DE102015205370A1

DE102015205370A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Daten für eine Zustandsüberwachung einer Maschine

Info

Publication number: DE102015205370A1
Application number: DE102015205370.9A
Authority: DE
Inventors: Volker Schueren
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (200) zur Bereitstellung von Daten für eine Zustandsüberwachung einer Maschine (100) mit einem Anschluss (210) zum Auslesen von Steuerungsdaten, über welchen die Datenbereitstellungsvorrichtung (200) mit einem Kommunikationssystem (140) der Maschine (100) nur datenlesend verbindbar ist, mit einem Anschluss (230) zum Empfangen von Sensordaten, die von Sensoren (231, 232, 233) der Maschine (100) erfasst wurden, mit einer Logikeinheit zum Vorverarbeiten der Sensordaten und der Steuerungsdaten und mit einem Anschluss (220) zum Bereitstellen der vorverarbeiteten Daten, wobei die Datenbereitstellungsvorrichtung (200) dazu eingerichtet ist, nur-lesend auf das Kommunikationssystem (140) zuzugreifen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Daten für eine Zustandsüberwachung einer Maschine sowie eine entsprechende Maschine und ein Zustandsüberwachungssystem mit einer derartigen Datenbereitstellungsvorrichtung.
Stand der Technik
Im Zuge einer sogenannten Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) von Maschinen bzw. Anlagen werden die Maschine bzw. deren Maschinenkomponenten auf Fehler und Verschleiß hin überwacht. Maschinen, beispielsweise Werkzeugmaschinen oder Bahnbearbeitungsmaschinen, wie insbesondere Druckmaschinen, weisen zumeist eine Vielzahl von unterschiedlichen Maschinenkomponenten auf, wie beispielsweise Manipulatoren, Motoren oder Aktoren.
Zum Durchführen einer Zustandsüberwachung können geeignete Sensordaten von Sensoren an den unterschiedlichen Maschinenkomponenten erfasst werden. Um diese Sensordaten sinnvoll interpretieren zu können, muss zumeist auch bekannt sein, wie die entsprechende Komponente konkret betrieben wird und welche Bewegung die Komponente gerade ausführt. Beispielsweise ist zur Interpretation und Bewertung einer Vibrationsamplitude an einer Lagerstelle eines Motors auch die zugehörige Drehzahl des Motors nötig. Ohne Kenntnis der Drehzahl ist es zumeist nicht möglich, eine Aussage darüber zu treffen, ob sich die Vibrationsamplitude in einem für diese Drehzahl zulässigen Bereich bewegt.
Im Zuge fortschreitender Automatisierung laufen zunehmend mehr Prozesse in Maschinen autonom ab, ohne dass ein manuelles Eingreifen erforderlich ist. Für die wachsende Automatisierung ist es daher von großer Bedeutung, dass auch die Zustandsüberwachung autonom ablaufen kann. Insbesondere kann es gewünscht sein, dass die Zustandsüberwachung von einem Hersteller der Maschine oder von speziellem Wartungspersonal aus der Ferne durchgeführt werden kann, beispielsweise von einer externen Recheneinheit aus, welche sich weit von der Maschine entfernt befindet.
Bei einer derartigen Vernetzung des Betriebs der Maschine und der Zustandsüberwachung ergibt sich jedoch die Gefahr von Sabotage durch Hacker bzw. Angreifer. Insbesondere bei einer standardisierten Kommunikation zwischen der Maschine und einer externen Recheneinheit besteht ein erhöhtes Risiko und Angriffspotential für Angreifer.
Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit bereitzustellen, um eine Zustandsüberwachung sicher und vor Angriffen geschützt durchführen zu können, insbesondere auch von einer externen Recheneinheit aus, insbesondere ohne sich dadurch der Gefahr einer Rückwirkung auf den Bearbeitungsprozess auszusetzen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Daten für eine Zustandsbestimmung einer Maschine sowie eine Maschine und ein Zustandsüberwachungssystem mit einer derartigen Datenbereitstellungsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Maschine ist insbesondere als eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise ein Schweißsystem, ein Schraubsystem, eine Drahtsäge oder eine Fräsmaschine, oder als eine Bahnbearbeitungsmaschine, wie z.B. eine Druckmaschine, eine Zeitungsdruckmaschine, eine Tiefdruck-, Siebdruckmaschine, eine Inline-Flexodruckmaschine oder eine Verpackungsmaschine ausgebildet. Insbesondere wird mittels der Maschine ein Werkstück hergestellt oder bearbeitet.
Die Maschine umfasst insbesondere mehrere Maschinenkomponenten, wie beispielsweise Manipulatoren, Motoren, Aktoren und/oder Steuereinheiten. Steuereinheiten können beispielsweise als eine CNC-Steuerung (Computerized Numerical Control), eine NC-Steuerung (Numerical Control), eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und/oder eine Motion-Logic-Steuerung (MC – Motion Control) ausgebildet sein.
