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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Steuerplattform
zum Steuern eines Spritzgießsystems,
und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern
eines Spritzgießsystems
mit einem einzigen Allzweckcomputer, der sowohl die Maschinensteuerungsfunktionen
als auch die Mensch-Maschinen-Schnittstellen (HMI) Funktionen erfüllt. Diese
Steuerungsarchitektur vermeidet somit das Erfordernis eines analogen
Signalprozessors und einer programmierbaren Logiksteuerung, die
im Stand der Technik verwendet wird.
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2. Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
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Spritzgießsysteme
sind im Gebrauch zur Erzeugung großer Mengen von billigen Kunststoffprodukten
weit verbreitet, wie Kunststoff-PET-Vorformlinge, die zu den weithin
bekannten Getränkebehältern geblasen
werden können.
Solche Spritzgießsysteme
umfassen typischerweise eine Vielzahl von analogen und digitalen
Vorrichtungen, welche die Spritzgießvorgänge durchführen. Beispielsweise sind Extruderantriebe,
proportionale Strömungssteuerventile,
elektrische Antriebe, Heiz- und Kühlelemente und andere elektro-hydro-mechanische
und elektro-mechanische Antriebe analoge Vorrichtungen, die Spritzgießformungsfunktionen
auf gut bekannte Weise ausführen.
Beispiele von digitalen Vorrichtungen umfassen Annäherungsschalter,
Klemmendruckbegrenzungstransducer, digitale Solenoidventile etc.
Jede dieser analogen und digitalen Vorrichtungen muß nicht
nur mit entsprechenden analogen und digitalen Befehlen gesteuert
werden, sondern sie sind typischerweise auch mit Feedbacksensoren
ausgestattet, die analoge und/oder digitale Feedbacksignale ausgeben,
so daß die
verschiedenen Vorrichtungen entsprechend gesteuert werden können, um
einen Ausstoß des
Systems mit hohen Mengen und hoher Qualität zu erzeugen. Beispielsweise
können
Feedbacksignale in Regelungen verwendet werden, um Echtzeitänderungen
in den Spritzgießvorrichtungen
vorzunehmen (z.B. Temperatureinstellpunkte, Einspritzdruck etc.).
Feedbacksignale können
auch verwendet werden, um Betriebsinformationen (Status, Temperatur,
Teilezählung
etc.) an die Bedienungsperson an der Mensch-Maschinen-Schnittstelle
oder dem Bedienungsperson-Steuerpanel anzuzeigen.
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Im
Stand der Technik war es notwendig, einen analogen Signalprozessor
(ASP) zu verwenden, um eine Echtzeit-Steuerung der verschiedenen
analogen Vorrichtungen in dem Spritzgießsystem vorzunehmen. In ähnlicher
Weise war es notwendig, eine programmierbare Logiksteuerung (PLC)
vorzusehen, um die verschiedenen digitalen Vorrichtungen in dem Spritzgießsystem
zu steuern. Vergleiche beispielsweise US-Patent Nr. 5,062,052 für ein Beispiel
eines bekannten Spritzgießsystems,
das sowohl eine ASP als auch ein PLC anwendet, um die Spritzgießmaschine
zu steuern. Während
das '052 Patent
einen Allzweckcomputer offenbart, ist seine Verwendung auf die Schnittstelle
zwischen dem PLC und dem HMI beschränkt. Sowohl das PLC als auch
das ASP sind immer noch erforderlich, um die Spritzgießformungsvorgänge vorzunehmen.
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Die
bekannte Spritzgießsteuerungsarchitektur
ist beschränkt,
weil eine Rekonfiguration der Spritzgießvorrichtungen in Echtzeit
nicht vorgenommen werden kann. Jedes der ASP und der PLC muß modifiziert
oder reprogrammiert werden, um die Änderung durchzuführen. Somit
umfaßt
der Einbau neuer Technologien in Spritzgießsysteme häufig, daß das gesamte System für die Rekonfigurierung
stillgesetzt werden muß.
Zusätzlich
kann der Betriebsstatus jedes Spritzgießsystems nur an dem HMI jedes Systems
festgestellt werden. Ferner verwenden Spritzgießmaschinenhersteller typischerweise
eigentumsrechtlich geschützte
Architektur in ihren PLCs, wodurch die Vielfalt der neuen Prozeßtechniken,
die auf solche Maschinen angewendet werden können, begrenzt ist. Außerdem legt
die Verwendung vielschichtiger ASP und PLC Verarbeitungssteuerungen eine
Strafe auf und stellt einen Flaschenhals dar, der die Geschwindigkeit
reduziert, mit der Maschinenänderungen
ausgeführt
werden können.
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Was
somit erforderlich ist, ist eine neue Spritzgießsteuerungsarchitektur, die
eine tatsächliche
Echtzeit-Steuerung des Spritzgießsystems ermöglicht,
welche eine rasche Rekonfigurierung der Systemvorrichtungen gestattet,
die Verwendung von jederzeit verfügbaren Softwareprodukten als
Kaufprodukte, und die es gestattet, daß der Systemstatus und die
Steuerungsinformation über
das System hinaus übertragen
werden, z.B. in ein Fabriksbüro
oder sogar in Unternehmens-Hauptquartiere.
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Das
US-Patent 5,326,246 beschreibt eine Steuerungsarchitektur für eine Spritzgießmaschine, bei
welcher eine Steuerung befähigt
ist, die Steuerungsparameter der Formungsmaschine zu revidieren.
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Der
Artikel „Offene
Steuerung mit neuer Bedienphilosophie" von Urs Strebel, veröffentlicht
in Technischer Rundschau (Bern, Schweiz) Nr. 43, 29. Oktober 1993,
beschreibt ein modulares Maschinensystem, in welchem ein Steuerungssystem
auf PC-Basis beruhende Funktionen anwendet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spritzgießsteuerungsarchitektur
zu schaffen, die es ermöglicht,
daß Hardware
nach dem Stand der Technik und Softwarekomponenten nahtlos in einer
Steuerung integriert werden können.
Ein anderes Ziel besteht darin, eine solche Steuerungsarchitektur
zu schaffen, die eine wirkliche Echtzeit-Steuerung und Netzfähigkeiten
hat. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine offene
Steuerungsarchitektur zu schaffen, die auf einfache Weise die Integration
von Hilfsausrüstung
und die Erweiterung der Maschinenfunktion ermöglicht. Ein zusätzliches
Ziel besteht darin, eine intelligente Systemdiagnostik und eine
Fernzugriffseigenschaft zu schaffen, um die Systemstillstandszeiten
zu reduzieren und Wissen und Information zu/von äußeren Quellen zu importieren/exportieren.
Ein anderes Ziel besteht darin, einen Allzweckcomputer zu verwenden
und in diesem die Spritzgießsystem-Steuerungsfunktionen, die
Mensch-Maschinen-Schnittstellenfunktionen, die Bewegungssteuerungsfunktionen,
die Sequenzlogikfunktionen, die kontinuierlichen Prozeßsteuerungsfunktionen
und die Kommunikationsnetzfunktionen vorzusehen.
