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WO2014111417A1 - Mikroprozessor-gesteuerte steuerungseinrichtung für eine spritzgiessanlage mit einem simulationsrechner - Google Patents

Mikroprozessor-gesteuerte steuerungseinrichtung für eine spritzgiessanlage mit einem simulationsrechner Download PDF

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Publication number
WO2014111417A1
WO2014111417A1 PCT/EP2014/050693 EP2014050693W WO2014111417A1 WO 2014111417 A1 WO2014111417 A1 WO 2014111417A1 EP 2014050693 W EP2014050693 W EP 2014050693W WO 2014111417 A1 WO2014111417 A1 WO 2014111417A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
real
simulation
time
controller
machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/050693
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Werfeli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Netstal Maschinen AG
Original Assignee
Netstal Maschinen AG
Maschinenfabrik und Giesserei Netstal AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Netstal Maschinen AG, Maschinenfabrik und Giesserei Netstal AG filed Critical Netstal Maschinen AG
Publication of WO2014111417A1 publication Critical patent/WO2014111417A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76—Measuring, controlling or regulating
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
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    • G05B2219/23—Pc programming
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    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2624—Injection molding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the present invention relates to a microprocessor-controlled control device for an injection molding system with the features of the preamble of claim 1.
  • the production process on the production cell is parameterized step by step, configured and validated.
  • Monitors are configured by the sensors and interlocks of the actuators and put into operation without tools to reduce the risk of damage.
  • Temporaries must be created to validate the core pull lock without tools, for example. This takes a lot of time.
  • a virtual model of an injection molding machine is provided as an aid for the selection of the components of such a production cell, for which a setter can select and virtually use various required components. A direct help with the real construction of a production cell with the selected parts is not given.
  • WO 2009/105797 discloses a method for the user-side creation, modification, monitoring and / or optimization of the overall machine sequence of a program-controlled machine or system supported by a graphics editor.
  • the machine processes are to be programmed synchronized on a graphic editor in order to pre-configure the program-controlled machine.
  • a microprocessor-controlled control device for an injection molding system uses at least one I / O controller for a sensor / actuator unit of an injection molding machine to produce plastic parts in a coordinated manner.
  • the at least one I / O controller is connected to at least one real-time processor of the control device via a real-time Ethernet connection.
  • a simulation computer which has at least one real-time Ethernet interface which can be connected to the real-time Ethernet connection of said at least one real-time processor instead of the associated I / O controller wherein the simulation computer is designed to simulate at least one machine function (eg, a machine function of the injection molding machine) by processing in real time the output signals of the control by the simulation computer and via simulation models the input signals for control in a manner which simulates the behavior of the machine function in real time.
  • the simulation computer is designed to simulate at least one machine function (eg, a machine function of the injection molding machine) by processing in real time the output signals of the control by the simulation computer and via simulation models the input signals for control in a manner which simulates the behavior of the machine function in real time.
  • the simulation computer or the simulation environment can deliver the input signals to the controller via the simulation models in a manner that simulates the behavior of the machine function in real time in such a way that the same behavior arises as in a physical execution.
  • the simulation computer or the simulation environment can therefore be designed in such a way as to simulate the physical behavior, for example of an actuator, of the mechanics moved by the actuator and / or of the sensors activated by the moving mechanics, by means of model calculations.
  • the controller can generate control signals to the actuator, and in real time, through the model calculation of the simulation, obtains the reaction of the virtual mechanics and sensors, just as if physical execution of that function were present instead of the model calculation.
  • a function machine function
  • an ability of the machine can be designated, e.g. the ability to move an axis.
  • the axis may be the degree of freedom of a mechanism in a linear or rotational axis or a process with a degree of freedom of parameter.
  • a self-contained function can always be treated.
  • communication channels can be provided for the individual functions.
  • the communication channels or functions may or may not be limited to individual real-time Ethernet connections.
  • the invention is based on the insight that an operating mode of the machine would be advantageous in that the machine and its components do not move, and so the programming and the parameterization of the control can be created and checked without the real components having to be available or, if available, do not need to be moved.
  • the aim is that the simulated function behaves the same as the real function.
  • the real machine and its environment can thus be replaced by a simulation of the machine physics and the machine control with the simulation can behave the same as the machine control with the real machine with its environment.
  • the simulation may reflect a function of the real machines.
  • control and the machine simulation in an office without a production cell run so that the configuration and the parameterization of the production process can be made detached from the machine in the work preparation.
  • the simulation environment can have all relevant functions of the machine (machine functions) or the production cell.
  • the simulation environment may be run on an extended controller (e.g., a simulation computer).
  • the controller can autonomously simulate a machine or an injection molding machine without any additional equipment.
  • the simulation environment processes the controller's output signals in real time and, via the simulation models, provides the input signals for control in a manner that simulates in real time the behavior of the physical execution (i.e., the machine function or the behavior of the real machine or machine component). Error situations and / or limit values can also be mapped in the models.
  • a selection structure can be realized, which allows functions to be selected, whether real, with preferably movements of the mechanism or can only run in the simulation without corresponding movements.
  • the simulation of all functions is activated, this allows a simulated production process to run, thus supporting the commissioning and allowing to check the configuration and parameterization of the injection molding system. If the physical system is put into operation in the next step, there is the certainty that the functions are set up correctly.
