DE102017112129B4

DE102017112129B4 - Regelvorrichtung zur Regelung wenigstens einer Regelgröße zumindest eines Temperierkreislaufs

Info

Publication number: DE102017112129B4
Application number: DE102017112129.3A
Authority: DE
Inventors: Hannes Bernhard
Original assignee: Engel Austria GmbH
Current assignee: Engel Austria GmbH
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: KR102064644B1; AT518682A1; US20170351229A1; US10606220B2; KR20170137640A; DE102017112129A1

Abstract

Regelvorrichtung zur Regelung wenigstens einer Regelgröße zumindest eines Temperierkreislaufs (9) eines Werkzeuges einer Formgebungsmaschine für verschiedene Betriebspunkte des zumindest einen Temperierkreislaufs (9), wobei der zumindest eine Temperierkreislauf (9) ein Stellorgan (10) und einen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße (Vsoll) des Stellorgans (10) und zumindest eines Messwerts aufweist, wobei sich abhängig von verschiedenen Stellgrößen (Vsoll) des Stellorgans (10) die verschiedenen Betriebspunkte des zumindest einen Temperierkreislaufs (9) ergeben, mit- einem Sollwerteingang (4) zur Eingabe eines Sollwertes (delta Tsoll) für die wenigstens eine Regelgröße- einem Istwerteingang (5) zur Eingabe eines auf Basis des zumindest einen Messwerts ermittelten, insbesondere berechneten, Istwertes (delta Tist) für die wenigstens eine Regelgröße- einer Berechnungseinheit (8) zum Berechnen der Stellgröße (Vsoll) in Abhängigkeit einer Abweichung des Istwertes (delta Tist) vom Sollwert (delta Tsoll) derart, dass der Istwert (delta Tist) dem Sollwert (delta Tsoll) nachgeführt wird- einem Steuerausgang (6) zur Ausgabe der Stellgröße (Vsoll) für das Stellorgan (10) des zumindest einen Temperierkreislaufs (9) dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) dazu ausgebildet ist, die Stellgröße (Vsoll) abhängig vom vorliegenden Betriebspunkt oder in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise zu berechnen, wobei die Berechnungseinheit (8) die Stellgröße (Vsoll) abhängig vom vorliegenden Betriebspunkt unter Verwendung einer in der Regelvorrichtung hinterlegten Transformationsvorschrift zwischen Stellgröße (Vsoll) und Regelgröße oder Messwert berechnet, wobei die Transformationsvorschrift den Zusammenhang abhängig von den sich durch die verschiedenen Stellgrößen (Vsoll) ergebenden Betriebspunkten des zumindest einen Temperierkreislaufs (9) wiedergibt, wobei - um für die Regelung ein gleichmäßigeres Verhalten über einen größeren Bereich von Betriebspunkten zu erhalten - ein nichtlineares Verhalten einer Polynomfunktion der Transformationsvorschrift in einem definierten Bereich linearisiert wird, wobei mit dieser Linearisierung in dem Bereich von minimaler bis maximaler Temperaturdifferenz das nichtlineare Verhalten durch ein lineares ersetzt und am Rand entsprechend extrapoliert wird, wobei mit dieser Transformationsvorschrift am Eingang des Reglers der Sollwert (delta Tsoll) und der Istwert (delta Tist) der Temperaturdifferenz umgerechnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung zur Regelung wenigstens einer Regelgröße zumindest eines Temperierkreislaufs eines Werkzeuges einer Formgebungsmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und/oder des Oberbegriffs des Anspruchs 6 und eine Temperiervorrichtung mit einer solchen Regelvorrichtung und ein Verfahren zum Regeln des Temperierkreislaufs.
Der zumindest eine Temperierkreislauf weist einen Vorlauf auf, über welchen dem zu temperierenden Werkzeug Temperiermedium mit einer bestimmten Vorlauftemperatur und mit einem bestimmten Durchfluss zugeführt wird. Über einen Rücklauf wird das Temperiermedium vom Werkzeug weggeführt. Der Temperierkreislauf wird durch den Vorlauf, die Strecke im Werkzeug und den Rücklauf gebildet und kann offen oder geschlossen ausgebildet sein. Der Temperierkreislauf enthält zusätzlich noch zumindest ein Ventil und einen Sensor zum Einstellen und Überwachen des Temperiermediumflusses im Temperierkreislauf auf. Im Werkzeug ändert sich die Temperatur des Temperiermediums abhängig von einer Werkzeugtemperatur auf eine Rücklauftemperatur. Die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauftemperatur und Werkzeugtemperatur kann positiv oder negativ sein. Mit zunehmendem Volumenstrom sinkt der Absolutwert der Temperaturdifferenz.
