes Segmentsteuermodul 4 einen Fehlerstatus. Aufgrund dieser Informationen kann die zentrale Steuereinheit 9 den Betriebszustand sowie den genauen Grund und den Ort eines Fehlers vom Segmentsteuermodul 6 erfragen, so dass diese Daten einer mit der zentra- len Steuereinheit verbundenen Prozessvisualisierung zur

Verfügung stehen.

Seitens Betriebzuständen kann zum Beispiel durch die zentrale Steuereinheit 9 festgestellt werden, ob ein Stauplatz 1 läuft oder gestoppt ist, ob und an welcher Stelle sich

Gebinde befinden und wie viele Gebinde ab dem Ende des Stauförderers aufgestaut sind.

Eine Anlage kann, wie oft notwendig, mehrere voneinander unabhängige Stauförderer oder Stauförderersegmente enthalten. Position und Stauplatzanzahl für jeden Stauförderer können in der Segmentsteuereinheit 6 konfiguriert werden. Es ist seitens der Segmentsteuereinheit 6 auch vorgesehen, einzelne Stauplätze 1 nicht als Bestandteil eines Stauför- derers zu behandeln, sondern sie separat über die übergeordnete Steuereinheit 9 zu bedienen. Ein Bespiel dafür ist ein Haltepunkt für einen manuellen Arbeitsplatz oder für eine maschinelle Bearbeitung, an dem grundsätzlich jedes Gebinde solange angehalten wird, bis die Bearbeitung abge- schlössen ist, oder auch ein einzelner Stauplatz 1, bei dem nachfolgende Gebinde während der Aussteuerung eines Gebindes auf eine andere Förderstrecke angehalten werden müssen . Figur 2 zeigt die hierarchische Gliederung der Komponenten, wie sie beim erfindungsgemäßen Steuerungssystems zur Anwendung kommen.

In der Hierarchie über dem in dieser Erfindung beschriebenen Steuerungssystem befindet sich üblicherweise ein Rechner 10, oft Materialflussrechner oder Lagersteuerrechner genannt, der die Warenflüsse vorgibt und die dazu notwen- digen Instruktionen über ein Rechnernetzwerk 11 an die zentrale Steuereinheit 13 weiterleitet. Das Rechnernetzwerk 11 führt oft zu weiteren Teilnehmern 12, wie zum Beispiel Warenwirtschaftssystemen, Bildschirmarbeitsplätzen oder mobilen Terminals für die manuelle Kommissionierung oder Einlagerung von Waren. Die zentrale Steuereinheit 13, oft eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS, verfügt dazu nach oben hin über einen Anschluss zu diesem Rechnernetzwerk 11 und nach unten hin über Schnittstellen zu ein oder mehreren Feldbussen 14. Der Feldbus 14 ist erfin- dungsgemäß mit ein oder mehreren Segmentsteuermodulen 16 verbunden. Der Feldbus 14 kann aber auch zu weiteren Teilnehmern 15 führen, wie zum Beispiel zu untergeordneten Maschinensteuerungen oder anderen logistischen Anlagenteilen. Jedes Segmentsteuermodul 16 verfügt über einen An- schluss zu einem standardisierten Kommunikationsbus 17, an dem sicherheitsgerichtete E/A-Module 20 und nicht-sicher- heitsgerichtete E/A-Module 19 angeschlossen sind. Der Kommunikationsbus 17 kann zu weiteren und andersgearteten Teilnehmern 21 führen, wie zum Beispiel drehzahlsteuerba- ren Motoren oder analogen Eingangsmodulen für die Erfassung von Messwerten. Die E/A-Module 19 und 20 verfügen ü- ber eine an die Aufgabenstellung angepasste Anzahl und Beschaffenheit von Ein- und Ausgängen 18. Figur 3 stellt einen Ausschnitt aus einer logistischen Anlage mit den erfindungsgemäßen Steuerungskomponenten dar. Der Feldbus 40, über den die Kommunikation mit der zentralen Steuereinheit und anderen Systemen der Anlage erfolgt, ist mit dem Segmentsteuermodul 41 verbunden, das über den Kommunikationsbus 42 und dessen Teilnehmern mit allen Sensoren und Aktoren des dargestellten Anlagenteils Daten austauscht. Zu den Teilnehmern am Kommunikationsbus 42 zählen im gegebenen Fall die nicht-sicherheitsgerichteten E/A-Module 25, die sicherheitsgerichteten E/A-Module 30 und die Signalsäule 34. An den nicht-sicherheitsgerichteten E/A-Modulen sind die Ausgänge mit Motoren 22 und Pneumatikventilen 23 belegt, die Eingänge mit optischen Sensoren 24. Bei den sicherheitsgerichteten E/A-Modulen sind im gegebenen Anlagenteil die Eingänge mit den Nothalt-Tastern 31 und dem Türkontakt 33 der Schutztüre 32 belegt.

