DE10318694A1

DE10318694A1 - Verfahren zum integrierten Betrieb einer Druckgiessmaschine

Info

Publication number: DE10318694A1
Application number: DE2003118694
Authority: DE
Inventors: Rudolf Rothen
Original assignee: Buehler Druckguss AG
Current assignee: Buehler Druckguss AG
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-25

Abstract

Durch die Verwendung einer zentralen Recheneinheit (7') mit einer zentralen Datenbasis (8') können einzelne Komponenten zur Durchführung eines Gießprozesses, insbesondere eines Druck- oder Spritzgießprozesses, zu einer integrierten Zelle zusammengefasst werden. Die zentrale Datenbasis (8') erlaubt die zeitabhängige Visualisierung des Prozessablaufs wie auch im Zusammenhang mit einer Konfigurationsdatei (11) die verbesserte Austauschbarkeit und Anpassung von Komponenten oder des den Prozess steuernden Formprogramms (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum integrierten Betrieb einer Druckgiesszelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Computerprogramm-Produkt nach Anspruch 11 sowie ein Computer-Daten-Signal nach Anspruch 12. Das Verfahren ist analog auch für Spritzgiesszellen anwendbar.
Mit fortschreitender Industrieautomatisierung steigt auch das Erfordernis der Integration von verschiedensten Komponenten eines Fertigungsvorgangs. Auch für Druck- oder Spritzgiessanlagen besteht daher das Bedürfnis, die einzelnen Komponenten des Produktionsprozesses zunehmend zu integrieren und den gesamten Prozess in einer nach aussen modulartig abgegrenzten Zelle zusammenzufassen. Bisherige Lösungen des Stands der Technik basieren dabei auf der optimierten Kommunikation der einzelnen Komponenten untereinander, wobei diese Komponenten allerdings hinsichtlich ihrer Steuerung dezentral ausgestaltet werden, z.B. durch Verwendung von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS). Die Integrationsbestrebungen richten sich vorwiegend auf die Realisierung einer von verschiedensten Komponenten unterschiedlicher Hersteller gemeinsam und ohne grösseren Aufwand nutzbaren Signal- und/oder Kommunikationsverbindung für die verschiedenen Anwendungszwecke, wie z.B. durch unterschiedliche hierarchische Bussysteme oder Ethernet als Standard-Kommunikationsbussystem.

Die deutschen Gebrauchsmusterschriften DE 202 04 359 und DE 202 04 360 beschreiben eine Spritzgiessmaschine mit mindestens einem internen Maschinensteuerungssystem bzw. eine Spritzgiessmaschinenanordnung mit einer solchen Spritzgiessmaschine. In beiden Dokumenten wird die Übertragung von Daten der Spritzgiessmaschine mittels drahtloser Datenübertragung bzw. Mobilfunk offenbart. Die Spritzgiessmaschine verfügt weiterhin über eine eigene SPS, wobei lediglich die Datenübertragung zu mobilen Datenverarbeitungseinrichtungen ermöglicht wird.

Aus der Europäischen Patentschrift EP 0 917 034 ist ein Verfahren zur Fernüberwachung und/oder Fernwartung einer Spritzgiessmaschine bekannt, bei der die SPS einer Spritzgiessmaschine zusätzlich zur Echtzeitansteuerung der Aktuatoren auch als Web-Server arbeitet, über den eine Signal- und/oder Kommunikationsverbindung mit zwei oder mehreren Fernüberwachungs- oder Fernarbeitsplätzen herstellbar ist. Durch diese Auslegung wird die Funktion eines zusätzlichen Web-Servers von der SPS der Spritzgiessmaschine selbst übernommen. Diese Lösung erweitert damit die weiterhin vorhandene SPS um die Funktion eines Web-Servers.

Die Europäische Patentanmeldung EP 0 990 966 offenbart eine integrierte Steuerungsplattform für ein Spritzgiesssystem, das über einen einzigen Mehrzweckrechner verfügt, der sowohl die Maschinen-Steuerungsfunktionen als auch die Schnittstelle zum Bediener bereitstellt. Die Steuerung der verschiedenen Komponenten des Systems erfolgt durch den Mehrzweckrechner im Multitaskingbetrieb, wobei eine Vielzahl von Steuerungs- und Feedback-Signalen ausgetauscht werden. Trotz der Steuerung des Spritzgiesssystems durch eine einzige Plattform erfolgen auf der Plattformebene für die einzelnen Komponenten eine getrennte Datenhaltung und eine separate Steuerung. Die Funktion der einzelnen SPS wurde auf eine Plattform übertragen, ohne eine Integration in ein einziges logisches System zu vollziehen.

