DE3124809A1 - Method and device for monitoring processes - Google Patents

Method and device for monitoring processes

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DE3124809A1 DE19813124809 DE3124809A DE3124809A1 DE 3124809 A1 DE3124809 A1 DE 3124809A1 DE 19813124809 DE19813124809 DE 19813124809 DE 3124809 A DE3124809 A DE 3124809A DE 3124809 A1 DE3124809 A1 DE 3124809A1
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Rolf Kölbin
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Abstract

In a method for monitoring processes or machines, particularly machine tools, by means of a microcomputer, the switching and interval times characteristic of the process or in the operating sequence of the machine are measured and automatically stored in the computer and compared with nominal times, these nominal times preferably being programmed into the computer in a learning process. When deviations occur which exceed predetermined time deviations, the computer automatically intervenes in the process or operating sequence, for example switches off certain functions. A device for carrying out the method exhibits a microcomputer (3) which is connected via digital data input channels (6, 7) for time measurement signals, to the relevant machine or its control device and can act on the latter by a digital output channel (8). Other characteristic process data such as pressure, temperature or the like, after having been converted into digital values, can be fed into the computer via further analog data input channels and taken into consideration in setting the nominal time. Other data which cannot be input automatically can be input manually via an input/output unit (9). This unit (9) can be used for registering time deviations between time measurement signals and nominal times which exceed a predetermined measure, indicating instantaneous states of the process or operating sequence, and the like. A preferred field of application of the method and of the device according to the invention is the monitoring of numerically controlled machine tools. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von ProzessenMethod and device for monitoring processes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Prozessen mit zeitlich nacheinander ablaufenden Vorgängen, mit einem Rechner, insbesondere digitalem Mikro-Rechner.The invention relates to a method and a device for monitoring of processes with sequential operations, with a computer, especially digital micro-computer.

Bei bekannten Verfahren zur Prozeßüberwachung werden charakteristische Prozeßgrößen wie Druck, Temperatur o. dgl. gemessen und zur Überwachung des Prozesses herangezogen.In known methods for process monitoring, characteristic Process variables such as pressure, temperature or the like are measured and used to monitor the process used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren oder eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen ausschließlich für den Prozeß wichtige Zeiten zur Überwachung bzw.The invention is based on the object of a method or a To create device of the type mentioned, in which exclusively for the process important times for monitoring or

Diagnose verwendet werden.Diagnosis can be used.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Schalt- bzw. Intervallzeiten einer Steuervorrichtung des Prozesses automatisch und gegebenenfalls andere für den Prozea maßgeblichen Zeiten durch manuelle Veranlassung erfaßt automatisch gespeichert und mit vorgegebenen Sollzeiten verglichen werden.To solve this problem is in a method according to the invention provided that the switching or interval times of a control device of the process automatically and, if necessary, other times relevant for the process by manual The event is recorded automatically, saved and compared with the specified target times will.

Vorzugsweise werden dabei die Sollzeiten im Lernverfahren nach einem Musterprozeß in den Rechner eingegeben und gespeichert. Die Sollzeiten können aus mehreren Musterprozessen nach einem statistischen Algorithmus errechnet und im Verlauf des Prozesses selbsttätig verändert werden, z. B. durch Überlagerung anderer für den Prozeß charakteristischer Größen, wie Temperaturen, Drücke o. dgl.The target times in the learning process are preferably set according to a Sample process entered into the computer and saved. The target times can calculated from several sample processes according to a statistical algorithm and can be changed automatically in the course of the process, e.g. B. by overlay other variables characteristic of the process, such as temperatures, pressures, or the like.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein digitaler Mikro-Prozeßrechner über Dateneingangskanäle für Zeitmeßsignale und einen Datenausgangskanal mit der Steuervorrichtung der zu überwachenden Maschine verbunden ist und daß an dem Rechner eine Ein-/Ausgabeeinheit angeschlossen ist.An apparatus for carrying out the method according to the invention is characterized by the fact that a digital micro-process computer has data input channels for timing signals and a data output channel with the control device of the to monitoring machine is connected and that an input / output unit on the computer connected.

Vorteilhaft hat die Ein-/Ausgabeeinheit einen Drucker zum Ausdrucken von Abweichungen von den Sollzeiten und eine Tastatur mit Funktionstasten zum Eingeben und Betätigen einer alpha-numerischen Anzeige von nicht automatisch erfaßbaren Maschinendaten.The input / output unit advantageously has a printer for printing of deviations from the target times and a keyboard with function keys for entering and actuation of an alphanumeric display of machine data which cannot be automatically recorded.

~ , Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglichen erstmals eine Zeit-Diagnose mit Aussagen über Fehler, Störungen und Trends des zu überwachenden Prozesses. ~, The method and the device according to the invention enable for the first time a time diagnosis with statements about errors, malfunctions and trends of the to monitoring process.

Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung zur Überwachung von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen bzw. Transferstraßen eingesetzt. Hierbei lassen sich z. B. Veränderungen von Vorschub- und Schneidzeiten oder von Wartungs-und Instandsetzungszeiten überwachen, indem die genannten Zeiten während des laufenden Betriebes kontinuierlich mit den vorgegebenen Sollwerten verglichen werden. Zeitabweichungen, die vorgegebene Abweichungen überschreiten, können protokolliert und angezeigt werden.The method and the device according to of the invention for monitoring numerically controlled machine tools or transfer lines used. Here z. B. Changes in feed and cutting times or monitor of maintenance and repair times by the times mentioned continuously compared with the specified target values during operation will. Time deviations that exceed specified deviations can be logged and are displayed.

Im Störungsfall werden automatisch Reaktionen veranlaßt, z. B.In the event of a malfunction, reactions are automatically initiated, e.g. B.

gewisse Maschinenfunktionen abgeschaltet.certain machine functions switched off.

In dem genannten besonders bevorzugten Anwendungsfall bei Werkzeugmaschinen lassen sich Wartungszyklen und erforderliche Werkzeugwechsel dem Bedienungspersonal automatisch anzeigen, sobald die zu- lässigen Standzeiten erreicht sind. Es lassen sich ferner Maschinendaten nach VDI-Vorschrift 3423 für Auslastungsnachweis und Ausfallstatistiken auf Abruf oder in vorgegebenen Zeitintervallen liefern.In the above-mentioned particularly preferred application in machine tools maintenance cycles and required tool changes can be assigned to the operating personnel automatically display as soon as the permissible service life achieved are. Furthermore, machine data according to VDI regulation 3423 can be used for proof of utilization and provide failure statistics on demand or at specified time intervals.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung nach der Erfindung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings an embodiment of a device according to the invention with further details explained in more detail.

Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung; Figur 2 ein Blockschaltbild einer Ein-/Ausgabeeinheit bei einer Vorrichtung nach Fig. 1; Figur 3 die ausgeführte Frontplatte der Ein-/Ausgabeeinheit nach Fig. 2.They show: FIG. 1 a block diagram of a device according to FIG Invention; FIG. 2 shows a block diagram of an input / output unit in a device according to Fig. 1; FIG. 3 shows the front panel of the input / output unit according to FIG. 2.

Gemäß Figur 1 ist an einem Ringbus 1 über einen Bus-Koppler 2 ein Mikro-Rechner 3 angeschlossen, der bekannte, nicht gezeichnete Bausteine, nämlich eine CPU, einen ROM, einen RAM, einen C-MOS-RAM und eine Uhr mit Kalender enthält.According to FIG. 1, a bus coupler 2 is connected to a ring bus 1 Micro-computer 3 connected, the known, not shown building blocks, namely a CPU, a ROM, a RAM, a C-MOS-RAM and a clock with calendar.

An den Ringbus 1 sind mehrere solcher Rechner 3 anschließbar, so daß in einer großen Fertigungshalle mehrere Maschinen überwacht und die von den Rechnern abgegebenen Daten verglichen oder sonstwie ausgewertet werden können.Several such computers 3 can be connected to the ring bus 1, so that Several machines are monitored in a large production hall and those are monitored by the computers data submitted can be compared or otherwise evaluated.

Der Rechner ist über ein Modularsystem von Interface-Bausteinen 4 bis 8 mit einer (oder mehreren) zu überwachenden Maschinen verbunden. 4 und 5 bezeichnen zwei Interfaces für jeweils 16 analoge Eingangskanäle, über welche Meßwerte für nicht zeitliche Prozeß- größen, wie Drücke, Temperaturen o. dgl. an den zu überwachenden Maschinen in den Rechner eingespeist werden.The computer is via a modular system of interface modules 4 to 8 connected to one (or more) machines to be monitored. 4 and 5 denote two interfaces for 16 analog input channels each, via which measured values for not temporal process variables such as pressures, temperatures, etc. fed into the computer at the machines to be monitored.