Steuerungsdaten der Maschine werden über ein Kommunikationssystem der Maschine übertragen, insbesondere zwischen Maschinenkomponenten der Maschine. Diese Steuerungsdaten werden von der Datenbereitstellungsvorrichtung über einen Anschluss zum Auslesen von Steuerungsdaten aus diesem Kommunikationssystem ausgelesen. Die Datenbereitstellungsvorrichtung ist über diesen Anschluss zum Auslesen von Steuerungsdaten mit dem Kommunikationssystem der Maschine nur datenlesend verbindbar.
Unter derartigen Steuerungsdaten sind beispielsweise Ist- und/oder Soll-Werte zur Steuerung von Maschinenkomponenten zu verstehen, insbesondere Daten zur Steuerung von geräteinternen Zustandsmaschinen und Prozessdaten, wie ein Lagesollwert, und Daten zur Anzeige des Status der geräteinternen Zustandsmaschinen und Prozessdaten, wie ein Drehmoment-Ist-Wert oder eine Motortemperatur eines Servoantriebs. Insbesondere werden diese Steuerungsdaten zwischen einer Steuereinheit und der entsprechenden Maschinenkomponente über das Kommunikationssystem ausgetauscht.
Die Datenbereitstellungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, nur lesend aber nicht schreibend auf das Kommunikationssystem zuzugreifen. Insbesondere ist der Anschluss zum Auslesen von Steuerungsdaten (insbesondere hardwaremäßig) als Nur-Lese-Anschluss eingerichtet. Die Datenbereitstellungsvorrichtung kann insbesondere sämtliche Daten, welche über das Kommunikationssystem übermittelt werden, auslesen, jedoch kann sie diese Daten im Kommunikationssystem weder verändern, noch selbst Daten über das Kommunikationssystem übermitteln. Insbesondere ist es der Datenbereitstellungsvorrichtung somit nicht möglich, den Datenstrom in dem Kommunikationssystem zu beeinflussen. Die Datenbereitstellungsvorrichtung kann somit durch "passives Mithören" auf das Kommunikationssystem zugreifen. Auf diese Weise kann die Datenbereitstellungsvorrichtung sämtliche Steuerungsdaten auslesen, welche über das Kommunikationssystem übertragen werden und insbesondere diejenigen, die für die Zustandsbestimmung der Maschine relevant sind. Insbesondere kann das Kommunikationssystem derart konfiguriert werden, dass für die Zustandsbestimmung relevante Steuerungsdaten über das Kommunikationssystem übertragen werden, auch wenn diese für die Steuerung der Maschine nicht benötigt werden, beispielsweise steuerungsinterne Zustände.
Weiterhin werden Sensordaten, die von Sensoren der Maschine erfasst wurden, insbesondere von speziellen Überwachungs-Sensoren, an einem Anschluss zum Empfangen von Sensordaten empfangen. Die Datenbereitstellungsvorrichtung verarbeitet die Steuerungsdaten und die Sensordaten vor und bringt sie dabei insbesondere miteinander in Zusammenhang. Insbesondere werden die Steuerungs- und Sensordaten dahingehend vorverarbeitet, dass erkennbar ist, welche Maschinenkomponente sie betreffen und zu welchem Zeitpunkt sie bestimmt wurden. Beispielsweise kann eine Vibrationsamplitude einer Maschinenkomponente (beispielsweise an einer Lagerstelle einer Walze) mit einer Soll-Drehzahl der Maschinenkomponente (beispielsweise des Antriebs-Motors) in Verbindung gebracht werden. Die Datenbereitstellungsvorrichtung weist eine Logikeinheit zum Vorverarbeiten der Sensordaten und der Steuerungsdaten auf.
Die Sensoren können vorzugsweise direkt mit der Datenbereitstellungsvorrichtung verbunden sein und weiter insbesondere Sensordaten nur an diese übermitteln. Alternativ oder zusätzlich können die Sensoren auch ohnehin in der Maschine vorgesehen sein und ihre Sensordaten insbesondere zur Steuerung von Maschinenkomponenten auch an die Datenbereitstellungsvorrichtung übermitteln.
Die Sensoren erfassen zumeist spezielle Messgrößen als Sensordaten, insbesondere an speziellen Maschinenkomponenten. Mit Hilfe der Steuerungsdaten zur Steuerung dieser speziellen Maschinenkomponenten können die Sensordaten interpretiert werden bzw. in Zusammenhang gebracht werden. Insbesondere kann somit ein (aktueller) Zustand der Maschine bzw. Maschinenkomponente bestimmt werden. Als Zustand der Maschine wird insbesondere bestimmt, welche Bewegung einzelne Maschinenkomponenten ausführen bzw. ausführen sollen (ausgedrückt durch die Steuerungsdaten) und welche konkreten Messwerte spezielle Messgrößen im Zuge dieser Bewegung annehmen (ausgedrückt durch die Sensordaten). Bei den Sensoren kann es sich, je nach zu erfassender Größe, bspw. um einen Schwingungssensor, einen Temperatursensor, einen Luftdrucksensor und/oder um einen Luftfeuchtigkeitssensor handeln. Insbesondere kann es sich um einen MEMS-Sensor, d.h. einen mikroelektromechanischen Sensor handeln. Die Ausgestaltung der Sensoren als MEMS-Sensoren ermöglicht dabei eine besonders kompakte Bauform und eine kostengünstige Fertigung, insbesondere im Vergleich zu bspw. Piezosensoren.
