DE102007033588A1

DE102007033588A1 - Cyclic process regulation method for automation system, involves detecting malfunctioning of communication network by watch dog to initiate regulation of standard procurement system with target processes provided by optimizing computer

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Publication number: DE102007033588A1
Application number: DE200710033588
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Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-01-29

Abstract

The method involves computing target process of individual process variables based on algorithms of an iterative adaptive control for transmission on a lower layer. A standard procurement system (SPS) is utilized in the lower layer for implementing the regulation of the individual process variables. The communication among sensors, an optimizing computer and the SPS is performed over a radio network and malfunctioning of the communication network is detected by a watch dog to initiate the regulation of the SPS with the relevant target processes provided by the optimizing computer.

Description

1. Einleitung1 Introduction

Vorliegende Erfindung betrifft die Regelung in einem Automatisierungssystem für zyklische Prozesses, das ein Funknetz für die Kommunikation verwendet und bei einem Ausfall des Funknetzes weiterhin funktionsfähig bleibt. Sie basiert auf die Verwendung eines iterativ Lernender Regelung zur Rückkopplung über die Zyklen. Die Ausführungen werden anhand des Strangpressens von Metallen als Beispielprozess erläutert.This The invention relates to the control in an automation system for cyclic process, which is a radio network for the communication is used and in case of failure of the radio network remains functional. It is based on use an iterative learner feedback scheme the cycles. The designs are based on extrusion of metals explained as an example process.

Beim Strangpressen von Metallen, wie z. B. von Aluminium, werden Aluminiumbarren in einem Ofen auf 400 bis 500°C erhitzt und anschließend in einen Aufnehmer (Rezipienten) geladen. Dieser ist einseitig von einer Matrize verschlossen, deren Durchbruch dem Querschnitt des entstehenden Profilstrangs entspricht. Von der Gegenseite wird mit einem Stempel unter Einwirkung einer sehr großen Kraft (> 10 MN) der Block bis auf einen kleinen Rest durch die Matrize gedrückt. Nach Beendigung eines Zyklus wird ein neuer Block geladen und der Pressvorgang kann wiederholt werden. Der Prozess ist zyklisch mit typischerweise 2–50 Zyklen pro Charge. Merkmal ist, dass die Prozessparameter, von Zyklus zu Zyklus nur allmählich ändern.At the Extrusion of metals, such. As of aluminum, aluminum ingots heated in an oven at 400 to 500 ° C and then loaded into a receptacle (recipient). This one side of one Matrize closed, whose breakthrough the cross section of the resulting Profile strand corresponds. From the other side is with a stamp under the action of a very large force (> 10 MN) the block up on a small rest pressed through the die. After completion a cycle, a new block is loaded and the pressing process can be repeated. The process is cyclic with typically 2-50 Cycles per batch. Feature is that the process parameters, by cycle to change cycle only gradually.

2. Stand der Technik2. State of the art

Allgemeine zyklische ProzesseGeneral cyclic processes

Das zyklische Verhalten eines zyklischen Prozesses kann aus verschiedenen Mechanismen zustande kommen. Wichtige zyklische Prozesse sind solche, bei denen das zyklische Verhalten aufgrund einer zyklischen Solltrajektorie w(t) entsteht. Zu dieser Kategorie zählen z. B. Batch-Prozesse, die Bewegung von Montagerobotern, aber auch Prozesse, die wiederholt zu einem Betriebspunkt hochgefahren werden. Das Verhalten eines solchen Systems wird durch die Angabe des Zusammenhangs zwischen Eingangsfunktion u_k(t) und Ausgangsfunktion y_k(t) im k-ten Zyklus vereinfacht dargestellt durch yk(t) = FS{uk(t), xk(0)}, (1)wobei x _k(0) der Anfangszustand zu Beginn des k-ten Zyklus und F{.} der entsprechende Operator ist.The cyclical behavior of a cyclic process can come from different mechanisms. Important cyclical processes are those in which the cyclic behavior arises due to a cyclic desired trajectory w (t). For example, this category includes As batch processes, the movement of assembly robots, but also processes that are repeatedly booted to an operating point. The behavior of such a system is represented by the relationship between input function u _k (t) and output function y _k (t) in the k-th cycle simplified by y k (t) = F S {u k (t), x k (0)}, (1) where x _k (0) is the initial state at the beginning of the k th cycle and F {.} is the corresponding operator.

Die Aufgabe besteht nun darin, die Eingangsgröße u_k(t) derart vorzugeben, daß die Ausgangsgröße y_k(t) möglichst nahe bei einer vorgegebenen Solltrajektorie y_soll(t) verläuft. Abhängig davon, wie exakt und einfach das verfügbare Prozessmodell ist und wie hoch die an die Regelgüte gestellten Forderungen sind, bzw. welcher Rechenaufwand vertretbar ist, können zur Lösung der Aufgabe zwei Wege eingeschlagen werden.The object is now to specify the input variable u _k (t) such that the output variable y _k (t) runs as close as possible to a predetermined desired trajectory y _soll (t). Depending on how accurate and simple the available process model is and how high the demands made on the control quality are, or on which computational effort is justifiable, two approaches can be taken to solve the problem.

