ES2335865T3 - Sistema de control modular para maquina de conformacion de vidrio. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de control modular para controlar una máquina de conformación de vidrio que tiene un ciclo operativo dividido en una pluralidad de subciclos operativos, que comprende: al menos una unidad de control central; al menos una unidad de control de máquina que está conectada a la unidad de control central a través de un bus de datos; y una pluralidad de unidades de control periféricas que están conectadas a la unidad de control de máquina a través de buses de datos relacionados; en el que la unidad de control central está adaptada para emitir una pluralidad de órdenes a al menos una unidad de control periférica en secuencia durante cada subciclo operativo; la unidad de control de máquina está adaptada para distribuir información de control recibida a través del bus de datos a la pluralidad de unidades de control periféricas en tiempo real; y al menos una unidad de control periférica está configurada para controlar al menos una unidad de accionamiento periférica, y para recopilar información de realimentación durante al menos un subciclo para determinar el control para un siguiente subciclo operativo en función de la información de realimentación.
Description
Sistema de control modular para máquina de
conformación de vidrio.
La presente invención se refiere a un sistema de
control para una máquina de conformación de vidrio y, en
particular, a un sistema de control modular y a un procedimiento de
control relacionado para una máquina de conformación de vidrio.
En el documento
US-A-4,705,552 se describe un
aparato de conformación de material de vidrio con control
distribuido. El aparato de conformación de material de vidrio tiene
una jerarquía de controladores de supervisión a nivel de la
máquina, controladores de sección y controladores de mecanismo
individual. Los controladores de mecanismo pueden dedicarse al
control de una diversidad de funciones que admiten control
automatizado, tal como servocontrol de motores eléctricos,
secuenciación de válvulas de solenoide, generación de señales de
alarma, etc. Los controladores de mecanismo incluyen programas de
control separados diseñados para sus mecanismos de conformación
asociados, y están sujetos a control de temporización de
encendido/apagado en tiempo real a partir de los controladores a
nivel de sección. En general, el controlador de máquina y el
controlador de E/S de operario se encargan de la configuración, las
modificaciones de operario durante la operación y otras
interacciones "no en tiempo real" con los controladores de
mecanismo. El controlador de máquina también coordina la operación
de una pluralidad de controladores de mecanismo según parámetros a
nivel de la máquina.
En el documento
US-A-5,580,366 se describe un
controlador de fabricación de material de vidrio automatizado. En
este caso, un sistema de producción de vidrio incluye una máquina de
conformación de vidrio que tiene una pluralidad de mecanismos
operativos para convertir gotas de vidrio fundido en recipientes de
vidrio huecos, siendo una pluralidad de válvulas de solenoide
sensibles a señales de accionamiento de válvula para operar la
pluralidad de mecanismos de operativos, y estando acoplados
individualmente una pluralidad de circuitos de accionamiento de
válvula a las válvulas de solenoide y siendo sensibles a señales de
control para operar las válvulas y mecanismos operativos en
sincronización y en secuencia para fabricar los recipientes de
vidrio.
Durante un largo periodo de tiempo, las máquinas
de conformación de vidrio, por ejemplo, del tipo IS, se han usado
para producir tipos adecuados de artículos de vidrio. En general,
los sistemas de control para máquinas de conformación de vidrio de
este tipo tienen una arquitectura centralizada, en la que unidades
periféricas están conectadas a un único sistema de control
centralizado.
Uno de estos tipos de sistemas de control se
muestra en la figura 1.
Tal como se muestra en la figura 1, una máquina
100 de conformación de vidrio se divide en una pluralidad de
secciones 102, 104, 106, 108. La unidad de control periférica de
cada una de tales secciones está conectada a través de cables 110,
112, 114, 116 dedicados a una unidad 118 de control central.
La arquitectura del sistema de control mostrada
en la figura 1 es desventajosa porque esta solución centralizada
requiere para cada funcionalidad, por ejemplo, la válvula de
solenoide, un conductor de cable y además un cable de retorno usado
comúnmente. Además, el conductor se usa también para suministrar la
energía necesaria para la operación de la válvula de solenoide.
Para aplicaciones habituales, la distancia del cable es de 50 m o
incluso más. Puesto que fluyen corrientes de aproximadamente 350 mA
por válvula de solenoide, es necesario tener una sección
transversal aumentada del conductor para reducir la caída de
tensión, por ejemplo, con una distancia del cable que supere 50 m,
una sección transversal del conductor de 1 mm^{2}. Un número
típico de conductores por cable de bloque de válvula asciende a 50,
y por tanto el cable tendrá un diámetro de aproximadamente 30 mm.
En el lado de máquina IS, el cable se protegerá adicionalmente con
un conducto armado de acero flexible, que aumenta aún más el
diámetro.
Para superar estas deficiencias en el documento
EP 1 184 754 A2, se propone un sistema de control para una máquina
de conformación de vidrio que comprende una unidad de control
central, una pluralidad de unidades periféricas inteligentes y un
bus serie interpuesto entre la unidad de control central y las
diferentes unidades periféricas inteligentes. Aunque un enfoque de
este tipo mejora la flexibilidad al menos en cierta medida, no
obstante, permanecen inconvenientes importantes. Un primer
inconveniente de este tipo es que prever un bus serie impone
restricciones de tiempo críticas para la transferencia de datos
entre la unidad de control central y las unidades periféricas. Aún
otra restricción es que se mantiene la división de funcionalidad
entre una unidad periférica que se prevé en relación con secciones
de la máquina de conformación de vidrio y una unidad de control
central, tal como se muestra en la figura 1, lo que restringe mucho
la flexibilidad de la arquitectura del sistema de control.
En vista de lo anterior, el objetivo de la
invención es conseguir una modularidad en un sistema de control
modular para una máquina de conformación de vidrio, a nivel tanto
estructural como funcional.