Als Sensordaten können beispielsweise Messwerte für Beschleunigung, Temperatur und/oder Körperschall von Maschinenkomponenten bestimmt werden. Als Steuerungsdaten können beispielsweise Ist- und/oder Soll-Werte einer Drehzahl von Maschinenkomponenten bestimmt werden.
Schließlich werden die vorverarbeiteten Daten an einem Anschluss zum Bereitstellen der vorverarbeiteten Daten für die Zustandsüberwachung bereitgestellt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die genannten Anschlüsse zwar physisch unterschiedliche Anschlüsse sein können, aber nicht müssen. Insbesondere kann z.B. der Anschluss zum Auslesen von Steuerungsdaten gleichzeitig auch der Anschluss zum Empfangen von Sensordaten sein usw.
Die Erfindung stellt eine Möglichkeit bereit, um Daten für eine Zustandsüberwachung einer Maschine bzw. einzelner Maschinenkomponenten zu sammeln und bereitzustellen und eine Übertragung der Daten insbesondere auch über das Internet zu erlauben, ohne dadurch die Maschine selbst anfällig für Angriffe zu machen. Insbesondere kann anhand der Sensor- und Steuerungsdaten bewertet werden, ob die Maschinenkomponente korrekt funktioniert oder ein Fehler der Maschinenkomponente vorliegt. Durch die Datenbereitstellungsvorrichtung werden die für die Zustandsüberwachung benötigten Steuerungs- und Sensordaten vorverarbeitet, insbesondere miteinander korreliert. Somit kann im Zuge einer anschließenden Zustandsüberwachung eine sinnvolle, repräsentative Interpretation und Bewertung der Sensordaten durchgeführt werden. Die Datenbereitstellungsvorrichtung umfasst insbesondere auch eine Speichereinheit, in welcher die Sensor- und Steuerungsdaten hinterlegt werden. Beispielsweise kann die Datenbereitstellungsvorrichtung als ein Industrie-PC oder als eine Speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein.
Die Datenbereitstellungsvorrichtung arbeitet autark und unabhängig von anderen Maschinenfunktionen und Maschinenkomponenten und besitzt insbesondere keine Möglichkeit, auf Maschinenfunktionen oder Maschinenkomponenten einzuwirken. Dadurch, dass die Datenbereitstellungsvorrichtung nur lesend aber nicht schreibend auf das Kommunikationssystem zugreifen kann, besteht nicht die Gefahr, dass die Datenbereitstellungsvorrichtung auf andere Maschinenkomponenten Einfluss nimmt oder den Betrieb der Maschine stört. Auch bei einem Ausfall, einer Störung oder einer Manipulation der Datenbereitstellungsvorrichtung besteht insbesondere nicht die Möglichkeit einer Rückwirkung auf Maschinenfunktionen und Maschinenkomponenten. Insbesondere kann sich somit kein Angreifer über die Datenbereitstellungsvorrichtung unerlaubten Zugriff auf die Maschine verschaffen. Auch kann durch die Datenbereitstellungsvorrichtung somit keine schädliche Software in die Maschine bzw. in deren Steuereinheiten eingebracht werden. Durch die Erfindung kann eine Zustandsüberwachung somit sicher und vor Angriffen geschützt durchgeführt werden.
Die für die Zustandsbestimmung benötigten Steuerungsdaten werden zumeist ohnehin im laufenden Betrieb der Maschine erfasst und zwischen Maschinenkomponenten ausgetauscht oder das Kommunikationssystem kann derart konfiguriert werden, dass die benötigten Steuerungsdaten übertragen werden, auch wenn diese für den Betrieb der Maschine nicht benötigt werden. Sämtliche benötigte Steuerungsdaten liegen somit in dem Kommunikationssystem vor. Diese Steuerungsdaten, insbesondere Ist- und/oder Soll-Werte zur Steuerung von Maschinenkomponenten, stellen sicherheitskritische Daten dar, welche zum sicheren, effizienten Betrieb der Maschine von dritten oder von Angreifern nicht verändert werden dürfen. Durch das "passive Mithören" der Zustandsbestimmung, also durch das ausschließliche Lesen der Daten in dem Kommunikationssystem, kann die Zustandsbestimmung dennoch alle benötigten Steuerungsdaten sammeln, ohne dass dadurch ein Risiko eines Angriffs besteht. Somit ist es nicht nötig, zusätzliche Sensoren in der Maschine zu verbauen, um die Steuerungsdaten für die Zustandsbestimmung zu sammeln. Auch ist es nicht nötig, in Steuereinheiten zur Steuerung der Maschine zusätzliche Software, wie Auswertesoftware, zu implementieren.
