DE3642643A1 - Schaltungsanordnung zum positionieren eines geschwindigkeitsveraenderlichen antriebes, insbesondere fuer eine kunststoffmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Positionieren eines geschwindigkeitsveränderlichen An­ triebes, insbesondere für eine Kunststoffmaschine, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen.

Bei zahlreichen Antrieben, insbesondere hydraulischen Zylindern, ist es erforderlich, daß das von dem Antrieb zu bewegende Bauteil mit großer Genauigkeit in eine be­ stimmte Position bewegt werden muß. Beispielsweise muß bei einer Kunststoff-Spritzgießmaschine die bewegliche Formhälfte beim Öffnen der Form eine ganz bestimmte Position erreichen, um das Formteil aus der Maschine zu entfernen. Auch beim Schließen der Formhälfte muß in einer vorbestimmten Position auf Kriechgeschwindigkeit umgeschaltet werden. Außerdem muß zum Anfahren der ge­ wünschten Position der Antrieb vom Stillstand auf eine gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt und dann wieder verzögert werden. Die Geschwindigkeit des Antriebes soll also nach Vorgabe veränderlich sein.

Solche Bewegungsvorgänge sind auch bei Kunststoffblas­ maschinen anzutreffen, bei denen die Blasformhälften derart angetrieben sind, daß beim Öffnen der geblasene Gegenstand sicher entfernbar ist. Derartige Antriebe kommen auch für Werkzeugmaschinen in Frage, die be­ stimmte Zustellbewegungen ausführen, beispielsweise eine laufende Einstellung des Walzenspaltes, um bei Walzmaschinen ein gewünschtes Profil eines Werkstückes herzustellen.

Es ist bekannt, für solche Antriebe Regler vorzusehen, deren Übertragungsverhalten so gewählt wird, daß ein vorgegebenes Geschwindigkeitsprogramm nach Möglichkeit eingehalten und die gewünschte Position genau erreicht wird. Für eine schnelle, aber stabile Regelung steigt der Bauaufwand für die Regelkreise, wenn die Ist­ position sowie die Verstellgeschwindigkeit des Antriebes, insbesondere eines Linearzylinders an die Regelkreise zurückgeführt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht des­ halb darin, eine Schaltungsanordnung zum Positionieren eines geschwindigkeitsveränderlichen Antriebes in mög­ lichst einfacher Weise derart auszubilden, daß die gewünschten Positionen mit großer Genauigkeit und in kürzest möglicher Zeit angefahren werden.

Die genannte Aufgabe und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind erfindungsgemäß in den Patentan­ sprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist an dem zu betätigenden Antrieb ledig­ lich ein Wegaufnehmer für die Rückführung des Positions­ istwertes vorgesehen. Erfindungsgemäß ist somit eine Positionsregelung vorgesehen, bei der die Verzögerungs­ geschwindigkeit des Antriebes bis zum Erreichen der gewünschten Position wegabhängig geregelt wird. Um den Antrieb mit großer Genauigkeit zu positionieren, wird ein proportional-Regler in Verbindung mit einem inte­ gralen Anteil verwendet. Der Positionsregelung ist eine Geschwindigkeitssteuerung überlagert, wobei der Antrieb zeitabhängig auf einen einstellbaren Geschwindigkeits­ sollwert beschleunigt wird. Der Übergang von der Soll­ geschwindigkeit auf die geregelte Verzögerungsge­ schwindigkeit des Antriebes erfolgt selbsttätig und ruckfrei. Die Verzögerungsgeschwindigkeit wird durch einen gleitenden Positionssollwert geregelt, so daß die Verzögerungsgeschwindigkeit in hohem Maße repro­ duzierbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Regelanordnung in einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer geänderten Aus­ führungsform.

Der Sollwert für eine bestimmte von dem nicht darge­ stellten Antrieb auszuführende Geschwindigkeit wird an einem Potentiometer 11 eingestellt. Das mit v ₁ bezeich­ nete Signal gelangt über einen Umschalter 12 an einen Rampenbildner 13, in dem das Signal einen linearen Anstieg erhält, dessen Steilheit durch Einstellung eines Potentiometers 14 wählbar ist. Der Rampenbildner 13 liefert somit eine linear auf den Sollwert v ₁ an­ steigende Beschleunigungsspannung, die einem ersten Eingang eines Minimalauswerters 15 zugeführt wird.

