-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung und Zustandsdiagnose
einer Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage, mit einem Gehäuse, mit
einer Meßwerterfassungseinheit zur
Erfassung der Meßwerte,
die von mindestens einem mit der Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage
in Verbindung stehenden Sensor geliefert werden, mit einer Auswerteeinheit,
mit einer Speichereinheit, mit einer Kommunikationseinheit zum Ausgeben
der von der Auswerteeinheit berechneten Werten und mit einer Anzeige.
-
Darüber hinaus
betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Zustandsüberwachung
und Zustandsdiagnose einer Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage,
mit einer eine Meßwerterfassungseinheit,
mindestens eine Kommunikationseinheit, eine Auswerteeinheit, eine
Speichereinheit und eine Anzeige aufweisenden Vorrichtung sowie
eine Anordnung einer entsprechenden Vorrichtung und eines Sensors,
der über
eine drahtlose oder eine drahtgebundene Verbindung mit der Vorrichtung
in Verbindung steht.
-
Eine
eingangs beschriebene Vorrichtung ist aus der
DE 102 28 389 B4 in Form
eines Schwingungssensors bekannt. Der Schwingungssensor dient dabei
speziell der Zustandsüberwachung
von rotierenden Bauteilen oder Lagern, wobei bei dem bekannten Schwingungssensor
innerhalb des Gehäuses
ein Sensorelement angeordnet ist. Der bekannte Schwingungssensor,
der eine sehr kompakte Bauform aufweist, wird dabei unmittelbar
an der zu überwachenden
Maschine oder Anlage befestigt, so daß von dem Sensorelement die über das
Gehäuse übertragenden
Schwingungen erfaßt
werden können.
-
Bei
dem bekannten Schwingungssensor werden in der Auswerteeinheit eine
Vielzahl von durch das Sensorelement erfaßter Signale mit Hilfe einer
Signalanalyse und eines Diagnosealgorithmus in einen den Zustand
des überwachten
Lagers wiedergegebenen Zustandswert umgewandelt, der dann direkt
auf dem Anzeige-Display des Schwingungssensors angezeigt werden
kann. Über
einen am Schwingungssensor ausgebildeten Schaltausgang kann darüber hinaus
der Zustand des Lagers an einem entfernten Ort, beispielsweise einer
zentralen Überwachungsstelle, übermittelt
werden. An der zentralen Überwachungsstelle
kann dann aufgrund des übermittelten
Zustandswertes eine Instandhaltungsmaßnahme, beispielsweise die
Reparatur oder der Austausch eines Lagers, angestoßen werden.
-
Die
DE 10 2006 030 895
A1 beschreibt eine Messanordnung, die mindestens einen
Sensor zum Erfassen einer Messgröße und eine
Datenverarbeitungseinheit aufweist, welche das Sensorsignal auswertet.
Die Datenverarbeitungseinheit umfaßt dabei einen Datenspeicher,
in welchem die Messgröße und weitere
Betriebsdaten gespeichert werden, ein Softwaremodul zur Generierung
von abgeleiteten Betriebsdaten, die zur Bestimmung des Sensorszustands
von Interesse sind, und einen Klassifikator, der anhand der Werte
von mindestens zwei Zustandsgrößen den
Zustand der Messanordnung klassifiziert.
-
Aus
der
DE 603 05 303
T2 ist ein Zustandsüberwachungssystem
für Maschinen,
die mit einem Maschinensteuersystem ausgestattet sind und rotierende
Maschinenelemente enthalten, bekannt, das auf dem Messen und Monitoring
verschiedener Größen während des
Betriebs der Maschine basiert. Das Zustandsüberwachungssystem ist dabei
mit Modulen ausgestattet, die getrennt für jede Maschine in enger Verbindung
mit dieser befindliche Speicher- und Analyseeinrichtungen aufweisen,
wobei die jeweiligen Module getrennt vom Maschinensteuersystem angeordnet
und zum Erzeugen und Speichern der Maschinenzustandsinformation
eingerichtet sind. Bei dem bekannten Zustandsüberwachungssystem soll die Maschinenzustandsinformation örtlich spezifiziert werden,
wodurch eine Vereinfachung der Struktur des gesamten Zustandsüberwachungssystems
erreicht werden soll.
