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Title:
PROCESS CONTROL FOR TEXTILE MACHINERY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1993/009279
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a spinning facility with a process-control computer for at least one group of machines, each machine in the group being fitted with its own control unit which controls all the operations of the machine (including any auxiliaries with which the machine may be fitted). At least one communications network is provided for duplex communication between the computer and each machine in the group. In the invention, the sensors have been uprated and the programmes adapted in order to be able to indicate correlations between operating performance and the factors which influence it.

Inventors:
MEYER URS (CH)
MEYER URS ANDREAS (CH)
BIBER HEINZ (CH)
Application Number:
PCT/CH1992/000220
Publication Date:
May 13, 1993
Filing Date:
October 27, 1992
Export Citation:
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Assignee:
RIETER AG MASCHF (CH)
International Classes:
D01H13/00; D01H13/32; G05B15/02; G05B19/418; (IPC1-7): D01H13/32
Domestic Patent References:
WO1991016481A11991-10-31
WO1990004059A11990-04-19
Foreign References:
EP0389849A21990-10-03
EP0365901A21990-05-02
DE3433682A11985-03-28
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 553 (C-663)8. Dezember 1989 & JP,A,01 229 823 ( MURATA MACH LTD ) 13. September 1989
MELLIAND TEXTILBERICHTE Bd. 68, November 1987, HEIDELBERG DE Seiten 809 - 814 GÜNTER WILMS 'Integration und Vernetzungsmöglichkeiten in der textilen Fertigung durch CIM'
MELLIAND TEXTILBERICHTE Bd. 73, Nr. 3, März 1992, HEIDELBERG DE Seiten 299 - 302 KARSTEN SIMON 'Standard-Datennetzwerk für die Textilindustrie'
TEXTIL PRAXIS INTERNATIONAL Oktober 1990, LEINFELDEN DE Seiten 1013 - 1028 TREBBI 'Vergleich von Anforderungsprofil und Realität für eine automatisierte Spinnerei' in der Anmeldung erwähnt
MELLIAND TEXTILBERICHTE November 1987, HEIDELBERG DE Seite 825 SCHERZBERG 'Datenschnittstellen an Textilmaschinen' in der Anmeldung erwähnt
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Claims:
Patentansprüche
1. Eine Anlage (z.B. eine Spinnereianlage) mit einem Prozessleitrechner für mindestens eine Maschinengruppe, wobei jede Maschine der Gruppe mit einer eigenen Steue¬ rung versehen ist, welche die Aktorik der Maschine (samt allfälliger dieser Maschine zugeordneten Hilfsaggregate) steuert, und mit einem Netzwerk für die bidirektionale Kommunikation zwischen dem Rechner und jeder Maschine der Gruppe, wobei zumindest eine Maschine der Gruppe sowohl mit prozesswesentlichen als auch mit prozessredundanten Sensoren versehen ist, die AusgangsSignale erzeugen, welche zusammen einem Abbild des Zustandes der Maschine ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um die Rohdaten sowohl der prozesswesentlichen wie auch der prozessredundanten Sen¬ soren über das Netzwerk an den Prozessleitrechner wei¬ terzuleiten, und dass der Rechner mit Software versehen ist, um die Rohdaten zu speichern, allfällige Korrelati¬ onen zwischen den gespeicherten Rohdaten der Sensoren von vorbestimmten Sensorenkombinationen zu ermitteln, Steu¬ erbefehle in Abhängigkeit von ermittelten Korrelationen zu erzeugen und diese Steuerbefehle über das Netzwerk an die Steuerung der Maschine zu senden, wofür die Korrela¬ tionen ermittelt wurden.
2. Eine Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Software des Leitrechners derart ausgelegt ist, dass die Korrelationsanalyse zumindest dann durchgeführt wird, wenn das durch die Rohdaten vermittelte Abbild eines Ma schinenzustandes von einem Sollzustand abweicht.
3. Eine Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass die prozessredundanten Sensoren zumindest ein Sensor um¬ fassen, welcher auf Klimawerte in der Umgebung der Ma¬ schine anspricht..
4. Eine Anlage nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die prozessredundanten Sensoren zumindest ein Sensor um¬ fassen, der auf die Energiezufuhr an die Maschine bzw. a ein Aktorikelement der Maschine anspricht.
5. Eine Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die prozessredundanten Sensoren zumindest ein Sensor an¬ fassen, der auf Vibrationen bzw. Lärmemissionen in der Maschine anspricht.
6. Eine Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass der Steuerbefehl die Maschinensteuerung dazu anregt, eine Instruktion an der Bedienungsoberfläche der Maschine an¬ zuzeigen.
7. Eine Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung mit Software versehen ist, welche anhand der Ausgangssignale von mit dieser Steuerung di¬ rekt oder indirekt verbundenen Sensoren ein Abbild des Maschinenzustandes erstellt und die Steuerbefehle des Prozessleitrechners anhand des letztgenannten Abbildes auf ihre Plausibilität prüfen.
8. Eine Maschine bzw. eine Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Grosse, die als Indiz für die Leistung der Maschine dient, die Anzahl Fadenbrüche oder ein Nutzeffekt oder eine aus der Fadenbruchanzahl bzw. aus dem Nutzeffekt abgeleitete Grosse ist. as Eine Anlage (z.B. eine Spinnereianlage) mit einem Prozessleitrechner für mindestens eine Maschinengruppe der Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner mit Software versehen ist, welche sowohl auf einen abgespeicherten Betriebskalender wie auch auf ab¬ gespeicherte Zeitpläne für die einzelnen Mitarbeiter der Belegschaft Zugriff hat und darauf eingerichtet ist, die aus dem Kalender bzw. aus den Zeitplänen abgeleitete Verfügbarkeit des Personals mit den anfallenden Arbeiten der Arbeitsabläufen der Maschinen der geleiteten Gruppe zu koordinieren.
Description:
Prozess-Steuerung im Textilbetrieb

Die Erfindung bezieht sich auf Prozess-Steuerungs-Systeme insbesondere für Spinnereien. Die Erfindung stellt eine Wei¬ terentwicklung der in PCT/CH92/00014 (Aoki Ref. A926348) be¬ schriebenen Erfindung dar. Der Inhalt der vorerwähnten PCT- Anmeldung wird auch in dieser Anmeldung eingeschlossen.

Die Sensorik einer Spinnmaschine wie in der vorerwähnten PCT-Anmeldung erwähnt wurde, umfasst die Sensorik der Ma¬ schine vorzugsweise zumindest eine Sicherheitssensorik, welche zur Signalübertragung mit der Maschinensteuerung ver¬ bunden ist. Die Maschinensteuerung ist vorzugsweise mittels der Sensorik kontinuierlich in der Lage, ein Abbild des Zu- standes (insbesondere des Sicherheitszustandes) der Maschine zu erzeugen. Die Maschinensteuerung kann dann derart pro¬ grammiert sein, dass sie erst bzw. nur dann einen Steuerbe¬ fehl vom Prozessleitrechner ausführt, wenn nach dem Abbild des Zustandes der Maschine ohne Gefährdung von Personen, Ma¬ schinen oder Bedienungseinrichtungen die Maschine in den neuen Zustand überführt werden kann. Der "Sicherheitszustand" der Maschine umfasst daher sowohl die Sicherheit der mensch¬ lichen Bedienung als auch diejenige von allfälligen an der Maschine vorhandenen fahrbaren Bedienungseinrichtungen (ins¬ besondere Bedienungsautomaten) und in der Maschine inte¬ grierten Elemente. Dies ist natürlich von besonderer Bedeu¬ tung in Zusammenhang mit Menschen, die sich jederzeit frei im Bereich der Maschine bewegen können, aber auch in Zusammen¬ hang mit allfälligen fahrbaren Einrichtungen, die sich nicht kontinuierlich sondern nur gelegentlich an der Maschine be¬ finden, z.B. Transportgeräte für Vorlagematerial.

Die bevorzugte Anlage ist mit einer Sensorik versehen, welche den Betrieb der Anlage auch ohne die Prozessleitsignale des

Prozessleitrechners gewährleistet. Nach dieser bevorzugten Anordnung ist die Anlage als "konventionell" betreibbare An¬ lage gestaltet, d.h. sie ist auf der Maschinenebene mit einer derartigen Sensorik und mit derartigen, mit dieser Sensorik verbundenen Maschinensteuerungen versehen, dass die Anlage auch ohne den Prozessleitrechner vollständig betriebsfähig ist.

Die vom betriebsbereiten Prozessleitrechner erzeugten Leit¬ signale wirken dann optimierend auf die sonst betriebsfähige Anlage, wobei die Maschinensteuerungen der Anlage anhand der Signale von der mit ihren verbundenen Sensorik in der Lage sind, die Plausibilität der Leitsignale jederzeit zu prüfen. Eine Maschinensteuerung führt nur dann einen Steuerbefehl des Prozessleitrechners aus, wenn die Plausibilitätskontrolle keinen Widerspruch zwischen dem Leitsignal (Steuerbefehl) des Prozessleitrechners und den von der Sensorik festgestellten Zustand der Anlage aufdeckt. Andernfalls löst die Maschinen- Steuerung ein Alarmsignal aus. Die "Steuerbefehle" des Prozessleitrechners sind normalerweise in der Form von Seil- werten erzeugt.