Der Bereich Bl stellt ein Stauförderersegment für die Beförderung von Leerbehälterstapeln mit sechs Stauplätzen dar, die mit je einer Motorrolle 35 für jeden Stauplatz 36 realisiert sind. Die restlichen beiden Rollen der Stauplätze werden von der Motorrolle mitgetrieben.

In Förderrichtung folgt anschließend ein Entstapelmaschine AI, die mit einer Schutzumhausung und einer Schutztüre 32 versehen ist. Die Schütztüre verfügt über einen Sicherheitskontakt 33. Weiters ist an der Maschine ein Nothalt- Taster 31 angebracht. Das Öffnen der Schutztüre oder das Betätigen des Nothalt-Tasters wird der zentralen Steuereinheit über das sicherheitsgerichtete E/A-Modul 30, das SegmentSteuermodul 41 und den Feldbus 40 gemeldet, was die zentrale Steuereinheit zur sicheren Unterbrechung der Stromzufuhr für die Entstapelmaschine AI veranlasst, so dass an dieser Stelle keine weiteren Gefahren für Menschen oder Schäden an der Maschine bestehen. Die Signalsäule 34 an der Maschine gibt Auskunft über deren Betriebszustand. Die einzelnen Leuchten der Signalsäule werden über Kommunikationsbus 42, Segmentsteuermodul 41 und Feldbus 40 von der zentralen Steuereinheit geschaltet.

Aus der Entstapelmaschine AI kommen die Behälter verein ^¬ zelt am nachfolgenden Förderer an. Nach der Rollenkurve folgt ein weiteres aus zwei Stauplätzen bestehendes Stauförderersegment B2, das jedoch nicht mit Motorrollen, sondern mit einem zentralen Motor und pneumatischen Aktoren 28 betrieben wird.

Der Bereich A2 enthält eine Förderbandwaage 27 zum Ermitteln des Taragewichts eines jeden Behälters und eine Ausschleusstation mit einem pneumatischen Abschieber 26 in einen Bereich zur manuellen Kommissionierung von Waren. Alle Komponenten dieses Bereichs werden direkt von der zentralen Steuereinheit bedient. Das Segmentsteuermodul 41 trägt außer der Weiterleitung der Sensor- und Aktorsignale keine Funktionalität zur Steuerung dieses Bereichs bei.

Im nachfolgenden Bereich B3 befindet sich wieder ein Stauförderersegment mit sechs pneumatisch gesteuerten und zentral angetriebenen Stauplätzen.

Danach folgt der Bereich A3 mit einem Riemenumsetzer 29, der wiederum vollständig von der zentralen Steuereinheit bedient wird. Nach zwei weiteren pneumatischen Stauplätzen folgt nochmals ein Stauförderersegment B4 mit zwei pneumatischen Stauplätzen und ein weiterer Riemenumsetzer A4. Der anschließende Bereich A5 stellt ähnlich wie der Bereich A2 eine Ausschleusung in einen Kommissionierbereich dar. Darauf folgt ein Stauförderersegment B5 mit sieben Motorrollen-betriebenen Stauplätzen.