Die Erfindung besitzt die Aufgabe, ein Verfahren bereit zu stellen, das eine Giesszelle mit allen Komponenten als ein einziges und vollintegriertes System steuerbar gestaltet und das eine Integrierbarkeit dieser Zelle in weitere Architekturen gewährleistet.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine vollständige Systembeschreibung und Systemanalyse zu jedem Betriebszeitpunkt zu erlauben.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Fehlerdiagnose und eine automatisierte Einleitung entsprechender Folgemassnahmen zu ermöglichen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Prozessablauf der Giesszelle einfach und zentral überwach- und modifizierbar zu gestalten.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine einfache Portierbarkeit von Steuerungsdaten einer Zelle auf eine andere Zelle zu ermöglichen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, Informationen über die Konfiguration des Gesamtsystems wie auch über die zeitlichen Abläufe und Zusammenhänge, insbesondere visualisiert und intuitiv zugänglich, bereitzustellen.

Weitere Aufgaben bestehen darin, eine Prozessvisualisierung zu ermöglichen und verschiedene Daten integriert auf in einer Darstellung bereitzustellen, insbesondere in einer Verknüpfung mit Zustandsvariablen und internen Zuständen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch die kennzeichnenden Merkmale der abhängigen Ansprüche gelöst bzw. die Lösungen fortgebildet.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, durch ein zentrales Formprogramm mit einer zentralen Datenhaltung die komplette Giesszelle als ein einziges integriertes System abzubilden und zu steuern.

Die Basis hierfür stellen das Formprogramm zur Steuerung aller Komponenten und die gemeinsame Datenhaltung für alle Komponenten dar. Das Formprogramm steuert sowohl die Aktuatoren und Sensoren der einzelnen Komponenten als auch deren Zusammenwirken. Ein Datenaustausch zwischen den einzelnen Komponenten oder eine separate Steuerung der Komponenten durch isolierte Module ist nicht mehr erforderlich, da über das zentrale Formprogramm eine Modellierung und Steuerung der Zelle als Gesamtsystem erfolgt.

Die einzelnen Komponenten einer Giesszelle, wie z.B. Giessmaschine, Sprühgerät, Schöpfgerät, Dosierofen oder Manipulationsroboter, müssen nicht mehr über eine eigene SPS verfügen (Vollintegration), sondern werden direkt über eine Signal- und/oder Kommunikationsverbindung an einen zentralen Rechner angebunden, wobei diese Anbindung auch Schnittstellen oder die Nutzung von drahtlosen Übertragungssystemen oder Netzwerken, wie z.B. ein Local Area Network (LAN) oder das Internet, aufweisen kann. Der zentrale Rechner speichert die für den Prozess notwendigen Daten in einer zugeordneten Speichereinheit für eine zentrale Datenbasis und steuert über das Formprogramm den Prozess als eine virtuelle bzw. logische Gesamtheit von an der Leistungserstellung beteiligten Komponenten.

Dies bedeutet nicht, dass nicht in einzelnen Komponenten weiterhin SPS oder andere Speicher- oder Steuerbausteine vorhanden sein können. Von Relevanz sind die zentrale Steuerung und die zentrale Datenhaltung der für die Gestaltung des Prozesses notwendigen Informationen.

Der Ablauf des Giessprozesses wird erfindungsgemäss durch Einstellparameter für das Formprogramm bestimmt. Diese Einstellparameter werden in einer vom Anwender einfach und zentral änderbaren Konfigurationsdatei abgelegt, so dass diese Datei den Master-Programmablauf auf der hierarchisch höchsten Ebene festlegt.

Durch die zentrale Erfassung der Einstellparameter in einer Konfigurationsdatei ist auch die einfache Portierbarkeit von einer Giesszelle zu einer anderen möglich. Insbesondere können somit Standardeinstellungen oder neue Konfigurationen durch die Änderung oder das Ersetzen von nur einer Datei gesetzt werden.