  • a logical switching device can be provided, with which in each case individual communication channels to functions (eg machine functions) via real-time Ethernet connections of real-time processors and I / O controllers either with the associated I / O controllers or with the associated real-time Ethernet interfaces (or communication partners or communication interfaces) of the simulation computer can be connected.
  • functions eg machine functions
  • I / O controllers either with the associated I / O controllers or with the associated real-time Ethernet interfaces (or communication partners or communication interfaces) of the simulation computer can be connected.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an injection molding machine with the
  • Circuit diagram of the components of a known controller is a circuit diagram of the controller according to a first embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a circuit diagram of the controller according to a second extended embodiment according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an injection molding machine with the circuit diagram of the components of a known controller.
  • Reference numeral 10 denotes an industrial PC which is connected to an operator console 20 via a computer-aided user interface 21 as a human-machine interface (HMI).
  • the injection molding machine can further be connected via connected components 30 for a production control system (MES) and the monitoring and control of the technical processes in a control level (SCADA).
  • MES production control system
  • SCADA control level
  • This connection of the industrial PC 10 to the control system component 30 can be realized by an Ethernet connection 31 based on TCP / IP.
  • the industrial PC 10 of the injection molding machine further communicates via a non-real-time Ethernet 31 with real-time computers 40, which in turn operate a plurality of I / O controllers 50 which are connected to sensors and actuators, which in the schematic representation of FIG. 1 are provided with the reference numeral 60.
  • the actuators / actuators form the actuators in the control loop of the units described below of the production cell 70 shown schematically.
  • different fieldbus systems with required bus cycles of less than 1 millisecond down to 100 microseconds, such as Ethernet / IP as an open industry standard, for which components are to be obtained, in particular, from members of the ODVA (Open DeviceNet Vendor Association).
  • connection lines 51 represent logical connections and not physical lines.
  • the connecting lines 51 may also be formed as connecting lines (ie, as physical lines). Both this number and the number and configuration of the I / O controller 50 is selected by way of example.
  • the technical implementation of the injection molding system is denoted by the reference numeral 70 connecting all assemblies for the machine as a whole, which comprises the sensor-actuator assemblies 60, the plastic injection molding machine 71, the tools 72, the handling units 73 and / or any peripheral devices 74 are assigned. It should be noted that usually just in addition to the machine 71 itself also an exchange of information with tool, handling and / or other peripherals 72, 73 and 74 takes place or that they are controlled directly. Peripherals can have their own operator consoles (not shown here).
  • FIG. 2 now shows a circuit diagram of the controller according to a first exemplary embodiment according to the invention, based on the controller according to FIG. 1.
  • the control elements explained below are also in other embodiments of a microprocessor-controlled control device for an injection molding system with at least one control interface 22 and at least one processor for at least one I / O controller 50 and a sensor / actuator unit 60 of a tool 72nd a production cell 70 of the injection molding machine 71 can be used.
  • the simulation environment 100 assumes a connection through the real-time Ethernet connections 41; Thus, it starts at the I / O controllers 50 of FIG.
  • the real-time computers 40 of the known controller according to FIG. 1 are connected via their individual dedicated real-time Ethernet connections 41 to corresponding real-time Ethernet interfaces 101, 102, 103 and 104 of the simulation environment 100.
  • Real-time Ethernet is also called shorter than RT-Ethernet.
  • the real-time Ethernet links 41 may also represent logical connection. Furthermore, it is not important how many connections exist or how they are arranged, rather it is important that the identical signals that would otherwise be exchanged with the I / O controllers are fed to the simulation environment 100.
  • the simulation environment 100 provides for each function of the controller (machine function) a simulated model of physical machine execution, which ideally behaves like the real physical machine function including the mechanics and / or error cases.
  • the controller therefore sees simulated I / O devices (eg, I / O controllers) and simulated sensors and actuators 160 with simulated functions of the machines 171, 172, 173, 174, and may be different from the physical designs (ie, of the real machine components).
  • the simulation environment 100 in FIG. 2 consists of one or more computers (simulation computer) with real-time operating systems 140 or computers with operating systems without real-time capability 110 that are connected via Ethernet 31 or real-time Ethernet connections 41.
  • the reference numerals 171, 172, 173, 174 designate a simulated plastic injection molding machine, a simulated tool, a simulated handling unit and a simulated peripheral device, which are to be understood as pure software which, depending on real-time requirements and computing power requirements, on the computers mentioned 1 10 and 140 is processed.
  • Parent is the simulation management 200, which preferably includes a remote control via an Ethernet line 31.
  • the simulation can also be configured and parameterized remotely from an office or by the application engineer at the machine manufacturer.
  • the simulations lationscopy 200 provides access to a model library, from which the models (eg simulation models of the individual machine components) can be obtained.
  • the elements of the simulation software per se are familiar to the person skilled in the art, for example from WO 2010/022495 and WO 2009/105797.
  • Essential in the context of the present invention is the connection of the simulation environment 100 to the real controller via the real-time Ethernet connections 41 present there to the real-time Ethernet interfaces 101, 102, 103, 104.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of the controller according to a second extended embodiment according to the invention.
