Die Erfindung betrifft eine Prozessregelanordnung für einen sich periodisch wiederholenden Prozessablauf, in dessen Verlauf zu verschiedenen Phasen eines vollständigen Maschinenarbeitszyklus eine Anzahl von Maschinenvorgängen oder -funktionen ablaufen sowie deren Verwendung zur Rege lung einer Maschine zur Glasherstellung.
In vielen industriellen Prozessen ist die Regelung einer Vielzahl von Funktionen innerhalb eines periodischen Zyklus erforderlich. Ebenso häufig wird gefordert, dass sich die zeitliche Lage dieser Funktionen innerhalb des Zyklus nach Bedarf leicht abändern lässt, ohne den Prozess selbst anzuhalten oder einen Wechsel in der Abfolge der Funktionen zu verursachen, was eine unerwünschte Störung des Prozesslaufes zur Folge hätte.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prozessregelanordnung mit solchen Eigenschaften zu schaffen, dass der geregelte Prozess in seinem Ablauf modifiziert werden kann, wobei der Prozess jedoch störungsfrei weiterlaufen soll. Die Erfindung und die ihr zugrundeliegende Aufgabe werden nachfolgend deutlicher anhand eines Beispiels aus der Glasherstellung beschrieben.
In einer Apparatur zur Glasherstellung ist es, in einfachen Worte gesagt, erforderlich, aus einem in einer Röhre fliessenden Strom schmelzflüssigen Glases Glastropfen zu bilden, deren Grösse durch die Öffnung eines Plunger-Ventils bestimmt ist. Die Tropfen müssen mechanisch durch eine Schere abgetrennt werden, anschliessend sind die Tropfen einer Anzahl verschiedener Formen zuzuführen, das Glas in einer ersten Form auszublasen, der Külbel ist dann aus der ersten Form zu entnehmen und umgekehrt in eine zweite Form einzusetzen, wo ein weiteres Aufblasen des Glasbehälters stattfindet. Anschliessend muss der Glasbehälter aus der zweiten Form und aus der Maschine auf ein Förderband ausgestossen werden, welches das fertige Produkt von der Apparatur abfördert.
Glasblasmaschinen sind gewöhnlich aus mehreren Abschnitten aufgebaut, die jeweils eine Anzahl gleicher aufeinanderfolgender Arbeitsschritte ausführen, die jedoch, auf einen Bezugspunkt des Maschinenzyklus bezogen, zeitlich bzw. phasenmässig gegeneinander verschoben sind. Wäre es möglich, die Mechanik aller Maschinenabschnitte identisch auszubilden und auch die Durchlaufzeit der Glastropfen für jeden Maschinenabschnitt gleich lang zu machen, dann liesse sich eine solche Maschine in der Weise regeln, dass nur für einen ihrer Abschnitte eine Anzahl von Regelvorgängen entsprechend der Anzahl der Fertigungsschritte im Glasfertigungsverfahren dieses Abschnittes vorgesehen werden und diese Regelvorgänge in gleicher Reihenfolge, aber entsprechend dem Maschinenzyklus der anderen Maschinenabschnitte phasenverschoben auf diese angewendet werden.
Dieser Idealfall tritt jedoch in der Praxis nicht auf, da jeder Maschinenabschnitt unterschiedlichem Verschleiss unterliegt und unterschiedliche Toleranzen aufweist. Es ist deshalb erforderlich, die zeitliche Lage eines jeden Maschinenereignisses, ausgedrückt als ein Winkel des vollständigen Maschinenzyklus, bei laufender Maschine in geringem Umfang abzuändern, damit der Betrieb der Maschine und die Qualität des Endproduktes erhalten bleibt.
Es ist bekannt, die zeitliche Abfolge der Arbeitsvorgänge einer solchen aus mehreren Abschnitten aufgebauten Maschine dadurch festzulegen, dass man auf einer rotierenden Trommel eine Vielzahl von Stiften derart angeordnet, dass diese Ventile betätigen, die die Arbeitsvorgänge der Maschine an den vorgesehenen Punkten des Maschinenzyklus auslösen. Um die zeitliche Lage irgendeines Arbeitsvorganges abzuändern, war es deshalb erforderlich, jene Stifte entlang der Peripherie der rotierenden Trommel zu versetzen.