An einem weiteren Potentiometer 16 wird ein Sollwert für eine bestimmte anzufahrende Position x ₁ des An­ triebes eingestellt. Ferner ist der nicht dargestellte Antrieb mit einem Wegaufnehmer versehen. Der von dem Wegaufnehmer gelieferte Istwert der Position steht auf der Leitung 17 an. In einer Vergleichsstufe 18 wird die Regeldifferenz aus dem Sollwert und dem Istwert der Position ermittelt. Diese Regeldifferenz wird im Laufe der Bewegung des Antriebes immer kleiner, bis der Wert Null erreicht Ist. Die Regeldifferenz des Vergleichers 18 wird einem Operationsverstärker 20 zugeführt, der über einen einstellbaren Widerstand 21 derart beschaltet ist, daß die in Richtung Null abfallende Regeldifferenz eine vorbestimmte Steilheit erhält. Am Ausgang des Verstärkers 20 steht somit ein wegabhängiges Verzögerungs­ signal an.

Dieses Verzögerungssignal wird in einem Wurzelbildner 23 umgeformt, um bei hydraulischen Antrieben bestimmte Kennlinieneigenschaften des Stellgliedes zu kompensieren (Linearisierung der Ventilkenn­ linie). Mit dem Wurzelbildner 23 wird somit eine Signalform für die Verzögerung angestrebt, die eine lineare Verzögerung des Antriebes ermöglicht. Das Verzögerungssignal wird an den zweiten Eingang des Minimalwertauswerters 15 geführt.

Am Ausgang des Minimalauswerters 15 steht in jedem Fall das jeweils kleinere Signal an, das einem der beiden Eingänge zugeführt wird. Das jeweils kleinere Signal tritt somit in der Ausgangsleitung 24 auf und wird einem Summenbildner 25 zugeführt, dessen Ausgang über eine geeignete Treiberstufe das Stellglied für den Antrieb, wie ein Proportionalventil für einen hydrau­ lischen Stellzylinder beaufschlagt.

Ferner ist an einem weiteren Eingang der Summierstufe 25 ein Positionsregler 28 angeschlossen, der als PID-Regler ausgebildet ist. Die Eingänge des Reglers 28 sind eben­ falls an die Leitung 17 für den Istwert der Position und das Potentiometer 16 für den Sollwert der Position über einen Umschalter 29 angeschlossen. Der integrale Anteil des Reglers 28 wird wegabhängig von einem Schal­ ter 30 zugeschaltet, wenn die gewünschte Sollposition des Antriebes annähernd erreicht ist. Die Zuschaltung erfolgt durch eine Vergleichsstufe 31, die eingangs­ seitig ebenfalls mit dem Sollwert und Istwert der Posi­ tion belegt ist. Durch das Zuschalten des integralen Anteils des Reglers wird die von dem Regler 28 ge­ lieferte Stellgröße auf der Leitung 32 solange verändert, bis die Regeldifferenz der Position Null ist, so daß die durch das Proportionalverhalten des Reglers bedingte bleibende Regeldifferenz nicht auftritt. Es wird also durch das Zuschalten des integralen Anteils eine Regelabwei­ chung des Antriebes vermieden und der gewünschte Soll­ wert x ₁ der Position genau erreicht. Der Wert der Regel­ differenz, bei dem die Zuschaltung des integralen An­ teils erfolgt, läßt sich an einem Potentiometer 34 ein­ stellen.

Ferner weist der Regler 28 einen differenzierenden An­ teil auf, um beim Einfahren in die Sollposition x ₁ ein Überschwingen der Regelung zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist ein differenzierendes Glied 36 vorgesehen, das eingangsseitig den Positionsistwert von der Leitung 17 erhält und ausgangsseitig ebenfalls an einen Eingang der Summierstufe 25 angeschlossen ist. Bei dem diffe­ renzierenden Glied 36 handelt es sich um ein RC-Glied.