Die Entwurfsaufgabe bei beiden Typen von iterativ lernenden Regelungen lässt sich wie folgt formulieren: Für ein System, gegeben durch seinen Operator F_S{.}, soll eine Steuerfunktion u_k(t) gefunden werden derart, dass bei Vorgabe einer Solltrajektorie y_soll(t) ein vorgegebenes Gütekriterium J minimiert wird. Der Operator F_S{.} kann nichtlinear, zeitvariant und nicht vollständig bekannt sein. Der Prozess wird zyklisch betrieben.The design task for both types of iteratively learning rules can be formulated as follows: For a system, given by its operator F _S {.}, A control function u _k (t) is to be found such that when specifying a setpoint trajectory y _soll (t ) a predetermined quality criterion J is minimized. The operator F _S {.} Can be non-linear, time-variant, and not completely known. The process is operated cyclically.

Die Wirkungsweise iterativ lernender RegelungenThe effect of iteratively learning regulations

Es wird ein System F_S{.} mit der Eingangsgröße u_k(t), der Zustandsgröße x(t) und der Ausgangsgröße y_k(t) nach Gl.1 betrachtet.A system F _S {.} With the input quantity u _k (t), the state quantity x (t) and the output quantity y _k (t) according to Eq. 1 is considered.

Die Ausgangsfunktion des Systems soll über eine feste Zyklusdauer t∊[0, T] einen vorgegebenen Wunschverlauf y_soll(t) annehmen. Folgende Voraussetzungen gelten:

• Jeder Zyklus endet nach einer festen, endlichen Zeit T.
• Die Solltrajektorie y_soll(t) sei für das Zeitintervall t∊[0, T] vor Beginn des Zyklus k + 1 bekannt und bleibt für eine hinreichend große Zahl an Zyklen konstant.
• Das System ändere sich über die Zyklen langsam.

The output function of the system should assume a predetermined desired course y _soll (t) over a fixed cycle duration tε [0, T]. The following requirements apply:

Each cycle ends after a fixed, finite time T.
• The target trajectory y _soll (t) is known for the time interval tε [0, T] before the beginning of the cycle k + 1 and remains constant for a sufficiently large number of cycles.
• The system changes slowly over the cycles.

Wird davon ausgegangen, daß die Zyklen voneinander unabhängig sind und daß konstante Anfangszustände x ₀ vorliegen, so läßt sich folgendes Regelgesetz angeben: uk+1(t) = FILR{ek(t)} + FU{uk(t)}, (2)und es gilt für die Fehlergleichung: ek(t) = ysoll(t) – yk(t), (3) If it is assumed that the cycles are independent of one another and that constant initial states x ₀ are present, the following control law can be stated: u k + 1 (t) = F ILR {e k (t)} + F U {u k (t)}, (2) and it applies to the error equation: e k (t) = y should (t) - y k (t), (3)

Die Anfangszustände x _K+1(0) können konstant, stochastisch oder zyklusabhängig sein. Die allgemeine Entwurfsaufgabe besteht nun darin, geeignete Operatoren F_ILR{.} und F_U{.} zu finden, welche gewährleisten, daß eine Verbesserung über die Zyklen im Sinne eines Gütekriteriums J erfolgt.The initial states x _{K + 1} (0) can be constant, stochastic or cycle-dependent. The general design task is now to find suitable operators F _ILR {.} And F _U {.}, Which ensure that an improvement over the cycles in terms of a quality criterion J occurs.

Als Gütekriterien werden Maße für den Regelfehler über den Zykluswird beispielsweise quadratische Gütekriterien der Form

angesetzt. Durch geeignete Wahl von F_ILR{.} und F_U{.} wird erreicht, dass es nicht notwendig, die gesuchte Eingangsfunktion durch Lösung einer Gleichung zu ermitteln, vielmehr stellt sich die optimale Eingangsfunktion durch das iterative Prinzip selbständig ein.As quality criteria, measures for the control error over the cycle become, for example, quadratic quality criteria of the form

stated. By a suitable choice of F _ILR {.} And F _U {.}, It is achieved that it is not necessary to determine the input function sought by solving an equation; rather, the optimal input function adjusts itself independently by the iterative principle.