Das System erfasst, vorzugsweise vermittels des zentralen Rechners, die für den Prozessablauf relevanten Zustandsvariablen der einzelnen Komponenten. Diese Zustandsvariablen können Werte und Signale von Sensoren oder aber auch anderen Prozessdaten, wie z.B. die Zahl von durchgeführten Aktionen bzw. Bewegungen oder Stückzahlen, beinhalten. Parallel werden die über die Signal- und/oder Kommunikationsverbindung übermittelten Signal- und/oder Kommunikationsdaten registriert und, gegebenenfalls nach einer ersten Auswertung oder Weiterverarbeitung, abgelegt. Zustandsvariablen und Signal- und/oder Kommunikationsdaten können in verschiedener Verknüpfung abgelegt bzw. bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine Speicherung in Zeitabhängigkeit oder aber komponentenweise erfolgen. Alle Signal- und/oder Kommunikationsdaten und Zustandsvariablen werden jedoch in einer zentralen Datenbasis, z.B. einer einzigen relationalen oder objektorientierten Datenbank, gehalten. Durch den Zugriff auf historische wie auch aktuelle Werte von Signal- und/oder Kommunikationsdaten und Zustandsvariablen können komplexere Auswerte- und Fehleranalysealgorithmen realisiert werden, für die auch Neuronale Netze oder Expertensysteme zum Einsatz kommen können. Nach der Feststellung eines vom System als auffällig bewerteten Zustandes kann dann systemseitig oder nach Rückfrage beim Benutzer eine Folgemassnahme eingeleitet werden, die z.B. der Behebung einer Störung oder aber auch der Alarmierung dient.

Signaldaten sind hierbei Zustandsdaten bzw. effektive Steuerungsdaten. Kommunikationsdaten sind am Bildschirm visualisierte Daten bzw. digitale Werte, die auf andere Verknüpfungsstellen gehen (Signale innerhalb von Netzwerken oder Modulen bzw. zwischen diesen).

Zustandsvariablen stellen interne Zustände dar und können auf einem Bildschirm etc. konfiguriert und im richtigen zeitlichen Zusammenhang dargestellt werden. Auf einer Projektionsfläche können verschiedenartige Daten gleichzeitig dargestellt werden.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit der zentralen Datenbasis stellen Simulations- und Testläufe des Giessystems dar, für die auf historische Werte, z.B. als Vergleichsgrössen, zurückgegriffen werden kann.