Dies lässt sich jedoch nur durchführen, wenn die Maschine angehalten ist oder langsam läuft und kann bestenfalls zu einer rohen Annäherung jener idealen Einstellung führen, die dem erwünschten Zeitablauf entspricht.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Prozessregelanordnung zu schaffen, die eine solche Maschine ohne Störung des Fertigungsablaufes zufriedenstellend regelt, ist durch eine Prozessregelanordnung gelöst, bei der erfindungsgemäss zwei Wandler vorgesehen sind, von denen jeder auf ein rotierendes Maschinenteil anspricht, um elektrische Impulse zu erzeugen, wobei der erste Wandler einen einzelnen Referenzimpuls für jeden vollständigen Maschinenzyklus abgibt, während der zweite Wandler zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Referenzimpulsen eine Vielzahl von Markierimpulsen mit konstantem Impulsabstand erzeugt, bei der ferner ein Zähler, dem die Ausgangsimpulse des zweiten Wandlers zugeführt sind, sowie ein Speicher zum Speichern der Zählerstellung, bei der ein bestimmter Maschinenvorgang ablaufen soll, vorgesehen sind, bei der weiterhin Abfragemittel vorgesehen sind,
die den gesamten Speicher mit dem Auft'reten eines jeden Markierimpulses abfragen, wobei ein Vergleicher den beim Abfragen des Speichers ausgegebenen Zahlenwert mit dem Ist-Zählerstand vergleicht, und bei der schliesslich eine Anzahl Ausgangsstufen vorgesehen sind, deren Ausgangsimpulse bei Koinzidenz des Zählerstandes mit dem gespeicherten Zahlenwert die Maschinenvorgänge einleiten, wobei die Impulse des ersten Wandlers dazu dienen, am Ende eines jeden vollständigen Zyklus den Zähler zurückzustellen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise beschrieben. Dabei wird auf die beiliegende Zeichnung bezug genommen, die ein Blockschaltbild des zu beschreibenden Reglers darstellt.
Bei der in der Einleitung erläuterten Apparatur würden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Referenzimpulsen, die einmal pro Maschinenzyklus auftreten, typisch 3600 Markierimpulse liegen. Dies bedeutet, dass für jeweils 0,1 des vollständigen Mschinenzyklus ein Markierimpuls erzeugt wird.
Jeder Maschinenvorgang oder jede Maschinenfunktion kann so festgelegt werden, dass sie am Zeitpunkt eines bestimmten Markierimpulses eingeleitet und am Zeitpunkt eines anderen Markierimpulses beendet wird. Da die Marker impulse nicht zeitbezogen, sondern auf der Grundlage des Maschinenzyklus winkelbezogen sind, sind die Abfolge und der Verlauf aller Maschinenvorgänge innerhalb eines Maschinenzyklus ohne Rücksicht auf die augenblickliche Maschinengeschwindigkeit konstant.
Die Regelanordnung kann wie folgt aufgebaut sein:
Die von der Bezugswelle der Maschine abgeleiteten Mar- kierimpulse werden einem elektronischen Zähler zugeführt, der mit Auftreten eines jeden Referenzimpulses, der jeweils einmal pro Maschinenzyklus von der Bezugswelle der Maschine abgeleitet wird, auf Null zurückgestellt wird. Die Gesamtzahl der im Zähler stehenden Markierimpulse repräsentiert zu jedem Zeitpunkt den besonderen augenblicklichen Phasenwinkel der gesamten Maschine. Der Zahlenwert für den geforderten Start- und Abschlusszeitpunkt eines jeden während des vollständigen Prozesses auftretenden Vorgangs bzw. auftretender Funktion ist in einem Maschinenspeicher enthalten.
Jedesmal, wenn ein Markierimpuls den Zähler um eins weiterschaltet, wird der Speicher vollständig abgefragt, der Stand eines jeden Vorgangs ermittelt und die die Vorgänge in der Maschine steuernden Stellmittel verändert, wenn dies zweckmässig ist. Der Speicher kann aus mechanischen Schaltern aufgebaut sein, von denen jeweils einer für den Beginn und das Ende eines jeden Maschinenvorgangs bzw. einer jeden Maschinenfunktion eingestellt ist. Vorzugsweise wird jedoch ein elektronischer Speicher verwendet, beispielsweise ein Magnetkernspeicher.
Wenn mechanische Schalter verwendet werden, muss sichergestellt sein, dass dann, wenn während des Betriebs der Maschine eine Einstellung geändert wird, diese Änderung vorgenommen wird, wäh- rend die Zahl im Speicher von der bestehenden Einstellung, der neuen Einstellung, oder irgendeinem Wert zwischen der alten und der neuen Einstellung verschieden ist. Dieses Erfordernis führt zu gewissen Schwierigkeiten, wenn Dekadenschalter verwendet werden.
Diese Schwierigkeit lässt sich z. B. sehr leicht überwinden, wenn eine elektronische Torsteuerung in der Weise verwendet wird, dass bei Eingabe einer neuen Einstellung in den Kernspeicher durch ein manuelles Tastenfeld oder durch einen Management-Computer die Änderung der Einstellung nur in einem sicheren Moment stattfindet.