Regelung beim Strangpressen von MetallenControl during extrusion of metals

In der Verfahrenstechnik ist bekannt, dass das Produktivitätsmaximum dann erreicht wird, wenn möglichst während des gesamten Presszyklus mit der maximal zulässigen Strangaustrittstemperatur gepresst wird. Des weiteren hat diese Temperatur einen erheblichen Einfluss auf die metallurgischen Eigenschaften der Produkte, weswegen auch aus Gründen der Qualitätssicherung ein erhebliches Interesse besteht, sie definiert vorzugeben und während des Prozesses konstant zu halten. Bei Erfüllung dieser Bedingung spricht man von einem isothermen Strangpressvorgang [1, 2, 3].In the process engineering is known that the productivity maximum then achieved, if possible during the entire pressing cycle with the maximum permissible strand outlet temperature is pressed. Furthermore, this temperature has a considerable Influence on the metallurgical properties of the products, therefore also for reasons of quality assurance a considerable Interest exists in pretending to define them and while to keep the process constant. In fulfillment of this Condition is called an isothermal extrusion process [1, 2, 3].

In der Literatur [4, 5, 6, 7] sind bisher a) das simulierte isotherme Strangpressen, das b) geregelte isotherme Strangpressen und c) das zyklische Regelung von Strangpressen bekannt.

a) Beim simulierten Strangpressen [5] wird die Strangaustrittstemperatur aufgrund eines thermischen Simulationsmodells vorausberechnet und durch Umkehrung kann ein bezüglich dieses Modells optimaler Pressgeschwindigkeitsverlauf berechnet werden. Der Strangpressprozess, der ein thermisches System mit verteilten Parametern darstellt, ist mit analytischen Methoden jedoch kaum und mit numerischen Methoden nur ungenau beschreibbar, weswegen dieses Verfahren schwer zu handhaben ist.
b) Beim geregelten Strangpressen [4] wird die Strangaustrittstemperatur gemessen, wobei vorwiegend Strahlungspyrometer eingesetzt werden. Die Grundstruktur entspricht einem geschlossenen Regelkreis, der durch permanenten Vergleich von Soll- und Istwert während des Prozesses eine Stellgrössee für die Pressgeschwindigkeit berechnet. Da bei der kontaktlosen Messung der Strangaustrittstemperatur, insbesondere an Aluminium, mit regelmäßigen Störungen zu rechnen ist, kann ein unkontrolliertes Systemverhalten nicht ausgeschlossen werden. Folglich hat sich diese Strategie in der Praxis als nicht leicht anwendbar erwiesen.
c) Im Europäischen Patent EP 0615 795 B1 [6] ist die zyklische Regelung von Strangpressen angegeben [7, 8]. 1. Das Verfahren beginnt mit der Messung des axialen Barrentemperaturprofils bevor er im Rezipienten eingeladen wird. 2. Der Verlauf der Pressgeschwindigkeit als Funktion der Stempelposition l wird vor Beginn eines jeden Presszyklus von einem Digitalrechner berechnet und vorgegeben. Der Geschwindigkeitsregelkreis sorgt dafür, dass der tatsächliche Geschwindigkeitsverlauf mit dem vorgegebenen Sollverlauf übereinstimmt. 3. Die Pressung erfolgt. Die tatsächliche Pressgeschwindigkeit und die Strangaustrittstemperatur werden über den gesamten Presszyklus gemessen. 4. Nach Beendigung des Presszyklus wird der optimale Sollgeschwindigkeitsverlauf für den nachfolgenden Zyklus mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen unter Berücksichtigung der Grenzwerte derart berechnet und vorgegeben, dass die Temperaturfehler, d. h. die Differenz zwischen den gewünschten und der tatsächlichen Strangaustrittstemperatur, minimiert wird.

In the literature [4, 5, 6, 7] are so far known a) the simulated isothermal extrusion, b) controlled isothermal extrusion and c) the cyclic control of extruders.

a) In simulated extrusion [5], the strand outlet temperature is calculated in advance on the basis of a thermal simulation model, and by reversing it is possible to calculate an optimum compression velocity profile with respect to this model. However, the extrusion process, which is a distributed parameter thermal system, is poorly described by analytical methods and imprecise by numerical methods, making this method difficult to handle.
b) In controlled extrusion [4], the strand outlet temperature is measured, with predominantly radiation pyrometers being used. The basic structure corresponds to a closed control loop, which calculates an actuating variable for the pressing speed by permanently comparing the setpoint and actual value during the process. Since in the contactless measurement of the strand outlet temperature, in particular of aluminum, is to be expected with regular disturbances, an uncontrolled system behavior can not be excluded. Consequently, this strategy has proven to be not easily applicable in practice.
c) In the European patent EP 0615 795 B1 [6] is the cyclic control of extrusion presses [7, 8]. 1. The procedure begins with the measurement of the axial bar temperature profile before being loaded in the recipient. 2. The course of the press speed as a function of the punch position l is calculated and specified by a digital computer before the start of each press cycle. The speed control loop ensures that the actual speed curve matches the specified setpoint course. 3. The pressing takes place. The actual press speed and the strand exit temperature are measured over the entire press cycle. 4. At the end of the pressing cycle, the optimum target velocity profile for the subsequent cycle is calculated and specified by means of optimization algorithms taking into account the limit values in such a way that the temperature errors, ie the difference between the desired and the actual strand outlet temperature, are minimized.