Vorteilhafterweise ist die Datenbereitstellungsvorrichtung über den Anschluss zum Ausgeben der vorverarbeiteten Daten mit einer externen Recheneinheit datenübertragend verbindbar. Die Datenbereitstellungsvorrichtung überträgt die vorverarbeiteten Daten über diesen Anschluss an die externe Recheneinheit. Als externe Recheneinheit sei dabei eine Recheneinheit zu verstehen, welche insbesondere kein herkömmlicher Bestandteil der Maschine ist und welche insbesondere nicht für den Betrieb der Maschine vorgesehen ist bzw. nicht für diesen benötigt wird. Insbesondere kann ein Hersteller der Maschine oder Wartungspersonal von der externen Recheneinheit aus die Zustandsbestimmung aus der Ferne durchführen.
Dadurch, dass die Datenbereitstellungsvorrichtung nur lesend auf den Kommunikationssystem zugreifen kann, besteht auch in diesem Fall keine Gefahr eines Angriffs oder einer Manipulation der Maschine. Auch wenn die Datenbereitstellungsvorrichtung über eine nicht sichere Verbindung oder über eine standardisierte Kommunikation mit der externen Recheneinheit datenübertragend in Verbindung steht, besteht kein Risiko oder Angriffspotential für Angreifer. Somit kann eine Zustandsüberwachung auch von einer externen Recheneinheit aus, insbesondere über das Internet, sicher und vor Angriffen geschützt durchgeführt werden.
Vorzugsweise stehen die Datenbereitstellungsvorrichtung und die externe Recheneinheit über das Internet datenübertragend miteinander in Verbindung. Die Datenbereitstellungsvorrichtung überträgt die miteinander in Verbindung gebrachten Sensor- und Steuerungsdaten somit über den Anschluss Ausgeben der vorverarbeiteten Daten ("Internetanschluss") mittels einer Internetverbindung an die externe Recheneinheit. Datenbereitstellungsvorrichtung und externe Recheneinheit können insbesondere über eine ständige Internetverbindung miteinander datenübertragend in Verbindung stehen. Üblicherweise sind Internetverbindungen an Maschinen, insbesondere an deren Steuereinheiten, von Anlagenbetreibern nicht erwünscht, insbesondere aufgrund des hohen Sicherheitsrisikos und des Angriffspotentials. Eine erfindungsgemäße Datenbereitstellungsvorrichtung kann allerdings problemlos an das Internet angeschlossen werden und über dieses mit einer externen Recheneinheit kommunizieren und beispielsweise mit Programmupdates auf dem neuesten Stand gehalten werden. Dennoch besteht keine Gefahr, dass ein Angreifer die Maschine manipuliert.
Bevorzugt wird anhand der vorverarbeiteten Daten eine Zustandsüberwachung durchgeführt. Die Zustandsüberwachung kann dabei von der Datenbereitstellungsvorrichtung selbst durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Zustandsüberwachung bevorzugt auch von der externen Recheneinheit anhand der vorverarbeiteten Daten durchgeführt werden. Die von der Datenbereitstellungsvorrichtung gesammelten und vorverarbeiteten Sensor- und Steuerungsdaten können vorzugsweise über das Internet an die externe Recheneinheit übertragen werden und von der externen Recheneinheit kann die Zustandsüberwachung anhand dieser Daten durchgeführt werden.
Im Zuge der Zustandsüberwachung kann anhand der vorverarbeiteten Daten insbesondere bewertet werden, ob die Maschinenkomponente korrekt funktioniert oder ob ein Fehler der Maschinenkomponente vorliegt. Zustandsüberwachungssysteme bzw. Condition-Monitoring-Systeme, die auf Grundlage der durch die Sensordaten und die Steuerungsdaten bekannten Größen arbeiten, sind wohlbekannt. Beispielsweise können die Sensordaten mit entsprechenden Referenzwerten, die für die zugehörigen Steuerungsdaten charakteristisch sind, verglichen werden, beispielsweise im Zuge eines Schwellwertvergleichs. Erreicht beispielsweise ein bestimmter Messwert der Sensordaten einen Schwellwert, kann auf einen Fehler bzw. eine Fehlfunktion einer entsprechenden Maschinenkomponente geschlossen werden. Dieser Schwellwert ist insbesondere charakteristisch für die Steuerungsdaten, gemäß welchen die entsprechende Maschinenkomponente betrieben wird. Somit wird insbesondere bewertet, ob sich die konkreten Messwerte der Sensordaten in einem für die jeweiligen Steuerungsdaten in einem zulässigen Bereich bewegen. Wenn im Zuge der Zustandsüberwachung ein Fehler in der Maschine erkannt wird, kann von der externen Recheneinheit insbesondere eine entsprechende Maßnahme durchgeführt werden. Beispielsweise können Mitarbeiter oder Wartungspersonal über den Fehler informiert werden.