Eine gattungsgemäße Regelvorrichtung geht aus der DE 43 05 772 A1 hervor. In dieser Schrift ist beschrieben, dass als Regelgröße die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur oder die Rücklauftemperatur eingesetzt werden kann. Als Stellgröße wird der Durchfluss des Temperiermediums verwendet.
Problematisch bei dieser Regelvorrichtung ist die Tatsache, dass je nach gerade gegebenem Durchfluss des Temperiermediums eine geringe Durchflussänderung eine sehr starke oder schwache Änderung in der Temperaturdifferenz bewirken kann. Anders gesagt hängt das Regelverhalten (Regelgüte), d. h. das Einschwingverhalten der Regelgröße bei Sollwertänderungen oder Störungen, vom gerade vorliegenden Betriebspunkt ab. Liegt ein Betriebspunkt vor, bei welchem eine geringe Durchflussänderung eine schwache Änderung in der Temperaturdifferenz bewirkt, zeigt die Regelvorrichtung ein langsames Einschwingverhalten. Liegt ein Betriebspunkt vor, bei welchem eine geringe Durchflussänderung eine starke Änderung in der Temperaturdifferenz bewirkt, zeigt die Regelvorrichtung ein schnelles Einschwingverhalten oder kann instabil werden. Dies erschwert eine stabile Regelung der wenigstens einen Regelgröße (hier der Rücklauftemperatur oder der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur).
Bei bisherigen Formgebungsmaschinen war es meist notwendig, die Regelvorrichtung neu zu parametrieren, sobald ein neues Werkzeug aufgespannt wurde oder sonstige Änderungen betreffend das Werkzeug durchgeführt wurden oder Sollwertänderungen bzw. Betriebspunktänderungen aufgetreten sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer gattungsgemäßen Regelvorrichtung, bei welcher ein gleichmäßiges und stabiles Regelverhalten für verschiedene Betriebspunkte und/oder verschiedene Werkzeuge möglich ist und einer Temperiervorrichtung mit einer solchen Regelvorrichtung und eines Verfahrens zum Regeln des Temperierkreislaufs.
Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder des Anspruchs 6 und eine Temperiervorrichtung mit einer solchen Regelvorrichtung und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Weil vorgesehen ist, dass die Berechnungseinheit dazu ausgebildet ist, die Stellgröße abhängig vom vorliegenden Betriebspunkt oder in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise zu berechnen, hängt das Regelverhalten nicht vom gerade vorliegenden Betriebspunkt ab. Die Regelvorrichtung zeigt ein im Wesentlichen gleiches Regelverhalten auch für verschiedene Betriebspunkte.
Dies kann derart erfolgen, dass die Berechnungseinheit dazu ausgebildet ist, die Stellgröße unter Verwendung einer in der Regelvorrichtung hinterlegten Transformationsvorschrift zwischen Stellgröße und Regelgröße oder Messwert zu berechnen, wobei die Transformationsvorschrift den Zusammenhang unabhängig von den sich durch die verschiedenen Stellgrößen des Stellorgans ergebenden Betriebspunkten des zumindest einen Temperierkreislaufs wiedergibt. Der Zusammenhang muss zumindest in einem solchen Ausmaß bekannt sein, dass die Transformationsvorschrift erstellbar ist. Das Ermitteln des Zusammenhangs kann analytisch auf Basis physikalischer Theorien, mittels Computersimulationen oder empirisch durch Messungen (oder in beliebiger Kombination) erfolgen.
Erfindungsgemäß erfolgt dies derart, dass die Berechnungseinheit die Stellgröße in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise mittels einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Parametrierung berechnet.
Weil zusätzlich oder alternativ vorgesehen ist, dass die Berechnungseinheit dazu ausgebildet ist, das Berechnen der Stellgröße unter Verwendung von Regelparametern zum Regeln des Formgebungsprozesses (Spritzgießmaschinenprozesses) vorzunehmen und die Berechnungseinheit in Abhängigkeit eines ermittelten Temperierparameters des Temperierkreislaufes die berechnete Stellgröße unter Berücksichtigung von Unterschieden zwischen einem hinterlegten Standardprozess und einem vom Standardprozess abweichenden Formgebungsprozess umrechnet, kann eine erneute Reglerparametrierung bei Änderung von Prozessbedingungen oder bei Aufspannen eines neuen Werkzeugs entfallen.