Die wesentlichen Komponenten der Prozessregelanordnung sind: a) Ein Impulsgenerator, der an eine Bezugswelle der geregelten Apparatur angekoppelt ist und eine Reihe schmaler Markierimpulse sowie einen Referenzimpuls für jeden Maschinenzyklus abgibt.
b) Ein elektronischer Zähler, dessen Kapazität wenigstens gleich der Anzahl der Markierimpulse in einem vollstän.
digen Maschinenzyklus ist.
c) Ein Speicher, der ein Kernspeicher sein kann und ausreichend Kapazität besitzt, um alle Start- und Endpunkte eines jeden Maschinenvorgangs und jeder Maschinenfunktion zu speichern.
d) Elektronische Abfragemittel, um bei jedem Weiterschalten des Zählers den Speicher abzufragen und den gespeicherten Zahlenwert des Beginns und Endes eines jeden Vorgangs mit dem Zahlenwert im Speicher zu vergleichen.
e) Mittel, um den Ausgangszustand, entweder ein oder aus zu signalisieren, der für jeden Vorgang oder jede Funktion durch Vergleich des Zahlenwertes im Zähler mit dem Zahlenwert im Speicher bestimmt wird.
f) Mittel, um diese Ausgangssignale in der Weise weiter zu koppeln, dass sie den betreffenden Vorgang bzw. die Funk tion der Maschine wie gewünscht steuern.
Zwar ist die Regelanordnung im Zusammenhang mit einer Apparatur zur Glasherstellung beschrieben worden, sie kann jedoch bei jedem geregelten Prozess verwendet werden, bei dem Referenzsignale von der im Prozess verwendeten Apparatur erhalten werden können, und Funktionen oder Vorgänge geregelt werden sollen, die eine spezifische Phasenbeziehung zum vollständigen Prozesszyklus oder Maschinenzyklus aufweisen.
Das anschliessend erläuterte Blockschaltbild zeigt folgendes: Die zu regelnde Maschine 1 besitzt einen Arbeitszyklus mit bis zu N Vorgängen oder Funktionen, die zu regeln sind.
Der Maschine 1 sind zwei rotierende Wellen 2 und 3 zugeordnet und so mit ihr gekoppelt, dass von der Welle 2 eine Reihe schmaler Markiersignale abgeleitet werden kann, die für jeden Maschinenzyklus eine ganzzahlige Impulsmenge ergibt, und dass von der zweiten Welle 3 für jeden Maschinenzyklus ein Referenzimpuls abgeleitet werden kann. Die rotierenden Wellen 2 und 3 können voneinander getrennt sein, es ist aber auch möglich, beide Arten von Impulsen von einer einzigen Welle abzuleiten. Zwei Impulswandler 4 und 5 erzeugen während der Drehung der beiden Wellen 2 und 3 elektronische Impulse. Diese Impulswandler können elektromagnetisch, fotoelektrisch, als elektromagnetische Annäherungsschalter oder auf der Basis von mechanisch zu betätigenden Schaltern arbeiten.
Die durch die Impulswandler 4 und 5 erzeugten elektrischen Signale werden in Impulsformern 6 und 7 elektronisch geformt, um gut definierte elektronische Impulse zu erhalten, die geeignet sind, in die weiteren elektronischen Stufen des Reglers eingekoppelt zu werden.
Das aus dem Impulsformer 6 kommende Signal wird an zwei weitere Schalteinheiten weitergeleitet, nämlich an einen elektronischen Zähler 8 und an eine Speichersteuereinheit 11. Der Zähler 8 besitzt eine Kapazität von wenigstens der Anzahl der schmalen Markierimpulse, die innerhalb eines vollständigen Maschinenzyklus erzeugt werden. Das aus dem Impulsformer 7 herauskommende Impulssignal stellt jedesmal den Zähler 8 auf Null zurück, wenn der Zyklus-Referenzimpuls erscheint. Dies stellt sicher, dass in jedem der aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen der Maschine der gleiche Zahlenwert im Zähler den gleichen momentanen Phasenwinkel des Arbeitszyklus darstellt. Dies ist insbesondere während des Anlaufvorganges der Maschine und des Reglers erforderlich.
Wenn die zu regelnde Maschine nach dem Start einen ersten vollständigen Zyklus durchlaufen hat, wird der Zahlenwert im Zähler zwangsläufig repräsentativ für den augenblicklichen Phasenwinkel des Maschinenzyklus. Den Zahlenwerten im Zähler 8 entsprechende Daten werden einem Vergleicher 9 zugeführt, dem für Vergleichszwecke auch Daten aus dem Speicher 10 zugeführt werden.
Mit Erscheinen eines jeden schmalen Markierimpulses aus dem Impulsformer 6 wird ein Befehlssignal an die Speichersteuereinheit 11 abgegeben, um eine vollständige Ab frage des Speichers 10 auszulösen. Während dieses Anfragevorgangs werden alle eingespeicherten Daten aufeinanderfolgend dem Vergleicher 9 zugeführt, wo sie mit dem jeweils im Zähler stehenden Zahlenwert verglichen werden.