Hasta ahora, según la presente invención, se
prevé un sistema de control modular para una máquina de conformación
de vidrio, que comprende las características de la reivindicación
1.
Una ventaja importante de la presente invención
es que supera la restricción sobre la arquitectura del sistema de
control que se conocía previamente a través de la introducción de
una subunidad del sistema de control a nivel de la máquina. En
otras palabras, la presente invención ya no tiene que basarse en una
división de funcionalidad entre una unidad de control centralizada
y unidades periféricas, sino que permite la introducción de
unidades de control a nivel intermedio como la unidad de control de
máquina para optimizar la modularidad del sistema, a nivel tanto
funcional como estructural.
En otras palabras, puede conseguirse fácilmente
una extensión de una máquina de conformación de vidrio y del
sistema de control relacionado simplemente añadiendo unidades de
control periféricas adicionales.
Debe indicarse que la topología en estrella
usada para el presente sistema de control modular, es decir, una
conexión en estrella para la unidad de control central a la al menos
una unidad de control de máquina, y conexiones en estrella
relacionadas adicionales desde la unidad de control de máquina a
unidades de control periféricas relacionadas, está adaptada
perfectamente para soportar la modularidad cuando se extienden las
máquinas de conformación de vidrio y los sistemas de control
relacionados instalados.
Normalmente, el sistema de bus realizado se
operará en serie, en el que se proporciona información, que se
solicita por sí en paralelo en la unidad de control periférica, a
través de acceso múltiple por división de tiempo en serie a través
del bus. Cada bus serie de este tipo transmitirá la información
solicitada de manera multiplexada en el tiempo usando sólo un
conductor. Puesto que las unidades periféricas sólo consumirán muy
poca corriente, habrá una caída de tensión muy pequeña también en
caso de que se reduzca la sección transversal de los conductores en
el sistema de bus serie. Puesto que las unidades de accionamiento
requeridas para la operación de las unidades periféricas están
dispuestas muy próximas a las unidades periféricas relacionadas, la
energía necesaria para la operación de estas unidades puede
proporcionarse por separado, es decir, no a través del sistema de
bus, para conseguir una capacidad de manejo mejorada.
Según otra realización preferida de la presente
invención, al menos una unidad de control periférica está integrada
en un alojamiento que puede fijarse a un dispositivo controlado por
la unidad de control periférica.
Una ventaja importante de esta realización
preferida de la presente invención es que el espacio que de todos
modos está disponible en alojamientos previstos, por ejemplo, para
conectores que pueden fijarse a bloques de válvula, se usa para
alojar subcomponentes del sistema de control modular. Esto consigue,
en primer lugar, evitar alojamientos adicionales y por tanto
ahorrar costes y, en segundo lugar, prever unidades de control
periféricas en proximidad inmediata de esos actuadores/sensores que
se controlan de este modo.
Según otra realización preferida, al menos una
unidad de control periférica controla al menos una unidad de
accionamiento periférica. Preferiblemente, la unidad de
accionamiento periférica comprende una unidad de medición adaptada
para medir una corriente que fluye al interior de una unidad
periférica accionada por la unidad de accionamiento periférica.
Como alternativa, la unidad de medición puede adaptarse para medir
una tensión aplicada a través de la unidad periférica. Además, la
unidad de medición puede medir un valor analógico de corriente y/o
tensión y/o determinar una clasificación de medición, por ejemplo,
valor alto, valor correcto, valor bajo.
Una ventaja importante de esta realización
preferida de la presente invención es la generación de información
de fallo para una respuesta inmediata a un caso de fallo. Además, la
previsión de una unidad de medición permite un apagado automatizado
al producirse una situación de fallo en el sistema de control
modular sin la intervención del operario de la máquina de
conformación de vidrio.
Otra ventaja importante es la opción de
proporcionar información útil acerca de una situación de fallo en
una consola de operario de la máquina de conformación de vidrio para
soportar la acción de corrección del fallo.
Según otra realización preferida de la presente
invención, la unidad de control de máquina comprende una unidad de
parada de mantenimiento adaptada para procesar señales relacionadas
con la seguridad de una manera autónoma en vista de
especificaciones de seguridad.
Una primera ventaja de esta realización es que
la información y funcionalidad relacionada con la seguridad se
maneja usando el sistema de bus. Esto permite facilitar el cableado
y el intercambio de información de señal relacionada con la
seguridad a unidades de control correspondientes en el sistema. En
particular, esta realización preferida de la presente invención es
muy adecuada para máquinas de conformación de vidrio que tienen una
pluralidad de secciones, en las que cada sección tiene su propio
panel de servicio con lámparas, botones e interruptores, por
ejemplo botones de parada de mantenimiento. En este caso, al
contrario que las soluciones conocidas que se basan en una conexión
electromagnética entre el botón de parada de mantenimiento y la
subunidad del sistema que maneja la señal de parada de mantenimiento
y además de aquéllas que lo hacen en una corriente de circuito
cerrado que se conecta por cable en paralelo, la presente invención
consigue un acoplamiento basado en bus mucho más eficaz del botón
de parada de mantenimiento a las subunidades del sistema de control
relacionadas basándose en un enfoque de sistema integrado basado en
bus.
Otra ventaja se consigue cuando la unidad de
parada de mantenimiento se combina con la unidad de medición
explicada anteriormente, ya que entonces el manejo de una situación
de fallo puede realizarse completamente de manera autónoma en la
unidad de control de máquina sin la intervención de la unidad de
control central. En primer lugar, los medios de procesamiento local
reducen el tiempo de retardo para una transmisión de datos
relacionada con la seguridad, y por tanto aumentan la seguridad. En
segundo lugar, se reduce la carga de procesamiento en la unidad de
control central, consiguiendo por tanto una reducción adicional de
la carga de procesamiento y el ancho de banda de transmisión
requerido. Debe indicarse que sólo la arquitectura modular del
sistema de control descrita anteriormente permite tales ventajas
con respecto al procesamiento local de la información.