  • the units 20 and 21 of FIG. 1 have been combined with the industrial PC 10 in an operating computer 22.
  • the exemplary embodiment of FIG. 3 comprises both the known actual machine 70 from FIG. 1 and the further elements simulation environment 100 from FIG. 2.
  • a logical switchover controller 300 is illustrated schematically, which is connected via one or more real-time Ethernet interfaces 301, 302, 303, 304.
  • An essential distinction to the embodiment of FIG. 2 is that the addressees and receivers of the messages or signals can be changed by the switching controller 300, so that the control either with the physical function (ie, with the real machine or plant) exchanges the information or signals with the simulated function.
  • the controller may be selectively connected to the injection molding equipment 70 (or to its individual components 71, 72, 73, 74) or to the simulation environment 100 by the switching controller 300.
  • the switching controller 300 is activated by a mode of operation of the controller and switched by appropriately selecting the functions. This switching is a function of the controller and is performed in the embedded CPU 40. The function of the non-selected characteristic or machine function is deactivated.
  • reference numerals 301, 302, 303, and 304 for the interfaces are chosen to that they correspond both to the connections of the real-time Ethernet connections 41 of the control device from the real-time processors 40 to either the I / O controllers 50 according to FIG. 1 or the interfaces 101 to 104 of the simulated sensor / actuator units 160 of the simulation environment 100.
  • the switching controller 300 allows and allows the user to switch between the two modes of operation on the switching controller 300 for each machine function actually controlled by the controller via a real-time computer 40 (eg, for each actuator / sensor element 60) either to simulate this function or this element of the machine with the simulation environment 100 or to work with this function or element via the associated I / O controller 50 on the real machine. Since the operating mode can be selected for each movement axis, mixed operation is also possible.
  • the monitoring and locking mechanisms of the core puller can be run using the tool simulation. It is then no longer necessary to provide provisional hydraulic cylinder with monitoring limit switch on the production plant.
  • the auxiliary controls can be checked by the fact that the closing unit only simulates moving, but the auxiliary controls actually move. This can reduce the risk of tool damage.
  • I / O controllers 50 There are more I / O controllers 50 shown in FIG. 3 than the four connections to the real-time processors 40. Basically, sensors / actuators 60 could be provided that are not simulated, although the possibility of full simulation is an advantageous embodiment.
  • the switching unit 300 according to FIG. 3 can alternatively be designed as a separate module. It can of course be connected via a simple Ethernet connection with their control devices such as the industrial PC 10 and its console 20, be connected to the simulation environment 100 or the simulation management 200, so that the switch is a downstream subordinate selection process.
  • a method for starting up an injection molding machine or injection molding plant has a step of simulating machine functions despite the lack of system components by simulation of the components. Alternatively or additionally, the method may include a step for simulating machine functions with increased risk of damage.
  • User interface 140 computer with real-time monitoring
  • Real-time computer 171 simulated plastic
  • Production cell 74 simulated peripheral device
  • Peripheral device 302 RT Ethernet interface

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Eine mikroprozessor-gesteuerte Steuerungseinhchtung für eine Spritzgiessanlage (70) setzt mindestens einen I/O-Controller (50) für eine Sensor/Aktor-Einheit (50) einer Spritzgiessmaschine (71) ein, um in einer koordinierten Weise Kunststoffteile herzustellen. Dabei ist der I/O-Controller (50) mit einem Echtzeit-Prozessor (40) der Steuerungseinrichtung über eine Echtzeit-Ethernet-Verbindung (41 ) verbunden. Es ist nun ein Simulationsrechner (100) vorgesehen, der über mindestens eine Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle (101) verfügt, die mit der Echtzeit-Ethernet-Verbindung (41) des besagten mindestens einen Echtzeit-Prozessors (40) an Stelle des zugehörigen I/O-Controllers (50) verbindbar ist, wobei der Simulationsrechner (100) ausgestaltet ist, um mindestens eine Maschinenfunktion (70, 71, 72, 73, 74) zu simulieren, indem in Echtzeit die Output-Signale der Steuerung durch den Simulationsrechner (100) verarbeitet und über Simulationsmodelle (160, 171, 172, 173, 174) die Input-Signale zur Steuerung in einer Weise geliefert werden, welche das Verhalten der Maschinenfunktion in Echtzeit simuliert.

Description

MIKROPROZESSOR-GESTEUERTE STEUERUNGSEINRICHTUNG FÜR EINE SPRITZGIESSANLAGE MIT EINEM
SIMULATIONSRECHNER
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikroprozessor-gesteuerte Steuerungseinrichtung für eine Spritzgiessanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik sind vielfältige mikroprozessor-gesteuerte Steuerungseinrichtungen für Spritzgiessanlagen bekannt. Diese richten sich auf den Einsatz einer Spritzgiessmaschine der Anlage, mit Werkzeugen gewünschte Teile zu produzieren. Neben mindestens einem solchen Werkzeug ist es bei komplexen Werkzeugen auch notwendig, einen oder mehrere Hilfsantriebe mit einzubeziehen. Meistens sind zusätzlich Handlinggeräte und weitere Peripheriegeräte beteiligt. Es kommt so üblicherweise eine beachtliche Produktionszelle zusammen, bei der die Maschine oft eine taktge- bende Aufgabe wahrnimmt.
