DE10110675B4

DE10110675B4 - Industrielles Datenübertragungssystem

Info

Publication number: DE10110675B4
Application number: DE10110675A
Authority: DE
Inventors: Werner Hofmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: DE20122799U1; DE10110675A1; US20020127294A1; US6544023B2

Abstract

Verfahren zum Erfassen von Prozessparametern in einem industriellen Datenübertragungssystem in einem zyklischen Bustakt (T1, T2) mit festgelegtem Zeitraster, wobei: – jeweils auf Veranlassung eines Synchronsignals (SS0 bis SS7) innerhalb jedes Bustakts eine Vielzahl von Prozessparametern gleichzeitig erfasst und festgehalten werden, wobei die Vielzahl von Prozessparametern sämtliche zeitkritischen Prozessein- und -ausgangsparameter zur Steuerung und Regelung einer Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasformanlage umfasst, und – in einer darauffolgenden Datenaustauschphase die Vielzahl von Prozessparametern an die Prozesssteuerung und/oder -regelung übertragen werden, und – innerhalb jedes Bustakts unmittelbar nach der Datenaustauschphase eine Prozesssteuerungs- und/oder -regelungsphase für Prozessparameter mit hoher Priorität (PT1 bis PT6) folgt, und – ein zyklisch wiederkehrender Maschinenproduktionstakt (MT1) aus jeweils mit einem Synchronsignal (SS0 bis SS7) versehenen Busteiltakten (BT1 bis BT4) besteht, die eine unterschiedliche Länge aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein industrielles Datenübertragungssystem 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 werden.
Aus der Druckschrift ”Standardisierter Feldbus für die elektrische 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 Antriebe bestimmt sind, werden in einem festen Zeitraster gesendet. Ein Steuerungs- oder Regelungssystem übernimmt dabei die Masterfunktion und sendet im Abstand der Zykluszeit ein Synchronsignal, auf das die einzelnen Antriebe, die so genannten Slaves, ihre Information an den Master übertragen.
Bei der Steuerung und Regelung von Produktionsmaschinen, insbesondere von Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasformanlagen, sind eine präzise Messdatenerfassung und eine hohe Regelgenauigkeit 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.
Ein Beispiel für eine solche Spritzgießanlage ist in der Patentschrift DE 39 37 099 C2 beschrieben.
Heutzutage wird eine Vielzahl von Produkten bzw. Vorprodukten durch Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasformanlagen gefertigt, die in der Industrie als auch im Konsumbereich eingesetzt werden. An diese Produkte werden zunehmend hohe Anforderungen an die Produktionsgüte gestellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein industrielles Datenübertragungssystem mit für Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasformanlagen optimierten Prozessanforderungen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zum Erfassen von Prozessparametern in einem industriellen Datenübertragungssystem gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Dabei werden gleichzeitig sämtliche zeitkritischen Prozessein- und -ausgangsparameter zur Steuerung und Regelung einer Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasformanlage erfasst. Die Prozessperipherie, die in solchen Anlagen beispielsweise dezentral von der Steuerung oder Regelung angeordnet sein kann, hält mit dem Synchronsignal sämtliche Messparameter fest. Die Messdaten sind somit nicht asynchron zueinander erfasst worden und können in vorteilhafter Weise in der Steuerung und Regelung mit einem festen Zeitbezugspunkt verarbeitet werden.
Nach der Datenaustauschphase mit dezentraler Prozessperipherie folgt eine Prozesssteuerungs- und/oder -regelungsphase für Prozessparameter mit hoher Priorität. Der Zeitabstand von der Messdatenerfassung (Synchronsignal) bis zur Verarbeitung (Steuerungs- und/oder Regelungsphase) ist in dem Zeitabschnitt zur Verarbeitung von Prozessparametern hoher Priorität am geringsten. In der Prozesssteuerungs- und/oder -regelungsphase für Prozessparameter mit hoher Priorität werden zu einem überwiegenden Teil nur zeitkritische Prozessgrößen verarbeitet. Mit dieser Vorgehensweise ist gewährleistet, dass besonders auf zeitkritische Prozessveränderungen sofort reagiert werden kann. Die unterschiedliche Länge der Busteiltakte führt dazu, dass zeitkritische Messparameter durchschnittlich in einem geringeren Zeitabstand gemessen werden können, im Vergleich zu einem Messsystem, das in jedem Takt alle Messparameter erfasst. Somit ist auch in vorteilhafter Weise die Reaktionszeit auf ein zeitkritisches Ereignis geringer.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass nach der Datenaustauschphase eine Umschaltzeitpunkterkennung mit hoher Priorität für Kunststoffspritzgießmaschinen erfolgt, bei der von einem Einspritz- auf einen Nachdruckvorgang gewechselt wird. Ein zeitkritischer Prozessparameter stellt während des Kunststoffspritzvorgangs der Einspritzdruck dar.