Según una realización preferida adicional, la
unidad de parada de mantenimiento está adaptada para recibir
señales relacionadas con la seguridad a través de diferentes canales
de entrada para un procesamiento redundante usando hardware
paralelo.
La duplicación de hardware para la unidad de
parada de mantenimiento aumenta el nivel de seguridad del sistema
de control modular. Además, prever diferentes canales de entrada,
que no tienen que operarse necesariamente según el mismo protocolo
que el bus de datos previsto entre los diferentes subcomponentes del
sistema de control modular, permite una adaptación óptima a asuntos
relacionados con la seguridad dentro del sistema de control
modular.
Según otra realización preferida de la presente
invención, el sistema de control modular comprende al menos dos
unidades de procesamiento en las unidades de control central que
están conectadas a través de una red de área local.
Preferiblemente, aunque que todas las unidades de procesamiento usan
una unidad de visualización común, el comportamiento del sistema en
la unidad de visualización es independiente del número real de
unidades de procesamiento.
La ventaja principal de esta realización
preferida es que la modularidad no sólo se consigue con respecto a
la arquitectura global del sistema de control, sino también en los
diferentes niveles de jerarquía en la arquitectura, en este caso el
nivel más alto. Dependiendo de los requisitos de procesamiento
impuestos sobre la unidad de control central, es posible extender
fácilmente las capacidades de procesamiento.
Según otra realización preferida, los diferentes
componentes de la unidad de control central están alojados en un
bastidor multifuncional. Preferiblemente, el bastidor multifuncional
está adaptado para alojar una unidad de accionamiento de válvula,
una unidad de salida analógica, una unidad de entrada binaria o una
unidad de procesamiento central, cualquiera que sea adecuada.
Una ventaja importante de esta realización
preferida es que en el momento de configurar el sistema de control
modular, no es necesario asignar de antemano el bastidor para todos
los componentes en el nivel de jerarquía central. Suponiendo que un
bastidor multifuncional tiene un número suficiente de posiciones
para enchufar, es posible extender fácilmente la funcionalidad del
sistema de control modular de la máquina de conformación de vidrio
simplemente añadiendo componentes enchufables adicionales que llevan
unidades de procesamiento, accionadores de válvula, salidas
analógicas, entradas binarias, etc.
Aún otra realización preferida de la presente
invención está relacionada con conseguir una interconexión entre el
sistema de control modular y un controlador de lógica programable.
Preferiblemente, se proporcionan salidas virtuales al controlador
de lógica programable para retransmitir información de estado
interno del sistema de control modular al controlador de lógica
programable, y también preferiblemente, entradas virtuales para la
entrada de una orden de control desde el controlador de lógica
programable al sistema de control modular.
Una ventaja importante de estas realizaciones
preferidas de la presente invención es que puede influirse en la
operación del sistema de control modular mediante un controlador de
lógica programable de modo que el programa del controlador de
lógica programable no tiene que estar familiarizado con las
particularidades del sistema de control modular. En otras palabras,
la modularidad no sólo se consigue a un nivel estructural, sino
también a un nivel funcional, tal como la función del sistema de
control modular y la operación del controlador de lógica
programable, respectivamente.
Según aún otra realización preferida de la
presente invención, la unidad de control de máquina y/o cada unidad
de control periférica puede realizarse en un hardware dedicado.
Una ventaja principal de usar hardware dedicado
es que el uso de matrices de lógica libremente programable en vez
de sistemas de microcontrolador permite una seguridad frente a
fallos aumentada de manera significativa, lo que tiene una
importancia particular en vista de la disposición de las unidades de
control periféricas muy próximas a las unidades periféricas como
válvulas de solenoide. También, el procesamiento dentro del hardware
dedicado puede conseguirse en paralelo y por tanto con una
velocidad mucho más alta.
Otra ventaja de esta realización preferida es
que se minimizan los requisitos de espacio, en particular en vista
de prever un sistema de circuitos en un alojamiento, como un
alojamiento de conector.
Una realización preferida adicional de la
presente invención se refiere a un procedimiento para controlar una
máquina de conformación de vidrio que tiene un ciclo operativo que
se divide en una pluralidad de subciclos operativos. El
procedimiento comprende las etapas de la reivindicación 20.
Por tanto, según la presente invención se
propone por primera vez conseguir el control de una máquina de
conformación de vidrio usando información de realimentación a
partir del proceso para extender la funcionalidad de secuencia. Dos
ventajas principales son el aumento de la velocidad de operación y
la opción de intervenir en el proceso de conformación de vidrio. El
motivo de la primera ventaja es que normalmente puede evitarse una
ranura de tiempo de seguridad prevista en los sistemas anteriores,
ya que la realimentación al conseguir una cierta tarea controlada
por el sistema de control permite iniciar la instrucción
subsiguiente sin retardo. El motivo de la segunda ventaja es que
prever información de realimentación permite identificar situaciones
en las que el operario de la máquina de conformación de vidrio
puede desear intervenir en el proceso de conformación de
vidrio.
Los segmentos de un ciclo operativo cerrado
anteriormente pueden definirse en general libremente a través de
una interfaz para configurar el sistema de fabricación. En
particular, una funcionalidad de interfaz de este tipo debe
permitir una definición de subciclos de los ciclos operativos y la
relación de subciclos de este tipo con diferentes subetapas en el
ciclo operativo global.
Según otra realización preferida de la presente
invención se proporciona un producto programa informático que puede
cargarse directamente en la memoria interna de al menos un
procesador que comprende partes de código de software para realizar
el procedimiento según la invención cuando el producto se ejecuta en
un procesador, por ejemplo de la unidad de control central, la
unidad de control de máquina y/o la unidad de control periférica de
un sistema de control de máquina de conformación de vidrio
modular.
