DE10110675A1 - Industrielles Datenübertragungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein industrielles Datenübertragungssystem zur Erfassung von Prozessparametern in einem zyklischen Bustakt (T1, T2) mit festgelegtem Zeitraster, wobei jeweils auf Veranlassung eines Synchronsignals (SS0 bis SS7) innerhalb jeden Taktes eine Vielzahl von Prozessparametern gleichzeitig erfasst und festgehalten und in einer darauffolgenden Datenaustauschphase an die Prozesssteuerung und/oder -regelung übertragen werden. Dabei werden sämtliche zeitkritischen Prozessein- und -ausgangsparameter gleichzeitig erfasst. In einer darauffolgenden Prozesssteuerungs- und/oder -regelungsphase erfolgt eine Bearbeitung der Prozessdaten mit hoher Priorität (PT1 bis PT6). Diese wird insbesondere für Kunststoffspritzgießmaschinen zur Umschaltzeitpunkterkennung genutzt. Des Weiteren wird ein Maschinenproduktionstakt (MT1) mit Busteiltakten (BT1 bis BT4) genutzt, die jeweils ein Synchronsignal (SS0 bis SS7) und unterschiedliche Informationsgehalte und/oder Längen aufweisen können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein industrielles Datenüber­ tragungssystem zur Erfassung von Prozessparametern in einem zyklischen Bustakt mit festgelegtem Zeitraster, wobei jeweils auf Veranlassung eines Synchronsignals innerhalb jeden Taktes eine Vielzahl von Prozessparametern gleichzeitig erfasst und festgehalten und in einer darauffolgenden Datenaustauschphase an die Prozesssteuerung- und/oder -regelung übertragen wer­ den.

Aus der Druckschrift "Standardisierter Feldbus für die elekt­ rische Antriebstechnik", VDI Berichte, 844, Bericht "SERCOS- Interface", Seite 69 pp., ist es bekannt, dass mit Hilfe des SERCOS-Interface ein zeitgesteuerter Buszugriff auf Antriebe erfolgen kann. Die Datentelegramme, die für die einzelnen An­ triebe bestimmt sind, werden in einem festen Zeitraster ge­ sendet. Ein Steuerungs- oder Regelungssystem übernimmt dabei die Masterfunktion und sendet im Abstand der Zykluszeit ein Synchronsignal, auf das die einzelnen Antriebe, die sogenann­ ten Slaves, ihre Information an den Master übertragen.

Bei der Steuerung und Regelung von Produktionsmaschinen, ins­ besondere von Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasformanla­ gen, ist eine präzise Messdatenerfassung und eine hohe Regel­ genauigkeit der Stellglieder von großer Bedeutung für die Qualität der produzierten Teile. Voraussetzung für eine schnelle und präzise Regelung ist eine möglichst geringe Zeitspanne zwischen Empfang der Prozessistwerte des Sensors und der Verarbeitung, sowie der darauffolgenden Ausgabe neuer Sollwerte an den Aktor.

Heutzutage wird eine Vielzahl von Produkten bzw. Vorprodukten durch Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasformanlagen gefer­ tigt, die in der Industrie als auch im Konsumbereich eingesetzt werden. An diese Produkte werden zunehmend hohe Anfor­ derungen an die Produktionsgüte gestellt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein industrielles Datenübertra­ gungssystem mit für Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasform­ anlagen optimierten Prozessanforderungen bereitzustellen.

Gemäß der Erfindung ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass da­ bei gleichzeitig sämtliche zeitkritischen Prozessein- und -ausgangsparameter zur Steuerung und Regelung einer Kunst­ stoffspritzgieß- und/oder -blasformanlage erfasst werden. Die Prozessperipherie, die in solchen Anlagen beispielsweise de­ zentral von der Steuerung oder Regelung angeordnet sein kann, hält mit dem Synchronsignal sämtliche Messparameter fest. Die Messdaten sind somit nicht asynchron zueinander erfasst wor­ den und können in vorteilhafter Weise in der Steuerung und Regelung mit einem festen Zeitbezugspunkt verarbeitet werden.

Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass nach der Datenaustauschphase mit dezen­ traler Prozessperipherie eine Prozesssteuerungs- und/oder -regelungsphase für Prozessparameter mit hoher Priorität folgt. Der Zeitabstand von der Messdatenerfassung (Synchron­ signal) bis zur Verarbeitung (Steuerungs- und/oder Regelungs­ phase) ist in dem Zeitabschnitt zur Verarbeitung von Prozess­ parametern hoher Priorität am geringsten. In der Prozesssteu­ erungs- und/oder -regelungsphase für Prozessparameter mit ho­ her Priorität werden zu einem überwiegenden Teil nur zeitkri­ tische Prozessgrößen verarbeitet. Mit dieser Vorgehensweise ist gewährleistet, dass besonders auf zeitkritische Prozess­ veränderungen sofort reagiert werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, dass nach der Datenaustauschphase eine Umschaltzeitpunkterkennung mit hoher Priorität für Kunst­ stoffspritzgießmaschinen erfolgt, bei der von einem Ein­ spritz- auf einen Nachdruckvorgang gewechselt wird. Ein zeitkritischer Prozessparameter stellt während des Kunststoff­ spritzvorgangs der Einspritzdruck dar.

Um eine möglichst hohe Stückzahl im Produktionsprozess zu er­ reichen, wird mit einer hohen Einspritzgeschwindigkeit in die Kunststoffspritzform gearbeitet. Ist die Kunststoffspritzform gefüllt, so führt ein unvermindertes Beibehalten der Ein­ spritzgeschwindigkeit zu einem hohen Druckanstieg. Die Pro­ zesssteuerung und/oder -regelung muss somit den Umschaltzeit­ punkt, bei dem es zu einem steil verlaufenden, deutlichen Druckanstieg kommt, möglichst schnell erfassen und darauf möglichst schnell reagieren. Dies ist in der vorliegenden Er­ findung dadurch gewährleistet, dass direkt nach der Datenaus­ tauschphase eine Rechenoperationszeit zur Umschaltzeitpunkt­ erkennung folgt, die bei Erkennung sofort weitere Regelungs- bzw. Steuerungsschritte einleitet.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, dass ein zyklisch wiederkehrender Ma­ schinenproduktionstakt aus jeweils mit einem Synchronsignal versehenen Busteiltakten besteht, die unterschiedlichen In­ formationsgehalt und/oder unterschiedliche Länge aufweisen. Unterschiedliche Prozessmessgrößen besitzen in der Regel auch unterschiedliche Prozesszeitkonstanten. Um diesen Eigenschaf­ ten in vorteilhafter Weise Rechnung zu tragen, kann der Pro­ duktionstakt eines Spritzgießteils in eine bestimmte Anzahl von Busteiltakten zerlegt werden. In diesen Teiltakten ist es nicht immer notwendig, alle Prozessgrößen zu messen. Insbe­ sondere bei Messparametern mit im Vergleich zum System großen Zeitkonstanten kann es beispielsweise sinnvoll sein, diese in jedem zweiten Busteiltakt oder in noch größeren Zeitabständen zu erfassen. Die unterschiedliche Länge und der unterschied­ liche Informationsgehalt der Busteiltakte führt dazu, dass zeitkritische Messparameter durchschnittlich in einem gerin­ geren Zeitabstand gemessen werden können, im Vergleich zu ei­ nem Messsystem, das in jedem Takt alle Messparameter erfasst.

Somit ist auch in vorteilhafter Weise die Reaktionszeit auf ein zeitkritisches Ereignis geringer.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau einer Spritzgießmaschine,

Fig. 2 eine Zusammensetzung von zyklischen Bustakten und

Fig. 3 eine Zusammensetzung von Busteiltakten mit unterschied­ lichem Informationsgehalt und/oder unterschiedlicher Länge.

In Fig. 1 ist in Form einer Prinzipdarstellung eine Kunst­ stoffspritzgießmaschine dargestellt. Ein Kunststoffgranulat wird in einen Trichter T eingefüllt und gelangt in ein Schne­ ckengehäuse SG. Im oder entlang des Schneckengehäuses SG zur Kunststoffform hin befinden sich in der Regel Heizstrecken, die das Kunststoffgranulat erwärmen. Die Heizstrecken sind der Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 nicht dargestellt.