Um eine möglichst hohe Stückzahl im Produktionsprozess zu erreichen, wird mit einer hohen Einspritzgeschwindigkeit in die Kunststoffspritzform gearbeitet. Ist die Kunststoffspritzform gefüllt, so führt ein unvermindertes Beibehalten der Einspritzgeschwindigkeit zu einem hohen Druckanstieg. Die Prozesssteuerung und/oder -regelung muss somit den Umschaltzeitpunkt, bei dem es zu einem steil verlaufenden, deutlichen Druckanstieg kommt, möglichst schnell erfassen und darauf möglichst schnell reagieren. Dies ist in der vorliegenden Erfindung dadurch gewährleistet, dass direkt nach der Datenaustauschphase eine Rechenoperationszeit zur Umschaltzeitpunkterkennung folgt, die bei Erkennung sofort weitere Regelungs- bzw. Steuerungsschritte einleitet.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zyklisch wiederkehrender Maschinenproduktionstakt aus jeweils mit einem Synchronsignal versehenen Busteiltakten besteht, die unterschiedlichen Informationsgehalt aufweisen. Unterschiedliche Prozessmessgrößen besitzen in der Regel auch unterschiedliche Prozesszeitkonstanten. Um diesen Eigenschaften in vorteilhafter Weise Rechnung zu tragen, kann der Produktionstakt eines Spritzgießteils in eine bestimmte Anzahl von Busteiltakten zerlegt werden. In diesen Teiltakten ist es nicht immer notwendig, alle Prozessgrößen zu messen. Insbesondere 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. Der unterschiedliche Informationsgehalt der Busteiltakte führt dazu, dass zeitkritische Messparameter durchschnittlich in einem geringeren Zeitabstand gemessen werden können, im Vergleich zu einem 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 zeigen:
1 einen prinzipiellen Aufbau einer Spritzgießmaschine,
2 eine Zusammensetzung von zyklischen Bustakten und
3 eine Zusammensetzung von Busteiltakten mit unterschiedlichem Informationsgehalt und/oder unterschiedlicher Länge.
In 1 ist in Form einer Prinzipdarstellung eine Kunststoffspritzgießmaschine dargestellt. Ein Kunststoffgranulat wird in einen Trichter T eingefüllt und gelangt in ein Schneckengehäuse 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 1 nicht dargestellt.
An einer Kunststoffspritzgießmaschine können unterschiedlichste 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 1 nicht dargestellt.
In der Darstellung gemäß 2 ist eine Zusammensetzung von zwei zyklischen Bustakten dargestellt. Die Taktdauer T1 und T2 ist durch jeweils einen horizontalen Doppelpfeil eingezeichnet. Am Anfang und am Ende eines jeden Doppelpfeiles befinden sich vertikale Striche, die die im Takt T1 bzw. T2 stattfindenden Vorgängen eingrenzen. Diese Vorgänge sind unter den jeweiligen Doppelpfeilen der Takte T1 und T2 aufgeführt.
Veranlasst durch ein Synchronsignal SS0 bis SS2 werden Prozessdaten gleichzeitig erfasst und in den jeweils darauffolgenden Datenpaketzeiten DP1 bis DP6 an eine Steuerungs- und/oder -regelungseinheit gesendet. Für eine jeweilige Prozessperipherie 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 -regelungseinheit übertragen wurden, folgt eine Rechenoperationszeit CT1 bzw. CT2 (Controler Task) der Steuerungs- und/oder -regelungseinheit. Zu Beginn der jeweiligen Rechenoperationszeit CT1 oder CT2 werden Prozessparameter mit hoher Priorität PT1 bzw. PT2 abgearbeitet. Dies ist in der Darstellung gemäß 2 in den jeweiligen Rechenoperationszeiten CT1 und CT2 durch horizontal schraffierte Rechtecke PT1 und PT2 (Priority Tasks) dargestellt.
Die Rechenoperationszeit für Prozessparameter mit hoher Priorität PT1 bzw. PT2 kann beispielsweise genutzt werden, um bei einer Kunststoffspritzgießmaschine eine Umschaltzeitpunkterkennung 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 Messdaten 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 Datenpaketzeiten DP1 bis DP3 bzw. DP4 bis DP6 parallel stattfinden. Die Rechengeschwindigkeit kann dabei herabgesetzt sein.
In der Darstellung gemäß 3 ist eine Zusammensetzung von Busteiltakten BT1 bis BT4 mit unterschiedlichem Informationsgehalt und/oder unterschiedlicher Länge dargestellt. Vor Beginn 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 bereits anhand der 2 beschrieben, bei der die Takte T1 und T2 jeweils gleich aufgebaut sind. Im Unterschied hierzu weisen die Busteiltakte in 3 eine unterschiedliche Länge mit unterschiedlichem Informationsgehalt auf. Die Busteiltakte BT1 und BT2 weisen eine gleiche Taktlänge auf. In ihrer jeweiligen 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 Datenpaketzeiten DP7 und DP8 können Informationen der gleichen Informationsquelle übertragen werden, wie beispielsweise die Temperaturinformation einer Messstelle, es können aber auch Informationen unterschiedlicher Messstellen übertragen werden. Beispielsweise könnte in der Datenpaketzeit DP7 ein Temperaturmesswert 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 unterschiedlicher 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 Rechenoperationszeit CT5 und CT6 befinden.
Die Busteiltakte BT3 bis BT4 sind in 3 zu einem Maschinenproduktionstakt MT1 zusammengefasst, wobei der Maschinenproduktionstakt MT1 noch weitere Busteiltakte BT1 bis BT4 umfassen kann. Dies ist in 3 durch drei Punkte zwischen den Busteiltakten BT3 und BT4 angedeutet.
Diese Vorgehensweise ermöglicht es, nicht in jedem Busteiltakt 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