Durch die Verfügbarkeit dieser Daten ist es auch möglich eine Visualisierung des Prozessablaufs, insbesondere in Form eines Zeitdiagramms, zu realisieren.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen einer Giesszelle mit der zugehörigen logischen und physischen Architektur rein beispielhaft näher beschrieben.
Im einzelnen zeigen
1 die schematische Darstellung eines Giesssystems des Stands der Technik;
2 die schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Giesszelle zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens;
3 die schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Giesszelle zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens; und
4 die schematische Darstellung von logischen Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
1 zeigt schematisch die Architektur eines Giesssystems nach dem Stand der Technik. Der Giessprozess wird durch das Zusammenwirken verschiedener Komponenten ermöglicht, die hier exemplarisch aus einer Giessmaschine 1, einem Sprühgerät 2, einem Dosierofen 3 und einem Roboter 4 zur Handhabung der erzeugten Produkte bestehen. Der gesamte Prozess wird durch einen Rechner als Steuereinheit 6 gesteuert, wobei die Kommunikation über eine Signal- und/oder Kommunikationsverbindung 5 gewährleistet wird, die beispielsweise als Standard-Feldbus wie Profibus oder CANBus aber auch als Ethernet-Verbindung ausgeführt sein kann. Wie am Beispiel der Giessmaschine 1 dargestellt, verfügt die Komponenten noch über eine eigene Steuereinheit 1' mit einer eigenen Datenbasis 1''. Die Steuereinheit 6 koordiniert das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten auf der Basis der von diesen bereitgestellten Informationen, wobei auch der direkte Datenaustausch unter den Komponenten erfolgen kann. Durch die lokal bewirkten Steueranteile und die zugehörige Datenhaltung ergeben sich Inkonsistenzen und Redundanzen im System und es müssen bei Modifikationen an mehreren Stellen Veränderungen vorgenommen werden. Darüber hinaus erfordert die Integration der Komponenten einen technischen Aufwand, der z.B. den Austausch einzelner Komponenten erschwert.
In 2 wird eine erste Ausführungsform einer integrierten Giesszelle GZ-A zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt. In dieser Giesszelle werden ebenfalls exemplarisch eine Giessmaschine 1, ein Sprühgerät 2, ein Dosierofen 3 und ein Roboter 4 zur Handhabung der erzeugten Produkte in ein Gesamtsystem integriert, das zusammen mit einer Recheneinheit 7 und einer zentralen Datenbasis 8 eine Zelle als virtuelle Maschine darstellt. In dieser Ausführungsform sind Recheneinheit 7 und zentrale Datenbasis 8 auch physisch in die Giesszelle integriert, wobei die Anbindung ohne weitere Schnittstellen oder Kommunikationsnetze direkt über die Signal- und/oder Kommunikationsverbindung 5' Die integrierten Komponenten zur Prozessdurchführung verfügen nun nicht mehr über in Hinsicht auf den Prozessablauf funktional genutzte Steuereinheiten oder eine eigene Datenbasis. Die Signal- und/oder Kommunikationsdaten und alle Zustandsvariablen der Komponenten werden in einer zentralen Datenbasis 8 gehalten und der Prozess wird über die Recheneinheit 7 zentral gesteuert, so dass Redundanzen und Inkonsistenzen minimiert oder vermieden werden.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer integrierten Giesszelle GZ-B zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei der ebenfalls die Komponenten Giessmaschine 1, Sprühgerät 2, Dosierofen 3 und Roboter 4 zusammengefasst sind. Die Verbindung der Komponenten mit der zentralen Recheneinheit 7' und der zentralen Datenbasis 8' erfolgt über ein Kommunikationsnetz 5', wobei allerdings Recheneinheit 7' und Datenbasis 8' nicht mehr physisch sondern nur logisch integriert sind. Die Verbindung erfolgt in dieser Ausführungsform über eine Schnittstelle 9 der Signal- und/oder Kommunikationsverbindung 5' zu einem Kommunikationsnetzwerk, dass beispielsweise durch das Internet, ein Intranet oder auch Mobilfunkanbindungen bereitgestellt wird. In dieser Ausführungsform fallen somit logische und physische Integration der Gieszelle bei unveränderter Funktionalität auseinander.
Bedarfsweise können bei den einzelnen Komponenten SPS vor Ort vorgesehen sein (Teilintegration).
Die schematische Darstellung von logischen Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt in 4. Als Beispiel wird die zweite Ausführungsform einer integrierten Giesszelle GZ-B betrachtet. Die Steuerung des Giessprozesses erfolgt durch die Recheneinheit 7' auf der Basis eines zentralen Formprogramms 10, das die Prozessschritte hinsichtlich ihrer Reihenfolge, der Parameter und der zeitlichen Abstimmung definiert. Ein Teil dieser Festlegungen erfolgt auf der Basis einer Konfigurationsdatei 11, auf die das Formprogramm zur Steuerung des Prozessablaufs zurückgreift. Durch eine Modifikation von Einstellungen der Konfigurationsdatei 11 kann daher einfach und zentral der Prozessablauf variiert werden. Insbesondere ist es möglich, eine Auswahl unter verschiedenen Prozessalternativen zu treffen. Die Verwendung eines Formprogramms 10 mit einer zugeordneten Konfigurationsdatei 11 erlaubt beispiels weise den Austausch des Formprogramms 10, z.B. durch eine neuere Version, ohne aufwendige Anpassungen, da die benutzerspezifischen Auswahleinstellungen und Prozessparameter in der Konfigurationsdatei 11 unverändert erhalten bleiben. In diesem Beispiel werden die Daten des Prozesses komponentenweise zusammengefasst als Prozesskomponentendaten 12 dargestellt. Die tatsächliche Speicherung ist von der Art der verwendeten Datenhaltung abhängig und kann beispielsweise normalisiert bzw. relational in einer Datenbank erfolgen, wobei aber auch andere Speicherverfahren, wie z.B. eine parallele und rein zeitsynchrone Speicherung aller Daten, Anwendung finden können. Logisch werden jeder Komponente deren Zustandsvariablen 12a und die mit der Recheneinheit 7' oder ggf. weiteren Komponenten ausgetauschten Daten als Signal- und/oder Kommunikationsdaten 12b zugeordnet. Durch den möglichen Zugriff auf diese Daten kann der Prozess hinsichtlich seiner erfassten relevanten Daten im Zeitablauf abgebildet, visualisiert und analysiert werden. Aus dem Inhalt dieser zentralen Datenbasis 8' kann auch eine Anpassung der Zelle vorgenommen werden, wenn beispielsweise eine neue Version des Formprogramms 10 aufgespielt wird. Unter Nutzung der benutzer- und zellenspezifischen Einstellungen der Konfigurationsdatei 11 können dann aus den Daten der zentralen Datenbasis 8' Feinanpassungen abgeleitet bzw. berechnet werden. Insbesondere können durch die historischen Daten auch Alterungs- bzw. Verschleisseffekte berücksichtigt werden. Durch das Zusammenwirken von herstellergeneriertem Formprogramm 10, benutzer- und zellenspezifischer Konfigurationsdatei 11 und der zellenspezifischen Datenbasis 8' wird eine erhöhte Anpassbarkeit der gesamten Zelle bei gleichzeitiger Berücksichtigung der spezifischen Parameter erreicht.
Es versteht sich, dass die dargestellten Figuren eine von vielen Ausführungsformen darstellen und der Fachmann alternative Realisierungsformen, z.B. unter Verwendung anderer Signal- und/oder Kommunikationsverbindungen, Komponenten oder Anordnungen ableiten kann. Insbesondere ist die Auswahl und Anordnung von verwendeten Komponenten und deren kommunikatorische Anbindung nur als vereinfachende und exemplarische Darstellung zu verstehen, der keinerlei ausschliessender oder einschränkender Charakter zukommt. Gleichermassen kann das erfindungsgemässe Verfahren mit einer grösseren oder kleineren Anzahl von Komponenten oder deren hierarchisch gestufte Integration realisiert werden.