Das o. g. Verfahren c) ist mit Erfolg in modernen Strangpressen mit Speicher Programmierbaren Steuerungssystemen (SPS) und Geschwindigkeitsregelung eingesetzt [8, 9]. Dabei wird die Regelung in zwei Ebenen realisiert: a) Ein Führungsrechner dem die Messwerte von Prozessgrößen fortlaufend von einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) übertragen werden, wird zur Berechnung der optimalen Eingaben zwischen zwei Zyklen eingesetzt. b) Die vom Führungsrechner berechneten Verläufe werden zu einer SPS übertragen, die durch lokale Regelkreise die Einhaltung der Sollverläufe bewerkstelligen.The o. g. Method c) is successfully used in modern extrusion presses Memory Programmable control systems (PLC) and cruise control used [8, 9]. The regulation is realized in two levels: a) A management computer to the measured values of process variables continuously transmitted from a programmable logic controller (PLC) will be used to calculate the optimal inputs between two Cycles used. b) The calculated by the management computer Gradients are transmitted to a PLC, which by Local control circuits accomplish the compliance with the target curves.

Nach diesem Schema müssen die Messgrößen, nämlich Preßkraft, Stempelposition, Pressgeschwindigkeit und Austrittstemperatur fortlaufend gemessen und zur SPS geführt werden. Ferner muß in der SPS ein Programm für die Verarbeitung der Signale installiert werden. Dies kann kostspielig werden, wodurch der Einsatz der Automatisierung in Frage gestellt werden kann.To this scheme, the measured quantities, namely pressing force, punch position, pressing speed and outlet temperature continuously measured and fed to the PLC become. Furthermore, a program for the processing of the signals will be installed. This can be expensive which calls into question the use of automation can be.

Der Einsatz von Funknetzen bietet eine einfache Lösung bei der Automatisierung technischer Prozesse, die das Verlegen von Kabelverbindungen zwischen den einzelnen Komponenten umgeht.Of the Using wireless networks provides a simple solution the automation of technical processes involving the laying of cable connections between the individual components bypasses.

Bild 1 zeigt ein derartiges Automatisierungssystem. Es besteht aus Sensoren und Aktoren sowie der Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und dem Führungsrechner, die jeweils mit Sender bzw. Empfänger ausgestattet sind.image 1 shows such an automation system. It consists of sensors and Actuators and Programmable Logic Controllers (PLCs) and the management computer, each with transmitter or receiver are equipped.

Ein Nachteil bei des Funkübertragung ist es, dass ein Ausfall der Funkübertragung zur Fehlfunktionen einer Regelung führt. Die Behebung des Nachteils in zyklischen Regelungen ist das Ziel der Erfindung.One Disadvantage of the radio transmission is that a failure the radio transmission leads to malfunction of a control. Solving the disadvantage in cyclical regulations is the goal the invention.

3. Aufgabenstellung3. Task

Der Erfinder hat sich zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren und ein System zur Regelung von zyklischen Prozessen unter Verwendung eines Funkübertragungsnetzes und des Prinzips der Iterativ Lernender Regelungen zu schaffen, das trotz eines Ausfalls des Funkübertragungsnetzes eine Fortführung des Prozesses gestattet.
InsbesondereThe inventor has set itself the task of providing a method and a system for the regulation of cyclic processes using a radio transmission network and the principle of iterative learning of the regulations, which allows a continuation of the process despite a failure of the radio transmission network.
Especially

4. Funktionsweise des neuen Verfahrens4. Operation of the new process

a) Funktionsweise des neuen Verfahrens: Allgemeiner Falla) Functioning of the new procedure: General case

Im Allgemeinen läuft das Verfahren der zyklischen Regelung für den k-ten Zyklus, k > 1 wie folgt ab:

a) Zu Beginn wird der Prozesszustand erfasst und zum Führungsrechner übertragen. Im Führungsrechner liegen ferner die Werte der Prozessgrößen, die im letzten Zyklus gemessen wurden. Im Führungsrechner werden die Eingabefunktionen (Sollwertverläufe der Prozeßgrößen) u_k+1(l) berechnet gemäß uk+1(l) = uk(l) + Δuk+1(l) uk+1(l) = FL[uk(l), ek(l)]wobei e_k(l) die Abweichung zwischen Sollverlauf und Istverlauf im vorhergehenden Zyklus darstellt.
b) Der Zyklus wird gefahren, die Regelung der Prozessgrößen wird von der SPS ausgeführt und erfolgt unter Verwendung der vom Führungsrechner übertragenen Sollwertverläufe. Die tatsächlichen Messgrößen werden fortlaufend über den gesamten Zyklus erfasst, und einerseits für die Regelung verwendet und andererseits per Funk zum Führungsrechner übertragen.
c) Mit einer Überwachungseinrichtung wird über die Funktion der Funkübertragung überwacht. Wird ein Ausfall erkannt, so wird in der SPS die letzten gültigen Werte der Sollverläufe als die Aktuellen gültigen übernommen.