Die Ausgangssignale des Vergleichers 9 werden an alle Ausgangsstufen 12a bis 12n des Reglers weitergeleitet, und gleichzeitig werden Signale, die die Adressen der Ausgangsstufen 12a-12n darstellen, den Ausgangsstufen in der Weise von der Speichersteuereinheit 11 aufeinanderfolgend zugeführt, dass die Einstellung jeder einzelnen Ausgangsstufe in sachgemässer Weise entweder als ein oder aus vorgenommen wird, wann immer der im Zähler 8 stehende Zahlenwert in diesem Augenblick mit einem einzelnen Zahlenwert im Speicher 10 unter der Adresse der besagten Ausgangsstufe übereinstimmt. Jedesmal wenn der Zähler 8 um eins weiterschaltet, wird der Speicher neu abgefragt und werden die Ausgangsstufen auf den neuesten Stand gebracht.
Im Normalfall besitzen die Ausgangsstufen 12a bis 12n die beiden Stellungen ein und aus , durch welche Steuerventile 13a bis 13n angesteuert werden, von denen je eines einer Ausgangsstufe zugeordnet ist.
Die Ventile 13a bis 13n steuern ihrerseits die Vorgänge oder Funktionen innerhalb der Maschine durch geeignete Mittel, z. B. durch pneumatische, hydraulische, elektromagnetische Betätigungsglieder oder durch Elektromotoren. In den beiden letztgenannten Fällen würden die Ventile 13a bis 13n die Form elektrischer Schalter annehmen.
Bei der bisher beschriebenen Regelanordnung wird davon ausgegangen, dass dem Speicher 10 bereits sämtliche Daten eingegeben sind, er also z. B. ein vorprogrammierter Mikroprogrammspeicher ist. Wird jedoch ein programmierbarer read-write -Speicher benutzt, dann werden manuelle Dateneingabemittel 14 wie beispielsweise ein Tastenfeld und ein Zustandsanzeigefeld 15, welches in Verbindung mit der Dateneingabe und der Steuereinheit 16 für die Zustandsanzeige zusammenarbeitet, verwendet, um dem Speicher 10 Daten einzugeben, oder die Daten an bestimmten Speicherstellen zu ändern. Die Steuereinheit 16 ist weiterhin mit der Speichersteuereinheit 11 verbunden, und grundsätzlich bestimmt die erste über die manuelle Dateneingabe 14 eingegebene Information die jeweilige Adressenstelle für die neue über die Speichersteuereinheit 11 in den Speicher 10 gelangende Information.
Die nächste durch die manuelle Dateneingabe 14 eingegebene Information ist dann gerade jener augenblickliche Datenwert, der in die vorbestimmte Speicher- stelle im Speicher 10 eingespeichert werden soll. Auf diese Weise kann der Speicher 10 durch die manuelle Dateneingabe 14 vollständig gefüllt werden. Das Zustandsanzeigefeld 15 zeigt den Wert der Daten an jeder Speicherstelle in Speicher 10, die während der manuellen Dateneingabe durch die Eingabeeinheit 14 adressiert worden ist.
Zusätzlich zu den über die manuelle Dateneingabeeinheit 14 eingegebenen Daten können weitere Daten in den Speicher 10 eingegeben werden oder darin gespeicherte Daten durch elektronische Signale über die Dateneingangsleitung 17 abgefragt werden. Eine typische Quelle solcher elektronischer Signale kann z. B. ein besonderer Managementcomputer sein. Dieser kann auch dazu verwendet werden, die Daten im Speicher 10 an jeder gewünschten Speicherstelle abzuändern. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, Daten über die Dateneingangsleitung 17 durch einen Lochstreifenleser, einen Magnetbandleser, der vom Kassettentyp, vom Patronentyp, oder vom Rollentyp sein kann, durch eine Magnettrommel oder eine Magnetplatte, oder durch irgendeine andere Variante aus der grossen Anzahl bekannter Speicher einzugeben.
Die Ausbaufähigkeit der vorliegenden Regelanordnung ist allein durch die Anzahl der Speicherplätze im Speicher 10, durch die Zykluszeit des Speichers sowie durch die Frequenz der schmalen Markierimpulse beschränkt, die durch den Wandler 4 erzeugt werden, wenn die zu regelnde Maschine 1 mit maximaler Geschwindigkeit läuft. Wenn z. B.
eine Maschine aus acht Abschnitten aufgebaut ist, von denen jeder dreissig Vorgänge oder Funktionen mit definiertem Start- und Endpunkt umfasst, wenn der Speicher eine Zykluszeit von 1,6 Mikrosekunden aufweist, wenn ferner zum Festlegen des Ablaufs jedes Vorgangs oder jeder Funktion zwei Speicherworte verwendet werden und der Wandler 4 während eines Maschinenzyklus 1024 schmale Markierimpulse erzeugt, dann ergibt sich für die unterste Zeitdauer eines Maschinenzyklus eine Zeit von etwa 3,3 Sekunden.
Das vom Wandler 5 kommende Rückstellsignal für den Zähler 8, das der Wandler von der rotierenden Welle 3 bezieht, sollte hinsichtlich seiner Phasenlage im Maschinenzyklus sehr genau auf die Lage der schmalen Markierimpulse abgestimmt werden, die von der rotierenden Welle 2 sowie vom Wandler 4 abgeleitet sind, und zwar sollte das Rückstellsignal nicht mehr als einen der Markierimpulse abdecken.
