DE10338494A1

DE10338494A1 - Steuerverfahren für eine Maschine mit mindestens einen umrichtergesteuerten Antrieb

Info

Publication number: DE10338494A1
Application number: DE10338494A
Authority: DE
Inventors: Filippo Giannini
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-04-14
Also published as: US20050049723A1; US7151978B2

Abstract

Eine Maschine, insbesondere eine Produktionsmaschine (1), z. B. eine Kunststoffspritzgießmaschine (1), weist mindestens einen umrichtergesteuerten Antrieb (2) auf. Der Umrichter (6) gibt mit einem Antriebstakt an den Antrieb (2) Ansteuerbefehle (s*, n*, m*) aus und erfasst Istdaten (s, n, m ) des Antriebs (2). Ferner gibt der Umrichter (6) zusätzlich zur Ausgabe der Ansteuerbefehle (s*, n*, m*) weitere Ansteuerbefehle (p*, T*, x*) an die Maschine (1) oder eine der Maschine (1) zugeordnete Einrichtung (10) aus und/oder erfasst zusätzlich zur Erfassung der Istdaten (s, n, m) des Antriebs (2) weitere Istdaten (p, T, x) der Maschine (1) oder einer der Maschine (1) zugeordneten Einrichtung (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Maschine, insbesondere eine Produktionsmaschine, z. B. eine Kunststoffspritzgießmaschine, mit mindestens einem umrichtergesteuerten Antrieb, wobei ein Umrichter mit einem Antriebstakt an den Antrieb Ansteuerbefehle ausgibt und Istdaten des Antriebs erfasst.
Jede Maschine mit einem umrichtergesteuerten Antrieb wird auf diese Weise betrieben.
Insbesondere bei Produktionsmaschinen muss die Bewegung von Antrieben oftmals abhängig von Prozessdaten erfasst und geregelt werden. Beispielsweise muss der Vorschub einer Schnecke einer Kunststoffspritzgießmaschine in Abhängigkeit vom Staudruck exakt geregelt werden. Eine genaue Prozessdatenerfassung ist die Basis für die exakte Reproduzierbarkeit des von der Produktionsmaschine durchgeführten Herstellungsprozesses.
Für die genaue Prozessdatenerfassung sind hohe Erfassungsfrequenzen und – bei Analogsignalen – eine hohe Auflösung der Analog-Digitalwandler erforderlich. Ferner sollten möglichst viele, vorzugsweise alle, Prozessdaten zeitsynchron erfasst werden, da ein Zeitversatz zwischen der Erfassung verschiedener Prozessdaten bei der nachfolgenden Regelung zu Ungenauigkeiten führt.
Die Erfassung der Prozessdaten erfolgt im Stand der Technik über schnelle Eingabebaugruppen, mittels derer die zu erfassenden Analogsignale digalisiert werden. Die digitalisierten Signale werden dann an eine übergeordnete Steuerung übertragen, welche auch den Umrichter mit Sollwerten versorgt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuerverfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass die Erfassung der Prozessdaten auf einfachere und kostengünstigere Weise möglich ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Umrichter zusätzlich zur Ausgabe der Ansteuerbefehle weitere Ansteuerbefehle an die Maschine ausgibt und/oder zusätzlich zur Erfassung der Istdaten des Antriebs weitere Istdaten der Maschine erfasst.

Dadurch ergeben sich viele Vorteile.

Zum einen ist es auf einfache Weise möglich, zu gewährleisten, dass die Ausgabe der weiteren Ansteuerbefehle synchron zur Ausgabe der Ansteuerbefehle und/oder die Erfassung der weiteren Istdaten synchron zur Erfassung der Istdaten des Antriebs erfolgt.

Die weiteren Ansteuerbefehle und/oder die weiteren Daten können dabei wahlweise Analog- oder Digitalsignale sein.

Der Antriebstakt sollte eine Frequenz von mindestens 200 Hz, insbesondere von 1000 Hz oder mehr, aufweisen. Er kann umrichterintern erzeugt werden. Vorzugsweise aber wird er aber dem Umrichter von außen zugeführt. Denn auf diese Weise lassen sich insbesondere mehrere umrichtergesteuerte Antriebe, denen je ein eigener Umrichter zugeordnet ist, auf einfache Weise miteinander synchronisieren.

Die Istdaten des Antriebs umfassen in der Regel Position, Drehzahl und/oder Drehmoment bzw. Strom des Antriebs. Insbesondere bei Kunststoffspritzgießmaschinen umfassen die weiteren Istdaten der Maschine in aller Regel eine Temperatur und/oder einen Druck bzw. Kraft. Sie können auch Zustandsmeldungen und manuelle Eingaben umfassen.