Die Wirkungsweise ist folgende: Das Verzögerungssignal des Verstärkers 20 fällt mit einer vorbestimmten Steil­ heit von einem höheren Wert als der Spannungshöhe für den Sollwert der Geschwindigkeit ab. Demzufolge wird von dem Auswerter 15 zunächst das Beschleunigungssignal und dann der Sollwert für die eingestellte Geschwindig­ keit auf die Ausgangsleitung 24 geführt. In der Summier­ stufe 25 erfolgt die Addition dieses Geschwindigkeits­ signals mit der vom Regler 28 gelieferten Stellgröße für die Position. Damit wird der Antrieb zügig auf seine Sollwertgeschwindigkeit beschleunigt. Sobald das vom Verstärker 20 gelieferte Verzögerungssignal das Sollwertsignal für die Geschwindigkeit erreicht und weiter abfällt übernimmt der Auswerter 15 dieses Signal und lie­ fert nur mehr das Verzögerungssignal auf die Ausgangs­ leitung 24, so daß nunmehr der Antrieb verzögert wird. Kurz vor Erreichen der gewünschten Position x ₁ wird über das differenzierende Glied 36 die Kreisverstär­ kung des Reglers 28 verringert, so daß der Antrieb ohne Überschwingen in die gewünschte Position x ₁ einfährt und ferner der integrale Anteil des Reglers 28 zuge­ schaltet, so daß der durch das proportionale Verhalten des Reglers bedingte Regelabweichung kompensiert wird.

In dem gewählten Ausführungsbeispiel ist auf diese Weise die bewegliche Schließeinheit einer Spritzgieß­ maschine in die geöffnete Stellung in der Position x ₁ bewegt worden. Zum Schließen der Form nach einem be­ stimmten Geschwindigkeitsprogramm ist eine entspre­ chende Steuerung bzw. Regelung vorgesehen, wobei glei­ che Bauteile mit gleichen Bezugszeichen jedoch mit versehen sind. Der Sollwert für die in der gegen­ läufigen Bewegung zu fahrenden Geschwindigkeit wird ebenfalls an dem Potentiometer 11′ eingestellt und in dem Rampenbildner 13′ das Beschleunigungssignal ge­ bildet. Die Positionsregelung weicht insofern ab, als in der am Potentiometer 16′ einstellbaren gewünschten Position x ₂ der Antrieb nicht zum Stillstand kommen soll, sondern vielmehr kurz vor Schließen der Form eine Kriechgeschwindigkeit erhalten soll, die an einem Potentiometer 38 einstellbar ist und einer Summier­ stufe 39 zugeführt wird. Damit wird dem Auswerter 15′ noch ein Signal für die Kriechgeschwindigkeit zuge­ führt, selbst wenn das Verzögerungssignal des Ver­ stärkers 20′ den Nullwert erreicht hat.

Im übrigen läuft der Vorgang in der bereits beschrie­ benen Weise ab. Die Schalter 12, 12′ und 29 dienen zum Aufschalten der Sollwerte für die Position und Geschwindigkeit entsprechend der Bewegungsrichtung des Antriebes. In Fig. 2 ist eine geänderte Ausführungs­ form dargestellt, die jedoch nur die Ausführung des Reglers betrifft, so daß die Bauelemente für das Ge­ schwindigkeitssignal wiederum mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind, ohne daß es einer weiteren Erläuterung bedarf.

Gemäß Fig. 2 sind zwei Regler vorgesehen, nämlich ein PI-Regler 40, dessen Ausgang an den Sollwertein­ gang eines P-Reglers 41 geschaltet ist, dessen Ist­ werteingang mit der Leitung 17 verbunden ist. Der Ausgang des P-Reglers ist über eine nicht dargestellte Treiberstufe an das Stellglied geführt. Der Sollwert­ eingang des PI-Reglers 40, also des Reglers mit inte­ gralem Anteil ist an einen Rampenbildner 42 ange­ schlossen, dessen Eingang mit dem Sollwert der Position belegt ist: Der Rampenbildner 42 liefert somit ein in Abhängigkeit des Begrenzers 44 ein Sollwertsignal für den PI-Regler 40. Der Begrenzer 44 ist über einen Schalter 45 an den Ausgang des Auswerters 15 bzw. 15′ anschließbar je nachdem, welche Bewegungsrichtung der Antrieb ausführen soll. Es ist somit in diesem Ausführungs­ beispiel das vom Auswerter 15 bzw. 15′ gelieferte Geschwindigkeitssignal, das die Beschleunigung, den Sollwert für die Geschwindigkeit und die Verzögerung umfaßt, während des gesamten Bewegungsvorganges über den Begrenzer 44 und den Rampenbildner 42 dem PI-Regler 40 aufge­ schaltet. Durch den Rampenbildner 42 und Begrenzer 44 erfolgt eine Umformung des dem PI-Regler zugeführten Sollwert­ signals für die Position in der folgenden Weise:

