CN112445176A - 监视设施控制系统在正常运行条件下的作用方式的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监视设施的控制系统在正常运行条件下的作用方式的方法。控制系统除了至少两个负载电路之外还包括控制单元和时钟控制的电流源。控制系统采取不同的运行状态。在控制系统的运行状态每次变化时，为每个相关联的负载电路在至少两个输出通道上分别测量当前电流值和/或电压值，并与分别当前的运行状态一起存储。然后将当前电流测量值和/或电压测量值与至少一个先前测量的电流值和/或电压值进行比较，其中仅使用其相应运行状态与当前电流测量值和/或电压测量值的相应运行状态一致的先前测量。检查当前电流测量值和/或电压测量值与至少一个先前测量的电流值和/或电压值的比较是否离开公差范围，然后显示离开了公差范围的负载电路。

Description

监视设施控制系统在正常运行条件下的作用方式的方法

技术领域

本发明总体上涉及电工技术的领域，特别是功率电子学和功率电子电路的领域。具体地，本发明涉及一种用于监视设施（Anlage）的控制系统在正常运行条件下的作用方式的方法。所述控制系统除了至少两个负载电路之外还包括至少一个控制单元和时钟控制的电流源。由所述时钟控制的电流源向所述至少两个负载电路经由至少两个分别与一个负载电路连接的输出通道供应供电电压和/或供电电流，每个负载电路具有至少一个负载单元（例如传感器、执行器、继电器、接触器、电磁阀、伺服电动机等）。所述设施的控制系统在正常运行条件下的作用方式期间采取不同的运行状态，其中一种运行状态由所述控制单元的输出信号的可预给定组合引起。

背景技术

如今，在许多领域，例如在工业生产和制造中、在能量产生和能量分配中、在自动化技术中、在建筑物管理等中，使用复杂的机器和/或设施。在此，设施被理解为空间上有关联的和在功能上、控制技术上和/或安全技术上相互关联的组件（例如，机器、设备和/或仪器）的系统化汇集。这种技术设施，例如生产设施、制造设施、能量产生和能量分配设施等或其组件，变得越来越复杂。因此，为了使技术设施和复杂的机器高效运行，通常使用控制系统，在所述控制系统中由传感器单元或测量单元测量所述设施或机器的运行或过程参数值。根据测得的运行或过程参数值，借助于所述控制系统的输出信号来操控执行器单元或其他负载单元（例如接触器、电磁阀、光学或声音警告信号、电动机单元、显示单元等），以便例如更改所述设施或机器的运行或过程参数。通过所述控制系统应当根据期望的正常运行条件下的作用方式尽可能独立地并且独立于人为干预地执行所述机器或所述设施的运行。

所述控制系统通常具有控制单元，用于评估传感器单元或测量单元的测量值以及用于操控执行器单元（例如伺服电动机、警告信号、显示单元等）或用于切换其他负载单元（例如继电器、接触器、电磁阀）。由例如可以实施为所谓的可编程逻辑控制器或SPS、微控制器或工业PC的控制单元经由数据连接（例如，经由所谓的过程现场网络或简称Profinet等）为所述设施的持续和按规定的运行提供输出信号，例如以数字控制命令、模拟控制命令的形式，或者作为控制命令。借助于所述控制单元的输出信号，例如可以根据过程技术要求操控各种负载单元或执行器单元。从而例如可以激活或控制执行器单元（例如伺服电动机）、警告信号装置、显示单元等，或者接入或断开其他负载单元，例如接触器、继电器、借助于电磁铁操作的电磁阀等。

所述控制单元的输出信号的可预给定组合—即经由数据连接从所述控制单元发送的数字、模拟和/或控制命令—例如可以引起所述控制系统或所述设施或机器的运行状态。所述运行状态代表所述设施或机器的运行情况，所述运行情况由所述控制单元借助于输出特定的输出信号来定义，由此对所述负载电路中的负载单元相应地进行切换。也就是说，由于所述设施或机器的运行期间的要求，所述控制单元将输出信号的组合发送到所述负载单元，其中这些组合例如可以通过所述控制单元中运行的控制程序来预给定。由所述输出信号对相应的负载单元（例如执行器、继电器、接触器、电磁阀、伺服电动机等）进行相应的操控—即接入或断开或激活或停用。因此，可以总是由所述控制单元重复地—即在将输出信号的相同组合应用于所述负载电路中的负载单元的情况下—产生运行状态。