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Zusätzliche
Ziele der vorliegenden Erfindung umfassen das Schaffen einer Standard-Anwendungsprogramm-Schnittstelle,
einer unterstützenden externen
Kommunikation (wie elektronische Post, Paging etc. zum Überwachen,
Eingreifen und zum Informationsaustausch zwischen dem System und dem
Anlagenmanagement), das Schaffen eines Expertensystems mit eingebettetem
Prozeßwissen,
um das System und das Prozeß-Setup
zu unterstützen, das
Schaffen eines intelligenten Alarmmanagements und von Systemdiagnostik,
und das Schaffen von vorbestimmten Programmen mit eingebetteten
Optionen, um den Benützer
zu unterstützen,
das Spritzgießsystem
aufzubauen und zu betreiben.
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Die
vorstehenden Ziele und andere Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung
werden durch eine Spritzgießmaschine
erreicht mit: einer Vielzahl von Spritzgießvorrichtungen, die im Betrieb
einen Spritzgießvorgang
in einer Spritzgießumgebung
ausführen,
in der Hitze und Vibrationen herrschen, wobei die Vielzahl von Spritzgießvorrichtungen
Echtzeit-Steuersignale empfangen und Echtzeit-Feedbacksignale ausgeben;
einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle
mit einem Bildschirm und zumindest einer Bedienungsperson-Eingabevorrichtung, von
der Steuersignale erzeugt werden können, wobei die Schnittstelle
in der Spritzgießmaschine
innerhalb der Spritzgießumgebung
installiert ist; einem Allzweckcomputer mit einem Multitasking-Prozessor, der über einen
Feldbus oder einen Digitalbus die Echtzeit-Feedbacksignale empfängt, wobei
der Prozessor auch auf die Steuersignale der Mensch-Maschinen-Schnittstelle
anspricht, wobei der Prozessor des Allzweckcomputers im Betrieb
so ausgebildet ist, daß er
in Echtzeit sowohl die Echtzeit-Feedbacksignale als auch die Steuersignale
interpretiert, und Echtzeit-Maschinenregelsignale
der Vielzahl von Spritzgießvorrichtungen
und Echtzeit-Anzeigesteuersignale für die Mensch-Maschinen-Schnittstelle zur Verfügung stellt;
gekennzeichnet durch: einen bidirektionalen seriellen Bus, der die
Mensch-Maschinen-Schnittstelle
mit dem Allzweckcomputer verbindet, wobei der bidirektionale Bus
im Betrieb Multiplexdaten mit einer Baud-Rate im Bereich von 1 Gigabit pro Sekunde
unterstützt;
und der Allzweckcomputer entfernt von der Schnittstelle angeordnet
ist, um eine physikalische Isolierung der umgebungsempfindlichen
Elektronik von der Spritzgießumgebung
sicherzustellen, wobei der Prozessor des Allzweckcomputers ferner
eine Vielzahl von vorbestimmten Schnittstellen-Programmen unterstützt, um
die Funktionalität,
die Elektronik und das Verarbeiten an und in der Schnittstelle auf
ein Minimum zu beschränken, das
zur Anzeige der Daten erforderlich ist, eine Dateneingabe zu gestatten
und die Eingabe der Steuersignale zu erleichtern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit den angeschlossenen
Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm eines Spritzgießsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein
schematisches Blockdiagramm sowohl der Mensch-Maschinen-Schnittstelle
als auch des Allzweckcomputers gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
schematisches Diagramm des Softwaresteuerungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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4 eine
schematische Ansicht der Steuerungsarchitektur gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE 1.
Einführung
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Die
vorteilhaften Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme
auf ein Kunststoffspritzgießsystem
bzw. eine Spritzgießmaschine nachfolgend
erläutert.
Die Erfindung ist jedoch auf solche Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sondern
kann auf jede Spritzgießtechnologie
innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche angewendet werden.
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Die
Steuerungsarchitektur gemäß der vorliegenden
Erfindung schafft sowohl eine Echtzeit-Steuerung des Spritzgießsystems
als auch eine Echtzeit-Schnittstelle mit der Bedienungsperson-Steuerung. Die Architektur
umfaßt
auch eine Mensch-Maschinen- Schnittstelle
(HMI), die zur Bedienung und zum Überwachen des Spritzgießsystems
erforderlich ist, sowie eine Schnittstelle zur Fabrik und zu den
Unternehmens-Hauptquartieren für
den Informationsaustausch. Software und Hardware sind integriert, um
einen Allzweckcomputer in eine Systemsteuerung umzuwandeln, die
nicht nur die Maschinenfunktionen und die Steuerung der Bedienungsperson steuert,
sondern ein offene Architektur hat, um eine einfache Integration
irgendwelcher Hilfsausrüstung und
des Informationsaustausches mit externen Systemen und Netzen zu
ermöglichen.
Zusätzlich
wird der Allzweckcomputer durch zusätzliche Hardware und Software
erweitert, um eine bestimmte Echtzeit-Steuerung eines Spritzgießsystems
zu schaffen, um eine hohe Leistung und intelligente Herstellungszellen
zu erreichen.
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Somit
kann das flexible und rekonfigurierbare Herstellungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung leicht auf neue Technologien und Verfahren adaptiert werden,
wobei kritische Echtzeit-Leistungsdaten über die
Mensch-Maschinen-Schnittstelle hinaus auf die Fabrik und andere
Anlagenabteilungen und die Unternehmens-Hauptquartiere erstreckt
werden können,
um allen Zweigen der Organisation Echtzeit-Information zur Verfügung zu
stellen. Die Verwendung von kommerziellen Allzweckcomputer (PC)
Technologien gestattet die Anwendung besserer und schnellerer CPUs,
eines robusteren Betriebssystems, vieler verschiedener Peripheriesysteme,
eines breiten Bereiches von Kommunikations- und Netzfähigkeiten und die Fähigkeit,
die Steuerung der Maschine von der Fabrik an einen entfernten Ort
zu erstrecken.
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2. Spritzgießsystem-Steuerungsarchitektur
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das die allgemeinen Merkmale einer
Spritzgießsystem-Steuerungsarchitektur
ge mäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. In 1 führt ein Spritzgießsystem bzw.
eine -maschine 10 Spritzgießvorgänge unter Verwendung digitaler
Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18 und
analoger Vorrichtungen 20 und 22 in bekannter
Weise durch. Jede der digitalen und analogen Vorrichtungen umfaßt vorzugsweise
einen Eingang für
eine Antriebssteuerung und einen Ausgang, der Feedbacksignale liefert,
die in einer Regelung der Vorrichtung verwendet werden. Die digitalen
Vorrichtungen 12, 14 und analogen Vorrichtungen 20, 22 empfangen
vorzugsweise Steuersignale von und Ausgangs-Feedbacksignale an einen
Feldbus 24 (der nachfolgend beschrieben wird); während die
digitalen Vorrichtungen 16 und 18 Steuersignale
von dem Digitalbus 26 (nachfolgend beschrieben) empfangen
und Ausgangs-Feedbacksignale an diesen abgeben. Abhängig von
dem besonderen Spritzgießsystem,
das zu steuern ist, kann entweder der Feldbus 24 oder Digitalbus 26 alle
notwendigen Steuer- und Feedbacksignale tragen, um den Spritzgießvorgang
zu steuern.