Die Anlage ("Maschinenkette") ist "konventionell" betreibbar in dem Sinn, dass heute schon bekannte Steuerungen und Senso¬ rik ausreichen, um die Anlage ohne den Prozessleitrechner zu betreiben. Diese heutzutage bekannten Steuerungen können na¬ türlich noch verbessert werden, sind aber noch als "konven¬ tionell" zu betrachten, solange sie in der Lage sind, die Anlage ohne den Prozessleitrechner betriebsfähig aufrecht zu erhalten. Beim Ausfall des Prozessleitrechners müssen bzw. können allenfalls gewisse Funktionen des Prozessleitrechners von der Bedienperson übernommen werden. In diesem Fall muss die Möglichkeit des menschlichen Eingriffes in der "konven¬ tionellen" Anlagesteuerung vorgesehen werden. Es ist aber

auch aus anderen Gründen wünschenswert, die Möglichkeit von einzelnen Eingriffen der Bedienungsperson in den Prozessab¬ läufen der Anlage vorzusehen, auch dann, wenn die Anlage als ganze vom Prozessleitrechner gesteuert bzw. geregelt wird.

Die Erfindung

Diese Erfindung sieht jetzt eine Anlage (z.B. eine Spinne¬ reianlage) mit einem Prozessleitrechner für mindestens eine Maschinengruppe vor, wobei jede Maschine der Gruppe mit einer eigenen Steuerung versehen ist, welche die Aktorik der Ma¬ schine (samt allfälliger dieser Maschine zugeordneten Hilfs¬ aggregate) steuert, ' und mit einem Netzwerk für die bidirekti¬ onale Kommunikation zwischen dem Rechner und jeder Maschine der Gruppe, wobei zumindest eine Maschine der Gruppe sowohl mit prozesswesentlichen als auch mit prozessredundanten Sen¬ soren versehen ist, die Ausgangssignale erzeugen, welche zu¬ sammen einem Abbild des Zustandes der Maschine ermöglichen. Es sind Mittel vorgesehen, um die Rohdaten sowohl der pro¬ zesswesentlichen wie auch der prozessredundanten Sensoren über das Netzwerk an den Prozessleitrechner weiterzuleiten. Der Rechner ist mit Software versehen, um die Rohdaten zu speichern, allfällige Korrelationen zwischen den gespeicher¬ ten Rohdaten der Sensoren von vorbestimmten Sensorenkombina¬ tionen zu ermitteln, Steuerbefehle in Abhängigkeit von er¬ mittelten Korrelationen zu erzeugen und diese Steuerbefehle über das Netzwerk an die Steuerung der Maschine zu senden, wofür die Korrelationen ermittelt wurden.

Es werden nachfolgend Ausführungen als Beispiele des Kon¬ zeptes anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine mögliche Architektur einer Pro- zess-Steuerung, nach der vorerwähnten PCT-An eldung,

Fig. 2 eine Modifikation der Architektur nach Fig.l,

Fig. 3 weitere Modifikationen der Architektur nach Fig.l,

Fig. 4 eine Modifikation der Anordnung nach Fig.3,

Fig. 5 und 6 (schematisch) verschiedene graphische

Darstellungen von wichtigen Beziehungen, die mittels dieser Erfindung zur Verügung gestellt werden können.

Fig.l zeigt eine mögliche Variante der Architektur für eine Prozess-Steuerung. Fig.l zeigt den Leitrechner 340 und das Netzwerk 350 zusammen mit einem Rechner 390 einer Maschinen¬ steuerung der Anlage (z.B. des Vorgarntransportsystems 310, das zur Erläuterung der Informatik einer "Maschine" gleich¬ gesetzt werden kann). Jeder Rechner 340, 390 hat ihm zuge¬ ordnete Speicher 343, 345 bzw. 391 und Treiber 347, 349 bzw. 393, 394, 395, 396.

Die Treiber 349 bzw. 394 bestimmen die notwendigen Schnitt¬ stellen für die Kommunikation der Rechner 340, 390 mit ihren jeweiligen Bedienungsoberflächen, hier als Anzeige, Bedienung und Drucker angedeutet. Der Treiber 347 bestimmt die Schnitt¬ stelle zwischen dem Leitrechner 340 und dem Netzwerk 350 und der Treiber 393 die Schnittstelle zwischen dem Netzwerk 350 und der Maschinensteuerung 390.

Der Treiber 395 bestimmt die Schnittstellen zwischen der Ma¬ schinensteuerung 390 und den dadurch gesteuerten Antriebe (z.B. im Fall der Ringspinnmaschine den Spindelantriebs¬ motoren 377). Der Treiber 396 bestimmt die Schnittstelle zwi¬ schen der Maschinensteuerung 390 den ihr

zugeordneten Sensorik.

Fig.2 zeigt nun eine erste Modifikation dieser Architektur. Dem Leitrechner 340 ist nun ein zusätzlicher Treiber 348 zu¬ geordnet, welcher die Schnittstelle zwischen dem Rechner 340 und einem weiteren Netzwerk 355 bestimmt. Die dem Rechner zugeordneten Maschinen (nicht gezeigt) sind nun entweder dem Netzwerk 350 oder dem Netzwerk 355 angehängt. Die Treiber/ Netzwerke Kombinationen 347/350 bzw. 348/355 unterscheiden sich darin, dass sie mit unterschiedlichen Maschinensteue¬ rungen kompatibel sind - die Maschinen müssen in Abhängigkeit von ihren Steuerungstypen mit dem einen oder anderen Netzwerk 350 bzw. 355 verbunden werden.

Nur zwei Treiber 347, 348 sind in Fig. 2 gezeigt worden - es können aber offensichtlich noch weitere Netzwerke, jeweils über einen eigenen Treiber, mit dem Leitrechner verbunden werden. Die Verdoppelung bzw. Vervielfachung der Anzahl Netzwerke kann nicht nur zur Ueberwindung von Kompatibili¬ tätsproblemen angewendet werden. Wenn z.B. die Anlage so gross ist, dass Kapazitätsprobleme in Zusammenhang mit einem einzigen Netzwerk 350 entstehen, können solche Probleme durch die Anwendung eines zweiten Netzwerkes vermindert (wenn nicht vollständig gelöst) werden, (vgl. die Bemerkungen in der Einleitung bezüglich der Uebertragungskapazitäten von den heutigen Schnittstellen).

Fig. 3 zeigt eine weitere Modifikation der Anordnung nach Fig. 1, wobei in diesem Fall ein einziges Netzwerk 350 (ge¬ zeigt) oder eine Mehrzahl von Netzwerken (nicht gezeigt) zur Anwendung kommen können. Elemente in Fig. 3, die mit Ele¬ menten in Fig. 1 identisch sind, tragen in beiden Figuren die gleichen Bezugszeichen.

Fig.3 zeigt einen weiteren Treiber 410, der als Schnittstell zwischen dem Netzwerk 350 und der Steuerung einer weiteren Maschine 400 dient. Diese Maschine 400 ist mit derjenigen Maschine verkettet, die durch den Rechner 390 gesteuert wird, z.B. wenn die letztgenannte Maschine eine Mischmaschine ist, kann die Maschine 400 ein Ballenöffner oder eine Kardenspei¬ sung sein. Dem Treiber 396 ist auch ein zusätzlicher Sensor 397 angehängt, welcher nicht in der "eigenen" Maschine, son¬ dern in der nächsten Maschine 400 der "Kette" vorgesehen ist und der Zustand dieser- Maschine 400 der "eigenen" Maschinen¬ steuerung (dem Rechner 390) mitteilt. Es kann offensichtlich mehrere solche zusätzliche Sensoren in den anderen oder in verschiedenen anderen Maschinen der Kette vorgesehen werden.

Durch solche "Spionsensoren" ist jede teilautonome Steuerung in der Lage, die ihr vom Rechner 340 gegebenen Befehle grob auf Widersprüche zu überprüfen. Noch wichtiger, die teilau¬ tonome Steuerung bleibt auch dann funktionsfähig, wenn das Netzwerk 350 bzw. der Leitrechner 340 ein Defekt aufweist. Die Effizienz der Anlage wird sicher dadurch reduziert; sie bleibt aber trotzdem in (nicht optimalen) Betrieb.

Die Sensorik der heutigen (Ring-) Spinnmaschine

Im Vergleich zu den Maschinen für die neuen Spinnverfahren (z.B. Rotor-bzw. Düsenspinnmaschinen) ist die Sensorik der heutigen Ringspinnmaschine ausgesprochen dürftig. Die Rotor¬ spinnmaschine z.B. ist schon lang mit einer Sensorik verse¬ hen, welche sowohl den Zustand der einzelnen Spinnstelle als auch die Qualität des darin hergestellten Garnes wiedergibt (siehe EP 156153 und den darin erwähnten Stand der Technik. Für eine moderne Ueoerwachung - siehe ITB Garnherstellung 1/91, Seite 23 bis 32.4). Aehnliche Systeme sind auch für die Filamentverarbeitung in der Falschdralltexturiermaschine entwickelt worden - siehe z.B. DOS 3005746. Die Spulmaschine,

welche die Kopse der Ringspinnmaschine zu Kreuzspulen verar¬ beitet, ist heute bereits mit einer hochgezüchteten Sensorik versehen - siehe z.B. ' DOS 3928831, EP 365901, EP 415222 und US 4984749.