Die Prozesse und die Werkzeuge werden immer komplexer und der Aufwand für die Inbetriebnahme und somit die Standzeit der Anlage steigen, ebenso das Risiko, beim Einfahren Produktionsmittel zu beschädigen und so weitere Standzeiten zu verursa- chen. Die Belastung der Einrichter wächst.
Bei der bekannten Vorgehensweise wird der Produktionsprozess auf der Produktionszelle schrittweise parametrisiert, konfiguriert und validiert. Es werden Überwachungen durch die Sensoren und Verriegelungen der Aktoren konfiguriert und ohne Werkzeug in Betrieb genommen, um das Risiko eines Schadens zu mindern. Es müssen Provisorien erstellt werden, um ohne Werkzeug zum Beispiel die Kernzugverriegelung zu validieren. Dies benötigt viel Zeit. Aus der WO 2010/022495 ist als Hilfestellung für die Auswahl der Komponenten einer solchen Produktionszelle ein virtuelles Modell einer Spritzgiessmaschine vorgesehen, für welche ein Einrichter verschiedene benötigte Komponenten auswählen und virtuell einsetzen kann. Eine direkte Hilfe beim realen Aufbau einer Produktionszelle mit den ausgewählten Teilen wird nicht gegeben.
Aus der WO 2009/105797 ist ein Verfahren zur benutzerseitig durch einen Grafikeditor unterstützten Erstellung, Änderung, Überwachung und/oder Optimierung des Ge- samtmaschinenablaufes einer programmgesteuerten Maschine oder Anlage bekannt. Dabei sollen an einem Grafikeditor die Maschinenabläufe synchronisiert programmiert werden, um die programmgesteuerte Maschine vorzu konfigurieren.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie diese Situation auf der Maschinenseite verbessert werden kann, um dem Einrichter einen schnelleren und sicheren Aufbau eine Produk- tionszelle zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird für eine Steuerung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine mikroprozessor-gesteuerte Steuerungseinrichtung für eine Spritzgiessanlage setzt mindestens einen I/O-Controller für eine Sensor/Aktor-Einheit einer Spritzgiessmaschine ein, um in einer koordinierten Weise Kunststoffteile herzustellen. Dabei ist der mindestens eine I/O-Controller mit mindestens einem Echtzeit-Prozessor der Steuerungseinrichtung über eine Echtzeit-Ethernet-Verbindung verbunden. Es ist nun ein Simulationsrechner vorgesehen, der über mindestens eine Echtzeit-Ethernet- Schnittstelle verfügt, die mit der Echtzeit-Ethernet-Verbindung des besagten mindestens einen Echtzeit-Prozessors an Stelle des zugehörigen I/O-Controllers verbindbar ist, wobei der Simulationsrechner ausgestaltet ist, um mindestens eine Maschinenfunktion (z.B., eine Maschinenfunktion der Spritzgießmaschine) zu simulieren, indem in Echtzeit die Output-Signale der Steuerung durch den Simulationsrechner verarbeitet und über Simulationsmodelle die Input-Signale zur Steuerung in einer Weise gelie- fert werden, welche das Verhalten der Maschinenfunktion in Echtzeit simuliert.
Der Simulationsrechner bzw. die Simulationsumgebung kann über die Simulationsmodelle die Input-Signale zur Steuerung in einer Weise liefern, welche das Verhalten der Maschinenfunktion in Echtzeit derart simuliert, dass dasselbe Verhalten entsteht wie bei einer physischen Ausführung.
Der Simulationsrechner bzw. die Simulationsumgebung kann also derart ausgestaltet sein, um das physikalische Verhalten, beispielsweise eines Aktors, der durch den Aktor bewegten Mechanik und/oder der durch die bewegte Mechanik aktivierten Senso- ren, durch Modellrechnungen zu simulieren. Die Steuerung kann Steuersignale für den Aktor erzeugen und erhält in Echtzeit über die Modellrechnung der Simulation die Reaktion der virtuellen Mechanik und Sensoren, genau so, wie wenn anstelle der Modellrechnung die physische Ausführung dieser Funktion vorhanden wäre. Als Funktion (Maschinenfunktion) kann eine Fähigkeit der Maschine bezeichnet werden, z.B. die Fähigkeit eine Achse zu bewegen. Als Achse kann der Freiheitsgrad einer Mechanik in einer Linear- oder Rotationsachse bezeichnet werden oder eines Prozesses mit einem Freiheitsgrad von Parameter. Beispielsweise das Verschieben eines Aggregates nach vorn oder zurück; das Öffnen, Schließen und Kraftaufbauen einer Schließeinheit (z.B. der Spritzgießmaschine); oder das Ein- und Ausfahren eines Werkzeugs (z.B. Werkzeugkernes). Für die Simulation kann immer eine für sich abgeschlossene Funktion behandelt werden.