Der letzte Bereich A6 zeigt einen Bandförderer 37 mit drei nicht angetriebenen mit Rollen ausgeführten Sortierrampen 39, der wiederum vollständig von der zentralen Steuerein- heit bedient wird. Die Aussteuerzeitpunkte auf die Sortierrampen 39 werden mittels eines an einem E/A-Modul angeschlossenen Taktgebers 38 und die Wegverfolgung in der zentralen Steuereinheit bestimmt. Im Sortierbereich befindet sich weiters ein Nothalt-Taster 31, der mit einem si- cherheitsgerichteten E/A-Modul 30 verbunden ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 macht deutlich, wie Sicherheitsfunktionen mit sicherheitsunkritischen Steuerungsfunktionen sowie flexiblen zentralen Steuerungsmodu- len und standardisierten unterlagerten Stauförderer-

Steuermodulen 25 mit Hilfe des erfindungsgemäßen einheitlichen Steuerungssystems beliebig in einer Anlage kombiniert werden können. So erfolgt im dargestellten Anlagenteil die Steuerung für die Stauförderersegmente Bl, B2, B3, B4 und B5 im SegmentSteuermodul 41, die Steuerung für die Bereiche AI, A2, A3, A4, A5 und A6 in der zentralen Steuereinheit .

Aus Figur 4 sind die grundlegenden Datenflüsse zwischen der zentralen Steuereinheit 43, den Segmentsteuermodulen

54 und den E/A-Modulen 59, 60 und 61 ersichtlich. Der Feldbus ist dabei durch den Ring 50 und der Kommunikationsbus durch den Ring 58 dargestellt. Es existieren drei unterschiedliche Behandlungen auf dem Weg zwischen den E/A-Modulen und der zentralen Steuereinheit 43, je nachdem, ob es sich um sicherheitsgerichtete Ein- und Ausgänge 62, um nicht-sicherheitsgerichtete Ein- und Ausgänge 63 handelt, die von der zentralen Steuereinheit 43 bedient werden, oder um Ein- und Ausgänge für Stauförderer 64. Im Fall von sicherheitsgerichteten Ein- und Ausgängen werden spezielle sicherheitsgerichtete und geprüfte E/A- Module 59 eingesetzt. Diese Module, der Kommunikationsbus 58 und das SegmentSteuermodul , sorgen wie bei allen bekannten sicheren Bussen mit speziellen Kommunikationsme- chanismen dafür, dass sichere Ausgänge auch bei Übertra ^¬ gungsfehlern oder Ausfällen von Komponenten sicher abgeschaltet werden. Die Informationen dazu werden vom Segmentsteuermodul 59 durch den Funktionsblock 55 zwischen dem Kommunikationsbus 58, dem Feldbus 50 und der zentralen Steuereinheit in beide Richtungen 51 bzw. 47 weitergeleitet. Der Feldbus 50 sorgt ebenfalls mit den für ihn standardisierten Sicherheitsmechanismen für eine sichere Abschaltung bei Fehlerfällen. In der zentralen Steuereinheit 43 werden die Sicherheitsfunktionen mit ihren logischen Verknüpfungen entweder über eine eigene Hardware 45 oder über ein geschütztes Sicherheits-Programm-Modul 45 realisiert, dessen Verhalten spezifisch für die Anlage konfiguriert wird. Für sicherheitsunkritische Funktionen, die von der zentralen Steuereinheit 43 abgehandelt werden, leitet das Segmentsteuermodul 54 den Zustand der Eingänge 63 in jedem Buszyklus mittels Funktionsblock 56 über den Feldbus als Eingangsabbild 52 an die zentrale Steuereinheit weiter, wo sie vom anlagenspezifischen Programm-Modul 46 behandelt werden. Umgekehrt werden Ausgänge, die vom Programm-Modul 46 behandelt werden, über den relevanten Teil des Aus- gangsabbilds 48 der zentralen Steuereinheit 43, den Funktionsblock 56 im Segmentsteuermodul 54 und über den Kommunikationsbus 58 in jedem Buszyklus an die Ausgänge 63 des E/A-Moduls 60 weitergeleitet. Der Zustand von Ein- und Ausgängen 64 für Stauförderersegmente wird in jedem Zyklus am Kommunikationsbus 58 lediglich zwischen dem zugehörigen E/A-Modul 61 und dem Segmentsteuermodul 54 ausgetauscht. Die Steuerung der Stauförderersegmente läuft im Segmentsteuermodul 54 im Funkti- onsblock 57 selbständig ab. Die zentrale Steuereinheit hält jedoch anlagenspezifische Daten, aus denen Position, Anzahl, Typ und Betriebsparameter für jedes der Stauförderersegmente hervorgehen. Diese Konfigurationsdaten werden über die Schnittstelle 49 vom Programm-Modul 44 in der zentralen Steuereinheit 43 an den Funktionsblock 57 im