Hierzu kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Temperierparameter ein Energieparameter oder ein daraus abgeleiteter Leistungsparameter ist, vorzugsweise eine Temperierleistung, ein Wärmeübergangskoeffizient oder eine Temperaturdifferenz zwischen Vorlauftemperatur und Werkzeugtemperatur. Dieser Temperierparameter kann während des Prozesses aufgrund der Stellgrößen und Messgrößen ermittelt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Unterschiede zwischen dem Standardprozess und dem vom Standardprozess abweichenden Formgebungsprozess auf baulichen Unterschieden zwischen einem in der Formgebungsmaschine aufgespannten Werkzeug und einem dem Standardprozess zugrundeliegenden fiktiven Werkzeug oder auf formgebungsprozesstechnischen Unterschieden zwischen Standardprozess und vom Standardprozess abweichenden Prozess basieren. Bauliche Unterschiede können beispielsweise die Größe des Werkzeugs, die Ausbildung einer Kavität des Werkzeugs, die Geometrie des Temperierkreislaufs oder die Verschlauchung sein. Formgebungsprozesstechnische Unterschiede sind beispielsweise die Änderung der Werkzeugtemperatur, die Änderung der Vorlauftemperatur, die Änderung der benötigten Wärmemenge, Zykluszeitänderungen, usw.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren diskutiert.
Im Allgemeinen kann die Regelung des zumindest einen Temperierkreislaufs mittels einer Regelgröße erfolgen. Bei der Regelgröße kann es sich zum Beispiel um eine Temperaturdifferenz zwischen einer Vorlauftemperatur und einer Rücklauftemperatur, um eine Durchflussmenge des Temperiermediums, eine abgeführte Wärmeleistung oder -energie handeln.
Im Folgenden wird beispielhaft die Regelung mittels der Temperaturdifferenz beschrieben.
Es soll die Temperaturdifferenz delta T zwischen Vor- und Rücklauftemperatur T_Vorlauf, T_Rücklauf geregelt werden: $d e l t a T = T_{V o r l a u f} - T_{R ü c k l a u f}$
Abhängig von Vorlauftemperatur T_Vorlauf und Werkzeugtemperatur können sich positive oder negative Temperaturdifferenzen delta T einstellen. Die Absolutwerte der Temperaturdifferenzen delta T sinken jeweils mit zunehmendem Durchfluss V_soll (vergleiche 1).
Betrachtet man das statische Verhalten des Temperierkreislaufs, dann ergibt sich der Wärmestrom Q̇ vom Werkzeug in das Temperiermedium abhängig vom Wärmeübergangskoeffizient α, der wirksamen Fläche A, der Wandtemperatur T_W und der Mediumtemperatur T∞. $\dot{Q} = α * A * (T_{w} - T_{\infty})$
Der Wärmestrom Q, welcher durch das Temperiermedium transportiert wird entspricht $\dot{Q} = \dot{m} * c_{p} * d e l t a T, mit \dot{m} = p * \dot{V}$
mit dem Massestrom ṁ, der Wärmekapazität c_p, der Temperaturdifferenz delta T zwischen Vorlauftemperatur T_Vorlauf und Rücklauftemperatur T_Rücklauf, der Dichte ρ und dem Durchfluss (Volumenstrom) V̇.
Daraus ergibt sich für die Temperaturdifferenz: $d e l t a T = \frac{α * A * (T_{w} - T_{\infty})}{p * \dot{V} * c_{p}}$
Mit der Annahme eines konstanten Wärmeübergangskoeffizienten α erhält man den vereinfachten Zusammenhang: $d e l t a T = \frac{c_{w} * (T_{w} - T_{\infty})}{\dot{V}}$
Die Temperaturdifferenz delta T hängt somit von den Eigenschaften vom Temperierkreislauf bzw. dem Werkzeug c_W ab, von der Temperaturdifferenz zwischen Werkzeug und Medium und vom Durchfluss.
Die 1 zeigt ein vereinfachtes Modell von Temperaturdifferenz abhängig vom Volumenstrom bei unterschiedlichen Werkzeugtemperaturen.