Basierend auf den Echtzeit-Ethernet-Verbindungen können Kommunikationskanäle zu den einzelnen Funktionen vorgesehen sein. Die Kommunikationskanäle oder die Funktionen können, müssen aber nicht auf einzelne Echtzeit-Ethernet-Verbindungen beschränkt sein. Die Erfindung basiert auf der Einsicht, dass eine Betriebsart der Maschine von Vorteil wäre, in der sich die Maschine und ihre Komponenten nicht bewegen, und so die Programmierung und die Parametrierung der Steuerung erstellt und überprüft werden kann, ohne dass die reellen Komponenten verfügbar sein müssen oder, wenn sie ver- fügbar sind, nicht bewegt werden müssen. Es ist dabei das Ziel, dass sich die simulierte Funktion gleich verhält wie die reelle Funktion.
Die reelle Maschine und ihr Umfeld kann so durch eine Simulation der Maschinenphysik ersetzt werden und die Maschinensteuerung mit der Simulation kann sich gleich verhalten wie die Maschinensteuerung mit der reellen Maschine mit ihrem Umfeld. Mit anderen Worten, die Simulation kann eine Funktion der realen Maschinen widerspiegeln.
Vorteilhafterweise ist die Steuerung und die Maschinensimulation in einem Büro ohne Produktionszelle lauffähig, sodass die Konfiguration und die Parametrierung des Produktionsprozesses losgelöst von der Maschine in der Arbeitsvorbereitung vorgenommen werden kann. Dazu sind eine entsprechende Laufzeit-Umgebung, die Maschinendaten und die Simulationsmodelle der beteiligten Komponenten notwendig. Die Simulationsumgebung kann alle relevanten Funktionen der Maschine (Maschinenfunktionen) oder der Produktionszelle aufweisen. Die Simulationsumgebung kann auf einer erweiterten Steuerung ablaufen (z.B., ein Simulationsrechner). Damit kann die Steuerung ohne weitere Zusatzausrüstung autonom eine Maschine oder eine Spritzgießanlage simulieren. Die Simulationsumgebung verarbeitet in Echtzeit die Output- Signale der Steuerung und liefert über die Simulationsmodelle die Input-Signale zur Steuerung in einer Weise, welche das Verhalten der physischen Ausführung (d.h., der Maschinenfunktion oder das Verhalten der reellen Maschine oder Maschinenkomponente) in Echtzeit simuliert. Dabei können auch Fehlersituationen und/oder Grenzwerte in den Modellen abgebildet werden.
Vorzugsweise kann ferner eine Auswahl struktur realisiert sein, welche es erlaubt, Funktionen auszuwählen, ob sie real, mit vorzugsweise Bewegungen der Mechanik oder nur in der Simulation, ohne entsprechende Bewegungen, ablaufen können. Bei Aktivierung der Simulation aller Funktionen erlaubt dies einen simulierten Produktions- Prozess ablaufen zu lassen und so die Inbetriebnahme zu unterstützen und zu erlauben die Konfiguration und Parametrierung der Spritzgießanlage zu überprüfen. Wird im nächsten Schritt die physische Anlage in Betrieb genommen, besteht die Gewissheit, dass die Funktionen richtig aufgesetzt sind.
Ferner kann eine logische Umschalteinrichtung vorgesehen sein, mit der jeweils einzelne Kommunikationskanäle zu Funktionen (z.B. Maschinenfunktionen) über Echt- zeit-Ethernet-Verbindungen von Echtzeit-Prozessoren und I/O-Controllern wahlweise entweder mit den zugehörigen I/O-Controllern oder mit den zugehörigen Echtzeit- Ethernet-Schnittstellen (bzw. Kommunikationspartnern oder Kommunikationsschnittstellen) des Simulationsrechners verbindbar sind. Damit ist es möglich, die Simulation der Maschine oder der Produktionszelle, die eine Maschine enthält, losgelöst von der physischen Anwesenheit der beschriebenen Systeme an einem beliebigen Ort auf einem geeigneten Rechnersystem zu betreiben. Damit können Rezepte und Prozesse erarbeitet und gestestet werden, indem die entsprechenden Daten der Systeme der Simulation bekannt gemacht werden, was vor- zugsweise über eine Datenübertragung geschieht.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Spritzgiessmaschine mit dem
Schaltbild der Komponenten einer bekannten Steuerung; Fig. 2 ein Schaltbild der Steuerung gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung; und
Fig. 3 ein Schaltbild der Steuerung gemäss einem zweiten erweitertem Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Spritzgiessmaschine mit dem Schalt- bild der Komponenten einer bekannten Steuerung. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Industrie-PC bezeichnet, welcher mit einer Bedienerkonsole 20 über eine computergestützte Benutzerschnittstelle 21 als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) verbunden ist. Die Spritzgiessmaschine kann weiter über angebundene Komponenten 30 für ein Produktionsleitsystem (MES) und die Überwachung und Steuerung der techni- sehen Prozesse in einer Leitebene (SCADA) verbunden. Diese Verbindung des Industrie-PC 10 mit der Leitsystem-Komponente 30 kann durch eine Ethernetverbin- dung 31 basierend auf TCP/IP realisiert sein.