Die Datenbereitstellungsvorrichtung und die über den Anschluss zum Ausgeben der vorverarbeiteten Daten verbundene externe Recheneinheit stellen vorteilhafterweise ein Zustandsüberwachungssystem dar. Ein derartiges Zustandsüberwachungssystem kann insbesondere auch mehrere Datenbereitstellungsvorrichtungen umfassen, welche jeweils in der Maschine implementiert sind bzw. welche jeweils mit dem Kommunikationssystem datenübertragend verbunden sind. Jede dieser mehreren Datenbereitstellungsvorrichtungen ist insbesondere über ihren jeweiligen Anschluss zum Ausgeben der vorverarbeiteten Daten (über ein weiteres Kommunikationssystem, z.B. das Internet) mit der externen Recheneinheit datenübertragend verbunden. Beispielsweise kann für unterschiedliche Maschinenkomponenten jeweils eine Datenbereitstellungsvorrichtung vorgesehen sein.
Wenn in der Maschine mehrere Kommunikationssysteme implementiert sind, kann die Datenbereitstellungsvorrichtung nur-lesend insbesondere an mehrere oder an alle dieser Kommunikationssysteme angebunden sein. Es können auch mehrere Datenbereitstellungsvorrichtung vorgesehen sein, die jeweils nur-lesend an eine oder mehrere der Kommunikationssysteme angebunden sind und insbesondere miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise werden die Sensordaten über den Anschluss zum Auslesen der Steuerungsdaten ebenfalls aus dem Kommunikationssystem ausgelesen, analog zu den Steuerungsdaten. Dies bietet sich insbesondere an, wenn die Sensordaten ohnehin im Zuge der Steuerung der Maschine bzw. der Maschinenkomponenten bestimmt und über das Kommunikationssystem übertragen werden und/oder wenn die die Sensordaten erfassenden Sensoren ebenfalls an das Kommunikationssystem angeschlossen sind. Auch wenn diese Sensordaten zwar im regulären Betrieb der Maschine erfasst, aber herkömmlicherweise nicht über das Kommunikationssystem ausgetauscht werden, können die Maschine bzw. deren Steuereinheiten oder die Sensoren selbst derart konfiguriert werden, dass diese Sensordaten dennoch über den Kommunikationssystem bereitgestellt werden und von der Datenbereitstellungsvorrichtung ausgelesen werden können.
Alternativ oder zusätzlich werden die Sensordaten von der Datenbereitstellungsvorrichtung über einen eigenen Anschluss zum Empfangen von Sensordaten ("Sensoranschluss") empfangen. Die Datenbereitstellungsvorrichtung ist über diesen Sensoranschluss mit wenigstens einem Sensor an der Maschine verbindbar. Dabei ist eine kabellose und/oder eine kabelgebundene Anbindung der Sensoren über den Anschluss denkbar. Dies bietet sich insbesondere bei Sensordaten an, die nicht im Zuge der Steuerung der Maschine bestimmt werden. Entsprechende Sensoren können auf kostengünstige, aufwandsarme Weise in der Maschine implementiert werden. Vorzugsweise ist die Datenbereitstellungsvorrichtung über den Sensoranschluss mit Beschleunigungs-, Temperatur- und/oder Körperschallsensoren verbunden.
Vorzugsweise ist das Kommunikationssystem der Maschine als ein Bus- bzw. Feldbus-System, insbesondere als ein Ethernet-Bus ausgebildet. Die Datenbereitstellungsvorrichtung ist vorzugsweise über den Anschluss zum Auslesen von Steuerungsdaten ("Feldbusanschluss") mit diesem Bus bzw. Feldbus-System, insbesondere mit diesem Ethernet-Bus verbindbar. Insbesondere wird ein Sercos-, Profibus-, Profinet-Felbus als Bus-System verwendet (z.B. Sercos 2, Sercos III, EtherCAT, Profinet IRT, Profinet RT, Ethernet/IP).
Bevorzugt ist die Datenbereitstellungsvorrichtung über den Anschluss Auslesen von Steuerungsdaten mittels einer hochohmigen Ankopplung mit dem Kommunikationssystem der Maschine datenübertragend verbindbar. Eine derartige Ankopplung kann insbesondere mittels eines sogenannten Test Access Point (TAP) erfolgen. Bei einem Test Access Point handelt es sich insbesondere um einen Netzwerkmonitor für die Analyse von Feldbus- bzw. Ethernet-Protokollen. Ein Test Access Point arbeitet dabei rein passiv und beeinflusst die Datenkommunikation auf dem Kommunikationssystem nicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Datenbereitstellungsvorrichtung dazu eingerichtet, wie ein Slave bzw. untergeordneter Teilnehmer über den Anschluss zum Auslesen von Steuerungsdaten mit dem Kommunikationssystem verbunden zu werden. Weiterhin ist die Datenbereitstellungsvorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, nicht als ein Kommunikationsteilnehmer in dem Kommunikationssystem wahrgenommen zu werden. Insbesondere wird die Datenbereitstellungsvorrichtung von keiner anderen Maschinenkomponente als Teilnehmer an dem Kommunikationssystem bzw. als Busteilnehmer erkannt. Insbesondere nehmen Steuereinheiten der Maschine, welche insbesondere als Master bzw. übergeordneter Teilnehmer konfiguriert sind, die Datenbereitstellungsvorrichtung in dem Kommunikationssystem nicht wahr. Zu diesem Zweck ist die Slave-Funktionalität der Datenbereitstellungsvorrichtung nach außen hin insbesondere auf eine Repeater-Funktion reduziert, mittels welcher Signale bzw. Daten empfangen und weiter gesendet werden. Durch eine derartige Repeater-Funktion wird insbesondere allenfalls eine geringe, aber konstante Signalverzögerung bewirkt, sonst werden keine Veränderungen des empfangenen Signals bzw. der empfangenen Daten bewirkt.