-
Eine Überwachungseinrichtung
für Maschinen
und Anlagen, die ein umfassendes Abbild des Maschinenzustands liefern
soll, ist darüber
hinaus aus der
DE
198 56 289 A1 bekannt. Mit dieser Einrichtung sollen die
für den
Zustand einer Maschine relevanten Messdaten oder Betriebsdaten betriebsmäßig während der
Laufzeit der Maschine erfaßt, aufbereitet
und verknüpft
werden, so daß Istverläufe entstehen,
die ein Abbild des Zustands der Maschine darstellen. Eine Auswertung
der Istverläufe
erfolgt dabei in einem über
ein Netzwerk angeschlossenen Prozess-Leitrechner, in dem der Istverlauf
beispielsweise mit einer Sollwertkurve verglichen wird.
-
Bis
vor einigen Jahren erfolgte die Instandhaltung bei Maschinen, Maschinenkomponenten oder
Anlagen entweder als so genannte präventive (vorbeugende) Instandhaltung,
bei der Maschinen, Maschinenkomponenten und Anlagen in regelmäßigen Intervallen
gewartet und Maschinenteile vorsorglich ausgetauscht werden, oder
als reaktive (ausfallbedingte) Instandhaltung, bei der abgewartet
wird, bis Störungen
oder Ausfälle
eintreten, die erst dann Instandsetzungsmaßnahmen nach sich ziehen. Durch
die Verwendung intelligenter Sensoren, die den Zustand einer Maschine,
Maschinenkomponente oder Anlage überwachen
können,
ist die Durchführung
einer zustandsorientierten Instandhaltung möglich. Hierbei sollen Fehler
so rechtzeitig erkannt werden, dass Ausfall- und Stillstandszeiten
möglichst
minimiert werden. Gieichzeitig sollen Maschinen, Maschinenkomponenten
und Anlagen nach Möglichkeit nur
dann gewartet, repariert oder ausgetauscht werden, wenn dies tatsächlich erforderlich
ist. Durch immer höhere
Anforderungen an die Produktivität
und Anlagenauslastung gewinnt die Auswahl der richtigen Instandhaltungsstrategie
zunehmend an Bedeutung.
-
Grundlage
für die
Realisierung einer zustandsorientierten Instandhaltung ist die automatische Überwachung
von Maschinenzuständen
durch Sensoren, die physikalische Größen messen, die im direkten
oder indirekten Zusammenhang mit dem Betriebszustand der Maschine,
Maschinenkomponente oder Anlage stehen. Derartige Sensoren werden
aufgrund ihrer Funktion häufig
auch als Condition Monitoring Sensoren bezeichnet. Die von derartigen
Sensoren gelieferten Meßdaten – als reine
Meßwerte oder
als zusammengefaßte
Merkmale – werden
typischerweise über
verschiedene Kommunikationsebenen bis an eine zentrale Betriebsdatenerfassung oder
an ein Prozeßinformationssystem
(Leitstand) weitergeleitet. Erst auf dieser Ebene werden dann die eingehenden
Meßdaten überwacht
und in eine Trendanalyse überführt, die
eine Aussage über
eine Zustandsveränderung
ermöglichen.
Hier werden auch Prozeß-
und Betriebsdaten wie Drehzahlen, Lasten oder Temperaturen, die
in der Regel von der Maschinen- oder Anlagensteuerung geliefert
werden und auf Sensorebene nicht vorliegen, bei der Zustandsbeurteilung
mit berücksichtigt.
-
Wird
in der zentralen Betriebsdatenerfassung oder im Prozessinformationssystem
eine relevante Zustandsveränderung
erkannt, so kann ein entsprechender Instandhaltungsprozess gestartet werden.
Dabei werden in der Instandhaltungsabteilung entsprechende Vorgänge wie
Reparaturaufträge,
Bestellungen und Meldungen von Hand oder über eine entsprechende eigene
Software angelegt sowie bei Beendigung der Arbeiten ein entsprechender
Abschluss dokumentiert. Nach Abschluss der Instandhaltungsmaßnahme muss
dann eine Rückmeldung an
den Leitstand erfolgen, damit dort die Überwachung des Zustandes der
Maschine oder Anlage wieder aktiviert werden kann.