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Eine
Mensch-Maschinen-Schnittstelle (bzw. ein Steuerpanel oder Steuerungsstation) 30 wird
von der Bedienungsperson verwendet, um Steuerdaten einzugeben und
Verfahrens-Feedbackinformation zu betrachten. Das HMI 30 hat
eine Tastatur 32 und eine Zeigervorrichtung (z.B. eine
Maus) 34, die von der Bedienungsperson verwendet werden,
um Daten einzugeben. Eine Systemfunktionstastatur (die eine LED-Anzeigevorrichtung
umfassen kann) 36 kann von der Bedienungsperson ebenfalls
verwendet werden, um spezifische Maschinenbefehle abhängig von dem
zu steuernden System einzugeben. Ein Bildschirm 38 liefert
der Bedienungsperson zumindest eine Betrachtungsvorrichtung zum
Observieren eines Display, das auf Feedbacksignalen beruht und stellt
eine Schnittstelle für
die manuelle Dateneingabe dar. Ein entfernbarer Speichervorrichtungsantrieb 40 (wie
ein Floppy Disk-Antrieb)
kann ebenfalls auf dem Steuerpanel 30 vorgesehen sein,
damit die Bedienungsperson programmierte Steuerinforma tion und neue
Steuerprogramme eingeben kann oder Feedbackdaten in die entfernbare
Speichervorrichtung herunterladen kann. Das Steuerpanel 30 umfaßt einen
Multiplexer 42 (nachfolgend beschrieben), der verschiedene
Steuer- und Feedbackdaten zwischen dem HMI 30 und dem Allzweckcomputer 44 multiplext.
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Der
Allzweckcomputer 44 ist vorzugsweise ein handelsüblicher
Personalcomputer mit einem CPU 46, einem ROM 48 und
einem RAM 50. Vorzugsweise umfaßt der Computer 44 eine
Steuerpanel-Schnittstelle 52,
die mit dem Multiplexer 42 des HMI 30 über eine
bidirektionale serielle Busverbindung 54 (nachfolgend beschrieben)
von größer als
1 Gigabit pro Sekunde gekoppelt ist. Die Schnittstelle 52 ist
vorzugsweise ein Beckhoff Industrial Electronics CP-Link PC Multiplexer.
Während
dies nicht gezeigt ist, kann der Allzweckcomputer 44 mit
Peripheriegeräten
ausgestattet sein, wie einem CRT-Bildschirm, einer Tastatur, einem
Disk-Antrieb, einem CD-ROM-Antrieb, einer Maus, einem Tastbildschirm, einem
Lichtschreiber etc.
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Der
Computer 44 hat auch eine digitale Schnittstelle 56,
die mit dem Digitalbus 26 über eine Verbindung 58 gekoppelt
ist. In ähnlicher
Weise hat der Computer 44 eine Schnittstelle 60,
die mit dem Feldbus 24 über
eine Verbindung 62 gekoppelt ist.
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Der
Computer 44 umfaßt
auch eine Lokalnetz-Schnittstelle 64, die mit einem Lokalnetz
gekoppelt ist (z.B. Ethernet; nicht gezeigt), das innerhalb der
Fabrik verwendet wird. Der Computer 44 kann auch ein Modem
oder eine andere externe Schnittstelle 66 aufweisen, die
dazu verwendet werden kann, den Computer 44 z.B. mit dem
Internet oder einem Intranet zu verbinden.
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Mit
der vorstehend beschriebenen Struktur kann die Steuerungsarchitekur
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine tatsächliche Echtzeit-Regelung der
Spritzgießvorrichtungen 12–22 ohne
das Erfordernis eines PLC oder eines ASP vornehmen, wie sie im Stand
der Technik nötig
waren. Zusätzlich
kann die Bedienungsperson den Spritzgießvorgang von dem HMI 30 über den
Computer 44 steuern. Der Computer 44 hat ausreichende
Verarbeitungsgeschwindigkeit und -leistung, um einen Multi-Task-Prozeß sowohl
der Spritzgießfunktionen
als auch der HMI-Funktionen vorzunehmen. Beispielsweise kann der
Computer 44 Instruktionen für die Hochprioritäts-, in
geschlossener Schleife gesteuerten Spritzgießvorrichtungen, im Vordergrund
verarbeiten, während
Prozeßinstruktionen
für niedrigprioritäre HMI-Funktionen
im Hintergrund verarbeitet werden. Somit wird der Computer die Verarbeitung der
Maschinensteuerungsfunktion und der HMI-Funktionen ineinander schachteln.
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3. Der Allzweckcomputer
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Wie
vorstehend erwähnt,
umfaßt
der einzige Allzweckcomputer gemäß der vorliegenden
Erfindung Hardware-Architekturen ähnlich jener eines Standard-,
handelsüblichen
oder industrialisierten Personalcomputers und arbeitet vorzugsweise
unter einem Allzweck-Betriebssystem, wie Windows NT (Tm). Vorzugsweise
ist der Computer 44 ein Modell C6150 industrieller PC von
Beckhoff Industrial Electronics. Dieser PC hat einen Pentium II
Mikroprozessor mit einer 2,0 Gigabyte (oder höher) Festplatte) und einer 64 MB
RAM-Memory. Der Computer kann auch mit einem CD-ROM-Antrieb von
1,44 M ausgerüstet
sein und/oder einem 120 MB Antrieb, mit vier seriellen Schnittstellen,
einer Drucker-Schnittstelle und mehreren (z.B. sieben) Steckplätzen für zusätzliche
Karten. Die Schnittstellen für
das Lokalnetz und/oder die Internet/Intranet-Verbindung werden vorzugsweise
in Extrasteckplätzen
installiert. Der Computer ist befähigt, gleichzeitig zumindest
drei Funktionen auszuführen,
d.h. die Steuerung des Spritzgießsystems, die Steuerung des
HMI und als Server für
das anlagenweite Netz.
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Der
Computer 44 erfüllt
A/D und D/A Funktionen, um die analogen Feedbacksignale zu empfangen
und analoge Steuersignale durch den Feldbus 24 zu liefern.
Somit verarbeitet der Computer 44 alle Steuerprogramme,
HMI-Programme und Netzprogramme in einem digitalen System. Durch
Arbeiten in einem digitalen System erzielt der Computer 44 eine bessere
Leistung und genauere Lösungen,
als sie traditionellerweise von analogen Schaltkreisen geliefert
werden. Die hohe Rechenleistung und die großzügige Arbeitsspeichergröße des Computers 44 zusammen
mit einem Software-Echtzeit-Erweiterungskern (nachfolgend beschrieben)
liefert eine Echtzeitleistung für
die Maschinensteuerung, die HMI-Funktionen und die Netzfunktionen.
Da der Echtzeit-Erweiterungskern mit einer Auflösung von Mikrosekunden arbeitet,
arbeitet der Computer 44 als ein Mehrzweckgerät für alle Computerfunktionen.
Das heißt, der
Computer 44 kann gleichzeitig alle Spritzgießvorrichtungen
unter Verwendung einer Multi-Tasking-Verarbeitung steuern. Zusätzlich können solche Maschinensteuerungsfunktionen
gemeinsam mit den HMI-Funktionen und/oder den Netzfunktionen ausgeführt werden.