Verfahren zum Erfassen von Prozessparametern in einem industriellen Datenübertragungssystem in einem zyklischen Bustakt (T1, T2) mit festgelegtem Zeitraster, wobei: – jeweils auf Veranlassung eines Synchronsignals (SS0 bis SS7) innerhalb jedes Bustakts eine Vielzahl von Prozessparametern gleichzeitig erfasst und festgehalten werden, wobei die Vielzahl von Prozessparametern sämtliche zeitkritischen Prozessein- und -ausgangsparameter zur Steuerung und Regelung einer Kunststoffspritzgieß- und/oder -blasformanlage umfasst, und – in einer darauffolgenden Datenaustauschphase die Vielzahl von Prozessparametern an die Prozesssteuerung und/oder -regelung übertragen werden, und – innerhalb jedes Bustakts unmittelbar nach der Datenaustauschphase eine Prozesssteuerungs- und/oder -regelungsphase für Prozessparameter mit hoher Priorität (PT1 bis PT6) folgt, und – ein zyklisch wiederkehrender Maschinenproduktionstakt (MT1) aus jeweils mit einem Synchronsignal (SS0 bis SS7) versehenen Busteiltakten (BT1 bis BT4) besteht, die eine unterschiedliche Länge aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Prozesssteuerungs- und/oder -regelungsphase für Prozessparameter mit hoher Priorität (PT1 bis PT6) umfasst, dass eine Umschaltzeitpunkterkennung für Kunststoffspritzgießmaschinen erfolgt, bei der von einem Einspritz- auf einen Nachdruckvorgang gewechselt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der oder ein weiterer zyklisch wiederkehrender Maschinenproduktionstakt (MT1) aus jeweils mit einem Synchronsignal (SS0 bis SS7) versehenen Busteiltakten (BT1 bis BT4) besteht, die unterschiedlichen Informationsgehalt aufweisen.