DE4327324B4

DE4327324B4 - Verfahren zur Bestimmung eines Prozeßereignisses

Info

Publication number: DE4327324B4
Application number: DE19934327324
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr.rer.nat. Weißbach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2013-08-14
Also published as: DE4327324A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Prozeßereignisses (E) bei einem industriellen Prozeß, wobei eine Prozeßsteuerung die für den Prozeß durchzuführenden Aufgaben (A1 ... An) zyklisch bearbeitet, mit folgenden Schritten:
1.1 von einer veränderlichen, prozeßabhängigen Meßgröße (M), innerhalb der das Ereignis (E) liegt werden Meßwerte (M1 ... M3) von der Prozeßsteuerung zu diskreten Tastzeitpunkten (T) bestimmt,
1.2 wenn der vom Rechenwerk detektierte Meßwert (M1 ... M3) innerhalb eines vorgegebenen Meßwertbereichs (MB) liegt, wird die Abfrage des Meßwertes (M) zu kürzeren Tastzeitpunkten (Ti) durchgeführt,
1.3 wenn der vom Rechenwerk detektierte Meßwert (M) innerhalb eines vorgegebenen Ereigniswertbereichs (EB) liegt, wird der ereignisbedingte Steuervorgang eingeleitet und wieder auf die normale Tastzeit (T) umgeschaltet.

Description

In der Prozeßsteuerung gibt es oftmals Situationen, bei deren Eintreten eine prompte Reaktion erfolgen soll. Dabei kommt es darauf an, das Auftreten einer solchen Situation bzw. eines solchen (kritischen) Ereignisses möglichst genau zu erfassen. Ein Beispiel dafür ist der Umschaltpunkt während der Füllphase eines Spritzgießprozesses, bei dem die Prozeßsteuerung die Spritzgießmaschine vom Einspritzvorgang auf das sogenannte Nachdrücken umschaltet, um die Spritzgußform optimal mit Material zu füllen. Die Qualität der Formteile hängt in entscheidendem Maße von der Genauigkeit der Erfassung des Umschaltpunktes und der möglichst unmittelbaren Einleitung der genannten Reaktion ab.

Das Schalt- bzw. Steuerereignis wird in der Regel aus veränderlichen Meßgrößen des Prozesses ermittelt. Im genannten Beispiel können dies der Schneckenweg, der Hydraulikdruck oder auch der Werkzeuginnendruck der Spritzgießmaschine sein. Diese Meßgrößen werden von Signalgebern erfaßt und von der Prozeßsteuerung bearbeitet. Das kritische Ereignis ist dabei durch das Eintreten eines vorgegebenen Meßwertes der Signalgeber eindeutig definiert.

Bei bekannten Verfahren wird ein Prozeßereignis durch eine mit der Eingangsschaltung der analogen Gebersignale verbundenen Komparatorschaltung oder durch einen eigens für die Abfrage der Meßgrößen eingerichteten Prozessor festgestellt. Beide Methoden sind geeignet, das kritische Ereignis mit Hilfe der eigens dafür vorgesehenen Hardware mit hoher Genauigkeit zu erfassen, indem ein Interrupt bei dem auswertenden Steuerungsprozessor ausgelöst wird, so daß dieser mittels eines Interrupt-Programms unmittelbar auf das Ereignis reagieren kann.

Der wesentliche Nachteil dieser Methoden besteht darin, daß zusätzliche Hardware erforderlich ist. Bei der Komparatormethode kommt hinzu, daß die Parametrierung des kritischen Ereignisses umständlich ist und unter Umständen weiteren Schaltungsaufwand erfordert.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Aufnahme von Meßwerten bzw. Prozeßdaten bekannt, die direkt durch Abtastung gewonnen und dann z.B. in einem Regler weiterverarbeitet werden.

Die DE 33 35 319 A1 offenbart einen digitalen Mehrfach-Regler mit einer Istwerterfassung im Multiplexbetrieb. Mittels eines Digitalrechners werden angeschlossene Regelkreise geregelt. Vom Regler sind mehrere Regelparameter wahlweise automatisch bestimmt.