Es sind Vorschläge bekannt, wonach die Ringspinnmaschine ebenfalls mit einem hochentwickelten internen Kommunikati¬ onssystem und einer entsprechenden Sensorik zu versehen wäre - siehe z.B. EP 322698 und EP 389849 (= DOS 3910181). Solche Vorschläge erfordern (für ihre Realisierung) die Ueberarbei- tung der gesamten Ringspinnmaschine, was wegen der damit verbundenen Kosten _ - und den entsprechenden Auswirkungen auf die Wettbewerbsfähigkeit des Verfahrens - nicht schlagartig sondern nur schrittweise vor sich gehen kann.

In der nächsten Zukunft wird die Ringspinnmaschine wohl des¬ wegen kein internes KommunikationsSystem erhalten. Informa¬ tionen über die Zustände der einzelnen Spinnstellen werden deswegen nicht aus einzelnen Sensoren an den jeweiligen Spinnstellen sondern durch fahrbare Ueberwachungsgeräte ge¬ sammelt werden müssen. Solche Geräte sind schon lange bekannt (z.B. aus DOS 2731019) - eine neuere Variante, wonach die Ueberwachung in einem Fadenbruchbehebungsautomat integriert wird, ist in EP 394671 (= DOS 3909746) gezeigt worden. Weitere Sensoren der Ringspinnmaschine, welche für die Be¬ schickung der Aufsteckung wichtig sind, kann man beispiels¬ weise aus WO 90/12133) entnehmen. Weitere Sensoren sind für den Betrieb der Kops- bzw. Leerhülsen-Transporteinrichtung notwendig, wobei solche Sensoren heute bekannt sind und des¬ wegen hier nicht im Detail beschrieben werden.

Es ist zu bemerken, dass die Sensorik der Spinnmaschine an¬ gebaut statt eingebaut werden kann. Ein Beispiel eines solchen Systems ist im Artikel "Ueberwachung der Qualität von

OE-Rotorgarnen" in ITB Garnherstellung 1/91, Seite 23 bis 32 zu finden.

Gleichgültig ob die Spinnmaschine mit einer an- oder einge¬ bauter Sensorik versehen ist, wird sie mit mindestens ge¬ wissen Sensorikelementen ausgerüstet werden, die ihre Aus- gangsεignale an die Maschinensteuerung liefern. Diese "maschineneigenen" Signale ergeben ein Abbild des "Zustandes" der Maschine. Sie beantworten unter anderem Fragen, die für die "Sicherheit" wichtig sind, zum Beispiel:

steht bzw. bewegt sich ein fahrbares Gerät momentan in einem Bereich, wo eine Kollision mit einem anderen Ma¬ schinenteil (z.B. einem eingebauten Doffautomat) entste¬ hen könnte?

steht eine Person bzw. ein Hindernis in der Fahrbahn ei¬ nes bewegbaren Teiles?

ist in der Maschine eine Operation gestartet worden, die nicht sofort abgebrochen werden darf?

Die entsprechenden Sensoren können als die Sicherheitssenso- rik der entsprechenden Maschine bezeichnet werden. Die Sen¬ soren dürfen dabei auf einer Nachbarmaschine oder einem Transportsystem installiert sein. Wichtig ist, dass die Sen¬ sorensignale an die zutreffende Maschinensteuerung geleitet werden.

Die Steuerung der Gesamtanlage

Eine gesamte Spinnerei ist z.B. in DOS 3924779 gezeigt. An¬ dere Beispiele sind in den folgenden Artikeln zu finden:

1. "Ueberwachung der Qualität von OE-Rotorgarnen" in ITB Garnherstellung 1/91, Seite 23 bis 32.

2. "Vergleich von Anforderungsprofil und Realität für eine automatisierte Spinnerei" in Textilpraxis International vom Oktober 1990 (ab Seite 1013).

Die Steuerung der Gesamtanlage ist derart ausgelegt, dass die Verarbeitungsstufen "verkettet" sind. Sofern der Transport zwischen den Verarbeitungsstufen automatisiert ist, können Signale von einer "Quelle" (liefernde Maschine) und einer "Senke" (zu beliefernde Maschine) von der Steuerung des Transportsystems zu einem "Fahrauftrag" verarbeitet werden, welcher sodann an eine Transporteinheit erteilt wird, (vor¬ ausgesetzt natürlich, dass eine freie beladene Transportein¬ heit bereitsteht) . Wo gewisse Operationen noch nicht automa¬ tisiert sind, ist der Einsatz einer Bedienungsperson erfor¬ derlich.

Bevor eine Maschine eine Handlung über die Aktorik auslöst, wird zuerst im von der Sicherheitssensorik erzeugten Abbild des Maschinenzustandes kontrolliert, ob diese Handlung ohne Gefahr und Schaden durchgeführt werden kann.

Die Verkettung der Verarbeitungsstufen einer Spinnereianlage mit oder ohne Bedienungseingriffe ist heute weitgehend auf der "Maschinenebene" gelöst - Beispiele sind dem schon er¬ wähnten Stand der Technik zu entnehmen. Die Verkettung der Anlage durch eine konventionelle oder noch weiterentwickelte Kombination von Aktorik/Sensorik/Steuerungen auf Maschinen¬ ebene (d.h. ohne den Prozessleitrechner) wird vorzugsweise beibehalten, damit ohne Prozessleitrechner oder bei Ausfall des Prozessleitrechners die Anlage, wenn auch mit reduzierter Leistung, betrieben werden kann.

Der Prozessleitrechner

Den einzelnen Maschinensteuerung welche zu einem autonomen Betrieb der Anlage völlig ausreichen, wird nach dieser Er¬ findung ein Prozessleitrechner überlagert, um eine Prozessleitebene zu bilden. Fig.4 zeigt eine entsprechende Ausführung, welche als Modifikation der Anlage nach Fig.3 ausgeführt ist.

Fig.4 zeigt schematisch die Verbindung des Prozessleit¬ rechners mit einzelnen Maschinen. Die dadurch veranschau¬ lichten Prinzipien gelten aber auch für die Verbindung mit weiteren bzw. mit allen Maschinen der Gesamtanlage. Fig.4 zeigt schematisch eine mögliche Variante der Architektur für eine Prozess-Steuerung mit dem Leitrechner 340, dem Netzwerk 350, dem Rechner 390 und dem Rechner 410, die vorher im Zu¬ sammenhand mit Fig.3 beschrieben wurden. Jeder Rechner 340,390 hat nach wie vor die ihm zugeordnete Speicher 343,345 bzw. 391 und Treiber 347,349 bzw. 393,394,395,396, wobei in Fig.4 gewisse Elemente nicht mehr gezeigt sind, da sie aus Fig.3 ersichtlich sind. Diese Prozess-Steuerung kann für die Gesamtanlage oder nur für einen Teil davon (z.B. für den Spinnsaal nach Fig. 2) vorgesehen werden.

Zusätzliche Treiber 412 bzw. bestimmen die notwendigen Schnittstellen für die Kommunikation zwischen zwei Zusatz¬ rechnern 414 bzw. 418 und dem Netzwerk 350. Beide Zusatz¬ rechner 414,418 sind mit Treibern (nicht gezeigt) versehen, welche die Schnittstellen zwischen dem jeweiligen Rechner 414,418 und Anzeige und Bedienungselemente, wovon nur die mit dem Rechner 414 verbundene Anzeige 420 und Bedienung 422 ge¬ zeigt sind.

Der Rechner 418 steuert eine Klimaanlage, welche den Saal klimatisiert, worin sich die durch die Rechner 390 und 410

gesteuerten Maschinen (unter anderem) befinden. Diese Anlage hat natürlich mit den Prozessabläufen an und für sich nichts unmittelbar zu tun, beeinflusst aber massgebend die Umgebung, worin diese Abläufe abgewickelt werden müssen und dement¬ sprechend die erzielten Resultat dieser Abläufe. Ueber die Bedeutung der Kommunikation des Prozessleitrechners 340 mit dem Steuerungsrechner der Klimaanlage wird nachfolgend näher eingegangen. Die Klimaanlage ist auf jeden Fall mit einer Sensorik versehen, die in Fig.4 schematisch durch einen Sensor 424 vertreten wird.

Der Rechner 414 steuert ein Datenerfassungssystem, welches der durch den Rechner 390 gesteuerten Maschine angebaut ist. Das Datenerfassungssystem umfasst eine Sensorik die in Fig. 4 durch die Sensoren 426 und 428 vertreten ist. Die Sensorik des Erfassungssystems gewinnt Messdaten über Zustände in der vom Rechner 390 gesteuerten Maschine, liefert aber die ent¬ sprechenden Ausgangssignale (Rohdaten) nicht an den Rechner 390, sondern an den Rechner 414. Dieser kann (muss aber nicht) eine Verbindung 430 mit dem Rechner 390 aufweisen, die nachfolgend näher erläutert wird, liefert die gewonnenen Rohdaten trotzdem über das Netzwerk 350 an den Rechner 340.