Die Bezugszeichen 6 und 7 bezeichnen Interfaces für jeweils 32 digitale Eingangskanäle, über welche Zeitmeßsignale wie Schalt- oder Zykluszeiten der zu überwachenden Maschine bzw. einer Steuervorrichtung dafür in den Rechner 3 eingespeist werden.The reference numerals 6 and 7 denote interfaces for 32 digital interfaces each Input channels through which time measurement signals such as switching or cycle times of the to The monitoring machine or a control device is fed into the computer 3 for this purpose will.

Es versteht sich, daß in den Interfaces 4,5 die analog ankommenden Meßsignale in digitale Signale gewandelt werden müssen, so daß sie in dem digitalen Mikro-Rechner 3 verarbeitet werden können, während eine solche Wandlung für die digital ankommenden Zeitmeßsignale zu den Interfaces 6 und 7 nicht erforderlich ist.It goes without saying that in the interfaces 4, 5 the analog incoming Measurement signals must be converted into digital signals so that they can be used in the digital Micro-computer 3 can be processed while such a conversion for the digitally arriving timing signals to interfaces 6 and 7 are not required is.

Das Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Interface für 8 digitale Ausgangskanäle, über welche-der Rechner automatisch auf die zu uberwachende Maschine bzw. deren Steuervorrichtung einwirken kann, beispielsweise bestimmte Funktionen oder die ganze Maschine ausschalten kann.The reference number 8 denotes an interface for 8 digital output channels, via which the computer automatically accesses the machine to be monitored or its Control device can act, for example certain functions or the whole Can switch off the machine.

An den Rechner 3 ist eine Ein-/Ausgabeeinheit 9 über serielle Datenkanäle 10,11 angeschlossen, über welche nacheinander Daten vom und in den Rechner übertragbar sind.An input / output unit 9 is connected to the computer 3 via serial data channels 10, 11 connected, via which data can be transmitted from and to the computer one after the other are.

Die Ein-/Ausgabeeinheit umfaßt gemäß Figur 2 ein Eingabe-Ausgabe-Steuergerätl2,an welches die folgenden Bausteine angeschlossen sind: ein Statusanzeiger 13, welcher beispielsweise über Lämpchen Störungen oder Unregelmäßigkeiten an der zu überwachenden Maschine anzeigt; ein Drucker 14, welcher Zeitabweichungen von den im Rechner vorprogrammierten Sollwerten anzeigt; eine alpha-numerische Anzeige 15 zur Anzeige von eingegebenen Werten; einen Schreiber 16 für die Dokumentation der Ausnutzung einer Maschine durch Festhalten von Störungen o. dgl.; ein Funktionstastenfeld 17 zum manuellen Eingeben und Abrufen von nicht automatisch an den Rechner übermittelnden Maschinendaten; eine# numerische Tastatur 18 zum Eintasten von Ziffern beispielsweise für die Uhrzeitsetzung, Kanalabfrage o. dgl.According to FIG. 2, the input / output unit comprises an input-output control device 12 which the following modules are connected: a status indicator 13, which For example, malfunctions or irregularities on the monitor to be monitored are caused by small lamps Machine displays; a printer 14, which time deviations from those preprogrammed in the computer Displays setpoints; an alpha-numeric display 15 for displaying entered Values; a recorder 16 for the documentation of the utilization a machine by holding faults or the like; a control panel 17 for manual entry and retrieval of not automatically transmitted to the computer Machine data; a # numeric keypad 18 for keying in digits, for example for setting the time, channel query or the like.