Bei einem konventionellen Aufbau werden die Steuerdaten für den Antrieb von einer übergeordneten Steuerung über einen Bus an den Umrichter übermittelt. In diesem Fall übermittelt der Umrichter auch die weiteren Istdaten der Maschine an die übergeordnete Steuerung. Es ist aber möglich, dass die weiteren Istdaten der Maschine vom Umrichter vor dem Übermitteln an die übergeordnete Steuerung vorverarbeitet, z. B. geglättet, summiert oder interpoliert, werden. Die weiteren Ansteuerbefehle werden – ebenso wie die Steuerdaten für den Antrieb – ebenfalls von der Steuerung über den Bus an den Umrichter übermittelt.

Aufgrund des Erfassens der weiteren Maschinendaten durch den Umrichter ist es möglich, die übergeordnete Steuerung in einem PC oder einer Mikroprozessoreinrichtung zu implementieren. Insbesondere in diesen Fällen ist es auch möglich, den Umrichter als dezentrale Peripheriebaugruppe und den Bus als Feldbus auszubilden.

Durch die vorliegende Erfindung ist es aber alternativ zum Vorsehen einer übergeordneten Steuerung auch möglich, dass der Umrichter die Maschine vollständig steuert.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 eine Maschine mit zugehörigem Steuerungssystem,
2 einen Umrichter und
3 die Maschine von 1 mit einem Umrichter.
Gemäß 1 weist eine Produktionsmaschine 1, hier eine Kunststoffspritzgießmaschine 1, mindestens einen umrichtergesteuerten Antrieb 2 auf. Mittels des Antriebs 2 wird z. B. eine Vortriebsschnecke 3 verfahren, um plastifiziertes Granulat in eine Spritzgießform 4 (Werkzeug 4) zu pressen. Dabei kann – auch prozesszustandsabhängig – die Geschwindigkeit, die Lage oder der Druck geregelt werden. Auch ein rein zeitgesteuertes Verfahren ist denkbar.
Die Kunststoffspritzgießmaschine 1 wird von einem Steuerungssystem gesteuert. Das Steuerungssystem weist eine übergeordnete Steuerung 5 auf. Die übergeordnete Steuerung 5 ist beispielsweise als sogenannte Soft-SPS in einem PC oder einer Mikroprozessoreinrichtung implementiert.
Die übergeordnete Steuerung 5 übermittelt an einen Umrichter 6 Steuerdaten s*, n* und/oder m* für den Antrieb 2. Die Steuerdaten s*, n* und/oder m* umfassen insbesondere einen Sollwert s* für eine Position s, einen Sollwert n* für eine Drehzahl n sowie einen Sollwert m* für ein Drehmoment m (bzw. einen Strom) des Antriebs 2. Die Drehzahl n des Antriebs 2 korrespondiert mit der Vorschubgeschwindigkeit der Vortriebsschnecke 3, die Position s des Antriebs mit der Lage der Vortriebsschnecke 3, das Drehmoment m mit der Kraft der Vortriebsschnecke 3.
Die übergeordnete Steuerung 5 übermittelt ferner weitere Ansteuerbefehle p*, T* und/oder x* an den Umrichter 6. Die weiteren Ansteuerbefehle p*, T* und/oder x* umfassen insbesondere Sollwerte p*, T* für einen Druck p und eine Temperatur T in einem Schneckenvorraum 7 sowie weitere Sollwerte x*. Die weiteren Sollwerte x* können z. B. einen Sollwert für eine interne oder externe Dosieranlage, einen Aktuator (z. B. einen piezoelektrischen Aktuator), Steuersignale für eine Bedien- und Beobachtungstafel oder einen Freigabebefehl für die Spritzgießform 4 zur Entnahme des Spritzgießteils umfassen.
Die Steuerdaten s*, n* und/oder m* und die weiteren Ansteuerbefehle p*, T* und/oder x* werden über einen umrichterexternen Bus 8 an den Umrichter 6 übermittelt. Der Bus 8 ist gemäß 1 als Feldbus 8 ausgebildet. Hiermit korrespondierend ist der Umrichter 6 als dezentrale Peripheriebaugruppe ausgebildet.
Gemäß 1 wird dem Umrichter 6 ferner von außen ein Antriebstakt zugeführt. Der Antriebstakt könnte aber auch umrichterintern erzeugt werden. Der Antriebstakt weist im vorliegenden Fall eine Frequenz zwischen 1000 und 2500 Hz auf. Gegebenenfalls kann die Frequenz auch kleiner als 1000 Hz sein. 200 Hz sollten aber nicht unterschritten werden. Mit diesem Antriebstakt gibt der Umrichter 6 die Ansteuerbefehle s*, n*, m* an den Antrieb 2 aus. Gleichzeitig erfasst er die Istdaten s, n, m des Antriebs 2. Die Istdaten s, n, m umfassen insbesondere die Position s, die Drehzahl n und das Drehmoment m (bzw. den Strom) des Antriebs 2.
Synchron zur Ausgabe der Ansteuerbefehle s*, n*, m*, also insbesondere auch mit dem Antriebstakt, gibt der Umrichter 6 zusätzlich auch die weiteren Ansteuerbefehle p*, T*, x* an die Kunststoffspritzgießmaschine 1 oder eine der Kunststoffspritzgießmaschine 1 zugeordnete Einrichtung 10 aus.