-
Auf
der Ebene der Betriebsdatenerfassung ist in der Regel auch eine
Speicherfunktion realisiert, die alle Zustandsdaten speichert, um
später
im Rahmen einer Analyse bei einem Ausfall einer Maschine oder Maschinenkomponente
die Ursachen und die Entstehung des Schadens feststellen und belegen
zu können.
Muss eine Maschinenkomponente instand gesetzt werden, so findet
zumeist ein Ausbau der Komponente, wobei eine entsprechende Ersatzkomponente
eingebaut wird, wenn sich der Schaden nicht kurzfristig vor Ort
beheben lässt.
Die defekte Maschinenkomponente wird in der Regel zum Hersteller
zurückgesandt,
um dort eine Ursachenanalyse und Reparatur der Komponente durchzuführen. Problematisch
ist hierbei, dass dem Komponentenhersteller in der Regel die nur
in der zentralen Betriebsdatenerfassung gespeicherten Zustandsdaten
sowie die relevanten Prozess- und Betriebsdaten der defekten Maschine
oder Maschinenkomponente nicht zur Verfügung stehen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs
beschriebene Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Zustandsüberwachung
und Zustandsdiagnose einer Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage
derart weiterzuverbessern, dass eine dezentrale Zustandsüberwachung
und Zustandsdiagnose einer Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage
möglich
ist, wobei vorzugsweise auch die Zuordnung der relevanten Zustandsdaten
sowie der Prozess- und Betriebsdaten zur jeweiligen Maschine, Maschinenkomponente oder
Anlage einfach gewährleistet
ist.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei
vorgesehen, daß der
Vorrichtung bzw. der Auswerteeinheit nicht nur die von mindestens
einem Sensor gelieferten Meßwerte
sondern zusätzlich über die
Kommunikationseinheit, beispielsweise von der Steuerung der Maschine
oder Anlage, auch die jeweiligen Prozeß- und Betriebsdaten übermittelt
werden, so daß die Auswerteeinheit
unter Berücksichtigung
der von der Meßwerterfassungseinheit
gelieferten Meßwerte
und der von der Kommunikationseinheit eingelesenen Prozeß- oder
Betriebsdaten mindestens einen den Zustand der Maschine, Maschinenkomponente
oder Anlage charakterisierenden Wert ermitteln kann.
-
Hierdurch
ist nicht nur eine reine zustandsorientierte Instandhaltung, sondern
eine kombinierte zustandsorientierte und leistungsbezogene Instandhaltung
möglich.
Wenn – wie
im Stand der Technik – auf
der Ebene der Maschine oder Maschinenkomponente nur die von einem
Sensor gelieferten Meßwerte
zur Zustandsüberwachung
berücksichtigt
werden, so können
nur Änderungen
der gemessenen Meßwerte,
nicht jedoch auch Änderungen
der Prozeß- oder
Betriebsdaten berücksichtigt
werden.
-
Dadurch,
daß sämtliche
zur Beurteilung des Zustandes und zur Ermittlung einer Zustandsdiagnose
erforderlichen Werte und Daten der Vorrichtung zur Verfügung gestellt
werden können,
können
in der Vorrichtung auch alle Daten, die für eine spätere Auswertung und Analyse
eines Maschinenschadens erforderlich sind, lokal gespeichert werden.
Diese Daten können
dann bei Bedarf dem Hersteller der zu reparierenden Maschine oder
Maschinenkomponente einfach zur Verfügung gestellt werden, ohne
daß hierfür ein Zugriff
auf die übergeordnete
zentrale Betriebsdatenerfassung oder das Prozeßinformationssystem erforderlich
ist.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Kommunikationseinheit zum Einlesen der Prozeß- oder Betriebsdaten und die
Kommunikationseinheit zum Ausgeben von Meßwerten, Prozeß- oder
Betriebsdaten und/oder von Werten, die von der Auswerteeinheit berechnet
worden sind, durch eine gemeinsame, bidirektionale Kommunikationseinheit realisiert.