In der Darstellung der Frontplatte der Ein-/Ausgabeeinheit sind die entsprechenden Bezugszeichen eingetragen und nicht nochmals erläutert.In the representation of the front panel of the input / output unit are the corresponding reference numerals entered and not explained again.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Alle zeitlichen änderungen an der zu überwachenden Maschine werden automatisch über die Interfaces 6 und 7 oder durch Handeingabe über die Funktionstasten 17 mit hoher Auflösung, z. B. 10 mm'als Zeitmeßwerte erfaßt. Dazu überlagert können andere typische Prozeßgrößen über die Interfaces 4,5 eingeleitet werden und im Rechner die Sollzeit-Vorgabe ~ in beliebiger gewünschter Weise beeinflussen. Aus den gemessenen Zeiten werden Dauer und Häufigkeit der erfaßten Vorgänge ermittelt und gespeichert. In den Rechner sind Sollzeiten eingespeichert und zwar vorzugsweise im Lernverfahren ("Teach-in-Verfahren") wie folgt: Beim Start werden über mehrere Maschinenläufe die Zeiten gemessen und aus den Mittelwerten und Streuungen die Sollwerte und die zulässigen Abweichungen errechnet. Nach einer bestimmten Anzahl von Maschinenzyklen wird automatisch auf Überwachungsbetrieb umgeschaltet. Dabei werden die auf diese Weise ermittelten oder auch bei der Installation des Systems vorgegebenen Sollzeiten kontinuierlich mit den gemessenen Zeiten verglichen. Zeitab weichungen, die über vorgegebene Abweichungen hinausgehen, werden über den Drucker 14 und/oder den Schreiber 16 ausgegeben und liegen somit als Protokoll vor. Im Störungsfall werden vom Rechner automatisch Reaktionen veranlaßt und über das Interface 8 an die Maschine abgegeben. Beispielsweise kann die gesamte Maschine abgeschaltet werden.The device described works as follows: All changes over time on the machine to be monitored are automatically activated via interfaces 6 and 7 or by manual input via the function keys 17 with high resolution, e.g. B. 10 mm 'recorded as time measurement values. Other typical process variables can be superimposed on this can be initiated via the interfaces 4, 5 and the target time specification ~ affect in any desired manner. The measured times become duration and frequency of the recorded processes determined and stored. In the calculator are Target times are saved, preferably in the learning process ("teach-in process") as follows: At the start, the times are measured over several machine runs and the target values and the permissible deviations from the mean values and scatter calculated. After a certain number of machine cycles it will automatically open Monitoring mode switched. The or are determined in this way also when installing the system continuously with the specified target times compared to the measured times. Time deviations that exceed predetermined deviations go out are output via the printer 14 and / or the writer 16 and are therefore available as a protocol. in the Malfunction is reported by the computer automatically initiates reactions and sent them to the machine via the interface 8. For example, the entire machine can be switched off.

Die Diagnose-Daten bleiben über mehrere Maschinenzyklen gespeichert und lassen sich zur Mittelwertbildung heranziehen, so daß Abweichungen in Relation zum augenblicklichen Zustand der Maschine gebracht werden und damit auch Trends erfaßt und berücksichtigt werden können.The diagnostic data are saved over several machine cycles and can be used for averaging so that deviations are in relation can be brought to the current state of the machine and thus also trends can be recorded and taken into account.

Maschinendaten nach VDI-Vorschrift 3423 für Auslastungsnachweise und Ausfallstatistiken liefert die Vorrichtung auf Abruf durch Betätigen der entsprechenden Funktionstaste aus dem Tastenfeld 17 oder in vorgegebenen Zeitintervallen.Machine data according to VDI regulation 3423 for proof of utilization and The device provides failure statistics on demand by pressing the appropriate button Function key from the keypad 17 or at predetermined time intervals.

Die Bedienung der Vorricbtung erfordert keinerlei Spezialken#tnisse, da jede Funktionstaste des Tastenfeldes 17 einer über der Taste angegebenen, gewünschten Funktion zugeordnet ist.The operation of the equipment does not require any special knowledge, since each function key of the keypad 17 is a desired one indicated above the key Function is assigned.

Nach dem Start der Überwachung läuft die Vorrichtung automatisch in den jeweiligen Zustand und meldet sich bei Abweichungen oder zu Zeitpunkten, zu denen der Bediener Arbeiten, wie Werkzeugwechsel oder Wartung, ausführen muß, selbsttätig.After the start of the monitoring, the device automatically runs in the respective state and reports in the event of deviations or times which the operator has to carry out work, such as tool change or maintenance, automatically.

Die Ausgabe von Diagnose- oder Maschinendaten wird durch Betätigen der entsprechenden Funktionstaste aus dem Tastenfeld 17 ausgelöst. Eingaben werden in der Anzeige 15 angezeigt und lassen sich korrigieren, bevor sie in den Rechner eingegeben werden.The output of diagnostic or machine data is activated by pressing the corresponding function key from the keypad 17 triggered. Inputs will be shown in the display 15 and can be corrected before entering the calculator can be entered.