Der Prozessleitrechner 340 kann nun Steuerbefehle über das Netzwerk 350 an den Rechner 390 und/oder an den Rechner 414 senden. Wenn solche Steuerbefehle vom Rechner 414 empfangen werden und das Datenerfassungssystem betreffen, ist keine Kommunikation über die Verbindung 430 notwendig. Wenn solche Befehle aber die Aktorik der Maschine selbst betreffen, müs¬ sen sie über die Verbindung 430 an die Maschinensteuerung 390 weitergeleitet werden, falls sie vom Rechner 414 empfangen werden. Diese Anordnung ist nicht wünschenswert, da der Prozessleitrechner 340 vorzugsweise direkt mit dem Rechner 390 kommuniziert. Die Anordnung ist aber nicht aus der Er¬ findung ausgeschlossen und könnte sich als notwendig

erweisen, falls die "Mitarbeit" des Datenerfassungssystems notwendig ist, um die aus seinen Daten gewonnenen Resultate in Steuerbefehle für die Maschine umzuwandeln. Dies könnte z.B. der Fall sein, wo das Datenerfassungssystem (vielleicht als eine Nachrüstung) von einem Lieferant zur Verfügung ge¬ stellt wird, der die Maschine selbst nicht liefert.

Fig.4 zeigt auch ein weiterer Rechner 432, welcher dem Rech¬ ner 390 übergeordnet ist. Rechner 432 steuert z.B. ein Be¬ dienungsgerät, welches der vom Rechner 390 gesteuerten Ma¬ schine ständig zugeordnet ist. Der Rechner 432 kann nicht direkt, sondern nur über den Rechner 390 mit dem Prozessleitrechner 340 kommunizieren. Der Rechner 432 erhält Steuerbefehle vom Rechner 390 und arbeitet sonst als autonome Einheit. Er steuert eigene Antriebe 434,436 und hat eigene Sensoren 438,440. Der Sensor 438 ist zur Ueberwachung eines Betriebszustandes der autonomen Einheit (des Bedienungsge¬ rätes) vorgesehen - der Sensor 440 hingegen überwacht einen Zustand der vom Rechner 390 gesteuerten Maschine. Die Rohda¬ ten des Sensors 440 werden dementsprechend kontinuierlich oder intermittierend an den Rechner 390 weitergeleitet.

Ein in der Maschine vorgesehenen Sensor 442 könnte zur Ueberwachung eines Zustandes der autonomen Einheit vorgesehen werden. Seine Rohdaten müssten nicht an den Rechner 432 wei¬ tergeleitet werden, würden aber die an ihn gerichteten Steu¬ erbefehle beeinflussen.

Die Verbindung 444 zwischen den Rechnern 390 und 432 muss nicht kontinuierlich bestehen. Eine geeignete Verbindung zwischen der Steuerung einer Ringspinnmaschine und einem dieser Maschinen untergeordneten Ansetzroboters ist in un¬ serer schweizerischen Patentanmeldung Nr 2830/91 vom 24.09.1991 gezeigt worden. Der Rechner 432 kann (wie die Rechner 390 und 414) mit eigenen Anzeige- bzw. Bedie-

nungselementen versehen werden, die aber in Fig. 19 nicht gezeigt sind.

Wie in der Einleitung erwähnt wurde, ist es gelegentlich wichtig bzw. erwünscht, eine Maschine vom Prozessleitsyste abzukoppeln. Das ist in Fig. 4 schematisch durch die "Schalter" 446,448 die nicht "frei", sondern nur unter vor¬ gegebenen Umständen betätigt werden können, was schematisch durch die Schlüssel 450 angedeutet ist. Diese Darstellung gilt nur zur Erklärung des Prinzipes - es ist nicht notwen¬ dig, die Verbindung mit dem Netzwerk zu unterbrechen, um die Abkoppelung zu bewirken. Das Abkoppeln wie sie auch immer bewirkt wird, darf 'nur unter kontrollierten Umständen (durch bestimmte Personen) durchgeführt werden.

Eine vom Prozessleitrechner abgekoppelte Maschine untersteht wieder der vollen Kontrolle der Bedienungspersonals. Es kön¬ nen dann z.B. Wartungsarbeiten oder Versuche (unabhängig vom geleiteten System) durchgeführt werden.

Das Abkoppeln einer Maschine muss

an den Prozessleitrechner gemeldet werden, derart ausgeführt werden, dass die mit der abgekoppelten Maschine verketteten Maschine(n) weiterhin vom Prozessleitrechner geleitet werden können.

Die in Fig.4 gezeigten Sensoren werden nun nachfolgend als Beispiele von verschiedenen Sensoren erwähnt, die in Zusam¬ menhang mit den Funktionen des Leitrechners beschrieben wer¬ den soll.

Maschinengerechte/Leitsystemgerechte Sensorik

Die heutige Sensorik der Textilmaschinen (z.B. der Spinnma¬ schinen, wie schon beschrieben) steht in enger Beziehung zur Aktorik und zur Steuerung der Maschine selbst. Die minimale Anzahl Sensoren wird verwendet, d.h. nur diejenigen Sensoren sind vorgesehen, die zum Steuern der Arbeitsablaufe der Ma¬ schine wesentlich sind. Diese Situation kommt aus folgenden Gründen zustande:

1. Jeder Sensor ist eine potentielle Fehlerquelle (diese Tatsache ist wohl bekannt, so dass Massnahmen zur Ueberwindung gelegentlicher Defekte getroffen werden müssen - siehe z.B. DOS 3939789 und EP 432401).

2. Zuverlässige Sensoren sind teuer. Massnahmen zur ' Ueberwachung ihrer Zuverlässigkeit sind aufwendig. Un¬ terhaltsarbeiten verursachen zusätzliche Betriebskosten.

3. Die Folgekosten eines Sensorendefektes beschränken sich nicht auf die Ersatzteilkosten. Produktionsausfälle sind mögliche Auswirkungen eines Sensorausfalls. Unter Um¬ ständen noch schlimmer: minderwertige Produkte

( "Ausschuss") kann von einem nicht mehr zuverlässigen, aber noch nicht ausgefallenen Sensor, verursacht werden.

Die Prozessdatenerfassung, die in der Einleitung erwähnt wurde, erfordert oft zusätzliche Sensoren, die meistens an der Maschine angebaut werden. Sie sind für den Maschinenab¬ lauf ohne Bedeutung und müssen deswegen zur Maschinensteue¬ rung keine besondere Beziehung aufweisen. Wie schon angedeu¬ tet, kann dies zu Schwierigkeiten bei der Realisierung eines Prozessleitsystems führen, wo anhand der durch die Sensorik gewonnenen Daten die Prozesszentrale nicht bloss für den

Betrieb nützliche Informationen, sondern auch Steuerbehle (Sollwerte) erzeugen soll.

Die bisherige Prozessdatenerfassung beschränkt sich meistens darauf, die Zustände einer Maschine darzustellen und diese, ' wenn möglich mit den Eigenschaften des Produktes dieser Ma¬ schine zu korrelieren. Dies ergibt aber höchstens ein parti¬ elles Bild der wahren Gründe für die genannten Eigenschaften und gegebenenfalls ein mehrdeutiges oder sogar verzerrtes Bild.

Die dem Prozessleitrechner zuzuordnenden Funktionen (die nachfolgend näher erläutert werden) erfordern eine weiter¬ entwickelte Sensorik, die aber wahrscheinlich zum Teil wegen der schon aufgeführten Risiken nicht zum Steuern der Maschi¬ nenabläufe zur Anwendung kommt, sondern nur für die Zwecke der Prozessführung vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass die zukünftigen Spinnereimaschinen mit Sensoren zwei verschie¬ dener Typen ausgerüstet werden sollte

diejenigen Sensoren, die zum Steuern der Maschinenabläufe notwendig sind (prozesswesentliche Sensoren), und diejenigen Sensoren, die zur Gewinnung von Daten für Prozessführungszwecke vorgesehen sind (prozessredundante Sensoren) .

Die Funktion des Prozessleitrechners bzw. erforderliche Daten

Die Funktionen eines Leitrechners sollten gegenüber den Funktionen eines Datenerfassungssystems abgegrenzt werden, wobei der Leitrechner auch Erfassungsaufgaben erfüllen kann. Die Datenerfassung stellt sich die Aufgabe, einen sinnvollen Ueberblick zu erzeugen. Möglichkeiten sind zum Beispiel im Artikel "Prozessdatenerfassung in der Ringspinnerei - Anwen¬ dung und Weiterverarbeitung der Prozessdaten von USTER

RINGDATA am praktischen Beispiel" von W. Schaufelberger auf¬ gezeigt. Der Artikel wurde am Reutlinger Spinnerei Kolloquium vom 2/3 Dezember 1986 vorgetragen.

Die Funktion des Leitrechners im Spinnereibetrieb hängt von der ihm durch den Anwender gestellten Aufgabe ab. Diese Funktion kann z.B. darin bestehen, die grundsätzlich autonom betriebsfähige Anlage anhand einer vorgegebenen Strategie zu optimieren. Eine andere Aufgabe kann darin bestehen, die An¬ lage über längere Perioden ohne Bedienungseingriff betriebsfähig aufrechtzuerhalten, was sowohl Dispositions- wie auch Instandhaltungsaufgaben beinhaltet.