此外，这种控制系统具有至少一个时钟控制的电流源（例如开关电源），通过该时钟控制的电流源将不稳定的输入电压（大多为交流电压）转换为恒定的输出电压—大多为直流电压（例如24伏），以便向所述控制系统的负载单元供电。这种电流源（例如Siemens公司的SITOP PSU8600）例如可以具有至少两个或更多个输出端，用于直接连接负载电路，其中这些输出端用作输出通道，经由这些输出通道向所述负载电路供应电流或电压以及因此向所述控制系统的负载单元供应电流或电压。

替代地，可以使用时钟控制的电流源，例如可以经由所述电流源的输出端将模块（例如，可切换的保护单元等）连接到所述时钟控制的电流源。然后由该模块提供例如至少两个可分开切换的输出分支作为输出通道。具有至少一个负载或负载单元或具有一组负载单元的负载电路可以连接到每个输出通道。然后，经由相应的输出通道向所述负载或所述负载电路供应供电电压（例如24伏）和/或供电电流，该供电电压由时钟控制的电流源提供。

为了操控输出通道—即为了接通或关闭负载电路的电压源和/或电流源，同样可以使用所述控制单元的输出信号。此外，例如可以由所述控制单元来影响所述输出通道中的供电电压或供电电流（即，用于所连接的每个负载电路的供电电压或供电电流）。例如，可以设置数据接口，用于在所述控制单元和所述输出通道之间传输对应的输出信号和/或控制命令。例如，开放式工业以太网标准PROFIBUS用户组织Profinet（Process FieldNetwork，过程现场网络）可以用于该数据接口。替代地，所述控制单元还可以例如经由为所述输出通道预给定的模拟额定值来操控所述时钟控制的电流源和/或所述输出通道。

例如，在使用至少两个输出通道来供应电流的情况下（例如在SITOP PSU8600的情况下），可以单独为每个输出通道设置和监视电压和电流（例如，经由所述控制单元的输出信号）。因此，例如可以对每个输出通道测量和监视所连接的每个负载电路的当前供电电流或负载电流以及当前供电电压。同样可以测量和监视经由附加模块的输出分支连接的负载电路的相应的供电电流或负载电流以及供电电压。由此，例如可以为相应的负载电路确定电流消耗和供电所需的电压，其中通过所述控制系统的控制单元的控制和切换操作，相应负载电路中的电流消耗和电压可以改变。也就是说，通过根据持续运行的要求激活或停用执行器单元（例如，接通光信号单元、警告装置等，改变电动机转速等）和/或接入和断开其他负载单元（例如接触器或电磁阀等），即通过改变所述设施或机器中的运行状态，可以改变相应负载电路中的相应电流消耗和电压。

如果在安装、扩展等之后将设施或复杂的机器投入运行并且例如可以排除由于安装和/或扩展而可能出现的错误（例如负载单元的布线中的错误等），则重要的是，保证所述设施或机器的无摩擦的、安全的和与功能相应的运行，并且可以快速识别和定位隐现的故障或出现的错误。

例如，一种可能性是为所述控制系统或所述设施的各个负载电路设置机械和/或电子保护单元。于是，如果在负载电路中例如出现过载，则通过所述保护单元将所述负载电路断开。然后可以将错误搜索例如限于所述控制系统的断开的负载电路。但是，该措施只是提供了一种非常粗略的可能性来评估和定位在持续运行中可能出现的错误，例如负载单元的失效、线路磨损等。所述设施或机器的隐现故障（例如，由于负载单元的老化、由于线路损坏、由于线路短路等）几乎不能或根本不能通过例如使用保护单元识别出。

此外，如今例如存在能够以相对较高的概率事先预测设施或机器组件的即将发生或隐现的故障的方案。但是，这些方案大多限于设施或机器的机械组件，例如滚珠轴承。在此，例如已经可以由制造商说明可以将在声学上可测量的哪些噪声频率或者可借助于振动传感器识别的哪些频率分配给所述机械组件的特定部分（例如轴承板、外环、内环、球等），例如滚珠轴承。这些值例如与额定转速有关并且可以相应地转换为当前检测的转速。然后通过确定当前的噪声频率和/或振动频率或相关联的幅度，例如可以确定变化以及还确定所述机械组件或滚珠轴承的引起所述变化的各个部分。也就是说，机械组件（例如滚珠轴承）的损坏或失效可以被及时识别和修复。几乎不知道用于设施或机器的电气和/或电子组件的类似方案，所述电气和/或电子组件例如特别是在设施或复杂机器中的控制系统中使用的传感器单元、执行器单元、继电器、接触器、电磁阀等。