Zusätzlich und synchron zur Erfassung der Istdaten s, n, m des Antriebs 2 erfasst der Umrichter 6 auch weitere Istdaten p, T, x der Kunststoffspritzgießmaschine 1 bzw. der zugeordneten Einrichtung 10. Die weiteren Istdaten p, T und/oder x der Kunststoffspritzgießmaschine 1 bzw. der zugeordneten Einrichtung 10 umfassen beispielsweise die Temperatur T und den Druck p im Schneckenvorraum 7 sowie beispielsweise eine (binäre) Zustandsmeldung eines Sensors. Diese Signale p, T sind Analogsignale. Die weiteren Istdaten p, T, x umfassen aber beispielsweise auch die erfasste Position der Spritzgießform 4, also ob dieses geöffnet oder geschlossen ist. Dieses Signal ist ein Digital- oder Binärsignal.
Die erfassten Istdaten n, s und/oder m des Antriebs 2 sowie die erfassten weiteren Istdaten p, T und/oder x der Kunststoffspritzgießmaschine 1 bzw. der zugeordneten Einrichtung 10 werden vom Umrichter 6 an die übergeordnete Steuerung 5 übermittelt. Es ist dabei möglich, die Istdaten s, n, m, p, T x direkt an die übergeordnete Steuerung 5 zu übermitteln.
Vorzugsweise aber werden die Istdaten s, n, m, p, T, x vor dem Übermitteln an die übergeordnete Steuerung 5 vom Umrichter 6 vorverarbeitet, z. B. geglättet oder gemittelt. Dies ist in 1 dadurch angedeutet, dass die an die übergeordnete Steuerung 5 übermittelten Daten jeweils einen Apostroph aufweisen.
Die übergeordnete Steuerung 5 ermittelt anhand der erhaltenen Istqrößen s', n', m', p', T', x', ob eine Fortschaltbedingung für die Kunststoffspritzgießmaschine 1 erreicht ist. Gegebenenfalls gibt sie dann neue Steuerdaten s*, n*, m* und/oder neue Ansteuerbefehle p*, T*, x* an den Umrichter 6 aus.
Gemäß 2 weist der Umrichter 6 intern eine Verarbeitungseinheit 11, meist einen Mikroprozessor 11, sowie einen Speicher 12 auf. Die Verarbeitungseinheit 11 ist dabei an den Bus 8 angebunden.
Der Umrichter 6 weist ferner Eingabeeinrichtungen 13, 14 sowie Ausgabeeinrichtungen 15, 16 auf. Die Ein- und Ausgabeeinrichtungen 13 bis 16 sind ebenfalls mit der Verarbeitungseinheit 11 verbunden. Ferner wird ihnen der Antriebstakt zugeführt.
Mit jedem Takt lesen die Eingabeeinheiten 13, 14 die Istdaten n, s, m, p, T, x von der Kunststoffspritzgießmaschine 1 bzw. der zugeordneten Einrichtung 10 in interne Speicher ein. Diese Speicher können dann von der Verarbeitungseinheit 11 ausgelesen werden. Das an der Eingabeeinheit 14 anstehende Signal wird dabei vor dem Einspeichern in den internen Speicher mittels eines Analog-/Digitalwandlers 17 digitalisiert.
Ebenso wird von den Ausgabeeinheiten 15 mit jedem Takt ein Ausgangssignal, z. B. x, an die Kunststoffspritzgießmaschine 1 bzw. der zugeordneten Einrichtung 10 ausgegeben. Das von der Ausgabeeinheit 16 ausgegebene Signal wird dabei in einem Digital-Analogwandler 18 analogisiert. Nach dem Ausgeben kann dann von der Verarbeitungseinheit 11 ein neues auszugebendes Signal in interne Speicher der Ausgabeeinheiten 15, 16 eingeschrieben werden.
Obenstehend beschrieben ist die Ausgabe eines Analogsignals, die Ausgabe eines Digitalsignals, die Eingabe eines Analogsignals und die Eingabe eines Digitalsignals. Ersichtlich werden alle Signale synchron an die Kunststoffspritzgießmaschine 1 bzw. der zugeordneten Einrichtung 10 bzw. den Antrieb 2 ausgegeben bzw. von ihnen eingelesen.
Die Verarbeitungseinheit 11 des Umrichters 6 ist in aller Regel erheblich leistungsfähiger als eine etwaige Verarbeitungseinheit einer üblichen schnellen Ein-Ausgabebaugruppe. Es ist daher möglich, wie in 3 schematisch angedeutet, dass der Umrichter 6 die Kunststoffspritzgießmaschine 1 vollständig steuert. In diesem Fall kann die übergeordnete Steuerung 5 entfallen. Auch der umrichterexterne Bus 8 ist nicht erforderlich. Der Umrichter 6 stellt in diesem Fall sozusagen eine stand-alone-Steuerung für die Kunststoffspritzgießmaschine 1 dar.
Durch die vorliegende Erfindung ist es somit möglich, die Erfassung der weiteren Istdaten p, T, x der Maschine 1 und/oder die Ausgabe der weiteren Ansteuerbefehle p*, T*, x* an die Maschine 1 über den Umrichter 6 direkt auszuführen. Dadurch werden nicht nur eine Ein- und Ausgabe der Prozesssignale zeitsynchron zur Drehzahl- und/oder Wegerfassung des Antriebs 2, sondern auch kurze Signallaufzeiten erreicht. Die Regelungsgenauigkeit kann damit deutlich erhöht werden. Im Einzelfall kann sogar die gesamte Steuerung im Umrichter 6 realisiert werden.

