KR100667991B1 - 주입 몰딩 시스템용 통합형 제어 플랫폼 - Google Patents

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Abstract

다수의 피드백 신호를 발생하는 다수의 디바이스를 가진 주입 몰딩 시스템을 제어하기 위한 장치 및 방법은 디스플레이 및 적어도 하나의 운영자 입력 디바이스를 가진 운영자 제어 스테이션을 제공하는 구조 및 단계를 포함한다. 단일의 범용 컴퓨터는 운영자 제어 패널에 또한 다수의 주입 몰딩 디바이스에 결합되며, 주입 몰딩 기능 및 운영자 제어 기능의 멀티-태스킹 제어를 수행한다. 이 컴퓨터는 바람직하게는 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 폐루프 제어를 수행하며 또한 시스템 피드백 신호 및 운영자 입력 신호를 처리한다. 따라서, 종래 기술의 아날로그 프로세서 및 프로그램가능 논리 제어기가 필요하지 않다. 바람직하게는, 단일 범용 컴퓨터는 근거리 네트워크 및 인터넷에 접속되어 주입 몰딩 시스템의 외부 제어 및 운영 파라메터의 피드백이 가능하게 된다.
주입 몰딩 시스템, 운영자 입력 디바이스, 피드백 신호, 운영자 제어 스테이션, 운영자 제어 패널, 멀티-태스킹 제어, 주입 몰딩 디바이스

Description

주입 몰딩 시스템용 통합형 제어 플랫폼{INTEGRATED CONTROL PLATFORM FOR INJECTION MOLDING SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 주입 몰딩 시스템의 개략 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 인간-기계 인터페이스 및 범용 컴퓨터의 개략 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 소프트웨어 제어 모듈의 개략 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 제어 구조의 개략 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 주입 몰딩 시스템 또는 기계
12, 14, 16, 18 ; 디지털 디바이스
20, 22 : 아날로그 디바이스
24 : 필드 버스
26 : 디지털 버스
30 : 인간-기계 인터페이스 (또는 제어 패널 또는 제어 스테이션)
32 : 키보드
34 : 포인팅 디바이스 (마우스)
36 : 시스템 기능 키패드 디바이스
38 : 디스플레이
40 : 착탈가능한 저장 디바이스 드라이브 장치
42 : 멀티플렉서
44 : 범용 컴퓨터
46 : CPU
48 : ROM
50 : RAM
52 : 제어 패널 인터페이스
54 : 양방향 직렬 버스 링크
56 : 디지털 인터페이스
58, 62 : 접속 수단
60 : 인터페이스
64 : LAN 인터페이스
66 : 외부 인터페이스
80 : 정지 버튼 또는 디바이스
300 : 제어 소프트웨어
본 발명은 주입 몰딩 시스템(injection molding system)을 제어하기 위한 통 합형 제어 플랫폼(integrated control platform)에 관한 것으로서, 특히 기계-제어 기능 및 인간-기계 인터페이스(human-machine interface: HMI) 기능을 수행하는 단일의 범용 컴퓨터에 의해 주입 몰딩 시스템을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 이 제어 구조에 의하면, 종래 기술에서 사용하는 아날로그 신호 프로세서 및 프로그램가능 논리 제어기가 필요 없게 된다.
주입 몰딩 시스템은 다량의 값싼 플라스틱 제품 예를 들어 널리 알려진 음료 용기 내로 불어넣어지는 플라스틱 PET 모재(preform)를 생성하는데 널리 사용된다. 이러한 주입 몰딩 시스템은 전형적으로 주입 몰딩 작업을 수행하는 다수의 아날로그 및 디지털 디바이스를 구비한다. 예를 들어, 압출 성형기 드라이브(extruder drive)와, 비례 흐름 제어 밸브(proportional flow control valve)와, 전기 드라이브(electric drive), 가열 및 냉각 소자(heating and cooling element)와, 다른 전자-유압-기계적 드라이브 및 전자-기계 드라이브(electro-hydro-mechanical and electro-mechanical drive)는 잘 알려진 방식으로 주입 몰딩 기능을 수행하는 아날로그 디바이스이다. 디지털 디바이스의 예로서는 근접 스위치(proximity switch), 클램프 압력 리미트 트랜스듀서(clamp pressure limit transducer), 디지털 솔레노이드 밸브(digital solenoid valve) 등이 있다. 이들 아날로그 및 디지털 디바이스의 각각은 적절한 아날로그 및 디지털 커맨드에 의해서 제어되어야 할뿐만 아니라, 그들 디바이스는 전형적으로 아날로그 및/또는 디지털 피드백 신호를 출력하여 각종 디바이스가 적절히 제어되게 해서 주입 몰딩 시스템으로부터 고품질의 제품이 대량으로 생산될 수 있도록 하는 피드백 센서를 갖추어야 한다. 예를 들어, 피드백 신호를 폐루프 제어에 사용하여 주입 몰딩 디바이스를 (예를 들어, 온도 설정점, 주입 압력 등을) 실시간으로 변경할 수도 있다. 또한, 피드백 신호를 사용하여 동작 정보를 (예를 들어, 온도, 부품의 수 등을) 인간-기계 인터페이스 또는 운영자 제어 패널을 통해 운영자에게 디스플레이할 수도 있다.
종래 기술에서는, 아날로그 신호 프로세서(ASP)를 이용하여 주입 몰딩 시스템의 각종 아날로그 디바이스를 실시간으로 제어해야만 하며, 이와 마찬가지로 프로그램가능 논리 제어기(PLC)를 제공하여 주입 몰딩 시스템의 각종 디지털 디바이스를 제어해야만 한다. ASP 및 PLC를 이용하여 주입 몰딩 시스템을 제어하는 공지의 주입 몰딩 시스템의 일 예에 대해서는 미국 특허 제5,062,052호 (이 특허는 본원 명세서에 참고로 인용됨)가 참조된다. 이 미국 특허에서 범용 컴퓨터를 개시하고 있으나, 그 범용 컴퓨터의 사용은 PLC와 HMI 간의 인터페이스에 국한된 것으로, 주입 몰딩 작업을 수행하는 데에는 여전히 PLC 및 ASP가 필요하다.
공지의 주입 몰딩 제어 구성은 주입 몰딩 디바이스의 재구성이 실시간으로 불가능하다는 점에서 제한적이다. ASP 및 PLC의 각각은 변경을 위해 수정되어야 하거나 다시 프로그래밍되어야 한다. 따라서, 주입 몰딩 시스템에 새로운 기술을 도입하기 위해서는 재구성 동안 전체 시스템 동작을 중단시켜야 하는 경우가 있다. 또한, 각 주입 몰딩 시스템의 동작 상태를 각 시스템의 HMI에서만 확인할 수 있다. 또한, 주입 몰딩 기계 제작자는 전형적으로 그의 PLC에 전용 구성을 채용해야 함으로, 따라서 그러한 주입 몰딩 기계에 대한 다양한 새로운 처리 기법의 응용성이 제한된다. 또한, 다층의 ASP 및 PLC 처리 제어를 사용함으로 인해, 처리상의 불리함 및 병목 현상 즉 기계 변경을 위한 속도를 저하시키는 병목 현상이 나타난다.
따라서, 주입 몰딩 시스템의 진정한 실시간 제어를 제공하여, 시스템 디바이스 재구성의 신속화를 가능케 하고 또한 규격품의 소프트웨어를 용이하게 이용할 수 있게 하며 또한 시스템 상태 및 제어 정보가 시스템 범위 이외의 지역 예를 들어 공장 사무실이나 심지어는 회사 본부에까지도 전송될 수 있게 하는 새로운 주입 몰딩 제어 구성이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 현재 기술 수준의 하드웨어 및 소프트웨어 요소가 하나의 제어기내로 통합될 수 있게 하는 주입 몰딩 제어 구성을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 진정한 실시간 제어 및 네트워킹 능력을 제공하는 제어 구성을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보조적인 설비의 통합 및 기계 기능의 확장을 용이케 하는 개방형 제어 구성을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시스템 작동 중단시간 및 외부 소스(external source)에 대한 지식(knowledge) 및 정보의 입/출력을 감소시키기 위해 인공 지능 시스템 진단 및 원격 액세스 능력을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 범용 컴퓨터에 주입 몰딩 시스템 제어 기능, 인간-기계 인터페이스 기능, 모션 제어 기능(motion control function), 시퀀스 논리 기능, 연속 프로세스 제어 기능 및 통신 네트워킹 기능을 제공하고자 하는 것이 다.