Anstelle zweier separater Kommunikationseinheiten ist somit lediglich
eine Kommunikationseinheit erforderlich, über die sowohl Daten eingelesen
als auch ausgegeben werden können.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann so ausgebildet sein, daß über die
Meßwerterfassungseinheit
die Meßwerte
mehrerer Sensoren, beispielsweise bis zu vier Sensoren, erfaßt werden
können. Die
einzelnen Sensoren können
dabei entweder über eine
drahtlose oder über
eine drahtgebundene Verbindung mit der Meßwerterfassungseinheit in Verbindung
stehen, wobei es selbstverständlich
auch möglich
ist, daß jedem
Sensor eine eigene Meßwerterfassungseinheit
zugeordnet ist.
-
Insbesondere
dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit einem Sensor verbunden ist, der hochfrequente Signale liefert,
beispielsweise einem Schwingungssensor, ist es vorteilhaft, wenn
in der Auswerteeinheit eine frequenzselektive Merkmalsbildung erfolgt.
In der Auswerteeinheit werden dabei die von der Meßwerterfassungseinheit
gelieferten Meßwerte
mit Hilfe einer Meßwertanalyse
und eines Diagnosealgorithmus in ein dem Betriebszustand der Maschine,
Maschinenkomponente oder Anlage charakterisierendes Merkmal umgewandelt. Die
Meßwertanalyse
erfolgt dabei vorzugsweise sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich,
so wie dies beispielsweise in der
DE 102 28 389 B4 bezüglich des dort offenbarten
Schwingungssensors beschrieben ist.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden in der Auswerteeinheit auch die von der Kommunikationseinheit
eingelesenen Prozeß-
oder Betriebsdaten, die beispielsweise von der Steuerung der Maschine
oder Anlage geliefert werden, hinsichtlich einer Zustandsänderung überwacht.
Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nicht nur die von Meßwerterfassungseinheit
gelieferten Meßwerte
sondern auch die von der Kommunikationseinheit eingelesenen Prozeß- oder
Betriebsdaten zur Überwachung und
Diagnose des Zustandes der Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage
herangezogen werden, kann eine Änderung
des von der Auswerteeinheit ermittelten den Zustand charakterisierenden
Wertes auch dann erfolgen, wenn sich nur die Prozeß- oder Betriebsdaten,
jedoch nicht bzw. noch nicht die von einem Sensor gemessenen Meßwerte geändert haben.
Dadurch kann dem Umstand Rechnung getragen werden, daß ein ge messener
Meßwert
beispielsweise bei einer ersten Drehzahl einen unkritischen Zustand
darstellt, bei einer zweiten, höheren
Drehzahl jedoch bereits einen kritischen Zustand der Maschine bedeuten
kann.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird von der
Auswerteeinheit auch die Laufzeit, die Laufleistung oder die Restlaufzeit
einer überwachten
Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage berechnet. Vorzugsweise
werden dabei die Laufzeit, die Laufleistung und die Restlaufzeit
für unterschiedliche
Prozeß-
oder Betriebsdaten, d. h. leistungsbezogen berechnet. Auch hierbei
wird dem Umstand Rechnung getragen, daß ein bestimmter Meßwert unter
Umständen
unterschiedliche Instandhaltungsmaßnahmen erforderlich macht,
je nach dem wie lange eine Maschine bereits in Betrieb ist.
-
Wie
eingangs bereits ausgeführt
worden ist, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Anzeige
auf, so daß mittels
der Anzeige direkt vor Ort der Betriebszustand der Maschine, Maschinenkomponente
oder Anlage dargestellt werden kann. Darüber hinaus können auf
der Anzeige auch die Laufzeit, die Laufleistung oder die Restlaufzeit
sowie die eventuelle Notwendigkeit einer Instandhaltungsmaßnahme und
die jeweilige Instandhaltungsmaßnahme
angezeigt werden. Hierzu kann die Anzeige entweder als alpha-numerische
Anzeige oder als symbolische Anzeige oder Balkenanzeige ausgebildet
sein, wobei es selbstverständlich
auch möglich
ist, daß neben
einer alpha-numerischen Anzeige in Form einer Siebensegmentanzeige
oder einer LCD-Anzeige zusätzlich
beispielsweise eine Balkenanzeige vorgesehen ist. Insbesondere die
Anzeige der Notwendigkeit einer Instandhaltungsmaßnahme kann
besonders einfach und dennoch eindeutig durch eine Farbanzeige, insbesondere
mit den Farben grün,
gelb und rot, realisiert werden.