Por tanto, la presente invención se prevé
también para conseguir una implementación de las etapas del
procedimiento según la invención en sistemas informáticos o de
procesador. En conclusión, una implementación de este tipo lleva a
prever productos de programa informático para su uso con un sistema
informático o de manera más específica, un procesador contenido en,
por ejemplo, un sistema de control de máquina de conformación de
vidrio modular.
Este programa que define las funciones de la
presente invención puede proporcionarse a un ordenador/procesador
en muchas formas, incluyendo, pero sin limitarse a información
almacenada de manera permanente en medios de almacenamiento no
grabables, por ejemplo dispositivos de memoria de sólo lectura tales
como discos ROM o CD-ROM legibles por procesadores
o conexiones de E/S de ordenador, información almacenada en medios
de almacenamiento grabables, es decir, discos flexibles y unidades
de disco duro; o transporte de información a un ordenador/procesador
a través de medios de comunicación como la red y/o Internet y/o
redes telefónicas a través de módems u otros dispositivos de
interfaz. Debe entenderse que los medios de este tipo, cuando
llevan instrucciones legibles por procesador que implementan el
concepto según la invención representan realizaciones alternativas
de la presente invención.
A continuación, se describirán realizaciones
preferidas de la presente invención con respecto al dibujo; en el
que
la figura 1 muestra un sistema de control
centralizado para una máquina de conformación de vidrio según el
estado de la técnica;
la figura 2 muestra un sistema de control
descentralizado, modular para una máquina de conformación de vidrio
según la presente invención;
la figura 3 muestra un diagrama esquemático del
sistema de control descentralizado como se muestra en la figura
2;
la figura 4 muestra un diagrama esquemático
detallado adicional para el sistema de control descentralizado
mostrado en la figura 3;
la figura 5 muestra un alojamiento de conector
que aloja un sistema de circuitos electrónico según la presente
invención;
la figura 6 muestra un diagrama que ilustra un
procedimiento para controlar una máquina de conformación de vidrio
según la presente invención; y
la figura 7 muestra una tabla que ilustra
diferentes variaciones del procedimiento mostrado en la figura
6.
A continuación, se describirán realizaciones
preferidas de la presente invención con referencia al dibujo. En
este caso, debe indicarse que aunque se describen diferentes
realizaciones y características relacionadas con referencia a las
figuras específicas del dibujo, no obstante todas estas
características pueden combinarse fácilmente para proporcionar
variaciones y modificaciones adicionales de la presente
invención.
La figura 2 muestra una arquitectura de un
sistema de control descentralizado modular para una máquina de
conformación de vidrio según la presente invención;
Tal como se muestra en la figura 2, una máquina
10 de conformación de vidrio se divide en una pluralidad de
secciones 12, 14, 16 y 18. Debe indicarse que aunque en las figuras
2 y 4 se muestran tales secciones, en general el número de
secciones puede determinarse libremente considerando requisitos de
aplicación.
Tal como se muestra también en la figura 2, se
proporciona un sistema de control modular para el control de la
operación de la máquina 10 de conformación de vidrio. El sistema de
control modular comprende una unidad 20 de control central, una
unidad 22 de control de máquina y una pluralidad de unidades 24, 26,
28 y 30 de control periféricas en relación con las diferentes
secciones 12, 14, 16 y 18 de la máquina de conformación de vidrio,
respectivamente. La unidad 20 de control central está conectada a la
unidad 22 de control de máquina a través de un bus 32 de datos de
alta velocidad. Además, la unidad 22 de control de máquina está
conectada a las diferentes unidades 24, 26, 28, 30 de control
periféricas a través de los buses 34, 36, 38 y 40 de datos de alta
velocidad, respectivamente.
Aunque la figura 2 muestra una única unidad de
control de máquina en combinación con una pluralidad de unidades de
control periféricas, debe mencionarse que según la presente
invención también pueden fijarse una pluralidad de unidades de
control de máquina a la unidad de control central para el control de
un número aumentado de subsecciones de la máquina de conformación
de vidrio, por ejemplo una máquina IS.
En general, la arquitectura descrita
anteriormente con respecto a la figura 2 usa una jerarquía de
unidades de control, es decir, una unidad de control central, al
menos una unidad de control de máquina, y una pluralidad de
unidades de control periféricas, junto con una topología de conexión
en estrella para conectar tanto la unidad de control central a al
menos una unidad de control de máquina como la al menos una unidad
de control de máquina a unidades de control periféricas
subordinadas.
Es este concepto jerárquico el que permite
conseguir una flexibilidad máxima en el diseño, el mantenimiento y
la extensión de sistemas de control para máquinas de conformación de
vidrio, como se explicará con más detalle a continuación.
La figura 3 muestra un diagrama esquemático del
sistema de control descentralizado mostrado en la figura 2.
Como se muestra en la figura 3, la unidad 20 de
control central comprende una pluralidad de subunidades, es decir,
al menos una unidad 42 de procesamiento central CPU, y opcionalmente
una entrada 44 binaria y/o una salida 46 analógica. La interfaz
entre la unidad 20 de control central y las diferentes unidades
22-1, ..., 22-n de control de
máquina se consigue usando una memoria de puerto dual (no mostrada
en la figura 3) que puede integrarse en cada unidad de
procesamiento central CPU. La memoria de puerto dual es el elemento
de enlace entre el propio control y un sistema de bus de alta
velocidad binario, que comprende un maestro de bus de alta
velocidad binario al que también se hace referencia como maestro
BHSB y que, por ejemplo, también está integrado en cada unidad de
procesamiento central CPU, además el bus 48 de alta velocidad
binario, concentradores de bus de alta velocidad binarios en la
unidad 22-1, ..., 22-n de control de
máquina (no mostrados en la figura 3), y esclavos de bus de alta
velocidad binarios como unidades de control periféricas PCU y
unidades de accionamiento periféricas PDU, teniendo la unidad de
control periférica una entrada digital y una salida analógica.