Um eine garnproduzierende Anlage auf diese Art und Weise zu leiten, braucht der Leitrechner z.B. die folgenden Informa¬ tionen:

die Betriebszustände der einzelnen Spinnstellen ("in Be¬ trieb" / "stillgelegt"); diese Informationen dienen der Kalkulation und Ueberwachung der Gesamtproduktion der Anlage während eines gegebenen Zeitintervalls,

die "Qualität" des erzeugten Produktes der einzelnen Spinnstellen, d.h. für jede Spinnstelle Informationen darüber, ob das in dieser Spinnstelle produzierte Garn innerhalb vorgegebener Toleranzwerte liegt oder nicht ,

die verschiedenen Garntypen, die an den einzelnen Spinn¬ stellen produziert werden; dies dient der Hochrechnung und Ueberwachung der Fertigstellung gegebener Lose (Auf¬ träge).

Es bestehen heutzutage keine Sensoren bzw. Sensorkombinati- onen, die imstande sind, den Garntyp einer laufenden Spinn¬ stelle eindeutig festzustellen. Diese Informationen müssen

deswegen von der Bedienung eingegeben werden. Solche Ein¬ stellungen werden hier nicht behandelt sondern werden in ei¬ ner weiteren Patentanmeldung demnächst beschrieben werden.

Wie schon im vorangehenden Kapitel "Sensorik" angedeutet wurde, sind die Spinnmaschinen der neuen Spinnverfahren (Ro¬ torspinnen, Düsenspinnen) meistens selbst in der Lage, die notwendigen Informationen an den Prozessleitrechner zu lie¬ fern, mindestens in dem Sinn, dass die Informationen in der Maschine selbst vorhanden sind. Die heutige Ringspinnmaschine hingegen ist nur über Hilfsaggregate imstande, die notwen¬ digen Informationen zu liefern, wobei auch dann Qualitätsan¬ gaben vom Garnreiniger der Spulmaschine bezogen werden müssen (siehe z.B. EP 365901). Unsere schweizerische Patentameldung Nr. 697/91 vom 07.03.1991 zeigt eine Möglichkeit, das Zusam¬ menwirken der Bedienungsautomaten der Ringspinnmaschine und des Garnreinigers der Spulmaschine dadurch zu optimieren, dass die Informationsbestände der beiden Maschinen ausge¬ tauscht werden.

Der Prozessleitrechner hat daher vorzugsweise über sein Kom¬ munikationsnetzwerk bzw. seine Kommunikationsnetzwerke den Zugang zu den ihn wichtigen Rohdaten der Sensorik in der An¬ lage, bzw. in den von ihm gesteuerten Maschinen. Die Rohdaten enthalten die volle Information eines bestimmten (für das Prozessleitsystem wichtigen) Sensors, allenfalls derart auf¬ bereitet, dass Fehlinterpretationen vermieden werden. Als Beispiel wird angenommen, der Fadenbruchsensor an einer be¬ stimmten Spinnstelle signalisiert einen Fadenbruch - aus diesem Signal kann nur dann auf einen Fadenbruch geschlossen werden, wenn die Spinnstelle (bzw. die Maschine) "in Betrieb" ist, was durch ein weiteres Signal (bzw. durch weitere Si¬ gnale) in der Signalaufbereitung berücksichtigt werden muss.

Ein voll ausgebautes Prozessleitsystem ermöglicht

- einerseits die Korrelation der Produktionsresultate der verschiedenen Produktionseinheiten (Spinnstellen, Spul¬ stellen, Streckenkopf, Kämmkopf, Karde usw. ) mit deren Umgebungen,

- andererseits die Hochrechnung der erzielten Resultate, um das Disponieren der weiteren Abläufe nach den vom Anwen¬ der gestellten Anforderungen zu "optimieren" (zumindest in dem Sinn, dass Mindestanforderungen erfüllt werden oder eine Vorwarnung der Unerfüllbarkeit der gestellten Anforderungen gegeben wird) .

Die "Umgebung" einer "Produktionseinheit" schliesst alle messbaren Faktoren ein, die einen erkennbaren Einfluss auf die Produktionsresultate dieser Einheit ausüben kann. Die "Produktionsresul ate" umfassen sowohl quantitative wie auch qualitative Grossen. Diese Einflussfaktoren schliessen die folgenden Faktoren ein:

die Verfügbarkeit vom Bedienungspersonal und Bedienungs- einrichtungen die Verfügbarkeit des erforderlichen Vorlagematerials (Quantität und Qualität) der Zustand der Einheit selbst und der sie direkt zuge¬ ordneten "Dienstleistungen" (Antriebselemente, Steue¬ rungen, Energiezufuhr, Führungselemente usw. ) Umweltsfaktoren, insbesondere Klimafaktoren. Diese können sowohl Mikroumweltsfaktoren (in der unmittelbaren Umge¬ bung der betroffenen Einheit) wie auch Makroumweltsfaktoren, die eine Mehrzahl von Einheiten (oder sogar Maschinen) beeinflussen.

Sensorik für die Produktionsresultate:

Qualitätssensoren sind in unserer europäischen Patentanmel¬ dung Nr. 41 04 29 für verschiedene Anforderungen aufgeführt.

"Quantitätssensoren" umfassen z.B. Signalgeber, welche die Prozesseinstellungen der betreffenden Maschine angeben (z.B. Spindeltouren, Lieferung usw. ) und auch Sensoren, die fest¬ stellen, ob eine gegebene Produktionseinheit effektiv produ¬ ziert oder nicht.

Sensorik zur Korrelation mit der Umgebung:

Wichtig in dieser Kategorie ist die Materialflussverfolgung, welche die Korrelation der Werte von verketteten Produkti¬ onseinheiten ermöglicht. Lösungen sind z.B. aus unserer PCT Anmeldung Nr. PCT/CH/91/00151 vom 19.07.1991 sowie (zum Teil) aus DOS 3603002 bzw. DOS 4112073 bekannt.

Sensoren, welche die Zustände der Maschinenelemente fest¬ stellen, umfassen z.B. unter anderem Vibrationssensoren und Energieaufnahmesensoren. Diese Kategorie umfasst auch Si¬ cherheitssensoren wie z.B. Temperaturmessfühler z.B. nach DOS 4011944. Die Sicherheitsaufgabe ist primär auf der Maschi¬ nenebene zu lösen - die Sicherheitsdaten sind aber ebenfalls für das Prozessleitsystem von Bedeutung, da das System zum feststellen von den Ursachen für Risiken dadurch ausgelegt werden kann, dass eine Korrelationsanalyse mit anderen vor¬ handenen Sensorensignale durchgeführt wird.

Die (Makro-, Mikro-) Umwelteinflüsse können durch Klimasen¬ soren z.B. für den ganzen Saal und/oder in der Nähe einer gegebenen Produktionseinheit gemessen werden. Die zutref¬ fenden Grossen sind z.B. Temperatur, Partikel- bzw. Flugbe¬ lastung der Luft, Luftfeuchtigkeit oder sogar Luftströmungs¬ richtung und/oder Geschwindigkeit. Die Makroumweltfaktoren können z.B. durch die Sensorik einer Klimaanlage z.B. Sen¬ sor 424, Fig. 4 festgestellt werden. Die Mikroumweltfaktoren müssen im "eigenen Raum" der zutreffenden Produktionseinheit festgestellt werden z.B. durch Anbringung der entsprechenden

Sensorik in der Maschine selbst, in einer dieser Maschine anfahrbaren Bedienungseinrichtung z.B. Sensor 440, Fig. 4 oder durch das Bedienungspersonal. Im letzteren Fall müssen die Messwerte vom Personal derart in einer Kommunikations¬ vorrichtung eingegeben werden, dass sie davon über dem Kom¬ munikationssystem an den Prozessleitrechner weitergeleitet werden können.

Sensorik für die Hochrechnung zur Wartungs-/ünterhaltszwecke:

Eine wichtige Aufgabe eines Prozessleitrechners ist die "In¬ standhaltung" der Anlage, ihrer Maschinen, Einrichtungen und Elemente und zwar aus verschiedenen Gründen:

- Defekte verursachen (mittelbar oder unmittelbar) Quali- täts- bzw. Produktionseinbusse

Wartungs- bzw. Unterhaltsarbeiten müssen oft vom Bedie¬ nungspersonal durchgeführt werden und Menschen stehen in der zukünftigen Spinnerei nicht jederzeit zur Verfügung. Eine wichtige Frage ist deswegen, nicht bloss, was ge¬ macht werden muss, sondern auch wann diese Arbeiten an¬ fallen werden.

Lösungen dieser Probleme sind in unserer deutschen Patentan¬ meldung Nr. 4131247 vom 20.09.1991 aufgeführt, wobei jede Maschine vorzugsweise mit einem BetriebsStundenmodul ausge¬ rüstet wird.

Sensorik für die Produktionsplanung:

Ein Hilfsmittel für die Produktionsplanung, die in einem Prozessleitsystem integriert werden kann, ist in unserer Schweizerischen Patentanmeldung Nr. 1374/91 vom 07.05.1991 gezeigt worden. Wichtig bei solchen PlanungsSystemen ist die

Hochrechnung der Produktionsleistung der verschiedenen Ma¬ schinen der gesteuerten Anlage, um die Verfügbarkeit dieser Maschinen für die Erledigung der anfallenden Produktionsauf¬ träge zu ermöglichen. Vorzugsweise werden dabei hochgerech¬ neten bzw. erzielten Ist-Leistungen mit geplanten bzw. er- ■ warteten Soll-Leistungen verglichen. Abweichungen von der Soll-Leistung können im schwerwiegenden Fällen mit anderen gesammelten Daten korreliert werden, um Verbesserungen aus¬ zuarbeiten bzw. Planänderungen vorzuschlagen.