본 발명의 또 다른 목적들에는, 표준 응용 프로그래밍 인터페이스의 제공, 외부 통신 (예를 들어, 관리 감독, 고장 수리 및 시스템과 플랜트 회사간의 정보 교환을 위한 전자 메일, 페이징 등)의 지원, 시스템 및 프로세스 셋업을 보조하기 위한 프로세스 지식을 자체적으로 갖춘 전문가 시스템의 제공, 인공 지능형 알람 관리 및 시스템 진단의 제공, 또한 주입 몰딩 시스템의 셋업 및 운영을 보조하기 위한 옵션을 자체적으로 갖춘 사전규정된 템플릿의 제공이 포함된다.
본 발명의 상기한 목적 및 다른 장점은 다수의 피드백 신호를 발생하는 다수의 디바이스를 가진 주입 몰딩 시스템을 제어하기 위한 장치에 의해서 달성되는데, 이 장치는 (ⅰ) 주입 몰딩 시스템에 바람직하게 인접 배치되며 디스플레이 및 적어도 하나의 운영자 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스와, (ⅱ) 인간-기계 인터페이스에 또한 다수의 주입 몰딩 디바이스에 결합되며, 다수의 커맨드 및 피드백 신호에 기초하여 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 폐루프 제어를 수행하는 범용 컴퓨터를 구비한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 주입 몰딩 프로세스를 수행하며 피드백 신호를 제공하는 다수의 주입 몰딩 디바이스와 디스플레이 및 운영자 커맨드를 입력하기 위한 적어도 하나의 수동 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스를 구비하는 주입 몰딩 시스템을 제어하기 위한 단일 컴퓨터는 (ⅰ)인간-기계 인터페이스의 수동 입력 디바이스로부터 커맨드 신호를 수신하여 인간-기계 인터페이스의 디스플 레이에 디스플레이 신호를 제공하는 제 1 입력/출력과, (ⅱ)다수의 주입 몰딩 디바이스로부터 피드백 신호를 직접 수신하여 다수의 주입 몰딩 디바이스에 실시간 제어 신호를 직접 제공하는 제 2 입력/출력과, (ⅲ)피드백 신호 및 커맨드 신호에 따라 실시간 제어 신호를 발생하며, 커맨드 신호, 디스플레이 신호, 피드백 신호 및 제어 신호의 멀티-태스킹 처리를 수행하는 중앙 CPU를 구비한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 주입 몰딩 시스템은 (ⅰ)주입 몰딩 동작을 수행하기 위한 것으로서, 실시간 제어 신호를 수신하여 실시간 피드백 신호를 출력하는 다수의 주입 몰딩 디바이스와, (ⅱ)디스플레이 및 적어도 하나의 운영자 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스와, (ⅲ)다수의 주입 몰딩 디바이스로부터의 실시간 피드백 신호 및 운영자 입력 디바이스로부터의 커맨드 신호를 수신하고, 수신된 신호를 다수의 사전 설정된 주입 몰딩 제어 프로그램 및 디스플레이 프로그램에 따라 멀티-태스킹 처리하며, 다수의 사전 설정된 주입 몰딩 제어 프로그램 및 디스플레이 프로그램에 따라 실시간 제어 신호를 다수의 주입 몰딩 디바이스에 출력하고 디스플레이 신호를 인간-기계 인터페이스 디스플레이에 출력하며, 상업적 소프트웨어를 실행할 수 있는 운영 체제를 가진 단일 프로세서를 구비한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 주입 몰딩 프로세스를 수행하며 피드백 신호를 제공하는 다수의 주입 몰딩 디바이스와 디스플레이 및 적어도 하나의 운영자 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스를 구비하는 주입 몰딩 시스템을 제어하기 위한 방법은 (ⅰ)피드백 신호 및 상기 운영자 입력 디바이스로부터의 신호를 단일 프로세서에 입력하는 단계와, (ⅱ)신호 프로세스를 이용하여 다수의 주입 몰딩 디바이스 및 디스플레이를 실시간으로 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 주입 몰딩 동작을 수행하여 다수의 피드백 신호를 생성하는 다수의 주입 몰딩 디바이스를 가진 주입 몰딩 시스템과 디스플레이 및 운영자 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스가 단일의 컴퓨터에 의해서 제어되게 하는 컴퓨터-판독가능 데이터를 저장하기 위한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 저장 매체를 특징으로 하며, 이 컴퓨터-판독가능 데이터는 범용 컴퓨터가 피드백 신호 및 인간-기계 인터페이스의 운영자 입력 디바이스로부터의 신호를 수신하도록 하고 또한 멀티-태스킹 처리를 수행하여 다수의 주입 몰딩 디바이스 및 인간-기계 인터페이스를 실시간으로 제어하도록 하는 것이며, 멀티-태스킹 처리는 인간-기계 인터페이스 기능을 낮은 우선 순위로 수행하고 주입 몰딩 디바이스 기능을 높은 우선 순위로 수행한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
1. 소개
본 발명의 유익한 특징을 후술하는 플라스틱 주입 몰딩 시스템 또는 기계에 대해 설명하겠다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 속하는 모든 주입 몰딩 시스템에 적용될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 제어 구성에 의해서는 주입 몰딩 시스템의 실시간 제어가 제공됨과 동시에 운영자 제어부를 갖춘 실시간 인터페이스가 제공된다. 본 발명의 제어 구성에는 또한 주입 몰딩 시스템의 운영 및 감시에 필요한 인간-기계 인터페이스(HMI)가 포함되며 또한 공장과 회사 본부와의 정보 교환을 위한 인터페이스가 포 함된다. 본 발명에서는 소프트웨어와 하드웨어를 통합하여 범용 컴퓨터를 시스템 제어기 ― 이 시스템 제어기는 운영자 제어 및 기계 기능을 제어할 뿐만 아니라 외부 시스템 및 네트워크와의 정보 교환 및 어떠한 보조적 설비의 통합도 용이하게 하는 개방형 구성을 갖는다. 또한, 본 발명에서는 하드웨어 및 소프트웨어를 부가하는 것에 의해 범용 컴퓨터를 확장시켜 주입 몰딩 시스템의 결정론적 실시간 제어를 제공하여 고성능 및 인공 지능형 제조 시스템을 얻는다.
따라서, 본 발명에 따른 유연하고 재구성가능한 제조 시스템은 새로운 기술 및 프로세스를 용이하게 채택할 수 있어, 중요한 실시간 성능 데이터를 공장의 인간-기계 인터페이스를 넘어 다른 플랜트 부서 및 회사 본부로 확장시켜 실시간 정보를 조직내의 모든 부서에 제공하는 것이 가능하게 된다. 유통되고 있는 범용 컴퓨터(PC) 기술을 사용하면, 더욱 양호하고 더욱 빠른 CPU를 사용할 수 있고, 더욱 강력한 운영 체제를 사용할 수 있으며, 또한 수많은 다른 주변 장치를 사용할 수 있고, 또한 광범위한 통신 및 네트워크 능력을 사용할 수 있으며, 또한 공장에서 원격 장소에 이르기까지 기계 제어를 확장할 수 있게 된다.
2. 주입 몰딩 시스템 제어 구성
도 1은 본 발명에 따른 주입 몰딩 시스템 제어 구성의 일반적 특징을 도시하는 개략적인 블록도이다. 도 1에서, 주입 몰딩 시스템 또는 기계(10)는 디지털 디바이스(12, 14, 16, 18) 및 아날로그 디바이스(20, 22)를 사용하여 잘 알려진 방식으로 주입 몰딩 프로세스를 수행한다. 디지털 디바이스 및 아날로그 디바이스의 각각은 바람직하게는 드라이브 제어를 위한 입력을 구비하며 또한 디바이스의 폐루프 제어에 사용되는 피드백 신호를 제공하는 출력을 구비한다. 디지털 디바이스(12, 14) 및 아날로그 디바이스(20, 22)는 바람직하게는 후술할 필드 버스(field bus)(24)로부터 제어 신호를 수신하고 그 필드 버스에 피드백 신호를 출력하며, 한편, 디지털 디바이스(16, 18)는 후술할 디지털 버스(26)로부터 제어 신호를 수신하고 그 디지털 버스에 피드백 신호를 출력한다. 물론, 제어되는 특정 주입 몰딩 시스템에 따라, 필드 버스(24) 또는 디지털 버스(26)는 주입 몰딩 프로세스의 제어에 필요한 모든 제어 및 피드백 신호를 전달할 수도 있다.