Um diese strengen Voraussetzungen zu erfüllen, kann eine Technik verwendet werden, bei der die rotierende Welle 3 in zwei miteinander durch einen Zahntrieb gekoppelte Teile unterteilt ist und beide Teile Vergleichsimpulse erzeugen, wobei der einkanalige Wandler 5 durch einen zweikanaligen elektronischen Wandler ersetzt wird, der die Koinzidenz dieser Impulse ermittelt, die genau zum verlangten Zeitpunkt eintritt.
Um eine hohe Betriebszuverlässigkeit der Regelanordnung zu erreichen, sollte der Zähler 8 zweigeteilt sein, wobei beiden Teilen parallel die Signale aus dem Impulsformer 6 zugeführt werden und zwischen den beiden Teilen des Zählers ein Vergleicher eingeschaltet ist, der die Koinzidenz der Zählereignisse in beiden Zählerhälften überprüft. Sollte dieser Vergleicher ein Fehlen der Parität zwischen den beiden Zählerhälften feststellen, dann wird ein Steuersignal erzeugt, welches den weiteren Betrieb des gesamten Reglers sperrt und, wenn nötig, ein sichtbares oder hörbares Warnsignal auslöst.
Abänderungen der Phasenlage des Startpunkts und Endpunkts eines jeden Maschinenvorgangs oder einer jeden Maschinenfunktion werden dann vorgenommen, wenn ein Maschinist das Funktionieren der Maschine und die Qualität der darauf hergestellten Gegenstände bzw. der in verschiedenen Stufen bearbeiteten Gegenstände überprüft. Die Abänderung der Phasenlage hat dann das Ziel, das Funktionieren der Maschine oder die Qualität der Erzeugnisse auf den verlangten Standard anzuheben. Auf diese Weise arbeitet die Regelanordnung innerhalb einer geschlossenen Regelschleife, in der der Maschinist die Rückkopplung darstellt. In anderen Anwendungen kann jedoch die Rückkopplung auch automatisch erfolgen.
Dazu können Messfühler vorgesehen sein, die die Abweichung im Betriebverhalten der geregelten Apparatur vom Sollverhalten bzw. die Qualitätsabweichungen der bearbeiteten Gegenstände in den einzelnen Bearbeitungsstufen überwachen und Steuermittel vorgesehen sind, die auf die Ausgangssignale dieser Messfühler ansprechen und über die Dateneingangsleitung 17 korrigierte Daten in den Speicher 10 eingeben. Auf diese Weise hat man einen automatisch arbeitenden geschlossenen Regelkreis verwirklicht. Im Fall der Regelung der Apparatur für die Glasherstellung wären z. B.
a) das Gewicht der Glastropfen, b) ihre Härte oder andere physikalische Eigenschaften, c) die Abmessungen des aufgeblasenen Glases, und d) physikalische Mängel des fertigen Glasproduktes solche Parameter, die für die automatische Korrektur der Phasenlage des jeweiligen Vorgangs innerhalb des Maschinenzyklus überwacht werden könnten.
PATENTANSPRÜCH E
I. Prozessregelanordnung für einen sich periodisch wiederholenden Prozessablauf, in dessen Verlauf zu verschiedenen Phasen eines vollständigen Maschinenarbeitszyklus eine Anzahl von Maschinenvorgängen oder -funktionen ablaufen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wandler (4, 5) vorgesehen sind, von denen jeder auf ein rotierendes Maschinenteil (2, 3) anspricht, um elektrische Impulse zu erzeugen, wobei der erste Wandler (5) einen einzelnen Referenzimpuls für jeden vollständigen Maschinenzyklus abgibt, während der zweite Wandler (4) zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Referenzimpulsen eine Vielzahl von Markierimpulsen mit konstantem Impulsabstand erzeugt, dass ferner ein Zähler (8), dem die Ausgangsimpulse des zweiten Wandlers (4) zugeführt sind sowie ein Speicher (10) zum Speichern der Zählerstellung,
bei der ein bestimmter Maschinenvorgang ablaufen soll, vorgesehen sind, dass weiterhin Abfragemittel (11) vorgesehen sind, die den gesamten Speicher (10) mit dem Auftreten eines jeden Markierimpulses abfragen, wobei ein Vergleicher (9) den beim Abfragen des Speichers (10) ausgegebenen Zahlenwert mit dem Ist-Zählerstand vergleicht, und dass schliesslich eine Anzahl Ausgangsstufen (12a bis 12n) vorgesehen sind, deren Ausgangsimpulse bei Koinzidenz des Zählerstandes mit dem gespeicherten Zahlenwert die Maschinenvorgänge einleiten, wobei die Impulse des ersten Wandlers (5) dazu dienen, am Ende eines jeden vollständigen Zyklus den Zähler (8) zurückzustellen.