但是，例如E-T-A Elektrotechnische Apparate公司的REX系统公开了一种模块化构建的配电和保护系统，用于分布式构建的设施的集中监视。该系统包括至少一个用于连接到时钟控制的电流源的馈电模块，以及至少一个具有一个或两个通道的保护模块，用于连接和保护负载电路。例如，经由所述馈电模块可以确定动态设施信息和测量值（例如经由一个或多个保护模块连接的负载电路中的当前电压值和电流值，保护模块的触发原因等），并经由数据连接从上级控制单元读取。此外，例如可以在所述保护模块中设置负载电路中的额定电流以及相应电流值的极限值。由此，借助于该配电和保护系统虽然可以确定极端缺陷—例如负载电路的布线中的短路，负载电路中的短路或过电流等，特别是在设施的持续运行中。但是，使用该系统很难或几乎不能识别出负载单元的隐现的错误或故障，所述隐现的错误或故障虽然会限制所述设施或机器的持续运行，但不会阻止或妨碍该运行，也很难或几乎不能识别出与额定状态相比仅导致低的过电流或电流降低的错误。也就是说，这种错误或故障在例如负载单元失效或损坏等之前大多不会被发现。此外，由于模块化结构，该系统例如在设施规划和维护时可能导致增加的工作量和成本。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种用于监视设施的控制系统以及相关联的负载电路在正常运行条件下的作用方式的方法，通过该方法，可以简单地及早识别出负载电路中负载单元和/或所述负载单元的馈电线路的故障以及隐现的错误和/或失效。

该任务通过开头所述类型的具有根据独立权利要求的特征的方法解决。在从属权利要求中描述了本发明的有利实施方式。

根据本发明，该任务通过一种开头所述类型的用于监视设施的控制系统在正常运行条件下的作用方式的方法来解决，其中所述控制系统除了至少两个负载电路外还包括至少一个控制单元和时钟控制的电流源，每个负载电路均具有至少一个负载单元或耗电器（例如接触器、电磁阀、传感器单元、执行器单元等）。由所述时钟控制的电流源经由至少两个输出通道为分别具有至少一个负载单元的所述至少两个负载电路供应供电电压和/或供电电流，其中所述至少两个输出通道可以被设计为所述电流源的至少两个直接输出端或连接到所述电流源的模块的至少两个输出分支。此外，所述控制系统在所述设施的正常运行条件下的作用方式期间采取不同的运行状态，其中一种运行状态通过所述控制单元的输出信号的可预给定组合引起。在此，根据本发明的方法至少包括以下步骤：

-确定所述设施的控制系统的运行状态的变化；

-为每个相关联的负载电路在至少两个输出通道上分别测量当前电流值和/或电压值；

-存储当前电流测量值和/或电压测量值以及所述控制系统的相应的运行状态；

-将所述当前电流测量值和/或电压测量值与至少一个先前测量的电流值和/或电压值进行比较，其中所述至少一个先前测量的电流值和/或电压值的相应运行状态与所述当前电流测量值和/或电压测量值的相应运行状态一致，也就是说，从在用于向所述负载电路供应电流的相应输出通道上的先前测量的存储数据中确定在以下运行状态时所测量的电流值和/或电压值，所述运行状态至少在很大程度上与所述当前电流测量值和/或电压测量值的相应运行状态一致，或具有所述控制单元的输出信号的相同、几乎相同、相同类型或相似的组合；

-检查所述当前电流测量值和/或电压测量值与所述至少一个先前测量的电流值和/或电压值的比较是否离开预给定的公差范围；

-以及显示相应的负载电路，在所述相应的负载电路中在所述当前电流测量值和/或电压测量值的相应的运行状态下离开了所述预给定的公差范围。

根据本发明提出的解决方案的主要方面在于，由此使得负载电路中的故障和/或负载单元、所述负载单元的供电线路等的隐现的错误或失效能够以简单的方式被及早识别并相应地快速定位。为此，对于持续的运行状态（也就是对于由所述控制单元产生的各个输出信号组合）测量所述输出通道上的相应的电流测量值和/或电压测量值，然后进行存储，其中在所述输出通道上连接了具有相应负载单元（例如传感器、执行器、接触器、继电器、电磁阀等）的负载电路。然后将电流和电压的当前测量值与先前测量的测量值进行比较，其中从电流值和/或电压值中过滤掉在与当前状况或当前运行状态最相似的相同类型或相似运行状态时测量的那些测量。理想情况下，在先前的测量中找到在相同运行状态时—即在所述控制单元的相同输出信号组合时—测量的电流值和/或电压值。