Der Kommunikationssystem, beispielsweise ein sercos-Feldbus, verfügt insbesondere über einen IP-Kanal und ermöglicht somit eine IP-Kommunikation. Über den IP-Kanal bzw. über die IP-Kommunikation können insbesondere unidirektional Daten von Maschinenkomponenten (z.B. Steuereinheiten, Antriebe) zur Datenbereitstellungsvorrichtung insbesondere zyklisch übertragen werden. Von den Maschinenkomponenten können insbesondere zyklisch Daten abgesetzt werden (sogenannte Beacon-Telegramme), welche die benötigten Informationen bzw. die benötigten Steuerungsdaten enthalten.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Maschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, elektrische und optische Datenträger, wie Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt eine Maschine mit einer bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Datenbereitstellungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist eine Maschine schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Die Maschine ist beispielsweise als eine Bahnbearbeitungsmaschine, insbesondere als Druckmaschine ausgebildet.
Die Maschine 100 weist mehrere Maschinenkomponenten 110, 122, 120, 130 auf. Die Maschinenkomponente 110 ist beispielsweise als eine Steuereinheit zum Steuern der Maschine ausgebildet. Die Steuereinheit 110 kann beispielsweise als Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet sein. Die Maschinenkomponente 120 ist als ein elektrischer Antrieb (z.B. Synchronmotor) ausgebildet, der beispielsweise eine Walze 130 in Drehbewegung versetzt. Die Bewegung des elektrischen Antriebs 120 wird von einem Antriebsregler 122 kontrolliert, der insbesondere die Ist-Drehzahl auf eine Soll-Drehzahl und/oder die Ist-Position auf eine Soll-Position regelt. Der elektrische Antrieb weist dazu z.B. einen Drehgeber auf, der eine Drehwinkelstellung misst und an den Antriebsregler 122 übermittelt. Der elektrische Antrieb erhält vom Antriebsregler eine Stellgröße, welche beispielsweise einen Motorstrom oder ein Motordrehmoment vorgibt. Ein typischer Antriebsregler umfasst eine Recheneinheit und eine von dieser angesteuerte Antriebsstromregeleinheit (z.B. Umrichter). Die Maschinenkomponenten 110, 122 sind über ein Kommunikationssystem 140, beispielsweise über einen Feldbus, datenübertragend miteinander verbunden. Selbstverständlich kann die Maschine 100 noch weitere Maschinenkomponenten, wie Manipulatoren, Aktoren, weitere Motoren, Walzen und Steuereinheiten umfassen.
Es soll eine Zustandsüberwachung der Maschine 100 durchgeführt werden. Dabei soll insbesondere überwacht werden, ob der Antrieb 120 korrekt funktioniert oder eine Fehlfunktion aufweist. Zu diesem Zweck ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Datenbereitstellungsvorrichtung 200 in der Maschine 100 implementiert, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 umfasst einen im Folgenden als Feldbusanschluss bezeichneten Anschluss 210 zum Auslesen von Steuerungsdaten, über welchen die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 mit dem Feldbus 140 datenübertragend verbunden ist. Über diesen Feldbusanschluss ist die Datenbereitstellungsvorrichtung mittels einer hochohmigen Ankopplung mit dem Feldbus 140 datenübertragend verbunden, insbesondere mittels eines sogenannten Test Access Point (TAP). Die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 kann sämtliche Daten auslesen, die über den Feldbus 140 verschickt werden, kann jedoch nicht schreibend auf diesen zugreifen und kann weder Daten im Feldbus 140 verändern noch selbst Daten über den Feldbus 140 verschicken.
Die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 umfasst einen im Folgenden als Internetanschluss bezeichneten Anschluss 220 zum Ausgeben von vorverarbeiteten Daten, über welchen die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 mit einer externen Recheneinheit 300 datenübertragend verbunden ist. Datenbereitstellungsvorrichtung 200 und externe Recheneinheit 300 sind insbesondere über das Internet 310 miteinander verbunden. Die externe Recheneinheit 300 kann beispielsweise als ein Server eines Herstellers der Maschine 100 ausgebildet sein und weit von der Maschine 100 selbst entfernt sein.