Como se muestra en la figura 3, un nivel de
jerarquía en el sistema de control modular es el nivel de las
unidades 22-1, ..., 22-n de control
de máquina explicado con más detalle a continuación. Cada unidad
22-1, ..., 22-n de control de
máquina individual está conectada a una pluralidad de unidades de
control periféricas PCU a través de buses de alta velocidad
binarios relacionados. Además, cada unidad de control periférica PCU
puede controlar de nuevo la operación de una unidad periférica, por
ejemplo un actuador, un sensor, o una combinación de los
mismos.
Debe indicarse que cada unidad
22-1, ..., 22-n de control de
máquina opera bajo el control de la unidad 20 de control central
para el control de las unidades periféricas. Por tanto, la unidad 20
de control central debe cumplir requisitos en tiempo real que
existen para la operación de las unidades periféricas.
Opciones para unidades accionadas por una unidad
de control periférica son un motor de tubo rotatorio y de
alimentación, un motor de ensamblaje de distribución y de tijeras,
un motor de transporte, un distribuidor de gotas de vidrio fundido
como motor de ensamblaje de cizalla, servounidades como un
servomotor, un servomotor de tijeras electrónico, un motor de
empuje, un servomotor de unidad de inversión o un servomotor de
extracción.
Debe indicarse que éstos son sólo ejemplos y que
puede conectarse cualquier otro tipo a una unidad de control
periférica siempre que su control esté soportado a través del
sistema de control modular.
Como también se muestra en la figura 3, la
unidad 20 de control central puede conectarse a través de una red
54 principal, por ejemplo usando TCP/IP a un sistema informático
remoto que comprende un ordenador 56 que está conectado con una
base 58 de datos. Además, la unidad de control central puede
conectarse opcionalmente a un controlador 60 de lógica programable
a través de la red 54 principal.
De manera operativa, el ordenador 56 puede
servir como unidad de visualización común para las diferentes CPU
contenidas en la unidad 20 de control central. Además, el ordenador
56 puede usarse para configurar programas de control, almacenar
perfiles operativos y datos de control relacionados en la base 58 de
datos.
Es particularmente ventajosa la interconexión
entre el controlador 60 de lógica programable y la unidad 20 de
control central. Para el intercambio de datos se usan denominadas
salidas virtuales al controlador 60 de lógica programable, para
retransmitir información de estado interno del sistema de control
modular al controlador 60 de lógica programable, y entradas
virtuales adicionales de órdenes de control desde el controlador 60
de lógica programable al sistema de control modular. En este, caso
debe indicarse que la conexión entre la unidad de control central y
el controlador 60 de lógica programable se consigue, por ejemplo a
través de un sistema de bus de campo CANopen. El beneficio de este
enfoque es que de todos modos están disponibles funcionalidades
relacionadas dentro de la(s) unidad(es)
de procesamiento central de la unidad de control central, y por tanto no tiene que preverse una unidad de interfaz separada.
de procesamiento central de la unidad de control central, y por tanto no tiene que preverse una unidad de interfaz separada.
La ventaja importante de este enfoque es que los
operarios que están familiarizados con cualquier tipo de lenguaje
de programación para el controlador de lógica programable pueden
ejecutar el sistema de control modular usando el controlador 60 de
lógica programable sin el requisito de estar familiarizados con
particularidades y la estructura interna del sistema de control
modular. El motivo de esto es que la información de estado
disponible internamente en el sistema de control modular puede
procesarse mediante el controlador 60 de lógica programable.
Además de manera operativa, el ordenador 56
principal y la base 58 de datos relacionada pueden operarse según
cualquier norma previamente definida, por ejemplo, una norma como
SQL. Preferiblemente, esta norma SQL se aplicaría usando sólo un
subconjunto de instrucciones para conseguir una interoperabilidad
entre diferentes proveedores de bases de datos. Además, la norma
TCP/IP usada para la red 54 principal es particularmente adecuada
para conseguir una infraestructura de supervisión sobre una
pluralidad de sistemas de control modular y también un
control/supervisión y mantenimiento remoto.
Un aspecto adicional del sistema de control
descentralizado es el alojamiento de diferentes subunidades de la
unidad 20 de control central, es decir, las unidades de
procesamiento central, opcionalmente la entrada binaria y la salida
analógica, en un bastidor multifuncional.
En otras palabras, el bastidor multifuncional
(no mostrado en la figura 3) aloja subunidades de la unidad de
control central como la unidad 42 de procesamiento central, la
entrada 44 binaria o la señal 46 de salida analógica como unidades
enchufables en el bastidor multifuncional.
Hasta ahora, todas las unidades enchufables,
independientemente de la funcionalidad implementada en las mismas,
siguen la misma definición de conector. Tras enchufar la unidad
enchufable, sigue un proceso de arbitraje que tiene como objetivo
un intercambio de direcciones entre las diferentes unidades
enchufables para una comunicación relacionada, y una determinación
adicional acerca de cuál de las unidades enchufables adoptará el
papel de maestro y cuáles de las unidades enchufables serán
unidades esclavas respecto a la unidad maestro.
Aunque cada unidad enchufable sigue la misma
definición de conector, debe indicarse que no cada unidad enchufable
individual debe activarse para cada clavija de conector individual,
sino que también puede operarse usando sólo un subconjunto de tales
clavijas de conector.