Fasst man alle Einflüsse von Werkzeug und Temperiermedium zusammen, ergibt sich vereinfacht das resultierende Verhalten einer dem Wärmestrom proportionalen Größe Q̇* (= deltaT * V̇) $d e l t a T = \frac{\dot{Q} *}{\dot{V}}$
Die 2 zeigt eine normierte Kennlinie mit Q̇* = 10 l/min K mit einem nichtlinearen Verhalten.
Betrachtet man das dynamisches Verhalten des Temperierkreislaufs, so wirkt sich die Änderung des Durchflusses aufgrund der Verzögerung durch die Leitung erst etwas verzögert auf die Temperaturdifferenz aus. Es zeigt sich ein Einschwingverhalten. Weiters ändert sich das Wärmeübergangsverhalten bei der Änderung des Durchflusses entsprechend der Wandtemperatur aufgrund der Wärmeleitung im Werkzeug.
Im Folgenden wird das der Erfindung zugrundeliegende Konzept näher erläutert.
Der physikalische Zusammenhang zwischen einer Stellgröße des Stellorgans (z. B. Volumenstrom durch Ventil) und eines Messwerts eines Sensors oder einer davon abgeleiteten Größe (z. B. Temperaturdifferenz delta T) des Temperierkreislaufs zeigt, wie oben beschrieben, ein stark nichtlineares Verhalten für verschiedene Betriebspunkte. Weiters ist das Systemverhalten sehr stark von im Allgemeinen unbekannten Größen wie Werkzeugtemperatur, Wärmeübergangseigenschaften sowie Medientemperatur und -leitungen abhängig.
Um zu vermeiden, dass die Regelvorrichtung für jeden Betriebspunkt neu eingestellt werden muss, sieht die Erfindung vor, dass die Berechnungseinheit dazu ausgebildet ist, die Stellgröße abhängig vom vorliegenden Betriebspunkt oder in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise zu berechnen.
Ob die Temperierung in Form einer Kühlung oder Heizung erfolgt, hängt natürlich davon ab, ob die Vorlauftemperatur niedriger oder höher als die Werkzeugtemperatur. Für die Regelung ist nur der Absolutwert der Temperaturdifferenz relevant.
Die Abtastzeit der delta-T-Regelung kann deutlich über der der Durchflussregelung liegen, damit von einem bis zum folgenden Abtastschritt bereits eine Durchflussänderung erfolgt ist.
Der ermittelte Istwert delta T_ist der Regelgröße kann als Mittelwert über den Zyklus bzw. einer entsprechend langen Zeit gebildet werden, da kurzzeitige dynamische Abweichungen während des Formgebungsprozesses (z.B. bei einem Einspritzzyklus einer als Spritzgießmaschine ausgebildeten Formgebungsmaschine) ohnehin nicht kompensiert werden können.
Die Regler-Struktur in 3 entspricht einer kaskadierten Regelung. Die Durchflussregelung (Berechnungseinheit 7) stellt den Regler des inneren Regelkreises dar. Die (direkte) Stellgröße S des inneren Regelkreises, welche an das Stellorgan 10, zum Beispiel ein Ventil, weitergegeben wird, dient zum Einstellen eines Durchflussistwertes V_ist im betrachteten Temperierkreislauf 9 (kann auch als System bezeichnet werden). Überlagert wirkt die Temperaturdifferenzregelung, welche eine Stellgröße V_soll für die wenigstens eine Regelgröße (hier Temperaturdifferenz) mittels Berechnungseinheit 8 liefert, welche als Sollwert für den inneren Regelkreis verwendet wird, wodurch schlussendlich der von der Berechnungseinheit 8 ausgegebene Wert (V_soll ) eine (indirekte) Stellgröße für das Stellorgan 10 bildet. Dies ist in 3 dargestellt.
Der delta-T-Regler basiert auf einer Berechnungseinheit 8 mit einem Standard-Regler, welcher beispielsweise als PID-Regler ausgeführt ist, mit den nachstehend beschriebenen Erweiterungen.
Grundsätzlich ist auszuführen, dass die Berechnungseinheit 8 die Stellgröße V_soll abhängig vom vorliegenden Betriebspunkt unter Verwendung einer in der Regelvorrichtung hinterlegten Transformationsvorschrift zwischen Stellgröße V_soll und Regelgröße oder Messwert berechnet, wobei die Transformationsvorschrift den physikalischen oder empirischen Zusammenhang abhängig von den sich durch die verschiedenen Stellgrößen V_soll des Stellorgans 10 ergebenden Betriebspunkten des zumindest einen Temperierkreislaufs wiedergibt.