为了确定偏差和/或变化，现在针对相应的运行状态将先前测量的电流值和/或电压值与当前测量值进行比较。通过所述预给定的公差范围，例如可以在电流消耗中或在所述输出通道上或针对相应负载电路测量的电压值中识别出实际或重要的偏差。通过这种简单的方式，所述设施或机器的运营商可以获得有关哪个负载电路、负载单元、负载组等可能没有在正常运行条件下工作的提示，并且可以在必要时检查所述负载电路、负载单元、负载组等，以例如能够及时修复隐现的错误，例如由于各个负载单元的老化等原因造成的错误。

根据本发明的方法的一种有利的改进方案规定，除了相应运行状态的当前电流测量值和/或电压测量值之外，还分别检测并存储所述控制单元的信号输入端上的参数和/或信号的当前值和/或环境和设施参数的当前值。例如，如果针对相应的运行状态存在很多先前测量的电流值和/或电压值，这些先前测量的电流值和/或电压值可以与当前测量的电流测量值和/或电压测量值进行比较，则可以将所述控制单元的信号输入端上的附加参数和信号值（例如温度传感器的值、压力传感器的值、转速表的值等，来自接近传感器的功能信号、光信号、警报信号等）和/或环境和设施参数的当前值（例如温度值、压力值、转速值等）用于进一步过滤在先前的测量中确定的比较数据。通过考虑这些所谓的辅助参数—也就是所述控制单元的信号输入端的参数和/或信号以及必要时环境参数和其他设施参数，理想情况下将相应运行状态的当前电流和电压测量数据仅与在接近相似的条件下确定的先前测量数据进行比较。由此在理想情况下减少了将在正常运行条件下工作的负载电路显示为有错误或减少了误警报，因为电流和电压测量值的差异（例如，可能通过外部影响（例如温度等）引起的）被最小化。

此外，有利的是，为了评估当前电流测量值和/或电压测量值的相应运行状态与至少一个先前测量的电流值和/或电压值的运行状态之间的一致性而预给定最大允许偏差。通过这种简单的方式，确保为了比较当前电流测量值和/或电压测量值而使用以下先前测量的电流值和/或电压值，这些先前测量的电流值和/或电压值是在很大程度上与确定当前测量值时的运行状态一致的运行状态下测量的。仅当运行状态高度一致并且必要时产生相应测量值时的辅助参数高度一致时，才能以高概率识别出负载电路中的故障和/或隐现的错误。此外，在复杂的大型设施和/或机器的情况下（例如在过程工业中），可以通过所述控制单元的大量输出信号来定义运行状态。在这种设施或相关联的控制系统情况下可能有意义的是，在评估运行状态的一致性时允许最大允许偏差，以获得对应数量的比较值。

有利地，可以在相应的运行状态下对所述预给定的公差范围进行适配以用于将当前电流测量值和/或电压测量值与至少一个先前测量的电流值和/或电压值进行比较。由于所述公差范围的可调节性，理想情况下可以补偿电流测量和/或电压测量中的波动或者还可以补偿轻微的漂移，以例如防止不必要的警报或误警报。通过定期地执行根据本发明的方法，例如可以识别所述设施或机器的负载电路中的典型波动，并且可以对应地适配所述公差范围，以例如避免由于将所述公差范围选择得太窄而导致的伪错误或者由于将所述公差范围选择得太宽而忽略负载电路中的错误和/或故障。

所述预给定的公差范围可以例如以百分比的形式或以绝对范围的形式来加以说明。两者的组合也是可能的。此外，可以为要检查的所有测量值预给定公差范围，或者也可以为相应的测量值（例如，为电流和电压值）预给定特定的或特定于负载电路的公差范围。