II. Verwendung der Prozessregelanordnung nach Patentanspruch I zur Regelung einer Maschine zur Glasherstellung.
UNTERANSPRÜCHE
1. Prozessregelanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass jeder Maschinenfunktion eine eigene Ausgangsstufe (12a bis 12n) zugeordnet ist, die zwei Ausgangszustände, z. B. Start und Ende , besitzt, wobei der Speicher (10) unter einer der jeweiligen Ausgangsstufe (12a bis 12n) zugeordneten Speicheradresse zwei Zahlenwerte eingespeichert hat, die jene Zeitpunkte im Verlauf eines Maschinenzyklus repräsentieren, zu denen die beiden Ausgangszustände der Ausgangsstufe (12a bis 12n) ausgelöst werden.
2. Prozessregelanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (10) ein elektroni
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
The invention relates to a process control arrangement for a periodically repeating process sequence, in the course of which a number of machine processes or functions take place in various phases of a complete machine work cycle, as well as its use for regulating a machine for glass production.
In many industrial processes it is necessary to control a large number of functions within a periodic cycle. It is also often required that the timing of these functions within the cycle can be easily changed as required without stopping the process itself or causing a change in the sequence of functions, which would result in an undesirable disruption of the process flow.
It is the object of the present invention to create a process control arrangement with properties such that the sequence of the regulated process can be modified, but the process should continue to run smoothly. The invention and the object on which it is based are described more clearly below using an example from glass production.
Put simply, in an apparatus for glass production it is necessary to form glass droplets from a stream of molten glass flowing in a tube, the size of which is determined by the opening of a plunger valve. The drops have to be separated mechanically with scissors, then the drops have to be fed into a number of different shapes, the glass blown out in a first shape, the parison is then removed from the first shape and vice versa, inserted into a second shape, where further blowing of the glass container takes place. The glass container must then be ejected from the second mold and out of the machine onto a conveyor belt, which transports the finished product away from the apparatus.
Glass-blowing machines are usually built up from several sections, each of which carries out a number of the same successive work steps, which, however, are shifted relative to one another in terms of time or phase relative to a reference point of the machine cycle. If it were possible to design the mechanics of all machine sections identically and also to make the throughput time of the glass gobs the same for each machine section, then such a machine could be regulated in such a way that a number of control processes corresponding to the number of production steps would only be for one of its sections are provided in the glass production process of this section and these control processes are applied to the other machine sections in the same order but with a phase shift according to the machine cycle.
However, this ideal case does not occur in practice, since each machine section is subject to different wear and tear and has different tolerances. It is therefore necessary to change the timing of each machine event, expressed as an angle of the complete machine cycle, to a small extent while the machine is running in order to maintain the operation of the machine and the quality of the end product.
It is known to determine the time sequence of the work processes of such a multi-section machine by arranging a large number of pins on a rotating drum in such a way that these actuate valves that trigger the work processes of the machine at the designated points in the machine cycle. Therefore, in order to change the timing of any operation, it was necessary to move those pins along the periphery of the rotating drum.
However, this can only be done when the machine is stopped or running slowly and at best it can lead to a crude approximation of that ideal setting that corresponds to the desired timing.
The object of the invention to create a process control arrangement which controls such a machine satisfactorily without disrupting the production process is achieved by a process control arrangement in which two converters are provided according to the invention, each of which responds to a rotating machine part in order to generate electrical pulses , the first transducer emitting a single reference pulse for each complete machine cycle, while the second transducer generates a plurality of marking pulses with constant pulse spacing between every two successive reference pulses, with a counter to which the output pulses of the second transducer are fed and a memory are provided for storing the counter position at which a specific machine process is to run, for which query means are also provided,
which query the entire memory with the occurrence of each marking pulse, a comparator comparing the numerical value output when the memory is queried with the actual count, and finally a number of output stages are provided whose output pulses when the count coincides with the stored Numerical value initiate the machine processes, the pulses from the first converter being used to reset the counter at the end of each complete cycle.
The invention is described below by way of example. Reference is made to the accompanying drawing, which shows a block diagram of the controller to be described.
With the apparatus explained in the introduction, there would typically be 3600 marking pulses between two successive reference pulses that occur once per machine cycle. This means that a marking pulse is generated for every 0.1 of the complete machine cycle.
Every machine process or every machine function can be defined in such a way that it is initiated at the time of a certain marking pulse and ended at the time of another marking pulse. Since the marker impulses are not time-related but angle-related based on the machine cycle, the sequence and course of all machine processes within a machine cycle are constant regardless of the current machine speed.
The control arrangement can be structured as follows:
The marking pulses derived from the reference shaft of the machine are fed to an electronic counter which is reset to zero when each reference pulse occurs, which is derived from the reference shaft of the machine once per machine cycle. The total number of marking pulses in the counter represents the particular instantaneous phase angle of the entire machine at any point in time. The numerical value for the required start and end time of each process or function occurring during the complete process is contained in a machine memory.