Im nachfolgenden wird die Regelung auf Basis einer Transformationsvorschrift erläutert, wobei die Transformationsvorschrift einen mathematischen Zusammenhang zwischen Stellgröße V_soll und Regelgröße oder Messwert in Form einer zumindest stückweisen Polynomfunktion n-ter Ordnung, im Konkreten in Form einer linearen Polynomfunktion (n=1), zeigt.
Das stark nichtlineare Verhalten wird damit in einem definierten Bereich linearisiert, um für die Regelung ein gleichmäßigeres Verhalten über einen größeren Bereich von Betriebspunkten zu erhalten.
Es wird das vereinfachte Modell zu Grunde gelegt $d e l t a T = \frac{\dot{Q} *}{\dot{V}}$
Mit den nominellen Werten $\dot{Q} *_{n o m} = d e l t a T_{n o m} * {\dot{V}}_{n o m}$
Mit dieser Linearisierung wird in dem Bereich von minimaler bis maximaler Temperaturdifferenz das nichtlineare Verhalten durch ein lineares ersetzt und am Rand entsprechend extrapoliert (siehe 4). Mit dieser Transformationsvorschrift werden am Eingang des Reglers der Sollwert und der Istwert der Temperaturdifferenz umgerechnet.
Auf Basis der Transformationsvorschrift wird im ersten Schritt die Umkehrfunktion von deltaT (V̇), also V̇(deltaT) basierend auf dem nominellen Wärmestrom (Q̇*_nom berechnet.
Im zweiten Schritt werden anhand zweier Temperaturwerte und den dazugehörigen Durchflüssen die Parameter der linearen Funktion bestimmt. An den definierten Temperaturen bleiben die Werte durch die Funktion unverändert.
Im diskutierten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich noch vorgesehen, dass die Berechnungseinheit dazu ausgebildet ist, das Berechnen der Stellgröße unter Verwendung von Regelparametern zum Regeln des Formgebungsprozesses vorzunehmen und die Berechnungseinheit in Abhängigkeit eines ermittelten Temperierparameters des Temperierkreislaufes die berechnete Stellgröße unter Berücksichtigung von Unterschieden zwischen einem hinterlegten Standardprozess und einem vom Standardprozess abweichenden Formgebungsprozess umrechnet.
Dadurch wird eine adaptive Regelverstärkung erreicht. Beispielsweise verschiebt sich abhängig von der Temperaturdifferenz von Medium zu Werkzeug sowie der Wärmeübertragungseigenschaften im Werkzeug die Kennlinie (delta T vs. V_dot), siehe 1. Diese Abhängigkeit der Temperierparameter (Verschiebung der Kurve) bei verschiedenen Anwendungen wird für die Regelung kompensiert.
Im Folgenden wird als Unterschied zwischen einem hinterlegten Standardprozess und einem vom Standardprozess abweichenden Formgebungsprozess konkret der Wärmestrom berücksichtigt. Durch die gemessene Temperaturdifferenz und den aktuellen Volumenstrom kann auf den aktuellen Wärmestrom geschlossen werden.
Durch den Vergleich des ermittelten Wärmestroms Q̇*_act mit einem nominellen Wärmestrom Q̇_nom kann der Korrekturfaktor rAdaptiveGain gemäß nachstehender Formel ermittelt werden. Mit diesem Korrekturfaktor werden die Soll- und Istwerte multipliziert. $r A d a p t i v e G a i n = \frac{{\dot{Q}}_{n o m}}{\dot{Q} *_{a c t}}$
Durch die Multiplikation wird das reale Systemverhalten auf das nominelle Systemverhalten transformiert bzw. umgerechnet. Die Regelvorrichtung sieht dadurch immer die Verstärkung des nominellen Systems (hinterlegter Standardprozess).
Der Nutzen dieser Maßnahme besteht darin, dass keine Reglerparametrierungen bei Austausch des Werkzeugs oder bei Änderungen von formgebungsprozesstechnischen Eigenschaften von einem Bediener aufwändig durchgeführt werden müssen. Vielmehr berücksichtigt die Regelvorrichtung selbständig die Unterschiede zwischen dem hinterlegten (nominellen) Standardprozess und dem vom Standardprozess abweichenden, tatsächlich durchzuführenden Formgebungsprozess.