-
Zusätzlich zur
lokalen Anzeige der ermittelten Werte und Merkmale ist darüber hinaus
auch vorgesehen, daß diese
Werte und Merkmale über
die Kommunikationseinheit ausgegeben werden. Hierbei ist sowohl
eine Ausgabe an eine übergeordnete Steuerung
bzw. eine zentrale Betriebsdatenerfassung oder einen Leitstand als
auch an einen mit der Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage
verbundenen Speicher möglich.
Außerdem
kann die Vorrichtung auch eine separate Alarmschnittstelle aufweisen, über die
die Notwendigkeit einer Instandhaltungsmaßnahe direkt weitergeleitet
werden kann. Eventuell kann hierüber
auch ein Not-Aus einer Maschine realisiert werden.
-
Werden
den Betriebszustand der Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage
charakterisierende Merkmale sowie die relevanten Betriebs- und Prozeßdaten an
einen mit der Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage verbundenen
Speicher übermittelt,
so ist dadurch auf einfache Art und Weise sichergestellt, daß dem Maschinenhersteller
bei der Reparatur der Maschine oder Maschinenkomponente die zur
Schadensbeurteilung erforderlichen Informationen unmittelbar zur
Verfügung
stehen. Die Kommunikationseinheit bzw. die Auswerteeinheit können dabei
so ausgebildet sein, daß dem
einer jeweiligen Maschine oder Maschinenkomponente zugeordneten
Speicher nur die diese Maschine oder Maschinenkomponente betreffenden
relevanten Informationen übermittelt
werden.
-
Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Speichereinheit so ausgebildet, daß die über die Kommunikationseinheit
eingelesenen Prozeß-
oder Betriebsdaten, die von der Meßwerterfassungseinheit erfaßten Meßwerte,
oder die von der Auswerteeinheit ermittelten Merkmale und charakteristischen Werte
in ihrem zeitlichen Verlauf speicherbar sind. Dabei werden die einzelnen
Daten, Meßwerte
und Merkmale vorzugsweise in verschiedenen Speicherintervallen abgespeichert,
wobei die Dauer der einzelnen Speicherintervalle und die Anzahl
der innerhalb der einzelnen Speicherintervalle abgespeicherten Daten
und Werte frei einstellbar oder ereignisbezogen konfigurierbar ist.
Hierdurch kann erreicht werden, daß bei kritischen oder sich ändernden
Betriebszuständen
eine größere Anzahl
bzw. Dichte an Daten und Werten abgespeichert wird als bei unkritischen und
sich nicht verändernden
Betriebszuständen,
wodurch eine Reduzierung der abgespeicherten Daten und Werte auf
die "relevanten" Daten und Werte
erfolgt.
-
Die
spätere
Auswertung und Analyse eines aufgetretenen Schadens einer Maschine
oder Maschinenkomponente kann auch dadurch weiter erleichtert werden,
daß die
Speichereinheit aus dem Gehäuse
der Vorrichtung entnehmbar ist. Als Speichereinheit kann dabei insbesondere
ein externer Datenspeicher, beispielsweise ein USB-Stick oder eine
Kompakt-Flashkarte verwendet wer den. Auch hierdurch besteht die
Möglichkeit,
dem Maschinenhersteller zur Analyse und Auswertung eines aufgetretenen
Maschinenschadens die relevanten Informationen auf einfache Art
und Weise mitzugeben.
-
Um
die Auswertung und Analyse eines Maschinenschadens weiter zu erleichtern
ist vorteilhafterweise darüber
hinaus vorgesehen, daß die
in der Speichereinheit gespeicherten Daten von der Auswerteeinheit
mit einem Zeitstempel versehen sind. Hierzu weist die Vorrichtung
eine Echtzeituhr auf, die mit der Auswerteeinheit verbunden ist.