Während der Beschleunigungsphase verläuft der Spannungs­ anstieg flacher als die am Rampenbildner 42 eingestell­ te Anstiegssteilheit, während der gleichförmigen Be­ wegung des Antriebes erfolgt die Zustellung parallel zu der eingestellten Steilheit und während der Ver­ zögerungsphase wird wiederum der Anstieg abgeflacht. Mit der Rampenbildung und der Begrenzerschaltung wird der Antrieb besonders ruckfrei und sanft betätigt. Der integrale Anteil des Reglers 40 liefert ein Ausgangssignal, so daß der P-Regler 41 trotz einer Regeldifferenz am Eingang eine Stellgröße liefert, mit der der Antrieb genau in die Position x ₁ bzw. x ₂ gefahren werden kann.

Claims (12)

1. Schaltungsanordnung zum Positionieren eines geschwindigkeitsveränderlichen Antriebes, insbesondere für eine Kunststoffmaschine mit hydraulischem Antrieb, mit einem Regler zum Erzeugen einer auf ein Stellglied des Antriebes zu führenden Stellgröße, einer Ver­ gleichsschaltung zum Ermitteln der Regeldifferenz zwischen einem Sollwert für die anzufahrende Position des Antriebes und dem Istwert der Position, einem Geber für den Sollwert der Geschwindigkeit und mit Mitteln zum zeitabhängigen Verändern des Geschwindig­ keitssollwertes, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Regeldifferenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Position ein wegabhängiges Verzöge­ rungssignal erzeugt wird, das dem Regler (28, 40, 41) für die Position überlagert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Sollwert der Geschwindigkeit des Antriebes ein zeitabhängiges Beschleunigungssignal gebildet wird, das dem Regler (28, 40, 41) für die Position überlagert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Rampen­ bildner (13) vorgesehen ist, dem der Geschwindigkeits­ sollwert zugeführt wird und an dessen Ausgang ein zeitabhängiges Beschleunigungssignal auftritt, daß ein Verstärker (20) vorgesehen ist, dem der Differenz­ wert aus dem Sollwert und dem Istwert der Position zugeführt wird und an dessen Ausgang ein wegabhängiges Verzögerungssignal auftritt, und daß ein Minimalwert­ auswerter (15) vorgesehen ist, der an die Ausgänge des Rampenbildners und des Verstärkers angeschlossen ist und an dessen Ausgang jeweils das kleinere von dem an den Eingängen anstehenden Signal auftritt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker (20) für das Verzögerungssignal ein Wurzelbildner (23) nach­ geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausführen einer gegensinnigen Bewegung des Antrie­ bes ein weiterer Rampenbildner (13′) für das Be­ schleunigungssignal, ein Verstärker (20′) für das Verzögerungssignal und ein Minimalwertauswerter (15′) vorgesehen sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Bewegungs­ richtung des Antriebes einer der Positionsregelkreise zuschaltbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Beschleunigungssignal, der Sollgeschwin­ digkeit und dem Verzögerungssignal bestehende Geschwin­ digkeitssignal (Führungsgröße) und das Ausgangssignal des Positionsreglers (28) einem Summenbildner (25) zugeführt werden.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Positions­ regler (28) ein PID-Regler ist und der integrale An­ teil des Reglers beim Auftreten einer vorbestimmten Regeldifferenz zuschaltbar ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert der Position über ein Verzögerungsglied (36) an den Summenbildner (25) geführt ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Beschleunigungssignal, der Sollgeschwin­ digkeit und dem Verzögerungssignal bestehende Ge­ schwindigkeitssignal (Führungsgröße) an den Sollwert­ eingang des Positionsreglers (40, 41) geführt ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Positions­ regler aus einem PI-Regler (40) und einem P-Regler (41) besteht, dessen Sollwerteingang an den Ausgang des PI-Reglers angeschlossen ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertein­ gang des PI-Reglers (40) an einen Rampenbildner (42) angeschlossen ist, der aus einem linearen Anstieg des Sollwertsignals der Position abhängig von dem Ver­ lauf des Geschwindigkeitssignals ein modizifiertes Sollwertsignal erzeugt, das an den PI-Regler (40) geführt ist.