5 zeigt schematisch den Aufbau der in 3 nur als Block dargestellten Berechnungseinheit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung, mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 und Anspruchs 6. Diese Berechnungseinheit 8 umfasst ein Modul 1 zum Adaptieren von Unterschieden zwischen einem hinterlegten Standardprozess und einem vom Standardprozess abweichenden Formgebungsprozess, ein Modul 2 zum mitberechnen der Stellgröße abhängig vom vorliegenden Betriebspunkt und als Modul 3 einen Standard- Regler.
Über den dargestellten Istwerteingang 5 wird die Temperaturdifferenz delta T_ist der Berechnungseinheit 8 zugeführt. Diese wird berechnet aus einer gemessenen Vorlauftemperatur und einer gemessenen Rücklauftemperatur. Über den dargestellten Sollwerteingang 4 wird ein gewünschter Sollwert für die Temperaturdifferenz der Berechnungseinheit 8 zugeführt. Dieser Sollwert kann von einem Bediener über eine Bedienvorrichtung festgelegt werden. Von der Berechnungseinheit 8 erfolgt die Ausgabe der Stellgröße V_soll für das Stellorgan 10 des zumindest einen Temperierkreislaufs 9 über den Steuerausgang 6. Das Stellorgan 10 ist im konkreten Fall ein Ventil eines Durchflussreglers 7 für den Temperierkreislauf 9.
Im Stand der Technik wird eine fixe Parametrierung eingesetzt. Das heißt, die Regelvorrichtung (Standard-Regler) wird mit einem einzigen Parametersatz betrieben. Dieser muss für den ungünstigsten Anwendungsfall (hohe Systemverstärkung und geringe Dynamik) gewählt werden. Somit erreicht man für die üblichen Anwendungen ein sehr langsames und träges Regelungsverhalten.
Hier setzt die zweite Ausführungsvariante der Erfindung an, nach welcher die Berechnungseinheit dazu ausgebildet ist, die Stellgröße in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise zu berechnen, vorzugsweise indem die Berechnungseinheit die Stellgröße in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise mittels einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Parametrierung berechnet.
Es sind mehrere Parametersätze für unterschiedliche Betriebspunkte oder Prozessbedingungen des Formgebungsprozesses hinterlegt. Defaultmäßig ist ein robuster Datensatz gewählt. Bei Bedarf kann der Bediener aufgrund von spezifischen Systemeigenschaften aus vordefinierten Datensätzen auswählen. Dabei ist aber ein Eingriff des Bedieners notwendig bei Änderung des Betriebspunkts oder der Prozessbedingungen. Bevorzugt ist aber vorgesehen, dass die Auswahl des Datensatzes ohne Eingriff des Bedieners aufgrund von vorher oder während des laufenden Betriebes ermittelten Parametern, Stellgrößen oder Messgrößen erfolgt.
Die erforderlichen Parametersätze können vor dem Start der eigentlichen Regelung durch entsprechende Versuche bestimmt werden oder alternativ aufgrund des mathematischen Zusammenhanges bestimmt werden.
Jeder Eintrag obiger Tabelle steht für einen bestimmten Betriebspunkt, welcher bestimmt ist durch eine Temperaturdifferenz delta T_i und einen Durchfluss V_j. Jedem Betriebspunkt ist ein Parametersatz K_ij zugeordnet. Natürlich muss diese Zuordnung nicht in Form einer Tabelle vorliegen, sondern kann durch eine beliebige andere mathematische Zuordnung gegeben sein. Jeder Parametersatz K_ij kann in Form eines n-Tupels (n größer/gleich 1) vorliegen.
Je nachdem welcher Betriebspunkt vorliegt, kann nun die Regelvorrichtung, welche hier beispielsweise als PID-Regler vorliegt, mit dem zugehörigen Parametersatz parametriert werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass bei Vorliegen eines Betriebspunkts, welcher nicht in der Tabelle hinterlegt wird, in Abhängigkeit des am nächsten liegenden Betriebspunkts der Regelparameter interpoliert wird. Im Allgemeinen wird sich ja der Betriebspunkt während des Betriebes ändern, wobei dann während des Betriebs der ausgewählte Regelparameter auf den sich aufgrund der geänderten Situation ergebenden Regelparameter geändert bzw. angepasst.