인간-기계 인터페이스 (또는 제어 패널 또는 제어 스테이션)(30)는 운영자가 제어 데이터를 입력하고 프로세스 피드백 정보를 보기 위해 이용한다. HMI(30)는 키보드(32) 및 포인팅 디바이스 (예를 들어 마우스)(34)를 갖는데, 이들은 운영자가 데이터의 입력을 위해 사용하는 것이다. 시스템 기능 키패드 (이것은 LED 디스플레이를 구비할 수도 있음) 디바이스(36)는 또한 운영자가 제어되는 시스템에 따라 특정 기계 커맨드의 입력을 위해 또한 사용할 수도 있다. 디스플레이(38)는 운영자가 피드백 신호에 근거하여 디스플레이를 관측할 수 있게 하는 적어도 하나의 시각적 디바이스를 제공하며, 또한 데이터의 수동 입력을 위한 인터페이스를 제공한다. 착탈가능한 저장 디바이스 드라이브(40) (예를 들어 플로피 디스크 드라이브)도 또한 제어 패널(30)에 설치되어, 운영자가 프로그램된 제어 정보 및 새로운 제어 프로그램을 입력할 수 있게 하거나 운영자가 착탈가능한 저장 디바이스에 피드백 데이터를 다운로드할 수 있게 한다. 제어 패널(30)은 HMI(30)와 범용 컴퓨터(44)간의 각종 데이터 제어 및 피드백을 멀티플렉싱하는 멀티플렉서(42) (이 에 대해서는 후술함)를 또한 구비한다.
범용 컴퓨터(44)는 바람직하게는 CPU(46), ROM(48) 및 RAM(50)을 가진 규격품의 퍼스널 컴퓨터이다. 바람직하게는, 컴퓨터(44)는 (후술하는) 1기가비트/초 이상의 양방향 시리얼 버스 링크(54)를 통해 HMI(30)의 멀티플렉서(42)에 연결된 제어 패널 인터페이스(52)를 구비한다. 인터페이스(52)는 바람직하게는 q벡오프 인더스트리얼 일렉트로닉스 CP-링크 PC 멀티플렉서(Beckoff Industrial Electronics CP-Link Multiplexer)이다. 도시하지는 않았지만, 범용 컴퓨터(44)는 CRT, 키보드, 디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브, 마우스, 터치 스크린, 라이트 펜 등의 주변 장치를 갖출 수도 있다.
컴퓨터(44)는 접속 수단(58)을 통해 디지털 버스(26)에 연결되는 디지털 인터페이스(56)를 또한 갖는다. 마찬가지로, 컴퓨터(44)는 접속 수단(62)을 통해 필드 버스(24)에 연결되는 인터페이스(60)를 갖는다.
컴퓨터(44)는 공장에서 사용되는 근거리 네트워크(LAN) (예를 들어, 이서넷 (도시되지 않음))에 연결될 수도 있는 근거리 네트워크 인터페이스(64)를 또한 구비한다. 또한, 컴퓨터(44)는 그를 예를 들어 인터넷 또는 인트라넷에 연결하는데 사용될 수도 있는 모뎀 또는 다른 외부 인터페이스(66)를 구비할 수도 있다.
상술한 구성에 있어서, 본 발명의 제어 구성은 주입 몰딩 디바이스(12-22)의 진정한 실시간 폐루프 제어를 수행하면서도 종래 기술에서 필요로 했던 PLC 또는 ASP를 필요로 하지 않는다. 또한, 운영자는 주입 몰딩 프로세스를 HMI(30)로부터 컴퓨터(44)를 통해 제어할 수 있다. 컴퓨터(44)는 주입 몰딩 기능 및 HMI 기능을 멀티-태스킹하는데 충분한 처리 속도 및 능력을 갖는다. 예를 들어, 컴퓨터(44)는 우선 순위가 높은 폐루프 제어형 주입 몰딩 디바이스에 대한 인스트럭션을 먼저 처리하고 우선 순위가 낮은 HMI 기능에 대한 인스트럭션을 나중에 처리할 수도 있다. 따라서, 컴퓨터(44)는 기계 제어 기능 및 HMI 기능을 인터리브 처리할 것이다.
3. 범용 컴퓨터
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단일의 범용 컴퓨터는 표준형의 범용 컴퓨터 또는 산업용 퍼스널 컴퓨터의 것과 유사한 하드웨어 구조를 가지며 바람직하게는 윈도우 NT(Window NT) (등록 상표)와 같은 범용 운영 체제하에서 동작한다. 컴퓨터(44)는 벡오프 인더스트리얼 일렉트로닉스(Beckoff Industrial Electronics)의 제품인 모델 C6150 인더스트리얼 PC(Model C6150 Industrial PC)인 것이 바람직하다. 이 PC는 2.0기가바이트 (또는 그 이상의) 하드 드라이브 및 64K RAM 메모리를 가진 펜티엄 Ⅱ 마이크로프로세서의 특징을 갖는다. 이 컴퓨터는 또한 CD ROM 드라이브, 1.44K 및/또는 120MB 디스크 드라이브, 4개의 시리얼 인터페이스, 프린터 인터페이스 및 카드 추가용의 수개 (예를 들어, 7개)의 슬롯을 갖추고 있다. 근거리 네트워크 및/또는 인터넷/인트라넷 접속용의 인터페이스는 별도의 슬롯에 설치되는 것이 바람직하다. 이 컴퓨터는 적어도 3가지 기능 즉 주입 몰딩 시스템 제어 기능, HMI 제어 기능 및 플랜트-와이드 네트워크 서버로서의 기능을 동시에 멀티-태스킹할 수 있다.
컴퓨터(44)는 A/D 및 D/A 기능을 수행하여 아날로그 피드백 신호를 수신하여 아날로그 제어 신호를 필드 버스(24)를 통해 제공한다. 따라서, 컴퓨터(44)는 디지 털 체제의 모든 제어 프로그램, HMI 프로그램 및 네트워크 프로그램을 처리한다. 디지털 체제에서 동작함으로써, 컴퓨터(44)는 아날로그 회로가 전통적으로 제공하는 것보다 더욱 양호한 성능 및 더욱 정확한 해법을 제공한다. 컴퓨터(44)의 높은 계산 능력 및 풍부한 실행 메모리 사이즈는 (후술할) 소프트웨어 실시간 확장 커널(software real-time extension kernel)과 더불어 기계 제어 기능, HMI 기능 및 네트워크 기능을 위한 실시간 성능을 제공한다. 실시간 확장 커널은 마이크로세컨드의 분해능으로 동작하므로, 컴퓨터(44)는 모든 컴퓨터 기능에 대해 멀티-태스킹 스케쥴러로서 동작한다. 즉, 컴퓨터(44)는 멀티-태스킹 처리를 사용하여 모든 주입 몰딩 디바이스를 제어한다. 또한, 이러한 기계 제어 기능들은 HMI 기능 및/또는 네트워크 기능과 멀티-태스킹될 수 있다. 이 시스템은 주입 몰딩 디바이스 제어 루프 갱신을 마이크로세컨드 수준으로 수행할 수 있으므로, 주입 몰딩 디바이스의 실시간 제어를 위한 아날로그 폐루프 제어기를 사용할 필요성이 없게 한다.
따라서, 컴퓨터(44)는 예를 들어, 수지 주입, 몰드 고정 동작 등과 같은 다수의 사전 설정된 디바이스-제어 프로그램을 사용하여 주입 몰딩 디바이스를 제어할 수 있고 또한 예를 들어, 디스플레이, 키보드, 마우스, 키패드 등과 같은 사전 설정된 HMI 프로그램을 사용하여 HMI(30)를 제어할 수 있다. 컴퓨터(44)는 또한 다수의 사전 설정된 프로그램 예를 들어 인터넷 브라우저, 워드 프로세싱 프로그램, 스프레드시트 프로그램 등에 의해서 근거리 네트워크 (및/또는 인터넷)를 통해 다른 컴퓨팅 디바이스와 네트워크를 이룬다. 컴퓨터(44)는 다수의 이러한 제어 및 네트워킹 프로그램을 동작시키되, 그 동작을 중요한 주입 몰딩 디바이스는 제 1 순위 로 하고 피드백 및 상태 디바이스는 제 2 순위로 하고 HMI 디바이스는 제 3 순위로 하며 네트워크 통신 기능은 최종 순위로 하는 바와 같은 사전 설정된 우선 순위에 따라 프로세싱을 멀티-태스킹하는 것에 의해 실시간으로 수행할 수 있다. 또한, 컴퓨터(44)의 개방형 구조에 의해서 이들 사전 설정된 제어 및 네트워킹 프로그램을 필요에 따라 수정, 갱신, 설치 또는 변경하는 것이 가능하다.