Der Industrie-PC 10 der Spritzgiessmaschine kommuniziert des Weiteren über ein nicht Echtzeit-Ethernet 31 mit Echtzeitrechnern 40, die ihrerseits eine Vielzahl von l/O- Controllern 50 bedienen, die mit Sensoren und Aktoren verbunden sind, die in der schematischen Darstellung der Fig. 1 pauschal mit dem Bezugszeichen 60 versehen sind. Die Aktoren / Aktuatoren bilden die Stellglieder im Regelkreis der nachfolgend beschriebenen Einheiten der schematisch dargestellten Produktionszelle 70. Für die Realisierung der Echt-Zeit-Ethernet 41 Verbindungen und den Schnittstellen der Echtzeitrechner 40 sind aus dem Stand der Technik verschiedene Feldbussysteme mit benötigten Buszyklen von weniger als 1 Millisekunde bis hinab zu 100 Mikrosekunden bekannt, wie Ethernet/IP als offener Industriestandard, für das Komponenten insbesondere durch Mitglieder der ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) zu bezie- hen sind. Dabei sind die Verbindungen zwischen I/O-Controllern 50 und Sensor/Aktor-Einheiten 60 mit einer Vielzahl von hier jeweils fünf Verbindungslinien 51 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel repräsentieren die Verbindungslinien 51 logische Verbindungen und nicht physische Leitungen. Alternativ hierzu können die Verbindungslinien 51 auch als Verbindungsleitungen (d.h., als physische Leitungen) ausgebildet sein. Sowohl diese Anzahl als auch die Anzahl und Ausgestaltung der I/O Controller 50 ist beispielhaft gewählt. Die technische Umsetzung der Spritzgiessanlage ist mit dem alle Baugruppen verbindenden Bezugszeichen 70 für die Maschine insgesamt bezeichnet, welche die Sensor-Aktor-Baugruppen 60 umfasst, die der Kunststoff- Spritzgiessmaschine 71 , den Werkzeugen 72, den Handlings-Einheiten 73 und/oder allfälligen Peripheriegeräten 74 zugeordnet sind. Dabei ist zu notieren, dass üblicherweise eben zusätzlich zur Maschine 71 selber auch ein Informationsaustausch mit Werkzeug-, Handling- und/oder weiteren Peripheriegeräten 72, 73 und 74 stattfindet oder dass diese direkt gesteuert werden. Peripheriegeräte können ihrerseits eigene Bedienkonsolen haben (hier nicht dargestellt).
Wie eingangs erwähnt ist bei der bekannten Vorgehensweise der Einstellung der Steuerung des Produktionsprozesses auf der Produktionszelle 70 diese schrittweise parametrisiert, konfiguriert und validiert.
Die Fig. 2 zeigt nun ein Schaltbild der Steuerung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, aufbauend bei der Steuerung nach Fig. 1 . Mit anderen Worten, es wird bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung von der vorgestellten Produktionszelle 70 und der Steuerung durch den Industrie-PC 10 ausgegangen und die neuen Steuerungselemente schematisch dargestellt. Gleiche Merkmale sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Natürlich sind die nachfolgend erläuterten Steuerungselemente auch bei anderen Ausgestaltungen einer mik- roprozessor-gesteuerten Steuerungseinrichtung für eine Spritzgiessanlage mit mindestens einem Bedien interface 22 und mindestens einem Prozessor für mindestens einen I/O-Controller 50 und einen Sensor/Aktor-Einheit 60 eines Werkzeuges 72 einer Produktionszelle 70 der Spritzgiessmaschine 71 einsetzbar. Die Simulations-Umgebung 100 geht von einer Anbindung durch die Echtzeit-Ethernet Verbindungen 41 aus; setzt also an den I/O-Controllern 50 der Fig. 1 an. Die Echtzeitrechner 40 der bekannten Steuerung nach Fig. 1 werden über ihre einzelnen dedizier- ten Echtzeit-Ethernet Verbindungen 41 an entsprechende Echtzeit-Ethernet-Schnitt- stellen 101 , 102, 103 und 104 der Simulationsumgebung 100 verbunden. Dabei wird Echtzeit-Ethernet auch kürzer als RT-Ethernet bezeichnet. Alternativ können die Echtzeit-Ethernet Verbindungen 41 ebenfalls logische Verbindung repräsentieren. Ferner ist es nicht wichtig wie viele Verbindungen existieren oder wie sie angeordnet sind, vielmehr ist es wichtig, dass die identischen Signale, die sonst mit den I/O-Contollern ausgetauscht werden, der Simulationsumgebung 100 zugeführt werden.