Segmentsteuermodul 54 weitergegeben, so dass bei Erstinbetriebnahme und bei einem Tausch des Segmentsteuermoduls 54 von Anfang an eine korrekte Funktionsweise gegeben ist. Weiters kann die zentrale Steuereinheit auch im Betrieb Kommandos über diese Schnittstelle 49 und den Funktionsblock 57 des Segmentsteuermoduls 54 weitergeben, die den Stauförderer veranlassen, ein oder mehrere Gebinde am Ende des Stauförderersegements freizugeben.

Über eine Abfrage von Statusinformationen über die

Schnittstelle 49 kann die zentrale Steuereinheit feststellen, ob der letzte Stauplatz des Stauförderersegments be- legt ist, und wie viele Gebinde sich auf diesem Stauförderersegment befinden.

Tritt an einem Staufördersegment oder an einem Stauplatz eine Störung auf, so wird das vom Funktionsblock 57 des

Segmentsteuermoduls 54 über einen Sammelstatus in der Sta ^¬ tusinformation 53 an den Funktionsblock 44 der zentralen Steuereinheit 43 signalisiert. Die zentrale Steuereinheit 43 kann daraufhin über die Kommandoschnittstelle 49 und eine zugehörige Rückmeldung in den Statusinformationen 53 den genauen Ort und Typ der Störung ermitteln. Störungen sind zum Beispiel das Hängenbleiben eines Gebindes an einem Stauplatz, das unkontrollierte Aufeinanderfahren von Gebinden, eine Überlast oder ein Defekt an einer Motorrol- le.

Der Funktionsblock 57 für die Steuerung von Stauförderersegmenten ist fest im Segmentsteuermodul 54 einprogrammiert. Er deckt alle Varianten an Stauförderern ab, die in einer Anlage vorkommen können, und wird von der zentralen

Steuereinheit 43 lediglich parametriert . Zur Parametrie- rung gehört auch die Anpassung der Stauförderersteuerung an die gegebene Fördergeschwindigkeit und die Vorgabe von Verzögerungszeiten für einen Blockabzug. Im Fall von Mo- torrollen kann die Geschwindigkeit während des Betriebs verändert werden.