Además, una ventaja importante es que la ranura
para enchufar una unidad enchufable en el bastidor multifuncional
puede seleccionarse libremente y no determina la operación
subsiguiente de la unidad enchufable siempre que se cumplan reglas
para determinar cuál de las unidades enchufables será la unidad
maestro, por ejemplo, una tarjeta enchufable de unidad de
procesamiento central situada en la ranura más a la izquierda del
bastidor multifuncional.
Además, debe indicarse que puede proporcionarse
una pluralidad de bastidores multifuncionales en caso de que el
número de unidades enchufables se aumente para extender la
funcionalidad. Esto es de nuevo una indicación de un mantenimiento
consistente del concepto de modularidad subyacente a la presente
invención.
Además, debe indicarse que para el intercambio
de datos entre la unidad 20 de control central en cada una de las
unidades 22-1, ..., 22-n de control
de máquina y además entre cada una de las unidades de control de
máquina y una unidad de control periférica puede usarse cualquier
tipo de protocolo de bus de datos bidireccional siempre que se
consigan las restricciones en tiempo real existentes para un
intercambio de datos entre las subunidades relacionadas.
Por ejemplo, o bien puede usarse un protocolo
propietario o bien el protocolo de bus de campo CAN y CANopen para
sensores/actuadores que operan según el ancho de banda relacionado
de intercambio de datos en los buses.
Además, debe indicarse que además de la
implementación del protocolo de bus, en particular la unidad
22-1, ..., 22-n de control de
máquina y la unidad de control periférica PCU pueden implementarse
usando hardware dedicado, por ejemplo, la tecnología ASIC,
tecnología FPLA, o cualquier otro tipo de sistema de circuitos
integrados. Esto es particularmente ventajoso a la hora de minimizar
los requisitos de espacio para subunidades relacionadas del sistema
de control modular y además para aumentar la velocidad operativa del
mismo. Aún más importante, el uso de hardware dedicado también
permite aumentar la velocidad operativa a través de un procesamiento
paralelo y aumentar la seguridad frente a fallos de subunidades del
sistema de control implementadas.
A continuación, se explicarán detalles
adicionales de las unidades de control de máquina y las unidades de
control periféricas con referencia a las figuras 4 y 5. Hasta ahora,
la figura 4 muestra un diagrama esquemático detallado adicional del
sistema de control modular según la presente invención, y la figura
5 muestra una disposición particularmente ventajosa de unidades de
control periféricas en un alojamiento, por ejemplo un alojamiento
de conector.
Como se muestra en la figura 4, cada unidad 20
de control de máquina comprende una primera unidad 62 de parada de
mantenimiento, una segunda unidad 64 de parada de mantenimiento,
relés 66 de parada de mantenimiento, un suministro 68 de potencia
de accionamiento de válvula y un concentrador 70 de bus de alta
velocidad binario.
Como se muestra en la figura 4, las diferentes
unidades 62, 64 de parada de mantenimiento de la unidad 22 de
control de máquina están conectadas a al menos una interfaz 72, 74,
..., de sección usando un bus de campo, por ejemplo un bus 76
CANopen.
Como también se muestra en la figura 4, la
unidad 70 de concentrador de la unidad 22 de control de máquina
está conectada a una pluralidad de unidades 78, 80 de control
periféricas, a través de un bus 82, 84 de alta velocidad binario
relacionado. Cada unidad 78, 80 de control periférica está adaptada
para el intercambio de datos de control con al menos una unidad
86-1, ..., 86-3 y
88-1,., 88-3 de accionamiento
periférica, respectivamente, unidades de accionamiento periféricas
PDU que de nuevo están adaptadas para accionar la válvula de máquina
o interactuar con otras unidades periféricas como actuadores,
sensores, etc.
Como también se muestra en la figura 4, las
unidades 78, 80 de control periféricas no sólo están conectadas con
el concentrador 70 de bus de alta velocidad binario en la unidad de
control de máquina, sino también a una unidad 68 de suministro de
potencia de accionamiento de válvula a través de conexiones 90 y 92
relacionadas y los relés 66 de parada de mantenimiento previstos
dentro de la unidad 22 de control de máquina. Estas conexiones 90,
92 adicionales permiten proporcionar la potencia necesaria para la
operación de las unidades periféricas, como válvulas de máquina y
también interrumpir un suministro de potencia de este tipo cuando
los relés 66 de parada de mantenimiento se activan a través de las
interfaces 72 y/o 74 de sección y las unidades 62 y/o 64 de parada
de mantenimiento.
De manera operativa, el bus 76 de campo permite
mantener una comunicación entre las unidades 62, 64 de parada de
mantenimiento y las interfaces 72, 74 de sección sin implicar a la
unidad de procesamiento central. Esta comunicación sirve para
comprobar de manera continua la operatividad de los componentes que
se fijan al bus 76 de campo a través de interfaces 72, 74 de
sección relacionadas. Inmediatamente tras la detección de una no
operatividad de este tipo, la unidad 62, 64 de parada de
mantenimiento interrumpirá el suministro de potencia a cualquier
unidad periférica a través de la desactivación del relé 66 de parada
de mantenimiento. De otro modo, la liberación del suministro de
potencia requiere también prever información de control relacionada
a través de la unidad de control central a través del bus 52 de alta
velocidad binario. Sin una indicación de este tipo, las unidades
86-1, ..., 86-3 y
88-1, ..., 88-3 de accionamiento
periféricas no podrán accionar una unidad periférica, por ejemplo
válvulas de máquina.
Además, la orden de control a las unidades 78,
80 de control periféricas y por tanto también a las unidades
86-1, ..., 86-3 y 88-1, ..., 88-3 de accionamiento periféricas y válvulas, actuadores, ..., relacionados se proporcionan desde la unidad 20 de control central a la unidad 22 de control de máquina, se amplifican mediante la unidad 70 de concentrador de la unidad de control de máquina, y a continuación se distribuyen mediante la misma unidad 70 de concentrador a las combinaciones TCU/PDU conectadas.