In der EP 0 368 366 A2 ist ein Verfahren zum Erfassen eines zwischen einem stationären Anfangszustand und einem stationären Endzustand zeitlich veränderlichen Signals beschrieben. Dabei werden Meßwerte durch Abtastung eines veränderlichen Signals gebildet. Die Meßwerte werden in einem vorgegebenen begrenzten Speicherbereich eingetragen. Wenn der Speicherbereich gefüllt ist, wird eine Datenreduktion der gespeicherten und der folgenden neuen Werte vorgenommen bis ein Endekriterium erfüllt ist.

Die DE 42 26 383 A1 betrifft ein Meß- und Regelverfahren für ein elektronisches Regelgerät. Dabei wird auf einen Meßfühler zurückgegriffen. Während einer Regelzeit wird unter Ermittlung einer Ist-Regelgröße durch den Meßfühler auf den Sollwert der Regelgröße geregelt.

In der EP 0 462 815 A2 ist ein adaptiver Regler mit Mitteln zur Minimierung von Betriebskosten offenbart. Der Regler ist selbst abstimmbar. Der automatische Abstimmungsmechanismus erfolgt auf der Grundlage der Beziehung zwischen geregelten und verarbeiteten Variablen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf einfache Weise, d.h. ohne zusätzlichen Hardwareaufwand ein Prozeßereignis bestimmbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Prozeßereignisses bei einem industriellen Prozeß gelöst, wobei eine Prozeßsteuerung, die für den Prozeß durchzuführenden Aufgaben zyklisch bearbeitet, wobei von einer veränderlichen, prozeßabhängigen Meßgröße innerhalb der das Ereignis liegt, Meßwerte von der Prozeßsteuerung zu diskreten Tastzeitpunkten bestimmt werden, wobei die Tastzeitpunkte verkürzt werden, wenn der vom Rechenwerk detektierte Meßwert innerhalb eines vorgegebenen Meßwertbereichs liegt, und der ereignisbedingte Steuervorgang eingeleitet wird, wenn der vom Rechenwerk detektierte Meßwert innerhalb eines vorgegebenen Ereigniswertbereichs liegt und wobei danach wieder auf die normale Tastzeit umgeschaltet wird.

Abhängig von der Dauer der verkürzten Abfragezeit kann und wird es in der Regel notwendig sein, die Prozeßsteuerung von einigen oder allen anderen Steuerungsaufgaben zu suspendieren.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, daß die Prozeßsteuerung zu jedem Tastzeitpunkt den wahrscheinlichen Abstand zum Ereignis extrapoliert und in Abhängigkeit von einem vorhergesagten Eintreffzeitpunkt des Ereignisses die Abfrage des Meßwertes wiederum zu kürzen Tastzeitpunkten durchgeführt wird.

Das Verfahren setzt – wie leicht einzusehen ist – voraus, daß das oder die Prozeßereignisse in einem technologischen Ablauf relativ selten auftreten, damit die eigentlichen Steuerungsaufgaben nicht so häufig unterbrochen werden, daß eine sinnvolle Prozeßsteuerung nicht mehr möglich ist. Der zu steuernde Prozeß sollte auch derart gestaltet sein, daß es möglich ist, das übrige Prozeßgeschehen kurzzeitig außer Acht zu lassen. Eine kurze Zeit ist in diesem Sinne ein Zeitabschnitt, der zu charakteristischen Zeiten einer Prozeßsteuerung, wie etwa der Gerätezykluszeit bei speicherprogrammierbaren Steuerungen, vergleichbar kurz ist. Eine charakteristische Zeit ist beispielsweise auch die Tastzeit innerhalb der ein Steuerungsprozessor – unter Beachtung aller übrigen von ihm durchzuführenden Aufgaben – die von den (analogen) Gebersignalen kommenden Meßwerte erfassen kann (normale Tastzeit). Diese Tastzeit ist angesichts der zu bearbeitenden anderen Aufgaben normalerweise viel größer als die Erfassungszeit, die theoretisch möglich wäre, wenn der Prozessor keine weiteren Aufgaben zu bearbeiten hätte, als die Erfassung der Meßwerte.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht also darin, in der Nähe des Prozeßereignisses einige oder alle anderen Prozessoraufgaben zu suspendieren und dadurch die Abfragezeit zu verkürzen bzw. in die Nähe der theoretisch minimalen Abtastzeit zu gelangen. Wenn dies erreicht ist, läßt sich allein durch die Hard- und Softwarekonfiguration einer herkömmlichen Steuerung die Erfassungsgenauigkeit maximieren, so daß nach Erfassung des Ereignisses unmittelbar eine entsprechende Reaktion ausgelöst werden kann.