Sensorik für die ProduktionsSteuerung bzw. Optimierung:

Gemäss unserer deutschen Patentanmeldung Nr. 4127990 vom 23.08.1991 ist es möglich, Optimierungsroutine durchzuarbei¬ ten, welche allenfalls Verbesserungen auch gegenüber einer planmässig arbeitenden Anlage ausarbeiten können.

Sensorik für die Personalverfügbarkeit:

Wie schon angedeutet, ist die Anwesenheit des Personals wei¬ terhin für die Ausführung gewisser Abläufe wesentlich. Es ist daher wichtig, solche Arbeiten zu planen, so dass sie anfal¬ len, wenn die Anwesenheit der notwendigen Menschen vernünf¬ tigerweise erwartet werden kann. Wichtige Abläufe dieser Art sind:

Auftragsdisposition (Sortimentswechsel) Prozessablauf (Beheben von gewissen Störungen) Wartung/Unterhalt (Schmieren, Läuferwechsel) Materialfluss (Materialzufuhr über das Wochenende)

Dieser Aspekt des Prozessleitsystems kann mit dem Betriebs¬ leitrechner (Personalführung) verbunden werden.

Korrelationsfunktio :

Die (prozessredundante) Sensorik nun vorgeschlagen ermöglicht eine "tiefergehende" Untersuchung der Ursachen für festge¬ stellte Resultate (Leistungsdaten) . Dies ist besonders für die Schätzung der Gründe für Störungen wichtig. Produktions¬ ausfälle können z.B. durch die folgenden Ursachen ausgelöst werden:

Klimaänderungen (Makro- oder Mikro-) Materialfehler

Maschinenfehler (Vibrationen, Verschleiss) fehlende Dienstleistungen (Energiezufuhr, Ausfall eines Bedienungsautomaten) - fehlendes Personal Unfälle

Die Korrelation der Resultate einer Maschine, mit denen von anderen Maschinen, kann hier zu wichtigen Schlüssen führen.

Prozessleitsystem / Maschinensteuerung

Die Erfindung beruht auf einer klaren "Aufgabenteilung" zwi¬ schen dem Prozessleitsystem (Prozessleitrechner) und den Ma¬ schinensteuerungen.

Es ist die Aufgabe des Prozessleitsystems, "vorausschauend" (auf der Basis einer ihm vorgegebenen "Strategie") zu "dis¬ ponieren", d.h. das Prozessleitsystem muss Trends bzw. Ten¬ denzen im Prozessablauf der Gesamtanlage erkennen und die einzelnen Sollwerte im Hinblick auf die Strategie optimieren. Um diese Aufgaben zu erfüllen, braucht das Prozessleitsystem (der Prozessleitrechner) Informationen bezüglich des Be¬ triebszustandes für jede Arbeitsstelle der Anlage. Dies stellt hohe Anforderungen an die In-

formationsübertragungsfähigkeiten des Netzwerkes bzw. der Netzwerke zwischen den Maschinen und dem Rechner. Das Prozessleitsystem muss aber nicht kontinuierlich über den momentanen Stand der Anlage informiert werden, sondern ist gegenüber Verzögerungen in der Datenübertragung unempfind¬ lich, vorausgesetzt dass diese Verzögerungen die Trends noch so frühzeitig erkennen lassen, dass das Prozessleitsystem wenn notwendig korrigierend eingreifen kann.

Demgegenüber ist es nicht Aufgabe des Prozessleitsystems, jede letzte Operation in der Anlage zu steuern. Dies bleibt die Aufgabe der Maschinensteuerungen, die je ein Abbild der momentanen Zustände der von ihnen gesteuerten Elemente und Aggregate gespeichert haben müssen. Der Prozessleitrechner hat ein Abbild der Gesamtanlage gespeichert, das den momen¬ tanen Zustand aller für den Prozessleitrechner relevanten Daten darstellen muss und zum Feststellen von Zustandsände- rungen ausgelegt ist, und zwar mit einer maximalen Verzöge¬ rung, die in Abhängigkeit von der schnellsten zu erwartenden Zustandsänderungen festgelegt wird.

Der Prozessleitrechner hat dementsprechend Zugriff zu den Rohdaten der Sensorik der Anlage, aber keine direkten "Steuerungsbefugnisse". Der Prozessleitrechner gibt Steuer¬ befehle im Sinne von Sollwerten an die Maschinensteuerung ab, die aber diese Befehle erst nach Verarbeitung durch das ei¬ gene Steuerprogramm und unter Berücksichtigung den momentan abgebildeten Zustandes der von ihr gesteuerten Elemente und Aggregate als Steuerungssignale an die Aktorik weitergibt.

Es werden nachfolgen mögliche Anwendungen des Prozessleit¬ systems aufgeführt. Es wäre im Prinzip möglich, einige Funk¬ tionen des Prozessleitsystems (z.B. die Datenerfassung und gewisse Aspekte der- Korrelationsanalyse) auch in jeder Ma¬ schinensteuerung abzuwickeln. Dies aber belastet die

Maschinensteuerung mit Funktionen, die keinen unmittelbaren Einfluss auf die Maschinenabläufe ausüben dürfen, weil die durch diese Funktionen gewonnenen Resultate "auslegungsbe¬ dürftig" sind. (d.h. allein nicht eindeutig aussagefähig sind) . Dies gilt insbesondere für die Korrelationsanalyse. Was eine einzige Maschinensteuerung auf keinen Fall durch¬ führen kann, ist eine Korrelationsanalyse mit Werten von an¬ deren Maschinen auszuführen, es sei denn, die "korrelierende" Maschine selbst sei mit dem Prozessleitrechner ausgerüstet, so dass in der Gruppe eine Maschine als "Prozessleitmaschine" bestimmt ist (vgl. z.B. DOS 4008794).

Plausibilitätskontrolle

Die Software der Maschinensteuerung muss die vom Leitrechner empfangenen Steuerbefehle auf ihre Plausibilität kontrollie¬ ren. Dies gilt für alle Aspekte der steuerbaren Abläufe, so dass die Maschinensteuerung eine "Berechtigung" erhalten kann, einen Steuerbefehl "in Frage zu stellen", wenn dieser Befehl mit dem in der Maschinensteuerung abgespeicherten Ab¬ bild des Maschinenzustandes nicht zusammenpasst. Die Software der Maschinensteuerung kann z.B. derart ausgelegt werden, dass sie einen solchen Steuerbefehl erst dann befolgt, wenn er durch eine Eingabe des Personals bestätigt wird.

Ein Widerspruch zwischen einem Steuerbefehl und dem Sicher¬ heitszustand der Maschine (wie dieser Zustand in den Spei¬ chern der Maschinensteuerung abgebildet wird), muss auf jeden Fall zu einem Alarm führen, (auch dann wenn der Befehl "be¬ stätigt" wird) , weil diese Situation bei allen vorgesehenen Abläufen ausgeschlossen wird. Das "Vorkommen" der Situation deutet dementsprechend auf einen gefährlichen Defekt des Sy¬ stems.

Bidirektionaler Informationsaustausch

Es ist wünschenswert, die Kommunikationskanäle zu und von dem Leitrechner auf eine minimale Anzahl zu begrenzen. Es sind für solche Kanäle strenge Anforderungen an die zu übertra¬ genden Signale zu erfüllen, was vorbestimmte Schnittstellen¬ konfiguration am Netzwerk bzw. der Netzwerke erfordert, (siehe z.B. den Artikel "Datenschnittstellen an Textilma¬ schinen. Zwischenbericht über die Ausschusstätigkeit der VDI-Fachgruppe Textil und Bekleidung", in Melliand Textilbe- richte, 11/1987, Seite 825). Die Erfüllung dieser Anforde¬ rungen findet vorzugsweise durch Signalaufbereitung in der Maschinensteuerung bzw. in einer an der Maschine angebauten Datenstation statt. Die Kommunikation einer Maschinensteue¬ rung mit ihrer Aktorik kann unabhängig von diesen Anforde¬ rungen erreicht werden und zwar (wenn notwendig) auf unter¬ schiedliche Weise für die verschiedenen Aktorikelemente. Durch die in dieser Anmeldung erwähnten Beispiele zeigen wir die Vielfalt der Konfigurationen, die von einem Prozessleit¬ rechner geleitet werden können. In- einer Anordnung nach Fig. 19 wäre es daher wünschenswert, wenn möglich, die Kommunika¬ tion mit dem Leitrechner entweder über die Maschinensteuerung oder über den Rechner 414 (aber nicht über beide) abzuwik- keln. Dadurch wird es möglich, die Anzahl Uebertragungsmittel in der Anlage einzuschränken.

Klimasensorik

Die Erfahrung zeigt nun, dass der Spinnprozess sehr empfind¬ lich auf "Klimawerte" reagiert. Diese Aussage gilt sowohl für den Spinnsaal als ganzes (Makroklima) als auch für die nähere Umgebung einer einzigen Spinnstelle (Mikroklima). Die Klima¬ werte des ganzen Saales werden normalerweise von der Klima¬ anlage zentral gesteuert bzw. geregelt (siehe Rechner 418,

Fig.4) und können nur beschränkt an die Maschinen als Indi¬ viduen angepasst werden.