컴퓨터(44)는 ASP의 필요성을 제거할 뿐만 아니라 종래 기술에서 사용되는 PLC를 대체한다. 새로운 응용 프로그램을 컴퓨터(44)에 용이하게 설치할 수 있는 능력 덕분에, 운영자에게 디스플레이될 수 있는 프로세스 이미지에 프로세스 입력/출력을 맵핑하는 방법이 제공된다. 컴퓨터(44)는 IEC 1131-3과 같은 국제 산업 표준에 따라 그의 범용 운영 체제 및 프로그래밍 소프트웨어에 대한 실시간 확장 커널과 입력 및 출력 능력에 의해서 인에이블링될 수 있다. 따라서, 컴퓨터(44)는 필요한 주입 몰딩 기능을 수행하기 위해 각종 주입 몰딩 시스템 디바이스의 동작 시퀀스를 제어하는 일반적인 PLC 또는 전용 콘트롤러를 대체한다. 컴퓨터(44)는, 기계 기능을 제어하기 위해 마스터로서 작용하는 것 외에도, 공장 관리 시스템에 전송될 수도 있는 기계 디바이스 및 기계 상태의 모든 동작 정보를 모으는 정보 보관소로서도 작용한다.
4. 실시간 확장 커널
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터(44)는 바람직하게는 윈도우 NT와 같은 운영 체제에 대한 실시간 확장 커널을 실행한다. 이 커널은 기계 기능, HMI 기능 및 네트워크 기능의 멀티-태스킹 처리가 더욱 빠르게 될 수 있도록 한다. 범 용 컴퓨터에 대해 실시간 처리를 제공하는데 이용할 수 있는 상업적인 자동 솔루션 소프트웨어 패키지는 몇 가지가 있다. 이들 실시간 확장 커널은 범용 컴퓨터의 능력을 독립적이고도 유용하게 향상시킬 수 있다. 바람직한 실시예에서는 벡오프 인더스트리얼 일렉트로닉스가 개발한 트윈캣 리얼-타임 커널 익스텐션(TwinCAT Real-time Kernel Extension)을 사용한다. 트윈캣 커널 익스텐션은 PLC 및 모션 제어 해법에 대한 토대를 마련한다. 트윈캣 커널은 실시간 실행 프로그램, 프로그래밍 툴, 분석 툴 및 구성 관리 기능을 갖춘 실시간 시스템이다. 모든 윈도우 프로그램 (예를 들어, 비쥬얼 및 오피스 제품(Visualization and Office products))은 데이터 교환을 위한 표준 마이크로소프트 인터페이스와 제어 서버를 통해 트윈캣과 대화한다. 따라서, 본 발명에 따른 실시간 커널은, 멀티-태스킹 처리를 가능케 하고, 운영 체제에 완전히 통합될 수 있으며, 윈도우 NT 운영 체제의 모든 표준 특징이 그대로 유지될 수 있게 하며, 사용자가 CPU 능력을 제어 실시간 태스크와 NT간에서 공유될 수 있게 하며, 하드웨어가 더 이상 필요 없는 순수한 소프트웨어 해법을 제공한다.
5. 인간-기계 인터페이스
HMI (또는 제어 패널 또는 제어 스테이션)(30)는 제어 정보를 입력하여 주입 몰딩 디바이스(12-22)를 제어하고 또한 이들 디바이스로부터 피드백 신호를 수신하여 디스플레이, 저장 또는 전송을 위해 수신하기 위해 이용된다. HMI(30)는 키보드(32), 포인팅 디바이스 (예를 들어 마우스)(34), 키패드(36), 착탈가능한 저장 디바이스(40), 디스플레이(38) 및 멀티플렉서(42)와 같은 표준 제어 설비를 포 함한다. 바람직하게는, HMI(30)는 특수 PLC 키 및 LED 디스플레이, 터치 스크린, 15인치 TFT 디스플레이, PC 키보드, 3.5인치 디스크 드라이브 및 CP-링크 인터페이스를 가진 벡오프 CP7000 시리즈 제어 패널이다.
본 발명에서, HMI(30)와 컴퓨터(44)간의 통신의 효율성은 운영자 인터페이스 및 기계 제어 기능이 단일의 범용 컴퓨터에 통합됨으로써 HMI와 PLC와 ASP간의 통신 링크에 의해서 통상 부과되는 처리 병목 현상이 제거되는 덕분에 상당히 향상된다.
도 2를 참조하면, HMI(30)는 1기가비트를 초과하는 시리얼 버스 링크(54)를 통해 컴퓨터(44)에 접속된다. HMI(30)과 컴퓨터(44)간에 고속의 양방향 멀티플렉스 버스를 사용함으로써, 운영자 제어 및 디스플레이 소자가 컴퓨터(44)로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 링크(54)는 50m의 길이를 가지나, 예를 들어 10m와 같이 짧은 길이도 적당하다. 컴퓨터(44)를 HMI(30)로부터 분리시켜 설치함으로써, 모든 정밀한 컴퓨터 디바이스 예를 들어 하드디스크 드라이브, 모뎀, CPU 등을 주입 몰딩 환경에서 통상 당면케 되는 열, 진동 및 충격으로부터 보호할 수 있다. 고속 링크는 HMI(30)가 컴퓨터(44)로부터 충분히 분리된 상태로 용이한 동작을 위한 위치에서 기계(10) 근방에 설치될 수 있게 한다. 이러한 이유에서, 키보드(32), 포인팅 디바이스(34) 및 기능 키패드(36)를 통한 데이터의 디스플레이, 데이터의 입력 및 수동 커맨드 기능의 용이화에 필요한 HMI내에 상주하는 전자요소들은 최소화된다.
도 2에서, HMI의 디스플레이는 TFT 디스플레이(382)인 것이 바람직하나, 그 디스플레이로서 LED, LCD, CRT 또는 다른 등가의 디스플레이 디바이스를 사용할 수도 있다. HMI(30)는 하나 이상의 포인팅 디바이스(342)를 또한 구비하는데, 이 포인팅 디바이스에는 마우스, 라이트 펜, 터치 스크린 디바이스 등이 포함된다. 키보드(32)는 표준형 PC 키보드가 바람직하나, 특수 기능 키를 가진 특수 키보드를 사용할 수도 있다. 기계 기능 키 및 LED 디스플레이(36)는 전형적으로 공지의 주입 몰딩 시스템에서 볼 수 있는 것이다. 착탈가능한 저장 디바이스(40)는 제어 프로그램이나 셋포인트(setpoint) 정보를 입력하기 위해 또는 피드백 신호를 저장하기 위해 사용된다. 상술한 입력 및 출력 디바이스는 HMI 멀티플렉서(42)에 접속된다. HMI 멀티플렉서(42)는 1기가비트를 초과하는 시리얼 버스 링크(54)를 통한 전송을 위해 정보를 멀티플렉싱한다. 멀티플렉서(42)는 또한 5V 전원 (도시되지 않음)을 제어한다. 마지막으로, HMI(30)는 긴급 상황 시에 주입 몰딩 디바이스를 정지시키는데 사용될 수도 있는 긴급 정지 버튼 또는 디바이스(80)를 가질 수도 있다. 이 긴급 정지 버튼(80)은 안전 회로(82)에 접속되며, 이 안전 회로는 인터페이스 (도시되지 않음)를 통해 컴퓨터(44)에 접속된다.
링크(54)는 HMI와 컴퓨터(44)간의 양방향 통신을 제공하여 구조를 상당히 간단하게 하고 시스템의 신뢰성을 향상시킨다. 양방향 링크(54)는 비디오 제어 및 데이터 입력을 위해 HMI(30)를 컴퓨터(44)에 접속한다. 따라서, 컴퓨터(44)는 HMI(30) 대신에 다량의 HMI 정보를 처리한다. HMI(30)와 컴퓨터(44)간의 통신 속도는 기가비트/초 단위이므로, 컴퓨터(44)는 운영자에 의한 변경으로부터의 실시간 응답을 기계 디바이스(12-22)에 제공한다. 링크(54)는 페인링크(PaneLink)와 같은 상용 링크, IEEE P1349b와 같은 국제 산업 표준에 기초한 제품 또는 벡오프 인더스트리얼 일렉트로닉스의 CP-링크(CP-Link) 등에 의해서 구현된다. 바람직한 실시예에서는, 벡오프의 인더스트리얼 일렉트로닉스의 CP-링크를 사용한다.
따라서, HMI(30)는 최소한의 처리 능력만을 가지며, 바람직하게는 키보드(32)를 통한 데이터의 디스플레이, 데이터의 입력 및 수동 커맨드 기능의 용이화에 필요한 것들은 정밀한 컴퓨터 디바이스의 보호를 위해 통제된 환경에서 HMI(30)으로부터 분리되어 (예를 들어 제어 캐비넷내에) 설치될 수 있고, 디스플레이 기능은 운영자가 기계 기능을 더욱 가까이에서 볼 수 있도록 주입 몰딩 시스템에 근접하게 설치될 수 있다.