Every time a marking pulse advances the counter by one, the memory is completely queried, the status of each process is determined and the adjusting means controlling the processes in the machine are changed if this is appropriate. The memory can be constructed from mechanical switches, one of which is set for the start and the end of each machine process or each machine function. However, an electronic memory is preferably used, for example a magnetic core memory.
If mechanical switches are used, it must be ensured that if a setting is changed while the machine is in operation, that change is made while the number in memory is from the existing setting, the new setting, or any value between the the old and the new setting is different. This requirement creates certain difficulties when using decade switches.
This difficulty can be z. B. very easily overcome if an electronic gate control is used in such a way that when a new setting is entered in the core memory through a manual keypad or by a management computer, the change of setting only takes place in a safe moment.
The main components of the process control arrangement are: a) A pulse generator which is coupled to a reference shaft of the controlled apparatus and emits a series of narrow marking pulses and a reference pulse for each machine cycle.
b) An electronic counter whose capacity is at least equal to the number of marking pulses in a complete.
digen machine cycle is.
c) A memory that can be a core memory and has sufficient capacity to store all start and end points of every machine process and every machine function.
d) Electronic interrogation means to interrogate the memory each time the counter is advanced and to compare the stored numerical value of the beginning and end of each process with the numerical value in the memory.
e) Means to signal the initial state, either on or off, which is determined for each process or function by comparing the numerical value in the counter with the numerical value in the memory.
f) Means for further coupling these output signals in such a way that they control the relevant process or the function of the machine as desired.
Although the control arrangement has been described in connection with an apparatus for glass production, it can be used in any controlled process in which reference signals can be obtained from the apparatus used in the process and functions or processes are to be controlled which have a specific phase relationship to the have a complete process cycle or machine cycle.
The block diagram explained below shows the following: The machine 1 to be controlled has a working cycle with up to N processes or functions that are to be controlled.
Two rotating shafts 2 and 3 are assigned to the machine 1 and are coupled to it in such a way that a series of narrow marking signals can be derived from the shaft 2, which results in an integer quantity of pulses for each machine cycle, and one from the second shaft 3 for each machine cycle Reference pulse can be derived. The rotating shafts 2 and 3 can be separate from each other, but it is also possible to derive both types of pulses from a single shaft. Two pulse converters 4 and 5 generate electronic pulses while the two shafts 2 and 3 are rotating. These pulse converters can work electromagnetically, photoelectrically, as electromagnetic proximity switches or on the basis of mechanically operated switches.
The electrical signals generated by the pulse converters 4 and 5 are electronically shaped in pulse formers 6 and 7 in order to obtain well-defined electronic pulses which are suitable for being coupled into the further electronic stages of the controller.
The signal coming from the pulse shaper 6 is forwarded to two further switching units, namely to an electronic counter 8 and to a memory control unit 11. The counter 8 has a capacity of at least the number of narrow marking pulses generated within a complete machine cycle. The pulse signal coming out of the pulse shaper 7 resets the counter 8 to zero each time the cycle reference pulse appears. This ensures that in each of the successive work cycles of the machine the same numerical value in the counter represents the same instantaneous phase angle of the work cycle. This is particularly necessary during the start-up process of the machine and the controller.
When the machine to be controlled has run through a first complete cycle after starting, the numerical value in the counter is necessarily representative of the current phase angle of the machine cycle. Data corresponding to the numerical values in the counter 8 are fed to a comparator 9, to which data from the memory 10 are also fed for comparison purposes.
With the appearance of each narrow marking pulse from the pulse shaper 6, a command signal is sent to the memory control unit 11 in order to trigger a complete query from the memory 10. During this query process, all of the stored data are successively fed to the comparator 9, where they are compared with the numerical value in the counter.
The output signals of the comparator 9 are forwarded to all output stages 12a to 12n of the controller, and at the same time signals which represent the addresses of the output stages 12a-12n are fed to the output stages in such a way from the memory control unit 11 that the setting of each individual output stage in is appropriately made either as on or off whenever the numerical value in the counter 8 at that moment coincides with a single numerical value in the memory 10 at the address of said output stage. Every time the counter 8 advances by one, the memory is queried again and the output stages are brought up to date.
In the normal case, the output stages 12a to 12n have the two positions on and off, through which control valves 13a to 13n are activated, one of which is assigned to an output stage.
The valves 13a to 13n in turn control the processes or functions within the machine by suitable means, e.g. B. by pneumatic, hydraulic, electromagnetic actuators or by electric motors. In the latter two cases, the valves 13a to 13n would take the form of electrical switches.
In the case of the control arrangement described so far, it is assumed that all data have already been entered into the memory 10; B. is a preprogrammed microprogram memory. However, if a programmable read-write memory is used, then manual data input means 14 such as a keypad and a status display field 15, which works together in connection with the data input and the control unit 16 for the status display, are used to input data into the memory 10, or change the data in certain memory locations. The control unit 16 is also connected to the memory control unit 11, and in principle the first information input via the manual data input 14 determines the respective address location for the new information arriving in the memory 10 via the memory control unit 11.