Bezugszeichenliste

1: Modul zum Adaptieren von Unterschieden
2: Modul zum mitberechnen der Stellgröße
3: Modul in Form eines Standard- Regler
4: Sollwerteingang
5: Istwerteingang
6: Steuerausgang
7: Berechnungseinheit (Durchflussregler)
8: Berechnungseinheit
9: Temperierkreislauf
10: Stellorgan
S: Stellgröße der Berechnungseinheit 7
V_soll: Stellgröße der Berechnungseinheit 8 (entspricht dem Durchflusssollwert für die Berechnungseinheit 7)
V_ist: Durchflussistwert (=V_dot)
delta T_soll: Sollwert
delta T_ist: Istwert
K: Parametersatz

Claims

Regelvorrichtung zur Regelung wenigstens einer Regelgröße zumindest eines Temperierkreislaufs (9) eines Werkzeuges einer Formgebungsmaschine für verschiedene Betriebspunkte des zumindest einen Temperierkreislaufs (9), wobei der zumindest eine Temperierkreislauf (9) ein Stellorgan (10) und einen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße (V_soll) des Stellorgans (10) und zumindest eines Messwerts aufweist, wobei sich abhängig von verschiedenen Stellgrößen (V_soll) des Stellorgans (10) die verschiedenen Betriebspunkte des zumindest einen Temperierkreislaufs (9) ergeben, mit - einem Sollwerteingang (4) zur Eingabe eines Sollwertes (delta T_soll) für die wenigstens eine Regelgröße - einem Istwerteingang (5) zur Eingabe eines auf Basis des zumindest einen Messwerts ermittelten, insbesondere berechneten, Istwertes (delta T_ist) für die wenigstens eine Regelgröße - einer Berechnungseinheit (8) zum Berechnen der Stellgröße (V_soll) in Abhängigkeit einer Abweichung des Istwertes (delta T_ist) vom Sollwert (delta T_soll) derart, dass der Istwert (delta T_ist) dem Sollwert (delta T_soll) nachgeführt wird - einem Steuerausgang (6) zur Ausgabe der Stellgröße (V_soll) für das Stellorgan (10) des zumindest einen Temperierkreislaufs (9) dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) dazu ausgebildet ist, die Stellgröße (V_soll) abhängig vom vorliegenden Betriebspunkt oder in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise zu berechnen, wobei die Berechnungseinheit (8) die Stellgröße (V_soll) abhängig vom vorliegenden Betriebspunkt unter Verwendung einer in der Regelvorrichtung hinterlegten Transformationsvorschrift zwischen Stellgröße (V_soll) und Regelgröße oder Messwert berechnet, wobei die Transformationsvorschrift den Zusammenhang abhängig von den sich durch die verschiedenen Stellgrößen (V_soll) ergebenden Betriebspunkten des zumindest einen Temperierkreislaufs (9) wiedergibt, wobei - um für die Regelung ein gleichmäßigeres Verhalten über einen größeren Bereich von Betriebspunkten zu erhalten - ein nichtlineares Verhalten einer Polynomfunktion der Transformationsvorschrift in einem definierten Bereich linearisiert wird, wobei mit dieser Linearisierung in dem Bereich von minimaler bis maximaler Temperaturdifferenz das nichtlineare Verhalten durch ein lineares ersetzt und am Rand entsprechend extrapoliert wird, wobei mit dieser Transformationsvorschrift am Eingang des Reglers der Sollwert (delta T_soll) und der Istwert (delta T_ist) der Temperaturdifferenz umgerechnet werden.
Regelvorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Transformationsvorschrift einen mathematischen Zusammenhang zwischen Stellgröße (V_soll) und Regelgröße oder Messwert in Form einer zumindest stückweisen Polynomfunktion n-ter Ordnung, mit n größer gleich 1, erzeugt.
Regelvorrichtung nach wenigstens einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei die Transformationsvorschrift als Rechenvorschrift oder Tabelle in der Regelvorrichtung hinterlegt ist.
Regelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Berechnungseinheit (8) die Stellgröße (V_soll) in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise mittels einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Parametrierung berechnet.
Regelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei in der Regelvorrichtung für verschiedene Betriebspunkte, welche vorzugsweise jeweils durch Temperaturdifferenz (delta T_i) und Durchfluss (V_j) bestimmt sind, jeweils ein Parametersatz (K_ij) zugeordnet ist.