Das System ist befähigt,
ein Update der Spritzgießvorrichtungsregelung
in der Größenordnung
von Millisekunden vorzunehmen, was die Anwendung einer analogen
Regelung für
die Echtzeit-Steuerung von Spritzgießvorrichtungen unnötig macht.
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Somit
kann der Computer 44 die Spritzgießvorrichtungen unter Verwendung
einer Vielzahl von vorbestimmten Vorrichtungssteuerprogrammen (z.B. Harzeinspritzung,
Formschließvorgang
etc.) steuern, und auch das HMI 30 unter Verwendung einer
Vielzahl von vorbestimmten HMI-Programmen (z.B. Display, Tastatur,
Maus etc.) steuern. Der Computer 44 ist über ein
Lokalnetz (und/oder das Internet) unter Anwendung einer Vielzahl
von vorbe stimmten Programmen, wie Internetbrowser, Word-Verarbeitungsprogrammen,
Tabellenkalkulationsprogrammen etc. auch mit anderen Rechenvorrichtungen
vernetzt. Nicht nur arbeitet der Computer 44 mit einer
Vielzahl solcher Steuer- und Netzprogrammen, er kann dies auch in
Echtzeit durch Multi-Tasking der Prozesse gemäß einer vorbestimmten Priorität tun, wie
zuerst die kritischen Spritzgießvorrichtungen,
die Feedback- und Status-Vorrichtungen als nächstes, die HMI-Vorrichtungen
als drittes und die Netzkommunikationsfunktionen zuletzt. Darüber hinaus
gestattet die offene Architektur des Computers 44, daß jedes dieser
vorbestimmten Steuer- und Netzprogramme modifiziert, upgegradet,
installiert oder geändert
werden, wie dies erforderlich ist.
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Nicht
nur vermeidet der Computer 44 das Erfordernis eines ASP,
er ersetzt auch das PLC, das im Stand der Technik verwendet wird.
Die Fähigkeit, neue
Anwendungsprogramm-Software leicht in den Computer 44 installieren
zu können,
schafft ein Verfahren zum Anlegen von Prozeßeingängen/-ausgängen, um Bilder zu verarbeiten,
die der Bedienungsperson angezeigt werden können. Der Computer 44 ist
mit Eingabe- und Ausgabefähigkeiten
sowie einer Echtzeit-Kernerweiterung seines Allzweck-Betriebssystems
und der Programmiersoftware gemäß einem internationalen
Industriestandard wie IEC 1131-3 ausgestattet. Somit ersetzt der
Computer 44 den üblicherweise
veränderten
PLC oder lizenzierte Steuereinrichtungen, welche die Betriebssequenz
verschiedener Spritzgießsystemvorrichtungen
steuern, um die erforderlichen Spritzgießfunktionen zu erfüllen. Zusätzlich zur
Tatsache, daß er
die Maschinenfunktionen steuert, wirkt der Computer 44 auch
als Informationsarchiv, welches alle Betriebsinformation der Maschinenvorrichtungen
und den Maschinenstatus konzentriert, die dann an das Fabriksüberwachungssystem übertragen
werden können.
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4. Echtzeit-Erweiterungskern
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Wie
vorstehend erwähnt,
läuft der
Computer 44 gemäß der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise einen Echtzeit-Erweiterungskern zu dem Betriebssystem,
wie Windows NT. Dieser Kern gestattet eine raschere Multi-Tasking-Verarbeitung
der Maschinenfunktionen, der HMI-Funktionen und der Netzfunktionen.
Mehrere im Handel erhältliche
Automationslösungs-Softwarepakete
sind verfügbar,
die eine Echtzeit-Verarbeitung für
einen Allzweckcomputer bereitstellen. Diese Echtzeit-Erweiterungskerne
gestatten Verarbeitungsunabhängigkeit,
verwenden aber dennoch den Leistungsumfang eines Allzweckcomputers.
Die bevorzugte Ausführungsform
wendet eine TwinCAT Echtzeit-Kernerweiterung an, die von Beckhoff
Industrial Electronics entwickelt ist. Die TwinCAT Kernerweiterung
bietet eine Basis für
PLC und Bewegungssteuerungslösungen.
Der TwinCAT Kern ist ein Laufzeitsystem mit Echtzeit-Ausführung der
Programme mit Programmierwerkzeugen, Analysewerkzeugen und Konfigurations-Managementfunktionen. Alle
Windows-Programme (z.B. Visualisierung und Office-Produkte) können mit
dem TwinCAT über Standard-Microsoft-Schnittstellen
zusammenwirken, um Daten auszutauschen und Server zu starten. Somit
gestattet die Echtzeit-Kernerweiterung der vorliegenden Erfindung
eine Multi-Tasking-Verarbeitung, die vollständig in das Betriebssystem
integriert ist, die es gestattet, alle Standardmerkmale des Windows NT
Betriebssystems unverändert
zu lassen, die es ermöglichen,
daß die
CPU-Kapazität
zwischen den Echtzeit-Aufgaben und NT durch den Benutzer geteilt
wird, und die reine Softwarelösungen
ohne das Erfordernis einer Hardware anbieten.
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5. Mensch-Maschinen-Schnittstelle
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Die
HMI (oder Steuerpanel oder -station) 30 wird verwendet,
um Steuerinformation einzugeben, um die Spritzgießvorrichtung 12–22 zu
steuern, und um Feedback von diesen Vorrichtungen zur Anzeige, Speicherung
oder Übertragung
zu empfangen. Das HMI 30 umfaßt solche Standard-Steuerausrüstung, wie
die Tastatur 32, die Zeigervorrichtung (Maus) 34, das
Tastenfeld 36, die entfernbare Speichervorrichtung 40,
den Bildschirm 38 und den Multiplexer 42. Vorzugsweise
ist das HMI 30 ein Beckhoff CP7000 Serie-Steuerpanel mit
Spezial-PLC-Tasten mit LED-Anzeigevorrichtungen, einem berührungssensitiven
Schirm, einem 15 Zoll TFT-Schirm, einer PC-Tastatur, einem
3,5 Zoll Diskettenlaufwerk und einer CP-Verbindungs-Schnittstelle.
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In
der vorliegenden Erfindung ist die Effektivität der Kommunikation zwischen
dem HMI 30 und dem Computer 44 infolge der Integration
der Bedienungsperson-Schnittstelle und der Maschinensteuerungsfunktionen
in einen einzigen Allzweckcomputer stark verbessert, der die Verarbeitungsengstellen, die
normalerweise durch die Kommunikationsverbindungen zwischen dem
HMI, dem PLC und dem ASP auferlegt werden, wie sie im Stand der
Technik verwendet werden, vermeidet.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist das HMI 30 an
den Computer 44 über
eine serielle Busverbindung 54 von größer als 1 Gigabit verbunden.
Die Verwendung eines solchen Hochgeschwindigkeitsbidirektionalen
Bus zwischen dem HMI 30 und dem Computer 44 gestattet
die physische Trennung der Bedienungsperson-Steuerung und der Anzeigeelemente
vom Computer 44. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist die Verbindung 54 bis zu 50 Meter lang, obzwar geringere
Längen
wie 10 Meter geeignet sein können.