Eine Vortriebsschnecke VS im Schneckengehäuse SG ist schrau­ benförmig ausgebildet, wird von einem Motor M angetrieben und ist in der Lage das Kunststoffgranulat bzw. das im verjüngten Bereich des Schneckengehäuses vorliegende plastifizierte Ma­ terial in die Kunststoffform einzuspritzen. Die Kunststoff­ form besteht dabei aus zwei Formteilen FT1 und FT2, die nach dem Einspritz- und Erstarrungsvorgang auseinander bewegt wer­ den, um das Einspritzprodukt freizugeben. Der Übersichtlich­ keit halber sind das Kunststoffgranulat, das plastifizierte Material, sowie das Einspritzprodukt in den Formteilen FT1 und FT2 in Fig. 1 nicht dargestellt.

An einer Kunststoffspritzgießmaschine können unterschied­ lichste Messparameter aufgenommen werden, die beispielsweise Einspritzdruck, Einspritzgeschwindigkeit, Druck, Drehmoment der Vortriebsschnecke VS, Position der Vortriebsschnecke VS etc. umfassen können. Die unterschiedlichen Messaufnehmer hierfür sind der Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 nicht dar­ gestellt.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist eine Zusammensetzung von zwei zyklischen Bustakten dargestellt. Die Taktdauer T1 und T2 ist durch jeweils einen horizontalen Doppelpfeil einge­ zeichnet. Am Anfang und am Ende eines jeden Doppelpfeiles be­ finden sich vertikale Striche, die die im Takt T1 bzw. T2 stattfindenden Vorgängen eingrenzen. Diese Vorgänge sind un­ ter den jeweiligen Doppelpfeilen der Takte T1 und T2 aufge­ führt.

Veranlasst durch ein Synchronsignal SS0 bis SS2 werden Pro­ zessdaten gleichzeitig erfasst und in den jeweils darauffol­ genden Datenpaketzeiten DP1 bis DP6 an eine Steuerungs- und/oder -regelungseinheit gesendet. Für eine jeweilige Pro­ zessperipherie ist die Datensendezeit in einem Takt T1 oder T2 so definiert, dass es zu keiner Kollision von Daten auf der Datenleitung kommt.

Nachdem die letzten Daten in der Datenpaketzeit DP3 bzw. DP6 der Prozessperipherie an die Steuerungs- und/oder -regelungs­ einheit übertragen wurden, folgt eine Rechenoperationszeit CT1 bzw. CT2 (Controler Task) der Steuerungs- und/oder -rege­ lungseinheit. Zu Beginn der jeweiligen Rechenoperationszeit CT1 oder CT2 werden Prozessparameter mit hoher Priorität PT1 bzw. PT2 abgearbeitet. Dies ist in der Darstellung gemäß Fig. 2 in den jeweiligen Rechenoperationszeiten CT1 und CT2 durch horizontal schraffierte Rechtecke PT1 und PT2 (Priority Tasks) dargestellt.

Die Rechenoperationszeit für Prozessparameter mit hoher Prio­ rität PT1 bzw. PT2 kann beispielsweise genutzt werden, um bei einer Kunststoffspritzgießmaschine eine Umschaltzeitpunkter­ kennung zu detektieren, bei der von einem Einspritzvorgang auf einen Nachdruckvorgang gewechselt wird.

Am Ende bzw. zu Beginn einer jeweiligen Rechenoperationszeit CT1 und CT2 wird ein Synchronsignal SS0 bis SS2 gesendet, dass die Prozessperipherie veranlasst, ihre jeweiligen Mess­ daten gleichzeitig zu erfassen. Mit dieser Vorgehensweise ist gewährleistet, dass Prozessperipheriedaten verwendet werden, die immer zeitsynchron erfasst wurden.

Die Rechenoperationszeiten CT1 und CT2 können sich auch bis zur gesamten Taktzeit T1 bzw. T2 ausdehnen, so dass Datenpa­ ketzeiten DP1 bis DP3 bzw. DP4 bis DP6 parallel stattfinden.