Somit können die
Prozeß-
und Betriebsdaten, die vor dem Auftreten eines Maschinenschadens
vorgelegen haben, eindeutig rekonstruiert werden.
-
Bei
dem eingangs beschriebenen Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruchs 18 gelöst. Das Verfahren weist dabei
folgende wesentliche Schritte auf, wobei die beiden ersten Schritte
auch in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden
können:
- • Die
Meßwerterfassungseinheit
erfaßt
Meßwerte, die
von mindestens einem mit der Maschine, Maschinenkomponente oder
Anlage in Verbindung stehenden Sensor geliefert werden.
- • Die
Kommunikationseinheit liest Prozeß- oder Betriebsdaten der Maschine,
Maschinenkomponente oder Anlage ein.
- • Die
Auswerteeinheit ermittelt unter Berücksichtigung der von der Meßwerterfassungseinheit
gelieferten Meßwerte
und der von der Kommunikationseinheit eingelesenen Prozeß- oder
Betriebsdaten mindestens einen den Zustand der Maschine, Maschinenkomponente
oder Anlage charakterisierenden Wert.
- • Der
von der Auswerteeinheit ermittelte Wert wird über die Kommunikationseinheit
ausgegeben und/oder auf der Anzeige angezeigt und/oder in der Speichereinheit
gespeichert.
-
Bezüglich der
Vorteile des Verfahrens wird auf die vorstehenden Ausführungen
bezüglich
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwiesen. Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der
von der Auswerteein heit ermittelte Wert in der Speichereinheit gespeichert
und sowohl über
die Kommunikationseinheit ausgegeben als auch auf der Anzeige angezeigt.
Bezüglich
weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird auf die Patentansprüche
19 bis 25 verwiesen.
-
Die
eingangs beschriebene Aufgabe wird schließlich auch durch eine Anordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 26 gelöst. Die Anordnung besteht aus
einer Vorrichtung zur Zustandsüberwachung
und Zustandsdiagnose einer Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage,
einem Sensor und einem Speicherelement, wobei sowohl der Sensor
als auch das Speicherelement über
eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung mit der Vorrichtung
in Verbindung stehen. Von dem Sensor wird mindestens eine physikalische
Größe gemessen
und über
die Meßwerterfassungseinheit
an die Auswerteeinheit der Vorrichtung übermittelt, die in direktem oder
indirekten Zusammenhang mit dem Betriebszustand der zu überwachenden
Maschine, Maschinenkomponente oder Anlage steht. Unter Berücksichtigung
der von der Meßwerterfassungseinheit
gelieferten Meßwerte
und von Prozeß-
oder Betriebsdaten, die von der Kommunikationseinheit eingelesen
werden, ermittelt die Auswerteeinheit einen den Zustand der Maschine,
Maschinenkomponente oder Anlage charakterisierenden Wert, der über die
Kommunikationseinheit an das der Maschine, Maschinenkomponente oder
Anlage zugeordnete Speicherelement übermittelt werden kann.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Anordnung
werden somit die von einem der Maschine zugeordneten Sensor erfaßten Meßwerte an
die Vorrichtung übermittelt
und von der Vorrichtung aus den Meßwerten und weiteren Daten
ermittelte Kennwerte an ein Speicherelement übermittelt, welches ebenfalls
mit der Maschine in Verbindung steht. Hierdurch ist gewährleistet,
daß im
Schadensfall beim Austausch der Maschine die zur Schadensanalyse
und Schadensbeurteilung erforderlichen Informationen lokal an der
Maschine zur Verfügung
stehen.
-
Vorzugsweise
ist das Speicherelement im Sensor integriert, so daß das Speicherelement
Teil des Sensors ist. Dabei kann dann auf einfache Art und Weise
die Verbindung zwischen dem Sensor und dem Speicherelement einerseits und
der Vorrichtung andererseits durch eine gemeinsame drahtgebundene
Verbindung realisiert werden.
-
Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung, das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Anordnung
auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf
die den Patentansprüchen
1, 18 und 26 nachgeordneten Patentansprüche als auch auf die nachfolgende
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
-
1 ein
schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
-
2 ein
schematisches Blockschaltbild einer aus mehreren Maschinenkomponenten
bestehenden Maschine und einer Vorrichtung, und
-
3 ein
schematisches Blockschaltbild eines Sensors als Teil der in 2 dargestellten
Anordnung.