Durch Unterbringung des Computers 44 von dem HMI 30 entfernt,
können
alle heiklen Computervorrichtungen, wie die Festplattenantriebe,
Modems, das CPU etc. vor Hitze, Vibrationen und Schlägen geschützt werden,
die normalerweise in einer Spritzgießumgebung auftreten. Die Hochgeschwindigkeitsverbindung
ermöglicht
das HMI 30, nahe der Maschine 10 und an einer
optimalen Lage zur Erleichterung des Betriebes installiert zu werden, während eine
ausreichende Trennung vom Computer 44 aufrechterhalten
wird. Aus diesem Grund sollte die Elektronik innerhalb des HMI das
zur Anzeige von Daten erforderliche Minimum aufweisen, um eine Dateneingabe
und die manuelle Steuerung von Funktionen über die Tastatur 32,
die Zeigervorrichtung 34 und die Funktionstasten 36 zu
ermöglichen.
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In 2 ist
die Anzeigevorrichtung an dem HMI vorzugsweise eine TFT Anzeigevorrichtung 382, obzwar
die Anzeigevorrichtung ein LED, ein LCD, ein CRT-Bildschirm oder äquivalente
Anzeigevorrichtungen sein können.
Das HMI 30 umfaßt
auch eine oder mehrere Zeigervorrichtungen 342, die eine
Maus, Leuchtstift, berührungssensitive
Bildschirmvorrichtungen etc. umfassen können. Die Tastatur 32 ist
vorzugsweise eine Standard-PC-Tastatur, obzwar spezialisierte Tastaturen
mit spezialisierten Funktionstasten verwendet werden können. Die
Maschinenfunktionstasten und die LED-Anzeigevorrichtung 36 sind jene,
die typischerweise bei bekannten Spritzgießsystemen angetroffen werden.
Die entfernbare Speichervorrichtung 40 wird verwendet,
um das Steuerprogramm oder Sollwertinformation einzugeben oder Feedbacksignale
zu speichern. Die vorstehend erörterten
Eingabe- und Ausgabevorrichtungen sind mit dem HMI-Multiplexer 42 verbunden,
der die Information zur Übertragung über einen
größer als
1 Gigabit seriellen Bus 54 multiplext. Der Multiplexer 42 steuert auch
eine 5 Volt Spannungsquelle (nicht gezeigt). Schließlich kann
das HMI 30 eine Notstopp-Taste oder eine Vorrichtung 80 umfassen,
die verwendet werden kann, um die Spritzgießvorrichtungen in einem Notfall
stillzusetzen. Die Notabschalttaste 80 ist mit Sicherheitskreisen 82 verbunden, die
ihrerseits mit dem Computer 44 über eine Schnittstelle (nicht gezeigt)
verbunden sind.
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Die
Verbindung 54 schafft eine bidirektionale Kommunikation
zwischen dem HMI und dem Computer 44, und dies vereinfacht
stark die Architektur und verbessert die Verläßlichkeit des Systems. Die
bidirektionale Verbindung 54 verbindet das HMI 30 mit dem
Computer 44 für
eine Videosteuerung und Dateneingabe. Der Computer 44 verarbeitet
somit den Hauptteil der HMI-Information statt des HMI 30.
Die Kommunikationsgeschwindigkeit zwischen dem HMI 30 und
dem Computer 40 ist im Gigabit-Bereich, und dies gestattet,
daß der
Computer 44 eine Echtzeit-Antwort von durch die Bedienungsperson
initiierten Änderungen
an den Maschinenvorrichtungen 12–22 liefert. Die Verbindung 54 kann
durch im Handel erhältliche
Verbindungen implementiert werden, wie PanelLink, ein Produkt, das
auf dem internationalen Industriestandard beruht, wie IEEE P1349b
oder CP-Link von Beckhoff Industrial Electronics, oder Äquivalenten.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der CP-Link von Beckhoff verwendet.
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Das
HMI 30 hat somit minimale Verarbeitungsfähigkeiten,
vorzugsweise nur jene, die erforderlich sind, um Daten anzuzeigen,
um Daten einzugeben, um handgesteuerte Funktionen durch die Funktionstasten 36 zu
erleichtern und um mit der Bedienungsperson über Grafik, Text und Videoanzeige zu
kommunizieren. Da der Computer 44 von dem HMI 30 entfernt
in einer gesteuerten Umgebung angeordnet sein kann (z.B. in einem
Steuerschrank), um die heiklen Computervorrichtungen zu schützen, können die
Bedienungspersonsteuer- und Anzeigefunktionen näher an das Spritzgießsystem
für eine nähere Überwachung
der Maschinenfunktionen durch die Bedienungsperson herangeführt werden.
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Die
bidirektionale Verbindung 54 kann zwei koaxialkabel umfassen,
zwei Einzeldraht-Koaxialkabel, eines oder mehrere Glasfaserkabel
oder andere Kommunikationsmittel. Es ist keine zusätzliche Spannungsquelle
für die
Verbindung 54 erforderlich. Die Kabelschnittstelle kann
eine Platine aufweisen, der mit einem Standard-Personalcomputer-Bus
(z.B. ISA oder PCI) verbunden ist und deshalb mit dem Allzweckcomputer
verwendet werden kann.
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Wie
in 2 gezeigt, kann der Computer 44 eine
zusätzliche
Struktur zu der in 1 gezeigten umfassen. Insbesondere
umfaßt
auch der Computer 44 vorzugsweise ein LCD-Grafiksteuerpanel 84 zur Steuerung
des Display 382. Vorzugsweise umfaßt die Steuereinrichtung 84 eine
LCD-Schnittstelle. Der Computer 44 umfaßt auch eine Tastatur-Schnittstelle 86 für die Tastatur 32 und
eine entfernbare Speichervorrichtungssteuerung 90, welche
die entfernbare Speichervorrichtung 40 steuert. Die serielle
Schnittstelle 88 wird verwendet, um die seriellen Kommunikationsanschlüsse zu steuern.
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Signale
von den Computer-Schnittstellen für das LCD, die Tastatur, die
Zeigervorrichtungen, die Kommunikationsanschlüsse und die entfernbaren Speichervorrichtungen
werden von dem PC-Schnittstellen-Verbindungspanel 52 auf
ein serielles Hochfrequenzsignal umgewandelt, welches dann zu dem HMI 30 über die
Verbindung 54 übertragen
wird. Der HMI-Multiplexer 42 wandelt das serielle Signal
in ursprüngliche
computerschnittstellenerzeugte Signale zurück, die sodann an die verschiedenen
Vorrichtungen zur Steuerung und zum Feedback übertragen werden. Somit können die
Vorrichtungen an dem HMI 30 von dem Computer 44 über weit
größere Entfernungen,
als dies normalerweise möglich
wäre, gesteuert
werden. Da die Verbbindung 54 vorzugsweise zwei separate
Kanäle
hat, ist ein Verbindungskanal für
jede Kommunikationsrichtung zwischen dem Steuerpanel 30 und
dem Computer 44 vorhanden.
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Der
Computer 44 umfaßt
auch eine Schnittstelle 56 als direkte Schnittstelle, wenn
dies erforderlich ist, zu den Digitalvorrichtungen 16 und 18 über den
digitalen Bus 26, wie in 1 gezeigt.