86-1, ..., 86-3 y 88-1, ..., 88-3 de accionamiento periféricas y válvulas, actuadores, ..., relacionados se proporcionan desde la unidad 20 de control central a la unidad 22 de control de máquina, se amplifican mediante la unidad 70 de concentrador de la unidad de control de máquina, y a continuación se distribuyen mediante la misma unidad 70 de concentrador a las combinaciones TCU/PDU conectadas.
Aunque no se muestra en la figura 4,
opcionalmente puede proporcionarse una unidad de medición en al
menos una de las unidades 86-1, ...,
86-3 de accionamiento periféricas mostradas en la
figura 4. Esta unidad de medición o bien puede medir una corriente
que fluye a una unidad periférica, por ejemplo una válvula de
máquina, o bien como alternativa una tensión aplicada a través de
una unidad periférica de este tipo. Además, el valor de medición
puede preverse en forma de un valor analógico o en el sentido de un
valor clasificado, por ejemplo dentro del rango operativo, por
encima del rango operativo, por debajo del rango operativo. La
información de medición relacionada se redirigirá a continuación al
sistema de temporización modular mediante la unidad de control
periférica relacionada usando el bus de alta velocidad binario.
La figura 5 muestra un detalle adicional que
está relacionado con la realización de la unidad de control
periféri-
ca.
ca.
Como se muestra en la figura 5, la funcionalidad
de la unidad de control periférica puede preverse en una placa 94
de circuito impreso, que puede alojarse entonces en un alojamiento
96, por ejemplo un alojamiento de conector previsto para fijar una
línea de conexión para la entrega de información relacionada con el
control a actuadores en la máquina de conformación de vidrio.
En otras palabras, se propone usar el espacio
disponible en los componentes de hardware como alojamientos
previstos en la máquina de conformación de vidrio para alojar un
sistema de circuitos que implementa una funcionalidad de control.
Este enfoque permite minimizar además el espacio y mejorar la
modularidad del sistema de control.
Preferiblemente, el alojamiento 96 puede ser un
alojamiento de conector que puede fijarse a un bloque de válvula
que comprende una pluralidad de válvulas. Como alternativa, una
pluralidad de válvulas no tiene que disponerse en un bloque de
válvula, sino que puede estar sobre un subespacio previamente
definido de la máquina de conformación de vidrio.
A continuación, se describirá un aspecto
adicional del control modular de una máquina de conformación de
vidrio a un nivel funcional con respecto a la figura 6 y la figura
7.
En general, debe indicarse que la funcionalidad
descrita a continuación puede conseguirse usando cualquier tipo de
lenguaje de programación, preferiblemente un lenguaje de
programación independiente del sistema operativo, por ejemplo
JAVA.
Como se muestra en la figura 6, el procedimiento
para controlar una máquina de conformación de vidrio según la
presente invención divide un ciclo operativo C de la máquina de
conformación de vidrio en una pluralidad de subciclos C1, ..., Cn.
En cada subciclo se emite al menos una orden desde la unidad de
control central a al menos una unidad de control periférica en
secuencia para accionar diferentes unidades en la máquina de
conformación de vidrio durante el proceso de producción.
Como se muestra en la figura 6, la emisión de
órdenes de este tipo se dispara mediante impulsos P. Dependiendo de
los datos de realimentación generados en el sentido como se
describió anteriormente con respecto a la figura 4, esta
información de realimentación puede usarse entonces para determinar
y controlar los subciclos mezclados.
Las ventajas de este procedimiento para
controlar una máquina de conformación de vidrio tienen al menos dos
aspectos. En primer lugar, pueden evitarse las ranuras de tiempo
implementadas en secuencias previamente existentes de mecanismos de
control cuando se genera una realimentación al terminar las
diferentes subetapas del proceso de producción y se considera a
través del procedimiento de control. Esto permite una reducción del
tiempo del proceso de producción. En segundo lugar, prever
información de realimentación permite interactuar durante el
control del proceso de producción para conseguir un mecanismo de
control accionado por eventos.
Un ejemplo del nuevo procedimiento de control
tal como se describió anteriormente podría ser la transferencia de
una gota de vidrio fundido desde el lado del parisón en una máquina
de conformación de vidrio IS al lado de forma acabada usando nuevos
servomecanismos electrónicos en los que puede describirse claramente
el comportamiento del tiempo de paso, al contrario que los
mecanismos neumáticos clásicos. Una condición para la transferencia
es la apertura del molde de parisón, que de otro modo bloquearía el
mecanismo de transferencia. Con los procedimientos de control
previamente existentes, el enfoque sería abrir el molde de parisón,
y a continuación esperar un periodo de un tiempo de reacción
predeterminado más el tiempo de seguridad antes del inicio de la
acción de transferencia. Al contrario, el uso de una metodología de
control basada en subciclos según la presente invención permite
insertar un mecanismo de tipo sensor para detectar el tiempo de
apertura real del molde de parisón para liberar de manara
subsiguiente el mecanismo de transferencia en el nuevo subciclo del
ciclo de operación global. Esto permite ahorrar periodos de tiempo
de seguridad y aumentar el proceso de control global.
La figura 7 muestra una tabla que ilustra
variaciones del procedimiento mostrado en la figura 6.
Como se muestra en la figura 7, el
almacenamiento de información de realimentación puede conseguirse o
bien en la unidad de control central, la al menos una unidad de
control de máquina, o bien la unidad de control periférica (véanse
las líneas S1 a S3 en la figura 7). Opciones adicionales son una
selección de dos subunidades según S4 a S6 mostradas en la figura
7, o alternativamente el almacenamiento de información de
realimentación de todas las subunidades o, en otras palabras, en
todos los niveles de jerarquía en el sistema de control
modular.