양방향 링크(54)는 2-선 동축 케이블, 단선 동축 케이블, 하나 이상의 광섬유 케이블 또는 다른 통신 수단을 포함할 수도 있다. 링크(54)에 대해서는 통상 어떠한 부가적인 전원도 필요하지 않다. 케이블 인터페이스는 표준형 컴퓨터 버스 (예를 들어, ISA 또는 PCI)에 접속된 인쇄 회로 기판을 포함하므로, 어떤 범용 컴퓨터와도 함께 사용될 수도 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 컴퓨터(44)는 도 1에 도시한 구조외에도 부가적인 구조를 포함할 수도 있다. 특히, 컴퓨터(44)는 바람직하게는 디스플레이(32)를 제어하기 위해 LCD 그래픽 제어기를 또한 포함한다. 바람직하게는, 제어기(84)는 LCD 인터페이스를 포함한다. 컴퓨터(44)는 키보드(32)에 대한 키보드 인터페이스(86)와 착탈가능한 저장 디바이스(40)를 제어하기 위한 착탈가능한 저장 디바이스 제어기(90)를 또한 포함한다. 시리얼 인터페이스(88)는 시리얼 통신 포트를 제어하 는데 사용된다.
LCD, 키보드, 포인팅 디바이스, 통신 포트 및 착탈가능한 저장 디바이스용의 컴퓨터 인터페이스로부터 나오는 신호는 PC 인터페이스 링크 보드(52)에 의해서 고주파수 시리얼 신호로 변환되며, 이 변환된 신호는 링크(54)를 통해 HMI(30)에 전송된다. HMI 멀티플렉서(42)는 시리얼 신호를 다시 원래의 컴퓨터 인터페이스 발생 신호로 변환되며, 이 변환된 신호는 제어 및 피드백을 위해 각종 디바이스에 전송된다. 따라서, HMI(30)상의 디바이스들은 통상적으로 가능한 것보다 긴 거리에 걸쳐 컴퓨터(44)에 의해서 제어될 수도 있다. 링크(54)가 바람직하게는 적어도 2개의 분리 채널을 가지므로, 제어 패널(30)과 컴퓨터(44)간에는 각 통신 방향에 대한 링크 채널이 존재한다.
컴퓨터(44)는 도 1에 도시한 바와 같이 필요시 디지털 버스(26)를 통한 디지털 디바이스(16, 18)와의 직접적인 인터페이스를 위한 인터페이스(56)를 또한 포함한다. 인터페이스(56)는 SERCOS(Serial Real-time Communication System)인 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 컴퓨터(44)의 개방형 구조는 디지털 버스(26) 또는 필드 버스(24)를 통한 주입 몰딩 디바이스(16, 18)의 제어를 가능하게 한다.
6. 필드 버스
도 1에서, 컴퓨터(44)는 필드 버스(24)를 통해서 주입 몰딩 디바이스(12, 14) 및 아날로그 주입 몰딩 디바이스(20, 22)와 인터페이스한다. 필드 버스(24)는 표준 산업 필드 버스 예를 들어 캔오픈 버스(CANopen bus), 라이트버스(Lightbus), 인터버스(Interbus), 콘트롤네트 버스(ControlNet bus), 프로피버스 DP/FMS(Profibus DP/FMS) 또는 등가 디바이스인 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서는 12메가비트/초로 동작하는 프로피버스 DP를 사용한다. 상술한 바와 같이, 컴퓨터(44)는 디지털 서보 디바이스 및 다른 디지털 디바이스(16, 18)와의 인터페이스를 위해 디지털 버스(26) (바람직하게는 SERCOS)를 또한 포함할 수도 있다.
주입 몰딩 디바이스로부터의, 센서로부터의 또한 작동기 및 디지털 드라이브의 제어 출력으로부터의 입력들은 컴퓨터(44)의 개방 디바이스 네트워크 인터페이스에 의해서 통합된다. 컴퓨터(44)의 제어 플랫폼은 모든 주요한 디바이스 필드 버스를 지원한다. 장애가 없는 프로토콜 하에서 동작하는 고속 멀티플렉스 신호 버스를 가진 산업용 필드 버스를 사용하여 종래 기술에서 사용되는 다수의 정밀한 와이어가 대체함으로써, 전용 배선과 연관된 비용 및 신뢰성 면에서의 문제점이 제거된다. 필드 버스의 인터페이스 프로토콜은 마이크로제어기에 의해서 구현하는 것이 바람직하다. 이러한 마이크로제어기는 신호 노이즈와 같은 원하지 않는 효과를 직접 제거하며 또한 커맨드의 실행가능성 검사를 수행할 수 있다. 또한, 필드 버스 인터페이스를 전용 제어기와 통합시킴으로써 소위 "제어 아일랜드(control island)"가 제공되는데, 이 제어 아일랜드는 전용 입력/출력과 국부화된 처리 능력을 갖추어 분산형 제어 구조를 제공한다. 분산형 제어 구조는 지능과 책임을 네트워크 에지 가까이로 이전시키는 것에 의해 제어기를 피제어 시스템에 근접하게 한다. 이러한 문제 해결 능력에 의해 네트워크 백본 (즉 컴퓨터(44)내의 CPU)상의 트래픽 부담이 국부적으로 줄어든다. 주입 시스템 기능들은 제어 요소들이 양호하게 정의되고 집단화된 특정 용도의 서브-시스템으로 분할될 수 있으므로, 제어 아일 랜드를 사용하여 서브-시스템을 제어함으로써 제어 시스템의 모듈 방식 및 성능이 상당히 향상된다. 이들 제어 아일랜드는 물리적 필드 버스 접속을 통해 시스템 제어기에 접속된다. 이들 접속에 의해서는 논리적 접속 메시지들이 제공되는데, 이들 메시지는 유연하게 결합되어 제어 시스템이 스케일링될 수 있게 한다.
7. 제어 소프트웨어
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 제어 소프트웨어 모듈을 도시한 것으로서, 컴퓨터(44)에서 사용되는 소프트웨어 제어 구조의 기능 블록도 형태를 취한다. 도 3에서, 제어 소프트웨어(300)는 (후술할) 시퀀셜 제어용의 소프트웨어 모듈(302), 데이터 로깅용의 소프트웨어 모듈(304) 및 경고 관리용의 소프트웨어 모듈(306)을 포함한다. 이들 3개의 소프트웨어 모듈은 초기화 및 프로세스 제어 모듈(308), 동작 모드 모듈(310), 동기 및 조정 제어 모듈(312) 및 입력 신호 처리 모듈(314)과 인터페이스한다. 초기화 및 프로세스 제어 모듈(308)은 제어 신호(316)를 주입 몰딩 시스템(10)에 보내고, 주입 몰딩 시스템(10)으로부터의 센서 신호(318)는 입력 신호 처리 모듈(314)에 제공된다. 입력 신호 처리 모듈(314)은 다른 소프트웨어 제어 모듈 (도시되지 않음)로부터의 센서 신호를 또한 수신한다.
HMI(30)으로부터의 운영자 입력(320)은 동작 모드 모듈(310)에 제공되며, 이 동작 모드 모듈(310)은 모듈(302, 304, 306)에 대한 입력들을 제공한다. 다른 HMI 인터페이스 신호들(322)은 동기화 및 조정 제어 모듈(312)에 제공되며, 이 조정 제어 모듈(312)은 또한 모듈(302, 304, 306)과 인터페이스를 이룬다. 이 소프트웨어 제어 구조는 기존 소프트웨어의 갱신 및/또는 수정을 위한 상당한 유연성을 제공한 다.
도 4는 본 발명에 따른 제어 구조의 기능 블록도이다. 도 4에서, 주입 몰딩 프로세스(400)는 주입 몰딩 시스템(10)을 이용하여 주입 몰딩 동작을 수행한다. 주입 시스템 요소(402)들은 필드 버스(24)를 통해 수신된 디지털 및 아날로그 출력(404)에 의해서 드라이브되는 디바이스(12-22)를 포함한다. 기계 소자(402)와 관련된 피드백 센서(406)는 필드 버스(24)를 통해 디지털 및 아날로그 피드백 신호를 제공한다.
위치 측정 디바이스(408)는 프로세스의 실제 위치를 측정하는 것으로서, 위치 측정 디바이스(408)는 디지털 드라이브 제어기(412)로부터 제어된 출력을 수신하는 서보 모터(410)에 의해서 구동된다. 입력 및 출력(414)은 위치 측정 디바이스(408)와 결합되며, 정보는 디지털 드라이브 제어기(412)로 전송된다. 디지털 드라이브 제어기(412)는 디지털 버스(26)를 통해 컴퓨터(44)에 신호를 전송하고 그 컴퓨터로부터 신호를 수신한다.