Datenbereitstellungsvorrichtung 200 und externe Recheneinheit 300 bilden zusammen vorzugsweise eine Zustandsüberwachungseinheit 400. Mittels dieser Zustandsüberwachungseinheit 400 kann die Zustandsüberwachung der Maschine 100 durchgeführt werden. Die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 bestimmt im Zuge dessen zunächst einen Zustand des Antriebs 120. Anhand dieses bestimmten Zustands wird in der externen Recheneinheit überprüft, ob der Motor korrekt funktioniert, wie weiter unten in Bezug auf 2 detailliert erläutert wird.
Zur Zustandsbestimmung des Motors 120 umfasst die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 einen im Folgenden als Sensoranschluss bezeichneten Anschluss 230 zum Empfangen von Sensordaten. Über diesen Sensoranschluss 230 ist die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 mit Sensoren 231, 232, 233 verbunden. Die Sensoren sind insbesondere an dem Antrieb 120 angeordnet. Die Sensoren sind beispielsweise als Beschleunigungssensor 231, Temperatursensor 232 und Körperschallsensor 233 ausgebildet.
In 2 ist die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm dargestellt, welche von der Datenbereitstellungsvorrichtung 200 durchgeführt wird.
In einem Schritt 510 ermittelt bzw. sammelt die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 Steuerungsdaten. Diese Steuerungsdaten sind insbesondere Ist- und Soll-Werte einer Drehzahl des Antriebs 120. Diese Ist- und Soll-Werte werden im Zuge der Steuerung der Maschine 100 zwischen der SPS 110 und dem Antriebsregler 122 über den Feldbus 140 ausgetauscht. Die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 liest diese Ist- und Soll-Werte aus dem Feldbus 140 aus und hinterlegt diese in einer internen Speichereinheit.
In einem Schritt 520 ermittelt bzw. sammelt die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 parallel zu Schritt 510 Sensordaten der Sensoren 231, 232 und 233 und hinterlegt diese in der Speichereinheit. Als Sensordaten werden dabei Messwerte insbesondere einer Temperatur des Antriebs 120, einer Vibrationsamplitude an einer Lagerstelle des Antriebs 120 sowie ein Körperschall des Antriebs 120 bestimmt.
In Schritt 530 verarbeitet die Datenbereitstellungsvorrichtung 200 die Sensor- und die Steuerungsdaten vor und bringt sie dabei miteinander in Zusammenhang. Insbesondere werden diese Daten so gekennzeichnet, dass erkennbar ist, zu welchem Zeitpunkt sie jeweils bestimmt wurden. Weiterhin werden die Sensor- und die Steuerungsdaten zeitrichtig verknüpft, so dass erkennbar ist, welche Bewegung der Antrieb 120 ausführt (ausgedrückt durch die Ist- und Soll-Werte der Drehzahl) und welche konkreten Messwerte für Temperatur, Vibrationsamplitude und Körperschall während dieser Bewegung durch die Sensoren 231, 232, 233 bestimmt werden. Beispielsweise können zu diesem Zweck die zusammengehörigen Sensor- und Steuerungsdaten in einer Tabelle hinterlegt werden.
In Schritt 540 werden die vorverarbeiteten Sensor- und Steuerungsdaten von der Datenbereitstellungsvorrichtung 200 über das Internet 310 an die externe Recheneinheit 300 übertragen.
Von der externen Recheneinheit 300 wird in einem im Rahmen der Erfindung optionalen Schritt 550 die Zustandsüberwachung durchgeführt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein Schwellwertvergleich der Sensordaten durchgeführt. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass Zustandsüberwachungsverfahren an sich wohlbekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung sind. Die bestimmten Messwerte für Temperatur, Vibrationsamplitude und Körperschall werden mit Schwellwerten verglichen, wobei diese Schwellwerte charakteristisch für die zugehörigen Ist- und Soll-Werte der Drehzahl des Antriebs 120, also der Steuerungsdaten, sind. Somit wird beispielsweise überprüft, ob Temperatur, Vibrationsamplitude und Körperschall jeweils einen Grenzwert überschreiten, der jeweils einen zulässigen Maximalwert für den Betrieb des Antriebs 120 bei den zugehörigen Ist- und Soll-Werten darstellt.
Überschreiten die Messwerte für Temperatur, Vibrationsamplitude und Körperschall die jeweiligen Grenzwerte nicht, wird gemäß Schritt 560 bestimmt, dass der Antrieb 120 fehlerfrei funktioniert. Überschreitet andererseits wenigstens einer der Messwerte den jeweiligen Grenzwert, wird gemäß Schritt 570 bestimmt, dass ein Fehler in dem Antrieb 120 vorliegt. In diesem Fall wird gemäß Schritt 580 eine geeignete Maßnahme durchgeführt, beispielweise kann ein Bediener der der Maschine über diesen Fehler informiert werden oder Wartungspersonal kann benachrichtigt werden, um eine Wartung des Antriebs 120 durchzuführen.