Die Simulationsumgebung 100 bietet für jede Funktion der Steuerung (Maschinenfunktion) ein simuliertes Modell der physischen Maschinen-Ausführung an, das sich idealer Weise wie die reale physische Maschinen-Funktion inkl. der Mechanik und/oder Fehlerfälle verhält. Die Steuerung sieht daher simulierte I/O-Devices (z.B. I/O-Controller) und simulierte Sensoren und Aktoren 160 mit simulierten Funktionen der Maschinen und Geräte 171 , 172. 173, 174 und kann sie von den physischen Ausgestaltungen (d.h., von den reellen Maschinenkomponenten) nicht unterscheiden. Die Simulations-Umgebung 100 in Fig. 2 besteht aus einem oder mehreren Rechnern (Simulationsrechner) mit Echtzeitbetriebssystemen 140 oder Rechnern mit Betriebssystemen ohne Echtzeitfähigkeit 1 10, die über Ethernet 31 oder Echtzeit-Ethernet- Verbindungen 41 verbunden sind. Die Bezugszeichen 171 , 172, 173, 174 bezeichnen eine simulierte Kunststoff- Spritzgiessmaschine, ein simuliertes Werkzeug, eine simulierte Handlings-Einheit und ein simuliertes Peripheriegerät, die als reine Software zu verstehen sind, welche, je nach Echtzeitanforderungen und Rechenleistungsbedarf, auf den genannten Rechnern 1 10 und 140 abgearbeitet wird. Übergeordnet ist die Simulationsverwaltung 200, die vorzugsweise eine Fernsteuerung über eine Ethernet-Leitung 31 beinhaltet. Damit lässt sich die Simulation auch Remote von einem Büro aus oder durch den Anwendungstechniker beim Maschinenhersteller konfigurieren und parametrieren. Die Simu- lationsverwaltung 200 ermöglicht einen Zugriff auf eine Modellbibliothek, aus der die Modelle (z.B. Simulationsmodelle der einzelnen Maschinenkomponenten) bezogen werden können. Die Elemente der Simulationssoftware an sich sind dem Fachmann geläufig, beispielsweise aus WO 2010/022495 und WO 2009/105797. Wesentlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Anschluss der Simulationsumgebung 100 an die reale Steuerung über die dort vorliegenden Echtzeit-Ethernet-Verbindungen 41 an den Echtzeit-Ethernet-Schnittstellen 101 , 102, 103, 104.
Die Fig. 3 zeigt ein Schaltbild der Steuerung gemäß einem zweiten erweiterten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Dabei sind die Einheiten 20 und 21 der Fig. 1 mit dem Industrie-PC 10 in einem Bedienrechner 22 zusammengefasst worden. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 umfasst sowohl die bekannte tatsächliche Maschine 70 aus Fig. 1 als auch die weiteren Elemente Simulationsumgebung 100 aus Fig. 2. Zusätzlich ist schematisch eine logische Umschaltungssteuerung 300 dargestellt, die über eine oder mehrere Echtzeit-Ethernet-Schnittstellen 301 , 302, 303, 304 verfügt. Ein wesentlicher Unterscheid zu der Ausgestaltung nach Fig. 2 ist, dass die Adressaten und Empfänger der Meldungen oder Signale durch die Umschaltungssteuerung 300 geändert werden können, so dass die Steuerung entweder mit der physischen Funktion (d.h., mit der reellen Maschine bzw. Anlage) oder mit der simulierten Funktion die Informationen bzw. Signale austauscht. Mit anderen Worten, die Steuerung kann durch die Umschaltungssteuerung 300 wahlweise mit der Spritzgießanlage 70 (oder mit deren einzelnen Komponenten 71 , 72, 73, 74) oder mit der Simulationsum- gebung 100 verbunden werden. Die Umschaltungssteuerung 300 wird durch eine Betriebsart der Steuerung aktiviert und durch entsprechende Auswahl der Funktionen umgeschaltet. Diese Umschaltung ist eine Funktion der Steuerung und wird in der embedded CPU 40 ausgeführt. Die Funktion der nicht gewählten Ausprägung oder Maschinenfunktion wird deaktiviert.
Alternativ, beispielsweise bei einer Ausgestaltung mit physischen Verbindungsleitungen, sind die Bezugszeichen 301 , 302, 303 und 304 für die Schnittstellen so gewählt, dass sie sowohl für die Verbindungen der Echtzeit-Ethernetverbindungen 41 der Steuerungseinrichtung von den Echtzeitprozessoren 40 zu entweder den l/O- Controllern 50 entsprechend Fig. 1 oder den Schnittstellen 101 bis 104 der simulierten Sensor/Aktoren-Einheiten 160 der Simulationsumgebung 100 entsprechen.
Mit anderen Worten, die Umschaltungssteuerung 300 gestattet es und gibt dem Benutzer die Möglichkeit, an der Umschaltungssteuerung 300 für jede durch die Steuerung über einen Echtzeitrechner 40 tatsächlich gesteuerte Maschinenfunktion (z.B. für jedes Aktor/Sensor-Element 60) zwischen den zwei Betriebsarten hin- und herzu- schalten, also entweder diese Funktion oder dieses Element der Maschine mit der Simulationsumgebung 100 zu simulieren oder mit dieser Funktion oder diesem Element über den zugehörigen I/O-Controller 50 auf der realen Maschine zu arbeiten. Da für jede Bewegungsachse die Betriebsart gewählt werden kann, ist auch ein Mischbetrieb möglich.
Wenn zum Beispiel ein Werkzeug noch fehlt, können die Überwachungen und Verriegelungen der Kernzüge mittels der Werkzeug-Simulation gefahren werden. Es ist dann nicht mehr notwendig, an der Produktionsanlage provisorische Hydraulikzylinder mit Überwachungsendschalter vorzusehen.
Ist ein empfindliches Werkzeug montiert, können die Hilfssteuerungen überprüft werden, indem sich die Schliesseinheit nur simuliert bewegt, die Hilfssteuerungen sich aber tatsächlich bewegen. So kann das Risiko eines Werkzeugschadens vermindert werden.