Die Stauplätze werden so gesteuert, dass Gebinde innerhalb des Stauplatzrasters immer in geringstmöglichem Abstand ab dem Ende des Stauförderersegments gepuffert werden. Es können dabei auch Gebinde in geringstmöglicher Lücke gestaut werden, deren Länge über mehrere Stauplätze reicht. Stauplätze, auf denen kein Gebinde zu befördern ist, wer- den zu Energiesparzwecken abgeschaltet. Für einen vorgegebenen Teil oder ein gesamtes Staufördersegment kann seitens der zentralen Steuereinheit bestimmt werden, ob im Regelfall ein Einzelabzug oder ein Blockabzug erfolgt. Im Fall eines vorkonfigurierten Einzelabzugs kann die zentrale Steuereinheit 43 jedoch auch einen dynamischen Blockabzug auslösen, indem sie vorgibt, wie viele Gebinde zu einem Zeitpunkt per Blockabzug freigegeben werden. In Zusammenfassung bezieht sich die vorliegende Erfindung auf rein logistische Systeme für die Gebinde-, Karton- und Behälterfördertechnik, insbesondere für Stauförderer.

Es finden für die Steuerung vorzugsweise drei Hierarchie- stufen und zwei Busse/Netzwerke Verwendung, die in besonderer Weise konfiguriert und genutzt werden.

Die grundlegende technische Neuerung in der Staufördertech ^¬ nik besteht in der besonderen Aufgabenverteilung der Hie- rarchiestufen .

Auf der mittleren Hierarchiestufe ist die Staufördererfunktion insbesondere für Motorrollen bzw. für solche mit digitalen Stauplatzaktoren realisiert.

Die obere Hierarchiestufe, zum Beispiel SPS, steuert hingegen in direkter Form und unter Echtzeitverhalten alle anderen Komponenten an der Fördertechnik, die keine Stauförderer sind, sowie alle sicherheitsgerichteten Aktoren mit Hilfe der zugehörigen sicherheitsgerichteten Sensoren.

Echtzeitverhalten ist deshalb gegeben, weil sowohl die unterste Kommunikationsebene bzw. unterste Hierarchiestufe als auch die übergeordnete Ebene bzw. Stufe ausschließlich mit echtzeitfähigen Datenverbindungen wie z.B. AS-Interface und Profibus realisiert sind.

Für Systeme in der Lagerlogistik ist es aus Wartungs- und Hilfestellungsgründen wichtig, dass möglichst alle variablen und kundenspezifischen Funktionalitäten auf einem zentralen System realisiert sind, auf das auch per Fernwartung zugegriffen werden kann. Aus diesem Grund sind in der mittleren Hierarchiestufe erfindungsgemäß lediglich fixe Funktionen realisiert, wie sie für Stauförderer erforderlich sind.

Nachfolgend werden die vorgenannten Begriffe des Steuerungssystems der Figur 1 genauer beschrieben:

- Stauplatz

Der Stauplatz 1 ist der kleinste Abschnitt eines Stauförderers auf dem eine Gebinde angehalten werden kann. Er wird über zumindest einen Sensor 2 und einen Aktor 3 gesteuert. Ein Stauplatz kann zum Beispiel über mitgetriebene Förderrollen, Motorrollen, Förderbänder oder Kombinationen daraus realisiert sein. - Stauplatzsensor

Der Stauplatzsensor 2 ist ein Sensor mit einem elektrischem Signal, über den erkannt wird, ob ein Gebinde einen Stauplatz erreicht, sich darauf befindet oder diesen ver- lässt, so dass es gegebenenfalls über diesen Stauplatz angehalten oder befördert werden kann und eine Überwachung des Stauplatz-Zustands durch übergeordnete Steuerungssysteme möglich ist. - Stauplatzaktor

Der Stauplatzaktor 3 steuert ein Element elektrisch an, mit dem das Gebinde auf dem Stauplatz angehalten oder bewegt werden kann. Der Aktor kann beliebig ausgeführt sein. Beispiele dafür sind Motorrollen, abgesetzte Motoren, Kupplungen, Anpresselemente, Bremsvorrichtungen, Hub- oder Drehelemente .