컴퓨터(44)는 필드 버스(24) 및 필드 버스 마스터(420)를 통해 디지털 및 아날로그 신호를 통신한다. 마찬가지로, 컴퓨터(44)는 디지털 드라이브 버스(26) 및 디지털 버스 드라이브 마스터(420)를 통해 디지털 신호를 통신한다. HMI(30)에 대한 신호 통신은 링크(54) 및 인터페이스(52) 예를 들어 PC 멀티플렉서를 통해 이루어진다. 컴퓨터(44)는 입력 및 출력 맵핑(424), 온도 제어(426), 프로그램가능 논리 제어(428), 하이드로-기계적 모션 제어(hydro-mechanical motion control)(430), 전자-기계 모션 제어(432) 및 프로세스 제어(434)를 위한 기능들을 수행하는 소프트웨어 기반 프로그램들을 포함한다. 또한, 컴퓨터(44)는 엔지니어링 및 비즈니스 소프트웨어 툴(436) 및 HMI 응용 소프트웨어(438)와 같은 소프트웨어 기반 기능들을 포함할 수도 있다.
제어 소프트웨어, 제어 프로그램, HMI 프로그램 및 다른 소프트웨어는 컴퓨터 판독가능 저장 매체 예를 들어 디스크, CE ROM, 테이프, 광자기 디스크 등으로부터 컴퓨터(44)내로 로딩될 수도 있거나 LAN 또는 인터넷 접속을 통해 원격으로 컴퓨터(44)내로 로딩될 수도 있다.
도 4의 제어 구조는 실시간 커맨드, 프로그램된 커맨드 및 수동 커맨드를 통합한다. 이 제어 구조는 개방형 구조의 범용 컴퓨터이므로, 그들 모든 커맨드의 변형 및 갱신된 커맨드는 편리하게 입력될 수 있다. 범용 동작 시스템에서 실행되는 실시간 커널은 멀티-태스킹 처리의 프로그램된 수동 입력과 인터레이스되는 실시간 주입 몰딩 시스템 제어를 제공한다. 실시간 커널은 시스템 제어에 대해 높은 우선 순위를 제공하며 범용 정보를 위한 윈도우를 제공한다.
이 제어 구조는 커널의 멀티-태스킹 스케쥴러 하에서 정보를 처리하는 다수의 레벨을 갖는다. 이들 레벨은 제각기 자체적으로 그의 특정 기능을 수행한다. 시스템 요소 피드백 신호에 응답하는 실시간 폐루프 시스템 제어 및 실시간 고속 스위칭은 긴급 정지 및 명령되는 작동 중단 기능과 함께 가장 높은 우선 순위로 실행된다. 소프트웨어는 프로그램가능 논리 제어기의 기능을 제공하여 시스템 동작 시퀀스를 제어한다. 백그라운드 레벨의 컴퓨터는 HMI 기능을 수행하지만, 컴퓨터의 통신 속도 및 처리 능력은 HMI 기능이 사실상 실시간으로 수행될 수 있게 한다. 공 통의 데이터베이스는 기계 제어 기능아 HMI 기능간에 공유되어, 종래 기술에서 부과되는 멀티플-프로세서 병목 현상을 제거하는 것에 의해 정보 처리량을 향상시킨다,
범용 컴퓨터는 다양한 주변 디바이스 예를 들어 CD ROM과, 인트라넷/인터넷 또는 원격 접속을 위한 모뎀과, 근거리 네트워크 예를 들어 플랜트-와이드 통신과 인터페이스를 이룰 수 있다. 따라서, 단일 컴퓨터에 의해 주입 몰딩 시스템의 폐루프 제어 기능, 국부적으로는 설치된 시스템 디바이스를 통한 또는 원격적으로는 다른 사이트에 대한 통신 수단을 통한 커맨드 및 상태 전송 기능, HMI 또는 네트워크 접속 클라이언트로부터의 입력 데이터 수신 기능 및 HMI에서의 디스플레이 제어 기능이 수행된다.
8. 부가적인 능력
범용 컴퓨터는 상당한 처리 능력을 가지므로, 그 컴퓨터는 주입 몰딩 환경에 유용한 부가적인 능력을 또한 제공한다. 예를 들어 범용 컴퓨터는 정보의 고성능 필터링을 수행할 수 있고, 프로세스 셋업 및 동작의 향상을 위한 전문가 시스템을 제공할 수 있으며, 경고 관리 시스템을 제공할 수 있다.
고성능 필터링은 CPU가 처리한 신호들을 선택적으로 필터링하여 우선 순위가 높은 멀티-태스킹 처리 레벨의 정보 오버로드를 제한하는 처리 기법으로서, 이 기법은 데이터의 추가적 처리를 위해 정보의 레벨들을 선택하는 프로세스이다. 중요하지 않은 데이터는 네트워크 관리 레벨의 출현 시에 시스템으로부터 배제되므로, 최상 레벨의 네트워크 관리 콘솔은 경향 분석 및 최대 생산 능력 입안과 같은 차순 위 관심사에 집중할 수 있다. 또한, 그것에 의해서 네트워크의 부담이 감소되며 전체 네트워크의 통신 처리량이 향상된다. 본 발명의 범용 컴퓨터는 그러한 고성능 필터링 처리를 포함하므로, 네트워크를 통한 사전 설정된 시스템-레벨 신호의 전송이 필요 없게 된다.
본 발명에 따른 단일 범용 컴퓨터의 높은 처리 능력은 주입 몰딩 시스템의 관리를 위한 전문가 시스템에 사용될 수 있다. 이러한 전문가 시스템은 프로세스 붕괴를 진단하고 더욱 정밀한 운영 정보를 발생하며 정확한 조치의 구현 (예를 들어 사용중인 시스템의 재구성)을 돕는 것에 의해 (후술할) 경고 관리 시스템의 가치를 더 높인다. 따라서, 경고 관리 시스템이 더욱 강력하게 되어 운영자는 프로세스 붕괴를 안전하고도 효과적으로 관리할 수 있으며 시스템 작동 중단 시간이 최소화된다. 이 전문가 시스템은 또한 컴퓨터 메모리에 저장된 그 시스템에 대한 특정 지식에 기초하여 추천되는 추천 프로세스 파라메터를 운영자에게 제공한다. 컴퓨터는 또한 그와 연관된 몰드에 대한 중요 정보를 보관할 수 있거나, 그 정보를 인트라넷/인터넷 액세스를 통해 원격 위치에 저장할 수 있다.
전문가 시스템은 주입 몰딩에 사용되는 것과 같은 다이내믹 프로세스에서 발생하는 이벤트를 실시간으로 추론하기 위한 추론 엔진(inference engine), 퍼지 논리(fuzzy logic) 기술 및/또는 다른 방법을 응용하는 인공 지능 응용이다. 추론 엔진은 경험적인 데이터 및 운영자 입력으로부터 도출한 지식 베이스에서 규정하는 특정의 사전 설정된 규칙을 추론한다.
본 발명에 따른 실시간인 전문가 시스템의 범용 컴퓨터는 자문 시스템 및 관 리 제어 시스템과 같이 적어도 두가지의 방식으로 사용된다. 자문 응용에서, 전문가 시스템은, 프로세스 데이터의 동적 변화를 추론하고, 프로세스 이벤트에 기초하여 결정을 행하며, 결론 및 근본적 이유를 운영자에게 제시한다. 따라서, 전문가 시스템은 프로세스 사건 및 절박한 문제점에 관한 시의적절하고 정확한 충고를 운영자에게 제공한다. 관리 제어 응용에서는, 본 발명에 따른 전문가 시스템은 셋포인트를 조정하거나 분리된 설비를 온/오프시켜 문제를 해결하거나 몰딩 동작을 최적화하거나 예측적 유지보수와 같은 지식 베이스에서 규정한 다른 목적을 달성하는 것에 의해 사전에 운영자를 보조하는데, 이는 본 발명에 따른 범용 컴퓨터의 높은 처리 능력으로서 주입 몰딩 환경에서의 전문가 시스템 구현 기회를 제공한다.