Vorzugsweise ist die Schnittstelle 56 eine SERCOS-Schnittstelle (Serial
Real-time Communication System). Wiederum gestattet die offene Architektur
des Computers 44 eine Steuerung der Spritzgießvorrichtungen 16 und 18 direkt
durch den digitalen Bus 26 oder alternativ durch den Feldbus 24.
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6. Feldbus
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In 1 hat
der Computer 44 eine Schnittstelle mit den digitalen Spritzgießvorrichtungen 12, 14 und
den analogen Spritzgießvorrichtungen 20, 22 durch
den Feldbus 24. Vorzugsweise ist der Feldbus 24 ein
Standard Industrie-Feldbus, wie ein CANopen Bus, ein Lightbus, ein
Interbus, ein ControlNet Bus, ein Profibus DP/FMS oder eine äquivalente
Vorrichtung. Der Profibus DP arbeitet bei 12 MBit/s und wird in
den bevorzugten Ausführungsbeispiel
verwendet. Wie vorstehend erwähnt,
kann der Computer 44 auch einen digitalen Bus 26 (vorzugsweise
SERCOS) als Schnittstelle zu den digitalen Servoantrieben und anderen
digitalen Vorrichtungen 16, 18 anwenden.
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Die
Integration der Eingänge
von den Spritzgießvorrichtungen,
Sensoren und Steuerausgängen für Stellglieder
und digitale Antriebe wird durch eine offene Vorrichtungsnetz-Schnittstelle
des Computers 44 erreicht. Die Steuerplattform des Computers 44 unterstützt alle
Hauptvorrichtungs-Feldbusse. Die Anwendung eines Industrie-Standard-Feldbus
mit einem Hochgeschwindigkeits-Multiplex-Signalbus, die nach einem
fehlertoleranten Protokoll arbeiten, ersetzt die Vielzahl von Drähten, die
nach dem Stand der Technik verwendet wurden. Dies vermeidet Kosten
und Verläßlichkeitsprobleme,
die mit der zugeordneten Verdrahtung verbunden waren. Das Schnittstellen-Protokoll
des Feldbus ist vorzugsweise unter Verwendung von Mikrosteuereinrichtungen
implementiert. Solche Mikrosteuereinrichtungen können direkt unerwünschte Effekte,
wie Signalrauschen, berücksichtigen
und können
auch Machbarkeitsüberprüfungen der
Steuerbefehle durchführen. Zusätzlich schafft
die Integration einer Feldbus-Schnittstelle
mit einer zugeordneten Steuereinrichtung eine sogenannte „Steuerinsel". Steuerinseln umfassen
zugeordnete Eingänge/Ausgänge und
lokalisierte Verarbeitungsfähigkeiten
zur Erzielung einer verteilten Steuerungsarchitektur, welche die Steuereinrichtung
näher an
das System heranbringt, welches so gesteuert ist, daß die Intelligenz
und Verantwortung näher
an den Netzrand bewegt werden. Die Fähigkeit, Probleme lokal zu
lösen,
reduziert die Verkehrsbelastung des Basisnetzes (d.h. das CPU im
Computer 44). Da Spritzgießsystemfunktionen in anwendungsspezifische
Subsysteme mit gut definierten und verteilten Steuerelementen unterteilt
werden können,
schafft die Verwendung einer Steuerinsel für die Steuerung der Subsysteme
eine starke Verbesserung der Modularität und Leistung des Steuersystems.
Die Steuerinseln sind mit der Systemsteuerung über physische Feldbus-Verbindungen verbunden.
Diese Verbindungen sind logische Verbindungen und Nachrichten; beide
lose gekoppelt ermöglichen
das Skalieren des Steuersystems.
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7. Steuerungssoftware
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3 ist
eine Ansicht des bevorzugten Steuerungssoftware-Moduls gemäß der vorliegenden
Erfindung. 3 ist in der Form eines funktionalen Blockdiagrammes
der Software-Steuerungsarchitektur, die in dem Computer 44 verwendet
wird. In 3 umfaßt die Steuerungssoftware 300 einen
Software-Modul für
die sequentielle Steuerung 302, einen Sofware-Modul für die Datenüberwachung 304 und einen
Software-Modul für
das Alarmmanagement 306 (wie nachfolgend beschrieben).
Als Schnittstelle mit den vorerwähnten
drei Software-Modulen ist ein Initialisierungs- und Prozeßsteuermodul 308 vorgesehen,
ein Betriebsmodus-Modul 310, ein Synchronisier- und Koordinationssteuermodul 312 und
ein Eingangssignal-Verarbeitungsmodul 314. Der Initialisierungs-
und Prozeßsteuermodul 308 sendet
Steuersignale 316 zu dem Spritzgießsystem 10, während Sensorsignale 318 von
dem Spritzgießsystem 10 dem
Eingangssignal-Verarbeitungsmodul 314 zur Verfügung gestellt
werden. Der Modul 314 empfängt auch Sensorsignale von
anderen Softwaresteuermodulen (nicht gezeigt). Bedienungsperson-Eingänge 320 von
dem HMI 30 werden dem Betriebsmodus-Modul 310 zur
Verfügung
gestellt, welcher Eingänge
für die
Module 302, 304 und 306 liefert. Andere
HMI-Schnittstellen-Signale 322 werden
dem Synchronisier- und Koordinationssteuermodul 312 zur Verfügung gestellt,
der auch eine Schnittstelle zu den Modulen 302, 304 und 306 bietet.
Diese Software-Steuerungsarchitektur bietet große Flexibilität zum Upgraden
und/oder Modifizieren der bestehenden Software.
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4 ist
ein funktionelles Blockdiagramm der Steuerungsarchitektur gemäß der vorliegenden Erfindung.
In 4 wendet das Spritzgießverfahren 400 das
Spritzgießsystem 10 an,
um Spritzgießoperationen
durchzuführen.
Die Spritzgießsystemelemente 402 umfassen
die Vorrichtungen 12–22,
die von digitalen und analogen Ausgängen 404 angetrieben
sind, welche über
den Feldbus 24 empfangen werden. Die Feedback-Sensoren 406,
die den Maschinenelementen 402 zugeordnet sind, liefern
digitale und analoge Feedbacksignale durch den Feldbus 24.
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Die
Positionsmeßvorrichtung
oder -vorrichtungen 408 liefern eine Messung der tatsächlichen Position
des Verfahrens und werden von einem Servomotor 410 angetrieben,
der gesteuerte Energie von der digitalen Antriebssteuereinrichtung 412 empfängt. Eingänge und
Ausgänge 414 sind
mit der Positionsmeßvorrichtung
bzw. den -vorrichtungen 408 gekoppelt, und die Information
wird der digitalen Antriebssteuereinrichtung 412 zugeführt, welche
die Signale zu und von dem Computer 44 über den digitalen Bus 26 überträgt.
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Der
Computer 44 kommuniziert digitale und analoge Signale über den
Feldbus 24 durch einen Feldbusmaster 420. In ähnlicher
Weise kommuniziert der Computer 44 digitale Signale über den
digitalen Antrieb 26 durch einen digitalen Busantriebsmaster 422.
Signale, die zu/von dem HMI 30 kommuniziert werden, werden über die
Verbindung 54 durch die Schnittstelle 52, wie
einem PC-Multiplexer, übertragen.