Claims

Steuerverfahren für eine Maschine (1), insbesondere eine Produktionsmaschine (1), z. B. eine Kunststoffspritzgießmaschine (1), mit mindestens einem umrichtergesteuerten Antrieb (2), wobei ein Umrichter (6) mit einem Antriebstakt an den Antrieb (2) Ansteuerbefehle (s*, n*, m*) ausgibt und Istdaten (s, n, m) des Antriebs (2) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (6) zusätzlich zur Ausgabe der Ansteuerbefehle (s*, n*, m*) weitere Ansteuerbefehle (p*, T*, x*) an die Maschine (1) oder eine der Maschine (1) zugeordnete Einrichtung (10) ausgibt und/oder zusätzlich zur Erfassung der Istdaten (s, n, m) des Antriebs (2) weitere Istdaten (p; T, x) der Maschine (1) oder einer der Maschine (1) zugeordneten Einrichtung (10) erfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabe der weiteren Ansteuerbefehle (p*, T*, x*) synchron zur Ausgabe der Ansteuerbefehle (s*, n*, m*) und/oder die Erfassung der weiteren Istdaten (p, T, x) synchron zur Erfassung der Istdaten (s, n, m) des Antriebs (2) erfolgt.
Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Ansteuerbefehle (p*, T*, x*) und/oder die weiteren Istdaten (p, T, x) Analog- oder Digitalsignale sind.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebstakt eine Frequenz von mindestens 200 Hz, insbesondere von 1000 Hz oder mehr, aufweist.
Steuerverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebstakt dem Umrichter (6) von außen zugeführt wird.
Steuerverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Istdaten (s, n, m) des Antriebs (2) Position (s), Drehzahl (n) und/oder Drehmoment (m) des Antriebs (2) umfassen.
Steuerverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Istdaten (p, T, x) der Maschine (1) bzw. der zugeordneten Einrichtung (10) eine Temperatur (T), einen Druck (p) und/oder ein binäres Sensorsignal umfassen.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdaten (s*, n*, m*) für den Antrieb (2) von einer übergeordneten Steuerung (5) über einen Bus (8) an den Umrichter (6) übermittelt werden.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Istdaten (p, T, x) der Maschine (1) bzw. der zugeordneten Einrichtung (10) vom Umrichter (6) an die übergeordnete Steuerung (5) übermittelt werden.
Steuerverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Istdaten (p, T, x) der Maschine (1) bzw. der zugeordneten Einrichtung (10) vom Umrichter (6) vor dem Übermitteln an die übergeordnete Steuerung (5) vorverarbeitet, z. B. geglättet, summiert oder interpoliert, werden.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Ansteuerbefehle (p*, T*, x*) von der übergeordneten Steuerung (5) über den Bus (8) an den Umrichter (6) übermittelt werden.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Steuerung (5) in einem PC oder in einer Mikroprozessoreinrichtung implementiert ist.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (6) als dezentrale Peripheriebaugruppe und der Bus (8) als Feldbus ausgebildet sind.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (6) die Maschine (1), ggf. auch die zugeordnete Einrichtung (10), vollständig steuert.
Maschine, insbesondere Produktionsmaschine, z. B. Kunststoffspritzgießmaschine, mit mindestens einem umrichtergesteuerten Antrieb (2), dadurch gekennzeichnet, dass sie gemäß einem Steuerverfahren nach einem der obigen Ansprüche betreibbar ist.