대부분의 주입 몰딩 시스템은, 시스템 고장을 운영자에게 경고하고 또한 단계적 작동 중단, 감속 등의 시스템 기능 세트를 실행할 수도 있는 경고 시스템을 갖는다. 본 발명에 따른 단일 범용 컴퓨터는 지능적인 경고 시스템 즉 경고의 상태를 추론하는 경고 시스템을 관리할 수 있는 충분한 능력을 갖는다. 따라서, 컴퓨터 또는 사용자는 시스템 기능에 높은 레벨의 논리를 적용할 수 있어, 그 시스템은 시스템 성능 및 생산성에 대한 차후의 충격으로 인해 단순히 작동 중단되지 않게 된다. 즉, 경고 분석 결과 약간의 온도 상승과 같은 사소한 말썽이 있는 경우에는, 그 컴퓨터는 주입 몰딩 시스템을 낮은 속도로 연속 동작시킬 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 지능적인 경고 시스템은 여러 다른 경고 상태 동안 주입 몰딩 시스템에서 발생하는 동적 변화를 정확하게 포착할 수 있다. 예를 들어, 그 시스템은 작동 중단되도록 또는 낮은 속도로 감속되도록 자동적으로 제어될 수 있거나, 운영자는 경고를 발생시킨 상태를 수정하도록 추가 데이터의 입력을 요청 받을 수 있다. 또한, 경고 상태에 대한 추가 정보가 컴퓨터에 의해 요구되는 경우, 운영자는 그러한 정보를 디스플레이에 나타난 피드백 정보에 근거하여 HMI에서 입력할 수 있다. 운영자는 또한 (컴퓨터 메모리에 저장된) 온-라인 작동 매뉴얼을 참고하여 경고 상태에 관한 정확한 정보를 적절한 시기에 얻을 수 있다. 이러한 경고 관리 정보는 텍스트, 그래픽, 오디오 심지어는 비디오 형태로 운영자에게 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 지능적인 경고 관리 시스템은 경고 작동, 경고 수신 통지 및 경고 중지와 같은 어떤 상태에 대한 사전 설정된 조치를 취할 수 있다. 이들 조치로서는, 공장에서 간단한 관리 텍스트 메시지를 운영자에게 보내거나, 전자 메일을 유지 보수 부서, 플랜트 관리 부서 또는 다른 엔지니어에게 보내는 것이 있다.
본 발명에 따른 컴퓨터는 범용 동작 시스템을 포함할 수도 있으므로, 실시간 또는 저장된 피드백 신호는 규격품의 비즈니스 응용 소프트웨어 예를 들어 스프레드시트 또는 관련 데이터베이스 관리 소프트웨어에서 사용될 수도 있다. 따라서, 통계적인 프로세스 분석 및 예방적인 또는 예측적인 유지보수 기능은 본 발명의 컴퓨터에 의해서 또는 네트워크를 통해 컴퓨터에 연결된 다른 서버에 의해서 달성될 수 있다. 또한, 본 발명의 컴퓨터는 바람직하게는 컴퓨터 산업에서 주지된 개방형 데이터 통신 표준을 채택하므로, 주입 몰딩 산업에서 현재 사용되고 있는 전용 드라이브의 필요성이 제거된다. 또한, 어떤 제조자에 의해 어떤 주입 몰딩 디바이스에 대해서 전용 드라이버가 요구되는 경우에도, 이들 드라이버는 인터넷 및 모뎀(66)을 통해 컴퓨터(44)에 신속히 다운로드될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 컴퓨터는 운영자가 용이하게 셋업을 행할 수 있게 하는 다수의 사전 설정된 셋업 프로그램 (위저드)을 포함한다. 예를 들어, 특정 시스템에 대한 원하는 파라메터의 입력을 위해 데이터 필드 선택 옵션을 허용하는 일련의 사전규정된 템플릿이 운영자에게 제공될 수도 있다. 이러한 위저드는 각각의 개별 시스템을 위해 또는 모든 부류의 시스템을 위해 제공될 수도 있고 또한 인터넷 또는 로컬 네트워크 접속을 통해 업그레이드될 수도 있다.
9. 결론
이제까지 설명한 주입 몰딩 시스템에 대한 단일의 범용 컴퓨터는 프로그램가능 논리 제어기 또는 아날로그 신호 프로세서의 필요성을 배제시키고, 주입 몰딩 기능 및 HMI 기능을 멀티-태스킹하며, 근거리 네트워크 및/또는 인터넷과의 개방 통신을 제공하는데, 이는 주입 몰딩 시스템 자체의 정확성 및 생산성을 향상시키고 또한 시스템 운영의 관리 액세스 및 제어를 향상시키는 데에 있어서 강력한 도구로 된다.
물론, 당업자라면 본 발명의 다른 실시예를 생각할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 범용 컴퓨터는 둘 이상의 주입 시스템을 제어할 수도 있고 또는 콘베이어 벨트, 로봇 및 다른 제품-취급 장비와 같은 하나 이상의 보조적인 기계를 제어할 수도 있다. 이러한 기계 제어를 공장에서의 원활한 제품 순환을 위해 본 발명의 단일 프로세서에 통합할 수도 있다.
또한, 각 시스템에 대한 HMI를 시스템에 근접하게 배치해야만 필요는 없다. 예를 들어, 중앙 제어 스테이션이 다수 시스템으로부터의 다수 제어 패널을 갖추게 하여 한 운영자가 다수의 주입 몰딩 및 보조 기계를 제어할 수 있게 할 수도 있다. 이같은 구성에서는, 범용 컴퓨터를 운영자 제어 스테이션에 또는 원격 위치에 배치할 수도 있다. 이같은 구성을 확장시키면, 컴퓨터(44) (또는 심지어는 HMI)를 공장 사무실에 배치하여 관리자가 즉시적인 동작 정보를 수신하여 주입 몰딩 동작을 신속히 재구성할 수 있게 할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 주입 몰딩 시스템의 진정한 실시간 제어를 제공함으로써, 시스템 디바이스의 신속히 재구성될 수 있고, 규격품의 소프트웨어를 용이하게 이용할 수 있으며, 시스템 상태 및 제어 정보가 시스템 범위 이외의 지역 예를 들어 공장 사무실이나 심지어는 회사 본부에까지도 전송될 수 있다.

Claims (43)

  1. 대응하는 다수의 피드백 신호를 발생하는 다수의 주입 몰딩 디바이스를 가진 주입 몰딩 시스템(injection molding system)을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    디스플레이 및 적어도 하나의 운영자 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스; 및
    상기 인간-기계 인터페이스 및 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스에 직접 결합되는 범용 컴퓨터
    를 구비하고,
    상기 범용 컴퓨터는,
    (i)상기 다수의 피드백 신호에 기초한 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 폐루프 제어; 및
    (ii)인간-기계 인터페이스 디스플레이
    의 멀티-태스킹(multi-tasking)을 수행하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터는 상기 운영자 입력 디바이스로부터 수신되는 데이터에 기초하여 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 폐루프 제어를 수행하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터는 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 폐루프 제어의 멀티-태스킹 처리를 수행하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터는 (ⅰ)상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 폐루프 제어 및 (ⅱ)상기 운영자 입력 디바이스로부터 수신되는 데이터의 멀티-태스킹 처리를 수행하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터는 상기 주입 몰딩 기계의 제어에 무관한 규격품의(off-the-shelf) 소프트웨어를 실행하기 위한 개방형 구조를 갖는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터는 자신을 근거리 네트워크(LAN) 및 인터넷 중 적어도 하나에 결합시키는 인터페이스를 구비하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터는 아날로그 신호 프로세서 및 프로그램가능 논리 제어기가 없는 경우에 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 폐루프 제어를 수행하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터는 상기 운영자 제어 패널로부터 원격 위치에 배치되는 주 입 몰딩 시스템 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터를 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스에 연결하는 필드 버스, 및
    상기 범용 컴퓨터를 상기 운영자 제어 패널에 연결하는 시리얼 버스 링크
    를 더 구비하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 필드 버스는 고속 멀티플렉스 신호 버스를 구비하며, 상기 고속 멀티플렉스 신호 버스는 상기 다수의 피드백 신호를 상기 범용 컴퓨터에 전달하고 또한 상기 범용 컴퓨터로부터의 실시간 제어 신호를 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스에 전달하는 것인 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 시리얼 버스는 상기 범용 컴퓨터와 상기 운영자 제어 패널 사이에서 멀티플렉싱된 데이터를 전달할 수 있는 양방향 기가비트 시리얼 버스를 구비하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 시리얼 버스는 약 10m를 초과하는 길이를 가지며 또한 1기가비트/초를 초과하는 속도로 동작하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 범용 컴퓨터는 상기 피드백 신호의 고성능 필터링을 수행하여 상기 필터링된 피드백 신호에 기초해서 경고 관리를 수행하는 주입 몰딩 시스템 제어 장치.