Die Rechengeschwindigkeit kann dabei herabgesetzt sein. In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist eine Zusammensetzung von Busteiltakten BT1 bis BT4 mit unterschiedlichem Informations­ gehalt und/oder unterschiedlicher Länge dargestellt. Vor Be­ ginn bzw. zum Ende eines Busteiltaktes BT1 bis BT4 erfolgt ein Zeitabschnitt für ein Synchronsignal SS3 bis SS7, mit dem alle Prozessdaten zeitsynchron erfasst werden. Dies wurde be­ reits anhand der Fig. 2 beschrieben, bei der die Takte T1 und T2 jeweils gleich aufgebaut sind. Im Unterschied hierzu wei­ sen die Busteiltakte in Fig. 3 eine unterschiedliche Länge mit unterschiedlichem Informationsgehalt auf. Die Busteiltakte BT1 und BT2 weisen eine gleiche Taktlänge auf. In ihrer je­ weiligen Taktzeit ist jeweils eine Datenpaketzeit DP7 bzw. DP8 eingerichtet, nach der ein jeweiliger Rechenzeitabschnitt CT3 bzw. CT4 folgt, in dem ein Zeitabschnitt für Befehle mit hoher Priorität PT3 bzw. PT4 vorgesehen ist. In den Datenpa­ ketzeiten DP7 und DP8 können Informationen der gleichen In­ formationsquelle übertragen werden, wie beispielsweise die Temperaturinformation einer Messstelle, es können aber auch Informationen unterschiedlicher Messstellen übertragen wer­ den. Beispielsweise könnte in der Datenpaketzeit DP7 ein Tem­ peraturmesswert und in Datenpaketzeit DP8 ein Druckmesswert übermittelt werden.

Im Unterschied zu den Busteiltakten BT1 und BT2 weisen die Busteiltakte BT3 und BT4 unterschiedliche Busteiltaktlängen auf. Auch die Datenpaketzeiten DP9 bis DP12 können unter­ schiedlicher Länge sein. Weiterhin sind in den Busteiltakten BT3 und BT4 Rechenzeiten für Befehle mit hoher Priorität PT5 und PT6 vorgesehen, die sich in den jeweiligen Rechenoperati­ onszeit CT5 und CT6 befinden.

Die Busteiltakte BT1 bis BT4 sind in Fig. 3 zu einem Maschi­ nenproduktionstakt MT1 zusammengefasst, wobei der Maschinen­ produktionstakt MT1 noch weitere Busteiltakte BT1 bis BT4 um­ fassen kann. Dies ist in Fig. 3 durch drei Punkte zwischen den Busteiltakten BT3 und BT4 angedeutet.

Diese Vorgehensweise ermöglicht es, nicht in jedem Busteil­ takt BT1 bis BT4 alle Messdaten einzulesen und auszuwerten, sondern gezielt für den jeweiligen Busteiltakt BT1 bis BT4 relevante Daten auszuwählen. Ein Datenballast, der im System erfasst und übertragen wird, obwohl sich eine betreffende Messgröße nur relativ langsam ändert, wird vermieden.

Claims (4)

1. Industrielles Datenübertragungssystem zur Erfassung von Prozessparametern in einem zyklischen Bustakt (T1, T2) mit festgelegtem Zeitraster, wobei jeweils auf Veranlassung eines Synchronsignals (SS0 bis SS7) innerhalb jeden Taktes eine Vielzahl von Prozessparametern gleichzeitig erfasst und fest­ gehalten und in einer darauffolgenden Datenaustauschphase an die Prozesssteuerung und/oder -regelung übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass dabei gleichzeitig sämtliche zeitkritischen Prozessein- und -aus­ gangsparameter zur Steuerung und Regelung einer Kunststoff­ spritzgieß- und/oder -blasformanlage erfasst werden.

2. Industrielles Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Datenaustauschphase mit dezentraler Prozessperipherie eine Prozesssteuerungs- und/oder -regelungsphase für Prozesspara­ meter mit hoher Priorität (PT1 bis PT6) folgt.

3. Industrielles Datenübertragungssystem nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass nach der Datenaustauschphase eine Umschalt­ zeitpunkterkennung mit hoher Priorität für Kunststoffspritz­ gießmaschinen erfolgt, bei der von einem Einspritz- auf einen Nachdrückvorgang gewechselt wird.

4. Industrielles Datenübertragungssystem nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass ein zyklisch wiederkehrender Maschinenproduk­ tionstakt (MT1) aus jeweils mit einem Synchronsignal (SS0 bis SS7) versehenen Busteiltakten (BT1 bis BT4) besteht, die un­ terschiedlichen Informationsgehalt und/oder unterschiedliche Länge aufweisen.