-
1 zeigt
eine Vorrichtung 1 zur Zustandsüberwachung und Zustandsdiagnose
einer – in 2 schematisch
dargestellten – Maschine 2,
beispielsweise einer Werkzeugmaschine, mit mehreren Maschinenkomponenten 3,
beispielsweise mehrerer Werkzeugspindeln, einer Drehtischspindel
oder einer Kühlschmiermittelpumpe.
-
Die
Vorrichtung 1 weist ein sie umgebendes und die im Inneren
angeordneten Bauteile schützendes
Gehäuse 4 auf,
welches beispielsweise einen Befestigungs- oder Montagefuß aufweist,
so daß das Gehäuse 4 direkt
an der Maschine 2 befestigbar oder auf einer Tragschiene
aufrastbar ist.
-
Die
Vorrichtung 1 weist eine Meßwerterfassungseinheit 5 zur
Erfassung der Meßwerte
auf, die von einzelnen Sensoren 6 geliefert werden, die
gemäß dem Ausführungsbeispiel
in 2 jeweils mit einer Maschinenkomponente 3 verbunden
sind. Handelt es sich bei den Maschinenkomponenten 3 um Werkstückspindeln
oder Drehtischspindel, so kann es sich bei den Sensoren 6 um Schwingungssensoren
oder Drehzahlsensoren handeln. Bei einer Kühlschmiermittelpumpe kann als
Sensoren 6 beispielsweise ein Temperatursensoren oder ein
Drucksensor verwendet werden. Die Meßwerterfassungseinheit 5, die
gemäß dem Ausführungsbeispiel
in 2 zur Erfassung der Meßwerte von bis zu vier Sensoren 6 ausgebildet
ist, weist insbesondere eine Schnittstelle mit einer der Anzahl
der anschließbaren
Sensoren 6 entsprechenden Anzahl an Analog/Digital-Wandlern auf.
Ist ein über
die Meßwerterfassungseinheit 5 an die
Vorrichtung 1 angeschlossener Sensor 6 so ausgebildet,
daß er
als Ausgangssignal bereits ein digitales Signal liefert, so kann
auf die Verwendung eines Analog/Digital-Wandlers in der Meßwerterfassungseinheit 5 verzichtet
werden.
-
Darüber hinaus
weist die Vorrichtung 1 noch eine Kommunikationseinheit 7 auf,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel – ebenso
wie die Meßwerterfassungseinheit 5 – als bidirektionale
Schnittstelle ausgebildet ist, so daß über die Kommunikationseinheit 7 sowohl
Signale eingelesen als auch ausgegeben werden können. Außerdem weist die Vorrichtung 1 gemäß der schematischen
Darstellung in 1 noch eine Auswerteeinheit 8,
eine Speichereinheit 9 und eine Anzeige 10 auf,
wobei die Auswerteeinheit 8 beispielsweise von einem Mikroprozessor
realisiert ist und mit den übrigen
Bauteilen, nämlich
der Meßwerterfassungseinheit 5,
der Kommunikationseinheit 7, der Speichereinheit 9 und
der Anzeige 10 verbunden ist.
-
Über die
Kommunikationseinheit 7 können insbesondere von der Steuerung 11 der
Maschine 2 kommende Prozeß- oder Betriebsdaten eingelesen werden,
die in der Auswerteeinheit 8 ebenso wie die von den Sensoren 6 gelieferten
Meßwerte
bei der Ermittlung eines den Zustand der Maschine 2 bzw.
der Maschinenkomponenten 3 charakterisierenden Wertes berücksichtigt
werden. Grundsätzlich
können auch über die
Kommunikationseinheit 7 – alternativ oder zusätzlich zur
Meßwerterfassungseinheit 5 – die von
den Sensoren 6 gelieferten Meßwerte eingelesen werden. Über die
Kommunikationseinheit 7 können darüber hinaus auch Informationen
und Daten, insbesondere der von der Auswerteeinheit 8 ermittelte
Zustandswert oder ein Alarmsignal, ausgegeben und somit an eine übergeordnete
Betriebsdatenerfassung oder einen Leitstand übermittelt werden.