Regelvorrichtung zur Regelung wenigstens einer Regelgröße zumindest eines Temperierkreislaufs (9) eines in einer Formgebungsmaschine aufgespannten Werkzeuges während eines Formgebungsprozesses, mit - einem Sollwerteingang (4) zur Eingabe eines Sollwertes (delta T_soll) für die wenigstens eine Regelgröße - einem Istwerteingang (5) zur Eingabe eines auf Basis des zumindest einen Messwerts ermittelten, insbesondere berechneten, Istwertes (delta T_ist) für die wenigstens eine Regelgröße - einer Berechnungseinheit (8) zum Berechnen der Stellgröße (V_soll) in Abhängigkeit einer Abweichung des Istwertes (delta T_ist) vom Sollwert (delta T_soll) derart, dass der Istwert (delta T_ist) dem Sollwert (delta T_soll) nachgeführt wird - einem Steuerausgang (6) zur Ausgabe der Stellgröße (V_soll) für das Stellorgan (10) des zumindest einen Temperierkreislaufs (9) dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (8) dazu ausgebildet ist, das Berechnen der Stellgröße (V_soll) unter Verwendung von Regelparametern zum Regeln des Formgebungsprozesses vorzunehmen und die Berechnungseinheit (8) in Abhängigkeit eines ermittelten Temperierparameters des Temperierkreislaufes (9) die berechnete Stellgröße (V_soll) unter Berücksichtigung von Unterschieden zwischen einem hinterlegten Standardprozess und einem vom Standardprozess abweichenden Formgebungsprozess umrechnet, wobei die Unterschiede zwischen dem Standardprozess und dem vom Standardprozess abweichenden Formgebungsprozess auf baulichen Unterschieden zwischen einem in der Formgebungsmaschine aufgespannten Werkzeug und einem dem Standardprozess zugrundeliegenden fiktiven Werkzeug oder auf formgebungsprozesstechnischen Unterschieden zwischen Standardprozess und vom Standardprozess abweichenden Prozess basieren, wobei bauliche Unterschiede ausgewählt sind aus der Gruppe - Größe des Werkzeugs, - Ausbildung einer Kavität des Werkzeugs, - Geometrie des Temperierkreislaufs und - Verschlauchung, und wobei formgebungsprozesstechnische Unterschiede ausgewählt sind aus der Gruppe - Änderung der Werkzeugtemperatur, - Änderung der Vorlauftemperatur, - Änderung der benötigten Wärmemenge und - Änderung der Zykluszeit.
Regelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Temperierparameter ein Energieparameter oder ein daraus abgeleiteter Leistungsparameter ist, vorzugsweise eine Temperierleistung, ein Wärmeübergangskoeffizient oder eine Temperaturdifferenz zwischen Vorlauftemperatur und Werkzeugtemperatur.
Regelvorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Regelgröße eine Vorlauftemperatur, eine Rücklauftemperatur, eine Temperaturdifferenz oder eine Durchflussmenge ist.
Regelvorrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels des Stellorgans (10) der Durchfluss durch den zumindest einen Temperierkreislauf (9) als Stellgröße (V_soll) einstellbar ist.
Temperiervorrichtung für ein Werkzeug einer Formgebungsmaschine, mit zumindest einem Temperierkreislauf (9), vorzugsweise mit mehreren Temperierkreisläufen (9), wobei jeder Temperierkreislauf (9) einen Vorlauf, einen Rücklauf und eine Temperierstrecke im Werkzeug beinhaltet, wobei zum Regeln des zumindest einen Temperierkreislaufs eine Regelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Verfahren zum Regeln eines Temperierkreislaufs einer Temperiervorrichtung nach Anspruch 10 einer Formgebungsmaschine, wobei die Stellgröße (V_soll) abhängig von einem vorliegenden Betriebspunkt des Temperierkreislaufs oder in einer an den vorliegenden Betriebspunkt angepassten Weise gewählt wird und/oder eine Stellgröße (V_soll) unter Verwendung von Regelparametern zum Regeln eines Formgebungsprozesses berechnet wird und in Abhängigkeit eines ermittelten Temperierparameters des Temperierkreislaufes (9) die berechnete Stellgröße (V_soll) unter Berücksichtigung von Unterschieden zwischen einem hinterlegten Standardprozess und einem vom Standardprozess abweichenden Formgebungsprozess gewählt wird.