The next item of information entered by the manual data input 14 is then precisely that instantaneous data value which is to be stored in the predetermined storage location in the memory 10. In this way, the memory 10 can be completely filled by the manual data entry 14. The status display field 15 shows the value of the data at each storage location in the memory 10 which has been addressed during the manual data entry by the input unit 14.
In addition to the data input via the manual data input unit 14, further data can be input into the memory 10 or data stored therein can be queried by electronic signals via the data input line 17. A typical source of such electronic signals can e.g. B. be a special management computer. This can also be used to change the data in memory 10 at any desired memory location. Further possibilities are to enter data via the data input line 17 through a punched tape reader, a magnetic tape reader, which can be of the cassette type, of the cartridge type, or of the roller type, by a magnetic drum or a magnetic disk, or by some other variant from the large number of known memories.
The expandability of the present control system is limited solely by the number of storage locations in the memory 10, the cycle time of the memory and the frequency of the narrow marking pulses generated by the converter 4 when the machine 1 to be controlled is running at maximum speed. If z. B.
a machine is made up of eight sections, each of which comprises thirty processes or functions with a defined start and end point, if the memory has a cycle time of 1.6 microseconds, if two memory words are also used to define the sequence of each process or function and the converter 4 generates 1024 narrow marking pulses during a machine cycle, then a time of approximately 3.3 seconds results for the lowest time period of a machine cycle.
The reset signal for the counter 8 coming from the converter 5, which the converter receives from the rotating shaft 3, should, with regard to its phase position in the machine cycle, be very precisely matched to the position of the narrow marking pulses derived from the rotating shaft 2 and from the converter 4 , namely the reset signal should not cover more than one of the marking pulses.
In order to meet these strict requirements, a technique can be used in which the rotating shaft 3 is divided into two parts coupled to one another by a gear drive and both parts generate comparison pulses, the single-channel transducer 5 being replaced by a two-channel electronic transducer which Coincidence of these impulses is determined, which occurs exactly at the required time.
In order to achieve high operational reliability of the control system, the counter 8 should be divided into two parts, the signals from the pulse shaper 6 being fed to both parts in parallel and a comparator connected between the two parts of the counter which checks the coincidence of the counting events in both counter halves. If this comparator detects a lack of parity between the two counter halves, a control signal is generated which blocks the further operation of the entire controller and, if necessary, triggers a visible or audible warning signal.
Changes to the phase position of the starting point and end point of each machine process or each machine function are made when a machine operator checks the functioning of the machine and the quality of the objects manufactured on it or the objects processed in different stages. The aim of changing the phase position is then to raise the functioning of the machine or the quality of the products to the required standard. In this way the control arrangement operates within a closed control loop in which the operator provides the feedback. In other applications, however, the feedback can also take place automatically.
For this purpose, measuring sensors can be provided which monitor the deviation in the operating behavior of the controlled apparatus from the target behavior or the quality deviations of the processed objects in the individual processing stages, and control means are provided that respond to the output signals of these measuring sensors and transfer corrected data to the memory via the data input line 17 Enter 10. In this way, an automatically operating closed control loop has been implemented. In the case of the regulation of the apparatus for glass production, e.g. B.
a) the weight of the glass droplets, b) their hardness or other physical properties, c) the dimensions of the inflated glass, and d) physical defects of the finished glass product those parameters that are monitored for the automatic correction of the phase position of the respective process within the machine cycle could.
PATENT CLAIMS E.
I. Process control arrangement for a periodically repeating process sequence, in the course of which a number of machine processes or functions take place in different phases of a complete machine work cycle, characterized in that two converters (4, 5) are provided, each of which is directed to a rotating machine part ( 2, 3) responds to generate electrical pulses, the first transducer (5) emitting a single reference pulse for each complete machine cycle, while the second transducer (4) generates a large number of marking pulses with constant pulse spacing between each two successive reference pulses that also a counter (8) to which the output pulses of the second transducer (4) are fed and a memory (10) for storing the counter position,
in which a certain machine process is to run, it is provided that querying means (11) are also provided which query the entire memory (10) with the occurrence of each marking pulse, a comparator (9) outputting the data when the memory (10) is queried Compares the numerical value with the actual counter reading, and that finally a number of output stages (12a to 12n) are provided, the output pulses of which initiate the machine processes when the counter reading coincides with the stored numerical value, with the pulses from the first converter (5) being used at the end reset the counter (8) of each complete cycle.
II. Use of the process control arrangement according to claim I for controlling a machine for glass production.
SUBCLAIMS
1. Process control arrangement according to patent claim 1, characterized in that each machine function is assigned its own output stage (12a to 12n) which has two output states, e.g. B. start and end, the memory (10) has stored two numerical values under a memory address assigned to the respective output stage (12a to 12n) which represent those times in the course of a machine cycle at which the two output states of the output stage (12a to 12n).
2. Process control arrangement according to claim 1, characterized in that the memory (10) is an electronic
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