Dabei ist es entscheidend, das Rechenwerk bzw. den Prozessor zu befähigen, den Zeitpunkt zu erkennen, in dem von der normalen Tastzeit auf die verkürzte Tastzeit umgeschaltet werden soll. Dieser Zeitpunkt muß, damit die Prozeßabläufe nicht gestört werden, möglichst kurz vor Eintritt des Prozeßereignisses liegen. Möglichkeiten zur Bestimmung des Umschaltzeitpunktes werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:
1 die Bestimmung eines Prozeßereignisses ausgehend von einem vorgegebenen Meßwert,
2 die Bestimmung eines Prozeßereignisses durch Extrapolation
1 zeigt Diagramme K1, K2 von Meßsignalen M über der Zeit t, die beispielsweise den Fülldruck bei einem Spritzgießprozeß wiedergeben. Zunächst sei die Kurve K1 betrachtet. Die Meßwerte M1 bis M3 werden zu den normalen Tastzeiten t1 bis t4 von der Prozeßsteuerung einer speicherprogrammierbaren Steuerung abgefragt. Die Abfrage wird jeweils in der Periodenzeit T durchgeführt. Während dieser Periodenzeit T arbeitet die Prozeßsteuerung an den für den Prozeß erforderlichen Aufgaben bzw. Teilaufgaben A1 bis An. In 1 ist dies explizit im Zeitabschnitt zwischen t1 und t2 gezeigt, die Bearbeitung der Prozeßaufgaben oder Teilaufgaben findet aber selbstverständlich in jeder Periode T statt.
Ein Ausnahme von der Prozeßbearbeitung wird im gezeigten Beispiel jedoch im Zeitabschnitt zwischen t3 und t4 gemacht. Zum Abtastzeitpunkt t3 wird nämlich ein Meßwert M3 detektiert, der in einem vorgegebenen Meßwertbereich MB liegt. Der Meßwertbereich MB ist erfahrungsgemäß der Bereich, der kurz vor dem Eintreffen des kritischen Ereignisses E liegt. Nachdem nun von der Steuerung festgestellt wurde, daß der Meßwertbereich MB erreicht ist, wird die Prozeßsteuerung von ihren sonstigen Aufgaben A1 bis An suspendiert und übernimmt nur noch die Abfrage der Meßwerte M zur maximal erreichbaren kleinsten Abfrageperiode T_i.
Innerhalb der Zeitspanne t3 bis t4 kann damit das Ereignis E mit einer großen Genauigkeit detektiert werden oder, anders ausgedrückt, der Ereignisbereich EB in dem das Ereignis E detektiert werden kann ist entsprechend der Abtastzeit T_i sehr klein.
Da der Meßwertverlauf M(t) eines jeweiligen Spritzgußvorganges, wie der Signalverlauf K2 zeigt, nicht exakt gleich ist, kann das Ereignis E' auch bereits früher eintreten. Da der Ereigniseintritt erfahrungsgemäß jedoch immer in der Zeit T_E stattfindet, wird das Ereignis E' bei jedem Vorgang sicher im Zeitabschnitt zwischen t3 und t4 detektiert.
Nachdem das Ereignis E, E' detektiert wurde, kann die Prozeßsteuerung wieder auf den "Normalzustand" umgeschaltet werden, so daß sie ab dem Zeitpunkt t4 oder bereits ab dem Ereigniseintritt wieder mit der Bearbeitung ihrer regulären Aufgaben A1 bis An fortfahren kann, wobei in der Regel als Reaktion auf das Ereignis E zusätzliche Aufgaben An+1 bis An+i hinzukommen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Abtastzeit T_i im Zeitabschnitt t3 bis t4 natürlich nicht notwendigerweise die minimale erreichbare Abtastzeit sein muß. Je nach erforderlicher Genauigkeit mit der das Ereignis E detektiert werden muß, kann die Abtastzeit T_i auch größer gewählt werden, so daß innerhalb der Periode T_i noch einzelne, beispielsweise elementar notwendige Prozeßaufgaben A1 bis An bearbeitet werden können.