Die beschriebene Vorrichtung ist besonders zur Überwachung von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen geeignet. Es lassen sich hierbei auch mehrere Maschinen von einem Rechner überwachen, z. B.The device described is particularly useful for monitoring numerically controlled machine tools. Several machines can also be used here monitor from a computer, e.g. B.

hinsichtlich Stückzahl, Standzeit, Wartungszyklus, Werkzeugwechsel.in terms of number of pieces, service life, maintenance cycle, tool change.

Claims (11)

Ansprüche Verfahren zur Überwachung von Prozessen mit zeitlich nacheinander ablaufenden Vorgängen>mit einem Rechner, insbesondqre digitalem Mikro-Rechner, dadurch g e. k e n n z e i c ;h n e t, daß die Schalt- bzw. Intervallzeiten einer Steuervorrichtung des Prozesses automatisch und gegebenenfalls andere nicht automatisch erfaßbare Zeiten durch manuelle Veranlassung erfaßt , automatisch gespeichert und mit vorgegebenen Sollzeiten verglichen werden. Claims Method for monitoring processes with one after the other running processes> with a computer, in particular a digital micro-computer, thereby g e. k e n n n z e i c; h n e t that the switching or interval times of a Control device of the process automatically and possibly others not automatically Recordable times by manual initiation are recorded, automatically saved and can be compared with specified target times. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sollzeiten im Lernverfahren nach einem Musterprozeß in den Rechner eingegeben und gespeichert werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t, that the target times are entered into the computer in the learning process according to a sample process and saved. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sollzeiten aus mehreren Musterprozessen nach einem statistischen Algorithmus errechnet und selbsttätig verändert werden. 3. The method according to claim 2, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t, that the target times from several sample processes according to a statistical algorithm can be calculated and automatically changed. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß mehrere Prozesse gleichzeitig überwacht werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that several processes are monitored at the same time. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß außer den Zeiten auch andere für den jeweiligen Prozeß charakteristischen Größen gemessen werden und im Rechner zur Beeinflussung der Sollzeiten verarbeitet werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized g e k e n n -Z e i c h n e t that besides the times also other characteristic for the respective process Quantities are measured and processed in the computer to influence the target times will. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Schaltzeiten mit 16 bit parallel in den digitalen Rechner eingelesen werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that the switching times with 16 bit parallel in the digital computer can be read. 7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitaler Mikro-Prozeßrechner (3) über digitale Dateneingangskanäle (6,7) für Zeitmeßsignale und einen digitalen Datenausgangskanal (8) mit einer Steuervorrichtung der zu überwachenden Maschine verbunden ist und daß an dem Rechner eine Ein-/Ausgabeeinheit (9) angeschlossen ist. = 7. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 6, characterized in that a digital micro-process computer (3) has digital data input channels (6,7) for timing signals and a digital data output channel (8) is connected to a control device of the machine to be monitored and that an input / output unit (9) is connected to the computer. = 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß außerdem analoge Dateneingangskanäle (4,5) zum Übertragen von charakteristischen, nicht zeitlichen Meßdaten des Prozesses zum Rechner (3) vorgesehen sind.8. Device according to claim 7, characterized in that, in addition, analog data input channels (4,5) for transferring characteristic, non-temporal measurement data of the process to the computer (3) are provided. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Ein-/Ausgabeeinheit (9) ein Steuergerät (12) und daran angeschlossen einen Drucker (14) zum Ausdrucken von Abweichungen von den Sollzeiten und eine Tastatur (17,18) mit Funktionstasten (17) zum Eingeben und Betätigen einer alpha-numerischen Anzeige (15) von nicht automatisch erfaßbaren Prozeßdaten aufweist.9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the input / output unit (9) is a control unit (12) and is connected to it a printer (14) for printing out deviations from the target times and a keyboard (17,18) with function keys (17) for entering and operating an alpha-numeric Has display (15) of process data that cannot be automatically recorded. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß an das Steuergerät (12) außerdem ein Schreiber (16) angeschlossen ist.10. The apparatus of claim 8 or 9, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that a recorder (16) is also connected to the control unit (12) is. 11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zur Überwachung numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen bzw. Transferstraßen.11. Application of the method according to one of claims 1 to 6 and / or the device according to one of claims 7 to 10 for monitoring numerically controlled Machine tools or transfer lines.
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