- Stauplatz-Steuermodul

Das Stauplatz-Steuermodul 4 stellt die notwendigen Ein- und Ausgänge für ein oder mehrere Stauplätze zur Verfü- gung. Es ist auf die Sensor- und Aktor-Schnittstellen der jeweiligen Stauplätze angepasst und optimiert und enthält einen Anschluss für den Kommunikationsbus 5 zur Anbindung an das übergeordnete Segmentsteuermodul 6. Das Stauplatz- Steuermodul empfängt über den Kommunikationsbus 5 Informa- tionen, die in direkter oder indirekter Form an den Ausgängen ausgegeben werden, und liefert über diesen Bus Daten, die an den Eingängen anliegen.

- Kommunikationsbus

Der Kommunikationsbus 5 ist ein standardisierter Bus zur Datenübermittlung, an dem alle Stauplatz-Steuermodule 4 sowie handelsübliche E/A-Module zur Steuerung einer Anlage angeschlossen sind und über den diese mit dem übergeordne- ten Segmentsteuermodul 6 kommunizieren. - Segmentsteuermodul

Das Segmentsteuermodul 6 kommuniziert über einen Feldbus 7 mit der zentralen Steuereinheit 9 und über einen Kommuni- kationsbus 5 mit den Stauplatz-Steuermodulen 4 sowie den sicherheitsgerichteten und nicht-sichereitsgerichteten E/A-Modulen 8. Die Funktionalität der Stauförderer ist in diesem Segmentsteuermodul realisiert. Es empfängt Parameter und Befehle von der zentralen Steuereinheit 9 und lie- fert dieser bei Bedarf Informationen über den Zustand des

Stauförderers. Darüber hinaus stellt es der zentralen Steuereinheit in transparenter Form Ein- und Ausgänge der sicherheitsgerichteten und nicht-sicherheitsgerichteten E/A-Module zur beliebigen Verwendung zur Verfügung, so dass sich diese E/A-Module für das Steuerprogramm der zentralen Steuereinheit wie direkte Ein- und Ausgänge bzw. wie Ein- und Ausgänge an ihrem Feldbus darstellen.

- Feldbus

Der Feldbus 7 ist ein Standard-Feldbus, über den die zentrale Steuereinheit 9 mit anderen kompatiblen feldbusfähi- gen Komponenten und Systemen kommuniziert. Beispiele für einen solchen Feldbus sind Profibus, Profinet, Interbus-S, DeviceNet, Ethernet/IP, Powerlink, EtherCat und andere.

- Sicherheitsgerichetes E/A-Modul und nicht-sicherheits- gerichetes E/A-Modul Die E/A-Module 8 erfüllen selbst keine Steuerfunktion, stellen aber dem Segmentsteuermodul 6 oder einer zentralen Steuereinheit 9 digitale und/oder analoge Eingänge und Ausgänge für beliebige Steuervorgänge zur Verfügung. Si- cherheitsgerichtete E/A-Module sind eine spezielle Ausführung zur sicheren Abschaltung von Komponenten, bei denen der gesamte Weg zwischen dem E/A-Modul und der zuständigen Steuerung einer darüberliegenden Ebene überwacht bzw. re- dundant ausgeführt ist, so dass auch bei Ausfällen einer beteiligten Hardware- oder Software-Komponente innerhalb von vorgegebenen Reaktionszeiten eine sichere Abschaltung eines angeschlossenen Systems erreicht wird.

- Zentrale Steuereinheit

Die zentrale Steuereinheit 9 besitzt eine programmierbare Steuerung zur Realisierung der spezifischen Anlagenfunktionen, beispielsweise realisiert mit SPS-Systemen oder PC- basierender Hardware. Eine Anlage kann bei entsprechender

Größe auch mehrere zentrale Steuereinheiten 9 enthalten. Eine zentrale Steuereinheit 9 kann je nach Aufgabenstel ^¬ lung auch mit übergeordneten Serversystemen kommunizieren, von denen sie Bearbeitungsdaten erhält und an diese zu- rückmeldet.