Como se muestra en la figura 7, existen opciones
similares para el procesamiento de información de realimentación
para la configuración de órdenes. Una primera opción sería conseguir
este procesamiento sólo en la unidad de control central. Como
alternativa, podría conseguirse el procesamiento en la unidad de
control central y la unidad de control de máquina, como alternativa
adicional también en la unidad de control periférica según las
líneas P1, P2 o P3 mostradas en la figura 7.
Aunque se han descrito realizaciones preferidas
de la presente invención con referencia a los dibujos, debe
indicarse que claramente todas las características relacionadas
explicadas con respecto a diferentes realizaciones pueden
combinarse también para llegar a modificaciones y variaciones
adicionales de la presente invención. Por tanto, el alcance de la
presente invención se determina por las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (21)
-
\global\parskip0.970000\baselineskip
1. Un sistema de control modular para controlar una máquina de conformación de vidrio que tiene un ciclo operativo dividido en una pluralidad de subciclos operativos, que comprende:al menos una unidad de control central;al menos una unidad de control de máquina que está conectada a la unidad de control central a través de un bus de datos; yuna pluralidad de unidades de control periféricas que están conectadas a la unidad de control de máquina a través de buses de datos relacionados; en el quela unidad de control central está adaptada para emitir una pluralidad de órdenes a al menos una unidad de control periférica en secuencia durante cada subciclo operativo; la unidad de control de máquina está adaptada para distribuir información de control recibida a través del bus de datos a la pluralidad de unidades de control periféricas en tiempo real; yal menos una unidad de control periférica está configurada para controlar al menos una unidad de accionamiento periférica, y para recopilar información de realimentación durante al menos un subciclo para determinar el control para un siguiente subciclo operativo en función de la información de realimentación. - 2. Sistema de control modular según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una unidad de control periférica está integrada en un alojamiento que puede fijarse a un dispositivo controlado por la unidad de control periférica.
- 3. Sistema de control modular según la reivindicación 2, caracterizado porque el alojamiento puede fijarse a un bloque de válvula que comprende una pluralidad de válvulas.
- 4. Sistema de control modular según la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de unidades de accionamiento periféricas está dispuesta dentro de un subespacio predefinido de la máquina de conformación de vidrio.
- 5. Sistema de control modular según la reivindicación 4, caracterizado porque la al menos una unidad de accionamiento periférica comprende una unidad de medición adaptada para medir una corriente que fluye al interior de una unidad periférica que está conectada a la unidad de control periférica o para medir una tensión aplicada a través de una unidad periférica que está conectada a la unidad de control periférica.
- 6. Sistema de control modular según la reivindicación 5, caracterizado porque la unidad de medición está adaptada para medir un valor analógico y/o para determinar una clasificación de medición.
- 7. Sistema de control modular según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la unidad de medición está adaptada para monitorizar la corriente que fluye al interior de una válvula en un bloque de válvula.
- 8. Sistema de control modular según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque al menos una unidad de control periférica comprende un actuador, un sensor, o una combinación de los mismos.
- 9. Sistema de control modular según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la unidad de control de máquina comprende una unidad de parada de mantenimiento adaptada para procesar señales relacionadas con la seguridad.
- 10. Sistema de control modular según la reivindicación 9, caracterizado porque la unidad de parada de mantenimiento está adaptada para recibir señales relacionadas con la seguridad a través de diferentes canales de entrada para un procesamiento redundante usando hardware paralelo.
- 11. Sistema de control modular según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la unidad de parada de mantenimiento está adaptada para interrumpir el suministro de potencia a las unidades de accionamiento periféricas de la máquina de conformación de vidrio al producirse un fallo de sistema.
- 12. Sistema de control modular según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende al menos dos unidades de control central conectadas a través de una red de área local, usando las unidades de control central una unidad de visualización común.
- 13. Sistema de control modular según la reivindicación 12, caracterizado porque las dos unidades de control central están alojadas en al menos un bastidor multifuncional.
- 14. Sistema de control modular según la reivindicación 13, caracterizado porque el bastidor multifuncional aloja además al menos una unidad enchufable seleccionada a partir de un grupo que comprende una unidad de accionamiento de válvula, una unidad de salida analógica, una unidad de entrada binaria y una unidad de control central.
\newpage
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 15. Sistema de control modular según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque la unidad de procesamiento central está adaptada además para intercambiar datos con un controlador de lógica programable.
- 16. Sistema de control modular según la reivindicación 15, caracterizado porque el intercambio de datos se consigue a través de salidas virtuales al controlador de lógica programable para retransmitir información de estado interno del sistema de control modular al controlador de lógica programable.
- 17. Sistema de control modular según la reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque el intercambio de datos se consigue a través de entradas virtuales para la entrada de órdenes de control desde el controlador de lógica programable al sistema de control modular.
- 18. Sistema de control modular según una de las reivindicaciones 4 a 17, caracterizado porque comprende al menos un bus de campo CANopen adaptado para conectar subunidades del sistema de control modular.
- 19. Sistema de control modular según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque al menos una unidad de control de máquina y/o al menos una unidad de control periférica están realizadas en hardware dedicado.
- 20. Procedimiento para controlar una máquina de conformación de vidrio según la reivindicación 1 que tiene un ciclo operativo, que comprende:dividir el ciclo operativo en una pluralidad de subciclos operativos;emitir una pluralidad de órdenes desde una unidad de control central a al menos una unidad periférica en secuencia durante cada subciclo operativo;recopilar información de realimentación durante al menos un subciclo operativo; ydeterminar el control para un siguiente subciclo operativo en función de la información de realimentación.
- 21. Un producto de programa informático que puede cargarse directamente en la memoria interna de al menos un procesador, que comprende partes de código de software para realizar las etapas de la reivindicación 20, cuando el producto se ejecuta en un procesador de la unidad de control central del sistema de control modular de la reivindicación 1.
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