Die wahren Ursachen für Leistungsänderungen einer gegebenen Maschine können aber in "klimatischen" Aenderungen in der unmittelbaren Nähe dieser Maschine liegen, die im Durch¬ schnittswert der zentralen Klimaanlage nicht feststellbar sind. Das Abschalten einer Nachbarmaschine kann z.B. für eine gewisse Periode zu einer merklichen örtlichen Temperaturän¬ derung in der Umgebung der Nachbarmaschine(n) führen. Diese örtliche Temperaturänderung wirkt sich erst viel später und in einer abgeschwächten Grössenordnung auf die Zentrale aus, hat aber in der Zwischenzeit möglicherweise zu einer Aenderung des LaufVerhaltens in einer betroffenen Maschine geführt, welche sich sowohl bei der ersten Aenderung als auch bei nachfolgender Rückkehr zu "Normalbedingungen" sich un¬ günstig auswirkt.

Es ist daher jetzt vorgesehen, die Maschine selbst mit einer "Klimasensorik" zu versehen, zumindest

für diejenigen Maschinen (z.B. Endspinnmaschinen), welche von ihrer Umgebung kaum abgeschirmt werden können und durch das Klima ihrer Umgebung merklich beeinflusst wer¬ den, und - zumindest für diejenigen Klimawerte, die einen merklichen Einfluss auf das Laufverhalten in der Maschine ausüben (Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit) .

Das Feststellen eindeutiger "Klimawerte" für eine Längsteil¬ maschine erzeugt die eigenen Probleme. In einer Ringspinnma¬ schine z.B. können die Klimawerte mindestens an drei Stellen des Spinnprozesses einen Einfluss ausüben, nämlich

im Vorlagematerialpuffer (im Gatter, auch Aufsteckung genannt) , am Spinndreieck (am Lieferzylinder), und an der Ring/Läufer-Einheit.

Es muss dabei berücksichtigt werden, dass die Klimawerte sich auch über die Maschinenlänge merklich verändern können, was Unterschiede der Leistung von Spinnstelle zu Spinnstelle er¬ klären kann.

Es ist heutzutage kaum denkbar, jede Spinnstelle mit eigener Klimasensorik auszurüsten. Es wäre aber möglich, die Maschine mit einer "Laufkatze" zu versehen, welche mit der notwendigen Klimasensorik ausgerüstet ist und der Maschine entlang zu¬ mindest in einem der vorerwähnten Bereiche auf eine geeignete Führung bewegt werden kann. Es könnten z.B. drei solche Laufkatzen vorgesehen werden, die je einen Bereich (Gatter, Lieferzylinder, Ringbank) abtasten und ihre Werte an die Ma¬ schinensteuerung übermitteln.

Ein fahrbares Bedienungsgerät könnte aber den gleichen Zweck erfüllen, wobei dieses Gerät entweder speziell für die Er¬ fassung von Klimwerten gestaltet ist oder diese Funktion zu¬ sätzlich zu einer anderen Funktion (z.B. Gatterbeschickung oder Fadenansetzen) übernimmt. Es könnte z.B. ein fahrbares Gerät vorgesehen werden, welches zur detaillierten Untersu¬ chung vom Mikroklima einer einzelnen Spinnstelle vorgesehen ist, wenn sonst keine Erklärung für Abweichungen von den Normwerten für diese Spinnstellen feststellbar sind. Ein solches Gerät könnte einer bestimmten Maschine interimistisch zugeordnet und sonst zum Fahren zwischen den Maschinen angeordet werden. Ein solcher Gerät könnte z.B. insbesondere örtliche Luftströmungen oder Staubbelastungen feststellen, die den Spinnprozess an der betroffenen Stelle stören.

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Zustandssensorik für die Aktorikelemente

Diese Sensorik soll feststellen, ob die Arbeitsabläufe der Maschine nicht durch die Auswirkung eines Unfalles (Missgeschicks) oder wegen Verschleiss an den Maschinenteilen beeinträchtigt sind. Die Sensorik kann kaum auf jede mögliche Fehlerquelle einzel abgerichtet sein, muss sich daher auf Indizien abstützen. Solche Indizien sind:

die erforderliche Energie, um vorgegebene Resultate zu erzielen, bzw. die Energiezufuhr an die einzelnen Aktorikelemente der Maschine, - Schwingungen bzw. Vibrationen (inkl. Lärmemissionen) an vorbestimmten Stellen.

Jede Maschine kann ohne weiteres mit Sensoren versehen wer¬ den, welche die Geεamtenergiezufuhr an die Maschine messen bzw. die Gesamtzufuhr für die verschiedenen Energieträger (Strom, Druckluft usw. ) einzeln messen.

Es kann aber zusätzlich z.B. den Stromzufuhr an einzelne Mo¬ toren der Maschinenaktorik gemessen werden, und zwar bei verschiedenen Betriebsbedingungen z.B. Leerlauf, Volllast oder sogar periodisch unter speziell dafür vorgesehenen Testbedingungen ("Selbsttest"). Nach einer Analog/Digital Umwandlung können die entsprechenden Werte auch an den Prozessleitrechner weitergeleitet werden. Diese Messungen sind ohne weiteres möglich, wo frequenzgesteuerte Motoren über Umrichter gespeist werden.

Es können an vorbestimmten Stellen akustische Sensoren bzw. auf mechanische Vibrationen ansprechende Sensoren (z.B. Piezo-Elemente) vorgesehen werden. Diese Sensoren könnten aber auch an "Laufkatzen" (wie die schon erwähnte Klimasensorik) vorgesehen werden.

Personalplan, Bedienungseingriffe

In Bezug auf Personal kann nur eine "Sensorik" vorgesehen werden, welche auf Eingaben vom Personal selbst reagiert. Diese "Eingaben" können z.B. absichtlich (z.B. über eine Ta¬ statur) oder als Nebenerscheinung einer vorgegebenen Handlung getätigt werden.

Ein wesentlicher Aspekt der Dispisitionsfunktion des Leit¬ rechners ist die Abschätzung der Verfügbarkeit des Personals. Es hat z.B. meistens keinen Sinn im heutigen Europa einen Sortimentswechsel, (welcher bedienungsintensiv ist) um 02.00 Uhr morgens oder am Samstagnachmittag einzuplanen. Es hat genausowenig Sinn, ein Sortimentswechsel gerade bevor einem Schichtwechsel einzuplanen.

Der Leitrechner bzw. seine Software muss dementsprechend mit einem "Kalender" versehen werden, welcher die wahrscheinliche Verfügbarkeit des Bedienungspersonals über einen vorgegebenen Zeitraum darstellt.

Es ist nun möglich, für die ganze Belegschaft, gewisse Ter¬ mine im voraus festzulegen, wo alle im wesentlichen gleich betroffen sind (z.B. Betriebsferien, Wochenende, allgemeine Feiertage). Solche Termine können für eine relativ lange Pe¬ riode in einem "Betriebskalender" eingegeben werden, welcher nur nach einem langen Intervall (z.B. einem Jahr) nachgeführt werden muss.

Ein solcher Betriebskalender reicht aber nicht aus, um die Verfügbarkeit des einzelnen Mitarbeiters zu schätzen z.B. weil er oder sie zusätzlich die eigenen individuellen Ferien bezieht, oder nur bereit ist, gewisse Schichten zu arbeiten, oder krank ist, oder

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Es sprechen nun zumindest die folgenden Gründe dafür, für jeden Mitarbeiter als ein Individuum einen eigenen "Zeitplan" für eine vorgegebene Periode (z.B. eine Woche oder einen Mo¬ nat) mit ihm oder ihr im voraus festzulegen und im Prozessleitrechner einzugeben:

es 'sind zukünftig nur noch wenige Mitarbeiter in der Spinnerei beschäftigt, so dass sich der Aufwand, sie als Individuen zu behandeln, in Grenzen bleibt, die einzelnen Mitarbeiter sind umso wichtiger, je weniger davon insgesamt vorgesehen sind (gewisse Arbeiten können ohne die spezialisierten Fachkräfte nicht bewältigt wer¬ den) .

Nach Eingabe der Zeitpläne für die Belegschaft kann der Prozessleitrechner diese Angaben (zusammen mit dem vorher bestimmten Betriebskalender) mit den anfallenden wesentlichen und wünschenswerten Arbeiten vergleichen und "Arbeitspläne" für die zu einer gegebenen Zeit (z.B. über eine Schicht) verfügbare Personal zur Verfügung stellen.

Anwendung eines LeitSystems nach dieser Erfindung

Es sind hier nur einige Beispiele der Anwendung des Systems aufgeführt.

Ein wichtiger Aspekt eines Leitsystems ist die Vermeidung oder die Behandlung von "Problemen" in der Herstellung

a) der gewünschten Qualität, b) der (realistisch) zu erwartenden Menge

Dazu sollen kritische Grossen überwacht und mit voraussehba¬ ren potentiellen Problemursachen korreliert werden.