In general, the method of the cyclic control for the k-th cycle, k> 1, proceeds as follows:

a) At the beginning of the process status is recorded and transmitted to the management computer. The master computer also contains the values of the process variables that were measured in the last cycle. In the management computer, the input functions (desired value curves of the process variables) u _{k + 1} (l) are calculated according to u k + 1 (l) = u k (l) + Δu k + 1 (L) u k + 1 (l) = F L [u k (l), e k (L)] where e _k (l) represents the deviation between desired course and actual course in the previous cycle.
b) The cycle is run, the control of the process variables is carried out by the PLC and takes place using the setpoint curves transmitted by the master computer. The actual measured quantities are recorded continuously over the entire cycle, and used on the one hand for the control and, on the other hand, transmitted by radio to the master computer.
c) With a monitoring device is monitored by the function of radio transmission. If a failure is detected, the last valid values of the setpoint curves are accepted in the PLC as the currently valid ones.

b) Funktionsweise des neuen Verfahrens: Beispiel des Strangpressens von Metallenb) Functioning of the new procedure: Example of extruding metals

Angewendet auf Strangpressen läuft der Prozess wie folgt ab:

1. Das Verfahren beginnt mit der Messung des axialen Barrentemperaturprofils bevor er im Rezipienten eingeladen wird. Die Messwerte werden über Funkverbindung zum Führungsrechner übertragen.
2. Der Verlauf der Pressgeschwindigkeit als Funktion der Stempelposition l wird vor Beginn eines jeden Presszyklus von dem Führungsrechner berechnet (s. Schritt 4) und zur SPS gesendet bzw. über eine serielle Schnittstelle übertragen.
3. Die Pressung wird durchgeführt. Der Geschwindigkeitsregelkreis, der in SPS realisiert wird, sorgt dafür, dass der tatsächliche Geschwindigkeitsverlauf mit dem vorgegebenen Sollverlauf übereinstimmt. Die tatsächlichen Presskraft, Stempelposition Pressgeschwindigkeit und die Strangaustrittstemperatur werden fortlaufend über den gesamten Presszyklus gemessen, und per Funk zum Führungsrechner übertragen.
4. Nach Beendigung des Presszyklus wird im Führungsrechner der optimale Sollgeschwindigkeitsverlauf für den nachfolgenden Zyklus mit Hilfe von Optimierungsalgorithmen unter Berücksichtigung der Grenzwerte derart berechnet, dass die Temperaturfehler, d. h. die Differenz zwischen den gewünschten und der tatsächlichen Strangaustrittstemperatur, minimiert wird. Die Folge der berechneten Werte wird über Funk zur SPS übertragen. Die Berechnung erfolgt anhand des Iterativ lernender Regelalgorithmus gemäß: uk+1(l) = uk(l) + Δuk+1(l) Δuk+1(l) = F[ϑd(l), ϑk(l), ϑk+1(l), ϑBk(l), ϑBk+1(l), pk+1(l), vk(l), vk+1(l)]]mit:

ϑ_d(l):

Gewünschter Profilaustrittstemperatur

u_k(l):

Eingang als Funktion der gepressten Länge in Zyklus k

u_k+1(l):

Eingang in Zyklus k + 1

v_k+1(l):

Stempelgeschwindigkeit in Zyklus cycle k + 1

ϑ_k(l):

Austrittstemperatur im laufendem Zyklus k + 1

ϑ_k(l):

Austrittstemperatur im vorherigem Zyklus k

Δu_k+1(l):

Änderung des Eingangs berechnet für Zyklus k + 1

ϑ_Bk+1(l):

Billettemperatur im Zyklus k + 1

p_k+1(l):

Presskraft im laufenden Zyklus
5. Zu Beginn des nachfolgenden Zyklus wird in SPS mit einer Watch Dog Funktion erkannt, ob der Funknetzbetrieb bis zu dem Zeitpunkt fehlerlos stattfand. Ist dies nicht der Fall, so wird die Folge der Sollwerte die zuletzt unter fehlerfreien Bedingungen ermittelt wurden für die Regelung verwendet. Der Geschwindigkeitsregelkreis, der in SPS realisiert wird, sorgt dafür, dass der tatsächliche Geschwindigkeitsverlauf mit dem vorgegebenen Sollverlauf übereinstimmt.