Der Computer 44 umfaßt
Softwareprogramme, die Funktionen ausführen für: Eingänge- und Ausgängeabbildung 424;
Temperatursteuerung 426; programmierbare Logiksteuerung 428;
hydromechanische Bewegungssteuerung 430; elektro-mechanische
Bewegungssteuerung 432; und Prozeßsteuerung 434. Außerdem kann
der Computer 44 andere softwarebasierende Funktionen wie
Konstruktions- und Geschäftssoftware-Werkzeuge 436 und
HMI-Anwendungssoftware 438 umfassen.
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Die
Steuerungssoftware, die Steuerprogramme, die HMI-Programme und andere
Software können
in den Computer 44 aus computerlesbaren Steuermedien, wie
Disketten, CD-ROMS, Bänder, magnetoptischen Disketten
etc., oder über
LAN oder Internet-Verbindungen
geladen werden.
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Die
in 4 dargestellte Steuerungsarchitektur integriert
Echtzeit-Befehle, programmierte Befehle und manuelle Befehle. Da
sie einen Allzweckcomputer mit offener Architektur zeigt, können Modifikationen
und Upgrades alle diese Befehle zweck mäßig eingegeben werden. Der
Echtzeit-Kern, der in dem All-zweck-Betriebssystem
läuft,
schafft eine Echtzeit-Spritzgießsystemsteuerung,
die mit programmierten und manuellen Eingaben im Multi-Tasking-Prozeßablauf
verknüpft
ist. Der Echtzeit-Kern schafft hohe Priorität für die Systemsteuerung und ein
Fenster zum Verarbeiten der Allzweckinformation.
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Die
Steuerungsarchitektur umfaßt
mehrere Niveaus, welche unter dem Mehraufgabenplaner des Kernes
arbeiten, wobei jedes Niveau selbst seine spezifischen Funktionen
erfüllt.
Ihre Echtzeit-Regelung
und die Echtzeit-Hochgeschwindigkeitsschaltung in Abhängigkeit
von den Systemelement-Feedbacksignalen werden mit höchster Priorität ausgeführt, wobei
eine Notabschaltung und aufgetragene Abschaltfunktionen vorgesehen
sind. Software liefert die Funktion einer programmierbaren Logiksteuereinrichtung
zur Steuerung der Systemoperationssequenz. Der gleiche Computer
vollführt
im Hintergrund HMI-Funktionen, obzwar die Geschwindigkeit der Kommunikationen
und Verarbeitungsleistung des Computers es zulassen, daß die HMI-Funktionen
virtuell in Echtzeit ausgeführt
werden. Eine gemeinsame Datenbank wird zwischen dem Maschinensteuerungsfunktionen
und den HMI-Funktionen geteilt, um den Durchsatz der Informationsverarbeitung
durch Eliminieren des Mehrprozessor-Flaschenhalses nach dem Stand
der Technik zu verbessern.
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Der
Allzweckcomputer ist an eine große Vielzahl von Peripheriegeräten anschließbar, wie
einer CD-ROM, einem Modem für
Intranet/Internet oder Fernverbindung, und einem Lokalnetz, wie
ein Ethernet für
anlagenweite Kommunikationen. Somit vollführt ein einziger Computer die
Funktionen einer Regelung des Spritzgießsystems, sendet Befehle und Statusangaben
entweder lokal über
die installierten Systemvorrichtungen oder entfernt über Kommunikationsmittel
zu/von anderen Orten, wobei er Ein gangsdaten von dem HMI oder von
Netz angeschlossenen Klienten empfängt und an den HMI-Anzeigevorrichtungen
steuert.
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8. Zusätzliche Fähigkeiten
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Da
der Allzweckcomputer eine große
Verarbeitungsleistung hat, kann er auch zusätzliche Fähigkeiten bieten, die in der
Spritzgießumgebung
nützlich sind.
Beispielsweise kann der Allzweckcomputer eine smarte Filterung von
Information vornehmen und ein Expertensystem zur Verbesserung des
Prozeß-Setup
und des Betriebes und ein Alarmmanagementsystem schaffen.
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Smarte
Filterung ist eine Prozeßtechnik,
um selektiv Signale zu filtern, die von dem CPU verarbeitet werden,
um eine Informationsüberbelastung
an den hochprioritären
Multi-Tasking-Verarbeitungsniveaus zu vermeiden. Es ist der Prozeß des Wählens der
Informationsniveaus für
die weitere Verarbeitung von Daten. Nicht-kritische Daten werden
aus dem System ausgeschlossen, wenn das Niveau des Netzmanagements
ansteigt, so daß sich
die Top-Netz-Managementkonsolen auf höheren Niveaus konzentrieren
können,
wie Trendanalysen und Kapazitätsplanung.
Dies reduziert auch die Anforderung an das Netz und verbessert die
Kommunikation im gesamten Netz. Der Allzweckcomputer der vorliegenden
Erfindung kann solche smarten Filterprozesse vornehmen, so daß vorbestimmte
Systemsignale nicht durch das Netz übertragen werden.
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Die
hohe Verarbeitungsleistung des einzigen Allzweckcomputer gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
es, daß er
in einem Expertensystem verwendet wird, um das Spritzgießsystem
zu managen. Ein solches Expertensystem fügt dem Alarmmanagementsystem
(nachfolgend erörtert)
einen Wert hinzu, indem es Prozeßunterbrechungen diagnostiziert,
genauere Prozeßinformatio nen
für die
Bedienungsperson liefert und dazu beiträgt, die genauen Aktionen zu
implementieren (wie die Rekonfigurierung des Systems im laufenden
Betrieb). Dies ergibt ein robusteres Alarmmanagementsystem, um der Bedienungsperson
zu helfen, Prozeßunterbrechungen
sicher und wirksam zu managen und Systemstillstandszeiten zu minimieren.
Das Expertensystem kann auch zum Setup des Verfahrens beitragen,
indem es die Bedienungsperson mit empfohlenen Prozeßparametern
versorgt, basierend auf dem für
das System spezifischen Wissen, das in den Computerspeicher gespeichert
ist. Der Computer kann auch Materialinformation für die zugeordnete
Form archivieren, oder er kann diese Information an einem entfernten
Ort speichern, der über
das Intranet/Internet zugänglich
ist.
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Expertensysteme
sind Anwendungen von künstlicher
Intelligenz, die eine Schnittstellen-Maschine anwenden, fuzzy logic-Technologien
und/oder andere Verfahren, um in Echtzeit über Vorgänge zu urteilen, die in dynamischen
Prozessen auftreten, wie jene, die beim Spritzgießen verwendet
werden. Die Interferenz-Maschine produziert Überlegungen zu spezifischen
vorbestimmten Regeln, die in einer Wissensbasis definiert sind,
welche von empirischen Daten und den Eingaben der Bedienungsperson
herrühren.