-
In
der Speichereinheit 9 werden alle relevanten Daten über den
aktuellen Zustand der einzelnen Maschinenkomponenten 3 sowie
die Prozeß-
und Betriebsdaten und deren jeweiliger Einwirkungsdauer abgespeichert,
wobei die gespeicherten Daten vorzugsweise von der Auswerteeinheit 8 mit
einem Zeitstempel versehen werden. Die Speichereinheit 9, bei
der es sich um einen aus dem Gehäuse 4 entnehmbaren
Datenspeicher handeln kann, stellt somit einen Historienspeicher
dar, mit dessen Hilfe im Falle eines an einer Maschinenkomponente 3 aufgetretenen
und von der Vorrichtung 1 angezeigten Schadens eine genaue
Ursachenanalyse durchgeführt werden
kann.
-
Über die
in der Vorrichtung 1 vorgesehene Anzeige 10 ist
insbesondere der Betriebszustand der Maschine 2 oder einer
Maschinenkomponente 3 unmittelbar vor Ort anzeigbar. Darüber hinaus
kann an der Anzeige 10 auch direkt eine erforderliche Instandhaltungsmaßnahme sowie
beispielsweise die von der Auswerteeinheit 8 ermittelte
Restlaufzeit der betroffenen Maschinenkomponente 3 angezeigt
werden. Neben einer LCD-Anzeige oder einer 7-Segment-Anzeige kann die
Anzeige 10 insbesondere auch eine Farbanzeige aufweisen,
mittels der insbesondere bei Verwendung der Farben grün, gelb
und rot der aktuelle Zustand einer Maschine 2 oder Maschinenkomponente 3 leicht
erkennbar angezeigt werden kann.
-
3 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines Sensors 6, der über eine
drahtgebundene Verbindung 12 mit der Vorrichtung 1,
insbesondere der Meßwerterfassungseinheit 5,
in Verbindung steht. Dabei weist der Sensor 6 neben dem
eigentlichen Meßwandler 13 noch
ein Speicherelement 14 auf, in dem über die drahtgebundene Verbindung 12 relevante
Daten der Maschinenkomponente 3, der der Sensor 6 zugeordnet
ist, abgespeichert werden können.
Bei den Daten handelt sich insbesondere um die von der Auswerteeinheit 8 ermittelten
Merkmale und charakteristischen Werte sowie um für die Maschinenkomponente 3 relevante
Prozeß-
und Betriebsdaten. Diese Daten können
jeweils zu einem festen Zeitpunkt, beispielsweise am Abend oder
bei bestimmten Ereignissen von der Speichereinheit 9 der
Vorrichtung 1 in das Speicherelement 14 übertragen
werden. Darüber
hinaus weist der Sensor 6 noch eine Schnittstelle 15 auf, über die
sowohl der Meßwandler 13 als
auch das Speicherelement 14 mit der drahtgebundenen Verbindung 12 verbunden
sind.
-
Bei
dem in 3 dargestellten Sensor 6 können somit
die vom Meßwandler 13 erfaßten Meßwerte über die
Schnittstelle 15 und die Verbindung 12 in die
Vorrichtung 1 übertragen
und von der Vorrichtung 1 bzw. der Auswerteeinheit 8 ermittelte
Merkmale und charakteristische Zustandswerte sowie in der Speichereinheit 9 abgespeicherte
Prozeß-
und Betriebsdaten von der Vorrichtung 1 über die
Verbindung 12 und die Schnittstelle 15 in dem
Speicherelement 14 abgespeichert werden.
-
Im
Servicefall sind dann alle die zu reparierende Maschinenkomponente 3 betreffenden
relevanten Daten unmittelbar vor Ort, nämlich im Speicherelement 14 vorhanden.
Für den
Fall, daß der Sensor 6 im
Servicefall nicht an der auszutauschenden Maschinenkomponente 3 verbleibt,
kann das Speicherelement 14 auch als reversibles Speicherelement
ausgebildet sein, welches dann aus dem Sensor 6 entnommen
und mit der Maschinenkomponente 3 dem Hersteller zur Verfügung gestellt
wird.