Eine kritische Grosse der Qualität einer Spinnmaschine ist die Anzahl Fadenbrüche. Die Bedeutung dieser Grosse geht weit ausserhalb der Bedeutung der einzelnen Ansetzer, die wegen der heutigen hochentwickelten Ansetztechnologie an und für sich keine besonderen Probleme hervorrufen. Eine (relativ) hohe Anzahl Fadenbrüche ist ein klares Zeichen von (relativ) schlechtem Garn (siehe den Artikel "Auswirkungen von Faden¬ brüchen beim Ring- und OE-Rotorspinnen auf die Garneigen¬ schaften und das Laufverhalten in Webereivorbereitung und Weberei" von S. Schlichter und Prof.Dr.J.Lünenschloss, Vor¬ trag an der Dornbirn Chemiefasertagung, 25 bis 27. September 1985) .

Eine kritische Grosse der "Mengenkapazität" einer Spinnma¬ schine ist ihr "Nutzeffekt" (auch "Wirkungsgrad" genannt). Es sind verschiedene Definitionen dieser Grosse verwendet. Im Grossen und Ganzen geht es darum, die erzielte Produktion (Ist-Wert) mit einer realistischen Schätzung der erzielbaren Produktion (Soll-Wert) zu vergleichen.

Datenerfassung:

Wie schon angedeutet, hat ein Leitsystem eine Datenerfas¬ sungsfunktion zu erfüllen. Hier geht es darum, einen "Ueberblick zu schaffen", womöglich durch "Visualisierung" der Daten. Das heute dazu geeigneteste Mittel ist die Bild¬ schirmgraphik. Die Skizzen der Fig. 5 zeigen (als Beispiele der möglichen Darstellungen) für eine bestimmte Maschine:

Fig. 5A - die Verteilung der Fadenbruchhäufigkeit über die Maschinenlänge für einen gegebenen Zeitraum (oder Artikel oder Satz von Maschineneinstellungen oder.. ) ,

Fig. 5B - der Verlauf der Fadenbruchwertigkeit (Fadenbrüche

pro 1000 Spinnstunden) über Zeit für zwei ver¬ schiedene Artikel X und Y,

Fig. 5C - der Verlauf des Nutzeffektes (Wirkungsgrades) der Maschine über mehrere Schichtwechsel hinweg,

Fig. 5D - der Verlauf der Fadenbruchhäufigkeit über den Packungsaufbau (-länge).

Diagnostik:

Um den Prozess zu leiten, muss der Prozessleitrechner auch als Diagnosegerät arbeiten, um die Ursachen für Abweichungen von den erwarteten Resultaten (Sollwerte) feststellen zu können. Das geeigneteste Mittel zu diesem Zweck ist die Kor¬ relationsanalyse.

Sowohl die Fadenbruchhäufigkeit wie auch der Nutzeffekt für eine gegebene Maschine sind vorzugsweise mit den folgenden Grossen zu korrelieren:

- Klimawerte

Maschineneinstellungen

Schichtwechsel

Artikeltyp entsprechenden Werte anderer Maschinen des gleichen Types entsprechenden Werte anderer mit der betroffenen Maschine verketteten Maschinen.

Die einfachste Korrelationsmethodik liegt darin, die Werte zu speichern und sie bei Bedarf für das Personal zu "Visualisieren" . Zu diesem Zweck sollen zumindest zwei und vorzugsweise mehrere Darstellungen nebeneinander angeordnet werden, wie dies als Beispiel in Fig. 6 gezeigt ist. Die Skizze der Fig. 6A zeigt den Fadenbruchwertigkeitsverlauf und

Fig. 6B den Nutzeffektverlauf, die auch in Fig. 5 gezeigt wurden. Die Darstellung nach Fig. 6 enthält aber auch in Fig. 6C (für die gleiche Zeitperiode) den Verlauf der "Klimawerte" (Auswahl: Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw.) und in Fig. 6D den entsprechenden Verlauf der Maschineneinstellungen (Aus¬ wahl: z.B. Verzug, Drehzahl).

Falls die Platzverhältnisse auf dem Bildschirm das Nebenein¬ anderstellen von mehr als zwei Verläufe nicht zulässt, können zwei Grossen nebeneinander gestellt werden, wobei die eine Grosse ein kritischer Qualitäts- oder Mengenparameter dar¬ stellt (z.B. Fadenbruchrate oder Nutzeffekt) und die zweite Grosse ein wichtiger Einflussfaktor darstellt. Die entspre¬ chenden Werte können der Reihe nach aus den jeweiligen Spei¬ chern geholt werden, so dass die verschiedenen Korrelationen (bzw. das Fehlen einer Korrelation) sequentiell visualisiert werden können.

Die Anlage kann derart angeordnet werden, dass die Visualisierung der Korrelationen für eine gegebene Maschine auf der Bedienungsoberfläche dieser Maschine erfolgen kann. Diese Möglichkeiten werden aber hier (aus Platzgründen) - Bildschirmgrösse beschränkt sein. Es kann daher in der Zen¬ trale eine geeignete Anzeige vorgesehen werden, welche eine tiefergehende Analyse auf einer breiteren Basis durch Visualisierung ermöglicht.

Das gleiche Prinzip kann zur Anwendung kommen, wenn die Werte von verschiedenen Maschinen miteinander verglichen werden sollen. Es könnte z.B. ohne weiteres die Werte für zwei Nachbarmaschinen des gleichen Types nebeneinander abgebildet werden. Wo aber viele Maschinen des gleichen Types in der Anlage vorhanden sind (siehe z.B. der Ringspinnsaal, Fig.6), wird es schwierig sein, alle Werte auf diese Art miteinander zu vergleichen.

In einem solchen Fall können Durchschnittswerte für die ge¬ leiteten Maschinengruppen abgeleitet werden, oder es können die statistische Verteilung der Werte abgeleitet, und die "Position" einer bestimmten Maschine in dieser Verteilung analysiert werden.

Erzeugen von Steuerbefehlen:

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Steuerbefehlen

diejenige, die ohne Eingriff des Bedienungspersonals ausgeführt werden können, und diejenige, die nur durch über solche Eingriffe ausgeführt werden können.

Die effektiven Möglichkeiten in einem gegebenen Fall hängen vom Maschinentyp ab und zwar davon, ob die Aktorik der Ma¬ schine automatisch steuerbar ist, oder nicht. In einer mo¬ dernen Ringspinnmaschine wird zumindest die Drehzahl eines Hauptantriebsmotors automatisch steuerbar sein, der Verzug bzw. der Wechsel des Läufertypes hingegen nicht.

Sofern die Maschineneinstellungen automatisch steuerbar sind, kann der Leitrechner diese Einstellungen durch an die Ma¬ schinensteuerung(en) abgegebenen Sollwerte beeinflussen und an die Umgebungs nderungen anpassen. Wenn z.B. eine Analyse nach Fig. 5D ergibt, dass die Anzahl Fadenbrüche in der An¬ fahrphase (Teil A) des Kopsaufbaues die realistisch erwarte¬ ten (empirisch über Zeit) ermittelten Werte übersteigt, kann die "Drehzahlkurve" der Maschine angepasst werden, um die Anzahl Fadenbrüche in dieser Phase wieder zu senken. Diese Kurve definiert die Sollwerte für die Drehzahl des Hauptantriebmotors (oder der einzelnen Spindelmotoren) über den Kopsaufbau, (siehe z.B. CH 1374/91 - vgl. DOS 4015638).

Wenn hingegen an der Spulmaschine festgestellt wird, dass die Garnhaarigkeit der eingestellten Werte nicht genügt, (Läu¬ ferwechsel angezeigt) oder dass die Garnnummer sogar falsch ist (Verzugsänderung angezeigt), kann der Leitrechner eine Instruktion über das Netzwerk 330 an die betroffene Maschine senden, wobei diese Instruktion auf der Bedienungsoberfläche der Maschine angezeigt werden muss. Falls die Anpassung der Betriebsbedingungen dringend notwendig ist, muss der Leit¬ rechner gleichzeitig ein Warnruf (z.B. nach PCT Patentanmel¬ dung Nr. W091/16481) an das zutreffende Personal senden, um die geeigneteste Person auf die Notwendigkeit/Art der erfor¬ derlichen Neueinstellung aufmerksam zu machen (Alarmsystem) .

Auf keinen Fall kann der Prozessleitrechner direkt in die Arbeitsabläufe des Prozesses eingreifen - dies bleibt den Maschinensteuerungen bewahrt. Der Einfluss des Leitrechners ist ein mittelbarer Einfluss über Sollwerte bzw. Bedienungs¬ unterstützung.

Abspeichern / Abruf von Rohdaten

Es ist praktisch nicht möglich, gleichzeitig alle der er¬ wähnten Analysen durchzuführen, anzuzeigen und in Aenderungen in den Maschinenabläufen umzuwandeln. Die an den Prozessleit rechner gelieferten Rohdaten müssen dementsprechend gespei¬ chert werden (Datenbanken) und bei Bedarf wieder aus dem Speicher abrufbar sein. Dabei können gewisse kritische Ana¬ lysen (quasi) kontinuierlich durchgeführt werden - andere hingegen erst, wenn die kontinuierlichen Analysen eine Ab¬ weichung zwischen einem festgestellten Maschinenzustand und einer für diese Maschine vorgesehenen Zustand (Sollzustand) ermitteln.