  14. (ⅰ)주입 몰딩 프로세스를 수행하며 피드백 신호를 제공하는 다수의 주입 몰딩 디바이스와 (ⅱ)디스플레이 및 운영자 커맨드를 입력하기 위한 적어도 하나의 수동 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스를 구비하는 주입 몰딩 시스템을 제어하기 위한 단일 컴퓨터에 있어서,
    상기 인간-기계 인터페이스의 상기 수동 입력 디바이스로부터 커맨드 신호를 수신하여 상기 인간-기계 인터페이스의 상기 디스플레이에 디스플레이 신호를 제공하는 제 1 입력/출력,
    상기 다수의 주입 몰딩 디바이스로부터 상기 피드백 신호를 직접 수신하여 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스에 실시간 제어 신호를 직접 제공하는 제 2 입력/출력, 및
    상기 피드백 신호 및 상기 커맨드 신호에 따라 상기 실시간 제어 신호를 발생하며, 상기 커맨드 신호, 상기 디스플레이 신호, 상기 피드백 신호 및 상기 제어 신호의 멀티-태스킹 처리를 수행하는 중앙 처리 유니트(CPU)
    를 구비하는 컴퓨터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 CPU는 상기 멀티-태스킹 처리를 태스크들의 사전 설정된 우선 순위에 따라 수행하는 컴퓨터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 CPU는 규격품의 실시간 확장 커널을 실행하여 상기 멀티-태스킹 처리를 수행하는 컴퓨터.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 CPU는 아날로그 신호 프로세서가 없는 경우에 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스를 제어하는 컴퓨터.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 CPU는 상기 피드백 신호에 기초하여 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 폐루프 제어를 수행하는 컴퓨터.
  19. 제 14 항에 있어서,
    근거리 네트워크 및 인터넷 중 적어도 하나로부터 주입 몰딩 신호를 수신하고 상기 근거리 네트워크 및 인터넷 중 적어도 하나로 주입 몰딩 신호를 송신하기 위한 제 3 입력/출력을 더 구비하는 컴퓨터.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 CPU는 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 제어에 무관한 규격품의 소프트웨어를 실행할 수 있는 개방형 구조를 가진 컴퓨터.
  21. 주입 몰딩 시스템에 있어서,
    실시간 제어 신호를 수신하여 실시간 피드백 신호를 출력하며 주입 몰딩 동작을 수행하기 위한 다수의 주입 몰딩 디바이스,
    디스플레이 및 적어도 하나의 운영자 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스, 및
    (ⅰ)상기 다수의 주입 몰딩 디바이스로부터의 실시간 피드백 신호 및 상기 적어도 한 운영자 입력 디바이스로부터의 커맨드 신호를 수신하고, (ⅱ)상기 수신된 신호를 다수의 사전 설정된 주입 몰딩 제어 프로그램 및 디스플레이 프로그램에 따라 멀티-태스킹 처리하며, (ⅲ)상기 다수의 사전 설정된 주입 몰딩 제어 프로그램 및 디스플레이 프로그램에 따라 상기 실시간 제어 신호를 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스에 출력하고 디스플레이 신호를 상기 인간-기계 인터페이스 디스플레이에 출력하며, (ⅳ)상업적 소프트웨어를 실행할 수 있는 운영 체제를 가진 단일 프로세서
    를 구비하는 주입 몰딩 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 규격품의 실시간 확장 커널을 사용하는 멀티-태스크 프로세스 및 윈도우 NT 운영 체제를 갖추고 있는 주입 몰딩 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 다수의 주입 몰딩 디바이스는 아날로그 디바이스 및 디지털 디바이스를 구비하며, 상기 단일 프로세서는 상기 아날로그 디바이스 및 디지털 디바이스를 제어하는 주입 몰딩 시스템.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 제어 패널 및 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스로부터 원격 위치에 배치되는 주입 몰딩 시스템.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 원격 프로세서로 신호를 송신하고 상기 원격 프로세서로부터 신호를 수신하기 위한 인터페이스를 가진 주입 몰딩 시스템.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 실시간 제어 및 상기 제어 패널 디스플레이의 실시간 제어를 수행하는 주입 몰딩 시스템.
  27. (ⅰ)주입 몰딩 프로세스를 수행하며 피드백 신호를 제공하는 다수의 주입 몰딩 디바이스와, (ⅱ)디스플레이 및 적어도 하나의 운영자 입력 디바이스를 가진 인간-기계 인터페이스를 구비하는 주입 몰딩 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 피드백 신호 및 상기 운영자 입력 디바이스로부터의 신호를 단일 프로세서에 입력하는 단계와,
    상기 단일 프로세서를 이용하여 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스 및 상기 인간-기계 인터페이스의 상기 디스플레이를 실시간으로 제어하는 단계
    를 포함하는 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 상기 피드백 신호 및 상기 운영자 입력 디바이스로부터의 신호를 멀티-태스킹 처리하는 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 상업적 소프트웨어를 실행할 수 있는 개방형 구조를 가진 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 실시간 확장 커널을 사용하여 멀티-태스킹 처리를 수행하는 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  31. 제 27 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 프로그램가능 논리 제어기 및 아날로그 신호 프로세서가 없는 경우에 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스 및 상기 제어 패널 디스플레이를 제어하는 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  32. 제 27 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 상기 주입 몰딩 기계로부터 원격 위치에 배치되는 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 기가비트 신호 버스를 통해 정보를 멀티플렉싱하는 것에 의해 상기 제어 패널과 통신하는 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 에러 정정 기능을 가진 필드 버스를 통해 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스와 통신하는 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  35. 제 27 항에 있어서,
    상기 단일 프로세서는 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 폐루프 제어를 수행하는 주입 몰딩 시스템 제어 방법.
  36. 단일 범용 컴퓨터가 (ⅰ)주입 몰딩 동작을 수행하여 다수의 피드백 신호를 생성하는 다수의 주입 몰딩 디바이스를 갖는 주입 몰딩 시스템과, (ⅱ)디스플레이 및 운영자 입력 디바이스를 갖는 인간-기계 인터페이스를 제어하게 하는 컴퓨터-판독가능 데이터를 저장하기 위한 적어도 하나의 저장 매체에 있어서,
    상기 컴퓨터-판독가능 데이터는 상기 단일 범용 컴퓨터가:
    상기 피드백 신호 및 상기 인간-기계 인터페이스의 상기 운영자 입력 디바이스로부터의 신호를 수신하도록 하고,
    멀티-태스킹 처리 - 상기 멀티-태스킹 처리는 인간-기계 인터페이스 기능을 백그라운드로 처리하고 주입 몰딩 디바이스 기능을 포어그라운드로 처리함 - 를 수행하여 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스 및 상기 인간-기계 인터페이스를 실시간으로 제어하게 하는 적어도 하나의 저장 매체.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 컴퓨터-판독가능 데이터는 상기 단일 범용 컴퓨터가 프로그램가능 논리 제어기 및 아날로그 신호 프로세서의 부재 시에 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스의 폐루프 제어를 수행하도록 하는 것인 적어도 하나의 저장 매체.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 컴퓨터-판독가능 데이터는 상기 단일 범용 컴퓨터가 멀티-태스킹 스케쥴러를 가진 상업적 실시간 확장 커널을 사용하여 상기 멀티-태스킹 처리를 수행하도록 하는 것인 적어도 하나의 저장 매체.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 컴퓨터-판독가능 데이터는 상기 단일 범용 컴퓨터가 상기 피드백 신호 및 상기 제어 패널 운영자 입력 디바이스로부터의 신호에 대한 에러 정정 제어를 수행하도록 하는 것인 적어도 하나의 저장 매체.
  40. 제 36 항에 있어서,
    상기 컴퓨터-판독가능 데이터는 상기 단일 범용 컴퓨터가 상기 피드백 신호에 대응하는 데이터를 상기 제어 패널 디스플레이에서 디스플레이하도록 하는 것인 적어도 하나의 저장 매체.
  41. 제 36 항에 있어서,
    상기 컴퓨터-판독가능 데이터는 상기 단일 범용 컴퓨터가 상기 피드백 신호에 대응하는 아카이벌(archival) 데이터를 저장하도록 하는 것인 적어도 하나의 저장 매체.
  42. 제 36 항에 있어서,
    상기 컴퓨터-판독가능 데이터는 상기 단일 범용 컴퓨터가 근거리 네트워크 및 인터넷 중 적어도 하나로부터 데이터를 수신하고/하거나 상기 근거리 네트워크 및 인터넷 중 적어도 하나로 데이터를 송신하도록 하는 것인 적어도 하나의 저장 매체.
  43. 제 36 항에 있어서,
    상기 컴퓨터-판독가능 데이터는 상기 단일 범용 컴퓨터가 퍼지 논리를 이용하여 상기 다수의 주입 몰딩 디바이스를 제어하도록 하는 것인 적어도 하나의 저장 매체.
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