Applied to extrusion presses, the process is as follows:

1. The procedure begins with the measurement of the axial bar temperature profile before being loaded in the recipient. The measured values are transmitted via radio link to the management computer.
2. The course of the press speed as a function of the punch position l is calculated by the master computer before the beginning of each press cycle (see step 4) and sent to the PLC or transmitted via a serial interface.
3. The pressing is carried out. The speed control loop, which is implemented in SPS, ensures that the actual speed curve matches the specified setpoint course. The actual pressing force, punching position of the pressing speed and the strand outlet temperature are continuously measured over the entire pressing cycle and transmitted by radio to the management computer.
4. After the end of the press cycle, the optimum target speed profile is set in the master computer is calculated for the subsequent cycle by means of optimization algorithms taking into account the limit values such that the temperature error, ie the difference between the desired and the actual strand outlet temperature, is minimized. The sequence of the calculated values is transmitted via radio to the PLC. The calculation is based on the iterative learning control algorithm according to: u k + 1 (l) = u k (l) + Δu k + 1 (L) .DELTA.u k + 1 (l) = F [θ d (l), θ k (l), θ k + 1 (l), θ Bk (l), θ Bk + 1 (l), p k + 1 (l), v k (l), v k + 1 (L)]] With:

θ _d (l):

Desired profile exit temperature

u _k (l):

Input as a function of the pressed length in cycle k

u _{k + 1} (l):

Input in cycle k + 1

_{vk + 1} (l):

Stamp speed in cycle cycle k + 1

θ _k (l):

Outlet temperature in the running cycle k + 1

θ _k (l):

Outlet temperature in the previous cycle k

Δu _{k + 1} (l):

Change of input calculated for cycle k + 1

θ _{Bk + 1} (l):

Ticket temperature in cycle k + 1

_{pk + 1} (l):

Press force in the current cycle
5. At the beginning of the following cycle, PLC uses a watch dog function to detect whether the wireless network operation was faultless up to that point. If this is not the case, then the sequence of the setpoint values which were last determined under error-free conditions is used for the control. The speed control loop, which is implemented in SPS, ensures that the actual speed curve matches the specified setpoint course.

Bezeichnungendesignations

e_k(l)e _k (l)

Regelfehler in Abhängigkeit der StempelpositionControl error depending on the stamp position

ee

Regelfehlercontrol error

ll

Stempelposition = ausgepresste BarrenlängeStamp position = pressed bar length

tt

Zeit (kontinuierlich)Time (continuous)

TT

Zeitdauer eines PreßzyklusDuration of a pressing cycle

uu

Operateureingabe: Sollwert für Schwenkwinkel bzw. PressgeschwindigkeitOperator input: Setpoint for swivel angle or press speed

u_soll(l) u _{should (l)}

Verlauf des Sollverlaufs der Operateureingabe als Funktion der StempelpositionCourse of the target course the surgeon input as a function of the punch position

u_k(l)u _k (l)

Der zu Beginn des k. Zyklus vorgeschlagener und eingeblendeter Verlauf der Operateureingabeals Funktion der Stempelposition lThe at the beginning of the k. Cycle proposed and displayed course of operator input as function the stamp position l

vv

Pressgeschwindigkeitpressing speed

v_k(l)v _k (l)

Pressgeschwindigkeit in k. Zyklus bei Stempelposition = ausgepresste Barrenlänge lpressing speed in k. Cycle at punch position = pressed bar length l

ΔL.DELTA.L

Elementarlänge bei der Diskretisierung der Stempelpositionelementary length in the discretization of the stamp position

ϑ_d(l)θ _d (l)

Gewünschter Profilaustrittstemperaturdesired Profile outlet temperature

u_k(l)u _k (l)

Eingang als Funktion der gepressten Länge in Zyklus kInput as a function the pressed length in cycle k

u_k+1(l)u _{k + 1} (l)

Eingang in Zyklus k + 1Input in cycle k + 1

v_k+1(l) _{vk + 1} (l)

Stempelgeschwindigkeit in Zyklus cycle k + 1ram speed in cycle cycle k + 1

ϑ_k(l)θ _k (l)

Austrittstemperatur im laufendem Zyklus k + 1outlet temperature in the current cycle k + 1

ϑ_k(l)θ _k (l)

Austrittstemperatur im vorherigem Zyklus koutlet temperature in the previous cycle k

Δu_k+1(l)Δu _{k + 1} (l)

Änderung des Eingangs berechnet für Zyklus k + 1modification of the input calculated for cycle k + 1

ϑ_Bk+1(l)θ _{Bk + 1} (l)

Billettemperatur im Zyklus k + 1Ticket temperature in the Cycle k + 1

p_k+1(l) _{pk + 1} (l)