2 zeigt das bereits aus 1 bekannte Diagramm, wobei der Übersichtlichkeit halber auf die gestrichelte Kurve K2 verzichtet wird. Im Unterschied zum anhand der 1 beschriebenen Verfahren wird nach dem Verfahren gemäß 2 der Zeitpunkt des Ereigniseintritts extrapoliert. Dazu wird ausgehend vom Meßwert M2 unter Hinzunahme des vorhergehenden Meßwertes M1 der voraussichtliche Eintrittszeitpunkt tv1 des Ereignisses berechnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber eine lineare Extrapolation dargestellt. Es können aber auch andere Extrapolationsmethoden vorgesehen werden. Da der vorhergesagte Zeitabschnitt zwischen t2 und tv1 noch größer als die normale Abtastzeit ist, wird zum Zeitpunkt t3 unter Hinzunahme der Funktionswerte beim Zeitpunkt t2 eine weitere Extrapolation durchgeführt. Der jetzt vorhergesagte Eintrittspunkt tv2 des kritischen Ereignisses E ist kleiner als die normale Abtastzeit. Damit ist der Zeitpunkt tv2 gefunden, bei dem von der normalen Abtastzeit T auf die Ereignisbestimmungs-Abtastzeit T_i umgeschaltet werden kann. Da der Zeitpunkt tv2 deutlich nach dem Zeitpunkt t3 liegt, kann die Prozeßsteuerung in der dazwischenliegenden Zeitspanne noch einen Teil der Aufgaben A1 bis An bearbeiten, bis sie von diesen oder von einem Teil dieser Aufgaben, wie oben beschrieben, suspendiert wird.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Prozeßereignisses (E) bei einem industriellen Prozeß, wobei eine Prozeßsteuerung die für den Prozeß durchzuführenden Aufgaben (A1 ... An) zyklisch bearbeitet, mit folgenden Schritten: 1.1 von einer veränderlichen, prozeßabhängigen Meßgröße (M), innerhalb der das Ereignis (E) liegt werden Meßwerte (M1 ... M3) von der Prozeßsteuerung zu diskreten Tastzeitpunkten (T) bestimmt, 1.2 wenn der vom Rechenwerk detektierte Meßwert (M1 ... M3) innerhalb eines vorgegebenen Meßwertbereichs (MB) liegt, wird die Abfrage des Meßwertes (M) zu kürzeren Tastzeitpunkten (Ti) durchgeführt, 1.3 wenn der vom Rechenwerk detektierte Meßwert (M) innerhalb eines vorgegebenen Ereigniswertbereichs (EB) liegt, wird der ereignisbedingte Steuervorgang eingeleitet und wieder auf die normale Tastzeit (T) umgeschaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Prozeßsteuerung zu jedem Tastzeitpunkt (T_i) den wahrscheinlichen Abstand zum Ereignis (E) extrapoliert und in Abhängigkeit von einem vorhergesagten Eintreffzeitpunkt (tv1, tv2) des Ereignisses (E) die Abfrage des Meßwertes wiederum zu kürzeren Tastzeitpunkten (T_i) durchgeführt wird.