Alternativ zur Durchführung der Zustandsüberwachung von der externen Recheneinheit 300 kann die Zustandsüberwachung auch von der Datenbereitstellungsvorrichtung 100 selbst durchgeführt werden, beispielsweise wenn keine Verbindung zu einer externen Recheneinheit besteht. Die in Zusammenhang gebrachten Daten werden in diesem Fall in der Datenbereitstellungsvorrichtung 100 dem Schwell- bzw. Grenzwertvergleich unterzogen.

Claims

Vorrichtung (200) zur Bereitstellung von Daten für eine Zustandsüberwachung einer Maschine (100) mit einem Anschluss (210) zum Auslesen von Steuerungsdaten, über welchen die Datenbereitstellungsvorrichtung (200) mit einem Kommunikationssystem (140) der Maschine (100) nur datenlesend verbindbar ist, mit einem Anschluss (230) zum Empfangen von Sensordaten, die von Sensoren (231, 232, 233) der Maschine (100) erfasst wurden, mit einer Logikeinheit zum Vorverarbeiten der Sensordaten und der Steuerungsdaten und mit einem Anschluss (220) zum Bereitstellen der vorverarbeiteten Daten, wobei die Datenbereitstellungsvorrichtung (200) dazu eingerichtet ist, nur-lesend auf das Kommunikationssystem (140) zuzugreifen.
Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nach Anspruch 1 die dazu eingerichtet ist, über den Anschluss (220) zum Bereitstellen der vorverarbeiteten Daten mit einer externen Recheneinheit (300) datenübertragend verbunden zu werden.
Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nach Anspruch 1 oder 2, die dazu eingerichtet ist, über den Anschluss (210) zum Auslesen von Steuerungsdaten mit einem Bus-System, insbesondere mit einem Ethernet-Bus der Maschine (100), datenübertragend verbunden zu werden.
Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Anschluss (210) zum Auslesen von Steuerungsdaten eine hochohmige Ankopplung an das Kommunikationssystem (140) der Maschine (100) ermöglicht.
Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, wie ein Slave über den Anschluss (210) zum Auslesen von Steuerungsdaten mit dem Kommunikationssystem (140) verbunden zu werden, und die weiterhin dazu eingerichtet ist, nicht als ein Kommunikationsteilnehmer in dem Kommunikationssystem (140) wahrgenommen zu werden.
Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, unidirektional über eine IP-Kommunikation des Kommunikationssystems (140) zyklisch Daten zu erhalten.
Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Anschlüsse aus der Gruppe bestehend aus dem Anschluss (210) zum Auslesen von Steuerungsdaten, dem Anschluss (230) zum Empfangen von Sensordaten und dem Anschluss (220) zum Bereitstellen der vorverarbeiteten Daten derselbe Anschluss sind, und/oder wobei wenigstens zwei Anschlüsse aus der Gruppe bestehend aus dem Anschluss (210) zum Auslesen von Steuerungsdaten, dem Anschluss (230) zum Empfangen von Sensordaten und dem Anschluss (220) zum Bereitstellen der vorverarbeiteten Daten unterschiedliche Anschlüsse sind.
Maschine (100) mit einem Kommunikationssystem (140) und mit einer Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die über ihren Anschluss (210) zum Auslesen von Steuerungsdaten mit dem Kommunikationssystem (140) datenlesend verbunden ist.
Zustandsüberwachungssystem (400) mit einer Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und mit einer externen Recheneinheit (300), welche über den Anschluss (220) zum Bereitstellen der vorverarbeiteten Daten mit der Datenbereitstellungsvorrichtung (200) datenübertragend verbunden ist.
Verfahren zur Bereitstellung von Daten für eine Zustandsüberwachung einer Maschine (100) mittels einer Datenbereitstellungsvorrichtung (110), wobei Steuerungsdaten, welche über ein Kommunikationssystem (140) in der Maschine (100) übertragen werden, von der Datenbereitstellungsvorrichtung (200) aus diesem Kommunikationssystem (140) ausgelesen werden (510), wobei durch die Datenbereitstellungsvorrichtung (200) nur-lesend auf das Kommunikationssystem (140) zugegriffen werden kann, wobei Sensordaten, die von Sensoren (231, 232, 233) der Maschine (100) erfasst wurden, von der Datenbereitstellungsvorrichtung (200) empfangen werden (520), und wobei die Steuerungsdaten und die Sensordaten von der Datenbereitstellungsvorrichtung (200) vorverarbeitet (530) und für die Zustandsüberwachung bereitgestellt werden (540).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die vorverarbeiteten Sensordaten und Steuerungsdaten an eine externe Recheneinheit (300) übertragen werden (540).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die vorverarbeiteten Sensordaten und Steuerungsdaten über eine Internetverbindung an die externe Recheneinheit (300) übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei anhand der vorverarbeiteten Sensordaten und Steuerungsdaten eine Zustandsüberwachung durchgeführt wird (550).
Verfahren nach Anspruch 13 in Rückbezug auf Anspruch 11 oder 12, wobei die Zustandsüberwachung von der externen Recheneinheit (300) durchgeführt wird (550).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Sensordaten über das Kommunikationssystem (140) empfangen werden.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (200) veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (200) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 16.