Presskraft im laufenden ZyklusPress force in progress cycle

Indices:indices:

ii

Zeitindex (diskret), OrtsindexTime index (discrete), location Index

kk

Zykluscycle

5. Literatur5. Literature

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[3] Ruppin, D. und Strehmel, W. Automatisierung des Preßprozesses beim direkten Strangpressen von Aluminiumwerkstoffen (II) Zeitschrift Aluminium, 1983, S. 773–776 [3] Ruppin, D. and Strehmel, W. Automation of the pressing process in the direct extrusion of aluminum materials (II) Zeitschrift Aluminum, 1983, pp. 773-776
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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- DE 69325367 T2 [0020] - DE 69325367 T2 [0020]
- EP 0615795 [0020] - EP 0615795 [0020]
- DE 10123274 B4 [0020] - DE 10123274 B4 [0020]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Ruppin, D. und Strehmel, W. Direktes Strangpressen mit konstanter Austrittstemperatur – Einsatz variabler Preßgeschwindigkeit Zeitschrift Aluminium, 1977, S. 543–548 [0020] Ruppin, D. and Strehmel, W. Direct Extrusion with Constant Exit Temperature - Use of Variable Press Speed Journal Aluminum, 1977, pp. 543-548 [0020]
- Ruppin, D. und Strehmel, W. Automatisierung des Preliprozesses beim direkten Strangpressen von Aluminiumwerkstoffen (I) Zeitschrift Aluminium, 1983, S. 674–678 [0020] - Ruppin, D. and Strehmel, W. Automation of the preloading process in the direct extrusion of aluminum materials (I) Zeitschrift Aluminum, 1983, p. 674-678 [0020]
- Ruppin, D. und Strehmel, W. Automatisierung des Preßprozesses beim direkten Strangpressen von Aluminiumwerkstoffen (II) Zeitschrift Aluminium, 1983, S. 773–776 [0020] - Ruppin, D. and Strehmel, W. Automation of the pressing process in the direct extrusion of aluminum materials (II) Zeitschrift Aluminum, 1983, pp. 773-776 [0020]
- Biswas, K.; Repgen, K. und Steinmetz, A. Computer Simulation of Extrusion Press Operation – Experience with CADEX A New Computer Aided Process Optimizing System 5th International Extrusion Seminar, Chicago 1992, p. 149–155 [0020] Biswas, K .; Rep. K. and Steinmetz, A. Computer Simulation of Extrusion Press Operation - Experience with CADEX A New Computer Aided Process Optimizing System 5th International Extrusion Seminar, Chicago 1992, p. 149-155 [0020]
- Pandit, M. Baqué, S. Deis, W., Müller,K.: Implementation of Temperature Measurement and Control in Aluminum Extruders Extrusion Technology 2000, Chicago, 15–19. 5. 2000 [0020] - Pandit, M. Baqué, S. Deis, W., Müller, K .: Implementation of Temperature Measurement and Control in Aluminum Extruders Extrusion Technology 2000, Chicago, 15-19. 5. 2000 [0020]
- Pandit, M., Buchheit, K., Isothermes Strangpressen von Aluminium", Teil I, Aluminium, Heft 4 (1995), S. 483-487, Teil II, Aluminium, Heft 5 (1995), S. 614-619 [0020] - Pandit, M., Buchheit, K., Isothermal Extrusion of Aluminum ", Part I, Aluminum, Issue 4 (1995), pp. 483-487, Part II, Aluminum, Issue 5 (1995), pp. 614-619 [0020]
- M. Pandit, W. Deis, H. Hengen, T. Heger, V. Rothweiler, C. Jönsson, Pandit, M., Buchheit, K., Automation System for Production Optimisation in Aluminum Extruder Plants, Based on Temperature Measurement and Control Proc. Intnl. Extrusion Technology Symposium, pp., 387–396 Orlando (2004) [0020] - M. Pandit, W. Deis, H. Hengen, T. Heger, V. Rothweiler, C. Jönsson, Pandit, M., Buchheit, K., Automation System for Production Optimization in Aluminum Extruders Plants, Based on Temperature Measurement and Control Proc. Intnl. Extrusion Technology Symposium, pp., 387-396 Orlando (2004) [0020]

Claims

Ein Verfahren zur Regelung zyklischer Prozesse dadurch gekennzeichnet, dass a) das Verfahren ein zweischichtiges Verfahren ist, bei dem in der oberen Schicht ein Optimierungsrechner für die Berechnung der Sollverläufe der einzelnen Prozessgrößen nach den Algorithmen der Iterativ Lernender Regelungen für Weitergabe an der unteren Schicht und in der unteren Schicht eine SPS zur Ausführung der Regelung der einzelnen Prozessgrößen eingesetzt werden, b) die Kommunikation zwischen den Sensoren, dem Optimierungsrechner und der SPS teilweise oder vollständig über ein Funknetz erfolgt und c) ein Ausfall des Kommunikationsnetzes durch Verwendung einer Erkennungseinrichtung (Watch Dog) erkannt wird, um die Regelung mit der SPS mit den zuletzt gültigen vom Optimierungsrechner vorgegebenen Sollverläufen zu veranlassen.A method for the regulation of cyclical processes, characterized in that a) the method is a two-layered method, wherein in the upper layer an optimization calculator for the calculation of the nominal curves of the individual process variables according to the algorithms of the iterative learning regulations for passing on the lower layer and in the lower layer a PLC is used for the execution of the regulation of the individual process variables, b) the communication between the sensors, the optimization computer and the SPS takes place partially or completely via a radio network and c) a failure of the communication network by using a detection device (Watch Dog) is detected in order to initiate the control with the PLC with the last valid nominal curves specified by the optimization computer.

Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur zyklischen Temperaturregelung einer Strangpresse für Metalle bei dem durch Auswertung des gerade vergangenen Preßzyklus k und des gemessenen Barrentemperaturverlaufs ϑ_Bk+1(l) in einem Führungsrechner die Sollwertverläufe für die Pressgeschwindigkeit v_k+1(l) des darauf folgenden Zyklus (k + 1) und für die axiale Barrentemperatur ϑ_Bk+2(l) derart generiert und in den Pressnebenzeiten über ein Funknetz als Sollwertverläufe zu der speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) übermittelt werden, dass die durch die SPS bewerkstelligte Regelung der Pressgeschwindigkeit und Barrentemperatur zufolge hat, dass die tatsächliche Temperatur ϑ_ak+1(l) der Profile beim Austritt aus der Matrize möglichst konstant und gleich dem geforderten Sollwert ϑ_aw ist und zugleich die Pressgeschwindigkeit möglichst konstant und gleich dem geforderten Wert v_k+1 beträgt.A method according to claim 1 for the cyclic temperature control of an extruder for metals in the by evaluating the just past pressing cycle k and the measured bar temperature curve θ _{Bk + 1} (l) in a management computer, the setpoint curves for the pressing speed v _{k + 1} (l) of the following Cycle (k + 1) and for the axial bar temperature θ _{Bk + 2} (l) are generated and transmitted in the Pressnebenzeiten via a radio network as setpoint curves to the programmable logic controllers (PLC) that brought about by the PLC control of the press speed and bar temperature according to the fact that the actual temperature θ _{ak + 1} (l) of the profiles at the exit from the die as constant as possible and equal to the required setpoint θ _aw and at the same time the pressing speed is as constant as possible and equal to the required value v _{k + 1} .

Ein Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren und Aktoren sowie die SPS und der Führungsrechner jeweils mit Funksender und/oder Funkempfänger ausgestattet sind.A method according to claims 1 and 2 characterized characterized in that sensors and actuators as well as the PLC and the Management computer each with radio transmitter and / or radio receiver are equipped.

Ein Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausfall der Funkübertragung, die zuletzt gültigen Eingabefunktionen für die in der SPS zur Weiterführung des Prozesses ohne Unterbrechung erforderlichen Sollwertverläufe für die Pressgeschwindigkeit v_k+1(l) des darauf folgenden Zyklus (k + 1) verwendet werden.A method according to claims 1 to 3, characterized in that in case of failure of the radio transmission, the last valid input functions for the required in the PLC to continue the process without interruption setpoint curves for the pressing speed v _{k + 1} (l) of the subsequent cycle (k + 1) can be used.

Ein Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die optimalen Verläufe der Eingabefunktion u_k+1(l) und der axialen Barrentemperatur ϑ_Bk+1(l) mit Hilfe eines Simulationsmodells und der Algorithmen der Iterativ Lernenden Regelung ermittelt werden.A method according to claims 1 to 4, characterized in that the optimal courses of the input function u _{k + 1} (l) and the axial bar temperature θ _{Bk + 1} (l) are determined by means of a simulation model and the algorithms of the iterative learning control.

Ein Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die optimalen Verläufe der Eingabefunktion u_k+1(l) und der axialen Barrentemperatur θ_Bk+1(l) mit Hilfe eines Simulationsmodells ermittelt werden.A method according to claims 1 to 4, characterized in that the optimum characteristics of the input function u _{k + 1} (l) and the axial bar temperature θ _{Bk + 1} (l) are determined by means of a simulation model.

Ein Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass falls keine Möglichkeit zur Einstellung eines Temperaturverlaufs ϑ_Bk+2(l) besteht, ein konstanter Barrentemperatursollwert θ_Bk+2 berechnet und zur SPS übermittelt wird.A method according to claims 1 to 5, characterized in that if there is no possibility to set a temperature profile θ _{Bk + 2} (l), a constant bar temperature setpoint θ _{Bk + 2 is} calculated and transmitted to the PLC.

Ein Verfahren nach Ansprüchen 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass ein Watchdog-Funktion zur Überwachung der Funktion der Funkübertragung und Erkennung eines Ausfalls eingesetzt wird.A method according to claims 1-6 characterized in that a watchdog function for monitoring the function of radio transmission and detection of a failure is used.

Ein Verfahren nach Ansprüchen 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass ein WLAN zur Funkübertragung eingesetzt wird.A method according to claims 1-7, characterized in that a WLAN used for radio transmission becomes.