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Die
Verwendung eines Allzweckcomputers in einem Echtzeit-Expertensystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auf zwei verschiedene Arten, als Beratungssystem
und als Überwachungssteuersystem,
verwendet werden. In Beratungsanwendungen erwägt das Expertensystem dynamische Änderungen
der Prozeßdaten,
trifft Entscheidungen basierend auf Prozeßvorgängen und präsentiert Schlüsse und
rationale Entscheidungen für
die Bedienungsperson. Das Expertensystem liefert somit zeitgerechten
und genauen Rat an die Bedienungsperson betreffend Prozeßereignisse
und schwelende Probleme. In den Überwachungssteueran wendungen
unterstützt
das Expertensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung proaktiv die Bedienungspersonen durch Einstellen von Sollwerten
und durch An- oder Abschalten diskreter Ausrüstung, um Probleme zu lösen, Formungsvorgänge zu optimieren
oder andere Ziele zu erreichen, die in der Wissensbasis definiert sind,
wie Wartungsvorgänge.
Es ist die hohe Prozeßleistung
des Allzweckcomputers gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche die Möglichkeit
schafft, ein Expertensystem in einer Spritzgießumgebung zu realisieren.
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Viele
Spritzgießsysteme
haben ein Alarmsystem, welches die Bedienungsperson auf Systemfehlfunktionen
hinweist, und welches auch eine Systemfunktion ausüben kann,
wie ein stufenweises Abschalten bzw. Verlangsamen usw. Der einzige
Allzweckcomputer gemäß der vorliegenden
Erfindung hat ausreichend Prozeßenergie,
damit der Computer ein intelligentes Alarmsystem managen kann, d.h. ein
Alarmsystem, welches den Zustand des Alarms erörtert. Dies gestattet dem Computer
oder dem Benützer,
ein hohes Niveau an Logik an die Systemfunktionen anzulegen, so
daß das
System mit den nachfolgenden Rückschlägen auf
die Systemleistung und -produktivität nicht einfach abschaltet.
Das heißt, der
Computer kann den Betrieb des Spritzgießsystems fortsetzen, aber mit
einer niedrigeren Rate, wenn die Alarmanalyse nur geringe Schwierigkeiten, wie
eine leicht höhere
Temperatur, anzeigt.
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Das
intelligente Alarmsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann somit die dynamischen Änderungen genau aufnehmen,
die in dem Spritzgießsystem
während
verschiedener Alarmbedingungen auftreten. Beispielsweise kann das
System automatisch gesteuert werden, um abzuschalten oder mit einem
geringeren Durchsatz zu produzieren; oder die Bedienungsperson kann
dazu veranlaßt
werden, zusätzliche
Daten einzugeben, um den Zustand, welcher den Alarm erzeugt, zu
korrigieren. Wenn vom Computer zusätzliche Information über eine
Alarmbedingung gefordert wird, kann die Bedienungsperson solche
Daten an den HMI basierend auf der Feedbackinformation eingeben,
die auf der Anzeigevorrichtung angezeigt wird. Die Bedienungsperson kann
auch ein online-Betriebshandbuch konsultieren (das in dem Computer
gespeichert ist), um zeitgerecht korrektive Information für die Alarmbedingung bereitzustellen.
Solche Alarmmanagement-Information können der Bedienungsperson in
Text-, Grafik-, Audio- oder Videoform zur Verfügung gestellt werden.
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Das
intelligente Alarmmanagementsystem gemäß der vorliegenden Erfindung
kann vorbestimmte Aktionen für
irgendwelche Zustände
bereitstellen, wie die Alarmaktivierung, die Alarmbestätigung und
die Alarmbeendigung. Die Aktionen können von einer einfachen beratenden
Textnachricht zum Ausrufen der Bedienungsperson in der Fabrik oder
zum Absenden elektronischer Mail an Wartungsabteilungen, den Anlagenüberwacher
oder anderes technisches Personal durch ein Netz umfassen.
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Da
der Computer gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Allzweck-Betriebssystem
hat, können die
Echtzeit- oder die gespeicherten Feedbacksignale in Geschäftsanwendungssoftware
verwendet werden, die standardmäßig verkauft
wird, wie Tabellenkalkulations- oder Datenbankmanagement. Solche statistischen
Prozeßanalysen
und präventiven
oder Wartungsfunktionen können
durch den Computer der vorliegenden Erfindung oder durch einen anderen Server
erreicht werden, der mit dem Computer durch ein Netz gekoppelt ist.
Da der Computer der vorliegenden Erfindung vorzugsweise offene Datenkommunikationsstandards
anwendet, die in der Computerindustrie bekannt sind, wird dies das
Erfordernis für
Eigentumsantriebe, die derzeit in der Spritzgießindustrie verwendet werden,
vermeiden. Selbst wenn bestimmte Hersteller Eigentumsantriebe für bestimmte
Spritzgießvorrich tungen
erfordern, können diese
Antriebe rasch von dem Computer 44 über das Internet und das Modem 66 heruntergeladen
werden.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Computer gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Vielzahl von vorbestimmten Setup-Programmen (wizards),
welche die Bedienungsperson durch das Setup in einer leicht verständlichen
Weise befördern.
Beispielsweise kann der Bedienungsperson eine Reihe von vorbestimmten
Anzeigen dargestellt werden, welche eine Option für die Auswahl
von Datenfeldern zur Eingabe der erwünschten Parameter für das besondere
System gestatten. Solche wizards können für jedes individuelle System
oder für
eine gesamte Klasse von Systemen bereitgestellt werden und können durch das
Internet oder ein Lokalnetz upgegradet werden.
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9. Schlußfolgerung
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Vorstehend
ist ein einziger Allzweckcomputer für ein Spritzgießsystem
beschrieben worden, welcher die Notwendigkeit für eine programmierbare Logiksteuereinrichtung
oder einen analogen Signalprozessor vermeidet, sowie Multi-Task-Verfahren
für Spritzgießfunktionen
und HMI-Funktionen, und der offene Verbindungen mit einem Lokalnetz
und/oder dem Internet bereitstellt. Dies ist ein starkes Werkzeug
zur Verbesserung der Genauigkeit und Produktivität des Spritzgießsystems
selbst und auch zur Verbesserung des Managementzuganges und zur
Steuerung der Systemoperationen.
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Natürlich können andere
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung vom Fachmann ausgedacht werden. Beispielswiese
kann der Allzweckcomputer der vorliegenden Erfindung mehr als ein
Spritzgießsystem
steuern, oder er kann ein Spritzgießsystem und mehrere Hilfsmaschinen,
wie ein Förderband,
einen Roboter oder andere Produkthandhabungsausrüstung, steuern. Die Steuerung solcher
Maschinen kann in dem einzigen Prozessor der vorliegenden Erfindung
integriert werden, um einen glatten Produktstrom durch die Fabrik
zu schaffen.
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Zusätzlich muß das HMI
für jedes
System nicht unmittelbar benachbart dem System angeordnet werden.
Beispielsweise kann eine zentrale Steuerungsstation mit einer Vielzahl
von Steuerpanelen aus einer Vielzahl von Systemen vorgesehen werden,
so daß eine
Bedienungsperson eine Anzahl von Spritzgieß- und Hilfsmaschinen steuern
kann. In dieser Konfiguration kann der Allzweckcomputer an der Steuerungsstation
der Bedienungsperson oder an einer entfernten Stelle angeordnet
sein. Diese Konfiguration kann ausgeweitet werden, so daß der Computer 44 (oder
sogar die HMIs) in dem Fabriksbüro
angeordnet werden kann, so daß das
Management unmittelbar Betriebsinformation erhält und rasch die Spritzgießvorgänge konfigurieren
kann.