Es sind in der Fig. 3 mehr I/O-Controller 50 dargestellt als die vier Verbindungen zu den Echtzeitprozessoren 40. Grundsätzlich könnten Sensoren/Aktoren 60 vorgesehen sein, die nicht simuliert werden, obwohl die Möglichkeit der vollständigen Simulation ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist.
Die Umschaltungseinheit 300 gemäß Fig. 3 kann alternativ als gesonderte Baugruppe ausgeführt werden. Sie kann natürlich über eine einfache Ethernetverbindung mit an- deren Steuereinrichtungen wie dem Industrie-PC 10 und dessen Konsole 20, mit der Simulationsumgebung 100 oder mit der Simulationsverwaltung 200 verbunden sein, damit die Umschaltung ein nachgeschalteter untergeordneter Auswahlprozess ist. Ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer Spritzgießmaschine oder Spritzgießanlage weist beispielsweise einen Schritt der Simulation von Maschinenfunktionen trotz Fehlen von Anlagenkomponenten durch Simulation der Komponenten auf. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren einen Schritt zur Simulation von Maschinenfunktionen bei erhöhter Gefahr von Schäden aufweisen.
BEZUGSZEICHENLISTE
Industrie-PC 1 10 Rechner ohne Echtzeitbe¬
Bedienerkonsole triebssystem
Benutzerschnittstelle 140 Rechner mit Echtzeitbe¬
Bedienrechner triebssystem
Leitsystem-Komponenten 160 Simulierte Sensor/Aktor-
Ethernet-Verbindung Einheit
Echtzeitrechner 171 simulierte Kunststoff-
Echtzeit-Ethernet Spritzgiessmaschine l/0-Controllern 172 simuliertes Werkzeug
Verbindungsleitung 173 simulierte Handlings-
Sensor/Aktor Einheit
Produktionszelle 74 simuliertes Peripheriegerät
Kunststoff- 200 Simulationsverwaltung
Spritzgiessmaschine 300 Umschaltungssteuerung
Werkzeug 301 Echtzeit (RT)-Ethernet-
Handlings-Einheit Schnittstelle
Peripheriegerät 302 RT-Ethernet-Schnittstelle
Simulationsumgebung 303 RT-Ethernet-Schnittstelle
Echtzeit-(RT)-Ethernet- 304 RT-Ethernet-Schnittstelle
Schnittstelle
RT-Ethernet-Schnittstelle
RT-Eth ern et-Sch n ittstel I e
RT-Ethernet-Schnittstelle

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Mikroprozessor-gesteuerte Steuerungseinrichtung für eine Spritzgiessanla- ge (70; 71 , 72, 73, 74) mit mindestens einem Bedien interface (20, 21 ), mindestens einem Prozessor (10, 40) und mindestens einem I/O-Controller (50) für eine Sensor/Aktor-Einheit (60) einer Spritzgiessmaschine (71 ), um in einer koordinierten Weise Kunststoffteile herzustellen, wobei der mindestens eine I/O-Controller (50) mit mindestens einem Echtzeit-Prozessor (40) der Steuerungseinrichtung über eine Echtzeit-Ethernet-Verbindung (41 ) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Simulationsrechner (100) vorgesehen ist, der über mindestens eine Echt- zeit-Ethernet-Schnittstelle (101 , 102, 103, 104) verfügt, die mit der Echtzeit- Ethernet-Verbindung (41 ) des besagten mindestens einen Echtzeit-Prozessors (40) an Stelle des zugehörigen I/O-Controllers (50) verbindbar ist, wobei der Simulationsrechner (100) ausgestaltet ist, um mindestens eine Maschinenfunktion (70, 71 , 72, 73, 74) zu simulieren, indem in Echtzeit die Output-Signale der Steuerung durch den Simulationsrechner (100) verarbeitet und über Simulationsmodelle (160, 171 , 172, 173, 174) die Input-Signale zur Steuerung in einer Weise geliefert werden, welche das Verhalten der Maschinenfunktion (70, 71 , 72, 73. 74) in Echtzeit simuliert.
2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine logische Umschalteinrichtung (300) vorgesehen ist, mit der jeweils einzelne Kommunikationskanäle zu Maschinenfunktionen über Echtzeit-Ethernet- Verbindungen (41 ) von Echtzeit-Prozessoren (40) und I/O-Controllern (50) wahlweise entweder mit den zugehörigen I/O-Controllern (50) oder mit den zugehörigen Kommunikationspartnern (101 , 102, 103, 104) des Simulationsrechners (100) verbindbar sind.
3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der I/O-Controller (60) eine Sensor/Aktor-Einheit (50) eines Werkzeuges (72) ist und dass der Simulationsrechner (100) eine zugehörige Werkzeugsimulation (172) umfasst.
4. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Simulationsverwaltung (200) vorgesehen ist, mit der sowohl der Simulationsrechner (100) als auch die Umschalteinrichtung (300) steuerbar ist.
5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationsverwaltung (200), der Simulationsrechner (100) und die Umschalteinrichtung (300) über eine Datenkommunikationsverbindung, insbesondere eine Ethernetverbindung, verbunden sind.
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