GZ-A: Giesszelle Typ A
GZ-B: Giesszelle Typ B
1: Giessmaschine
2: Sprühgerät
3: Dosierofen
4: Roboter
5: Signal- und/oder Kommunikationsverbindung
6: Steuereinheit
7: Recheneinheit
8: Datenbasis
9: Kommunikationsschnittstelle
10: zentrales Formprogramm
11: Konfigurationsdatei
12: Prozesskomponentendaten
12a: Zustandsvariablen
12b: ausgetauschte Daten

Claims

Verfahren zum integrierten Betrieb einer Druckgiesszelle mit einer zentralen Recheneinheit (7, 7') und wenigstens folgenden Prozesskomponenten – einer Giesseinheit (1), – sowie wenigstens einer weiteren Peripherieeinheit, insbesondere – einer Sprüheinheit (2), – einer Einheit (3) zur Beschickung der Giesseinheit (1) mit Werkstoff und/oder – einer Manipulationseinheit (4) zur Handhabung von Erzeugnissen der Giesseinheit, wobei der prozessuale Zustand der Prozesskomponenten durch Zustandsvariablen (12a) beschrieben wird und die Prozesskomponenten mit der Recheneinheit (7, 7') über wenigstens eine Signal- und/oder Kommunikationsverbindung (5', 9) in Verbindung stehen und mit einem Erfassen und Auswerten von Daten, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten die Signal- und/oder Kommunikationsdaten (12b) in einer zentralen Datenbasis (8, 8') gehalten, insbesondere gespeichert, werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über die wenigstens eine Schnittstelle ausgetauschten Signal- und/oder Kommunikationsdaten (12b) erfasst, und die Signal- und/oder Kommunikationsdaten (12b) ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zustandsvariablen (12a) erfasst werden und beim Auswerten die Zustandsvariablen (12a) und die Signal- und/oder Kommunikationsdaten (12b) in einer zentralen Datenbasis (8, 8') gehalten, insbesondere gespeichert, werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erfassen die Zustandsvariablen (12a) und die Signal- und/oder Kommunikationsdaten (12b) kontinuierlich, insbesondere zeitsynchron, aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten die Zustandsvariablen (12a) und die Signal- und/oder Kommunikationsdaten (12b) in Form einer Prozessvisualisierung dargestellt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten die Zustandsvariablen (12a) und die Signal- und/oder Kommunikationsdaten (12b) mit zeitlichem Bezug dargestellt und gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten die Zustandsvariablen (12a) und die Signal- und/oder Kommunikationsdaten (12b) hinsichtlich kritischer Werte und/oder kritischer Wertekonstellationen, insbesondere zum Auslösen einer Warnfunktion, analysiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auslösen der Warnfunktion eine automatisierte Versendung wenigstens einer elektronischen Mitteilung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuern des integrierten Betriebes durch ein zentrales Formprogramm (10), insbesondere unter Nutzung der zentralen Datenbasis (8, 8'), erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formprogramm (10) einer Konfigurationsdatei (11) bzw. einem Parametersatz entspricht, wobei der Ablauf des Formprogramms (10) durch Parameter der Konfigurationsdatei (11) beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Formprogramm (10) und Konfigurationsdatei (11) in einer Datei zusammengefasst werden, bzw. die Konfigurationsdatei (11) dem Formprogramm (10) entspricht.
Computerprogramm-Produkt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Analoges oder digitales Computer-Daten-Signal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit einem Programmcode-Segment zur Durchführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.