适宜地，在确定了运行状态的变化之后，在至少两个输出通道上分别测量当前电流值和/或电压值之前遵循可预给定的等待时间。通过这种简单的方式，例如可以尽可能地消除例如由于所述运行状态的变化而导致的电流消耗或电压中的波动对测量电流或电压的每个当前测量值的影响。这种波动可以例如由于负载单元中的切换过程（例如，接通或断开负载单元，改变执行器中的调节变量，热阻中的瞬态阶段等）而触发，所述切换过程是由于所述运行状态的变化而进行的。

所述运行状态的变化也可能导致负载电路或输出通道中的供电电压或供电电流导通或变化，并由此触发波动，所述波动可能导致电流和/或电压的错误的测量值。可以例如将所述预给定的等待时间选择为，使得为了测量在相应输出通道上的电流值已达到稳定的电流值，所述稳定的电流值具有例如相对较小的波动（例如，一秒内偏差为3％）。所述可预给定的等待时间的预定值可以例如根据先前的测量，例如基于测量值的时间变化过程的图形表示推导得出。由此可以例如在负载单元或负载电路没有显著的瞬态时间的情况下将等待时间减少到最小值。在负载单元具有相对较长的瞬态时间的情况下，例如可以为所述可预给定的等待时间还设置应急储备（Sicherheitsreserve），以获得稳定的测量值。

此外可能有意义的是，例如代替确定各个运行状态的当前电流测量值和/或电压测量值而确定多个单个运行状态的时间序列或序列的电流测量值和/或电压测量值并用于与更早测量的电流值和/或电压值进行比较。例如可能发生以下情况：运行状态在完成至少一个负载单元或耗电器的瞬态过程之前发生了变化。也就是说，由所述控制单元例如在设施或机器的另外的位置上进行了改变，而同时耗电器或负载单元的长时间持续的瞬态过程尚未完成，并且其中在所述运行状态的所述改变期间，该负载单元继续保持接通。通过测量和比较运行状态序列，例如可以防止或减少对应的误警报。

附加地或替代地，特别是对于当前电流值的测量也可以想到的是，在确定了所述运行状态的变化之后，在可预给定的时间段内以可预给定的间隔测量应当分别在所述至少两个输出通道上确定的当前电流值，并且根据在所述可预给定的时间段内测量的电流值形成平均值，作为相应运行状态的当前电流测量值。也就是说，每个当前运行状态的当前电流测量值被形成为多个电流值的平均值，所述多个电流值是在可预给定的时间段或积分时间（例如0.1秒，10秒等）内测量的。替代地，可以设置其他类型的数学过滤，以减少负载电路中电流消耗波动的影响—特别是在供电电压变化的情况下或由于所述运行状态的变化而导致的切换过程，或在确定电流测量值时降低噪声。

有利的还有，所述至少一个先前测量的电流值和/或电压值与所述当前电流测量值和/或电压测量值是在同一设施或同一控制系统上测量的。由此可以确保很大程度上在相同或相似的条件下确定不同测量的测量数据。该措施可以例如应用于独特或特定于运营商制造或适配的设施和机器。

替代地，也可以在结构相同或结构相似的设施或结构相同或结构相似的控制系统上测量所述至少一个先前测量的电流值和/或电压值。例如，该措施可以应用于批量制造的设施和/或机器，这些设施和/或机器例如无需大的特定于运营商的适配即可使用。特别地，如果在现场运行多个结构相同或结构相似的设施或机器，则可以通过这种方式收集大量的测量数据。因此，可以更早并且更准确地识别各个设施和/或机器中的负载电路中隐现的错误、故障和/或变差的负载单元，并在必要时防止失效。

有利地，可以将测量的电流值和/或电压值和分别相关联的运行状态一起存放在设施或机器控制系统的控制单元中。由此，根据本发明的方法可以例如直接由所述控制单元以分析和评估功能的形式执行，所述分析和评估功能提供有关所述设施或机器的控制系统的负载电路中的可能故障、隐现的错误等的信息，例如以警报消息的形式。对电流和电压的测量数据的评估可以例如在线进行，也就是在运行状态变化时持续地检测测量数据并与在相似或一致的运行状态时的先前测量的电流和电压数据进行比较以确定是否存在显著变化。替代地，也可以时间上错开地对当前测量数据进行评估，也就是与在一致的运行状态时的先前测量的数据进行比较并且检查是否离开了所述预给定的公差范围。

替代地或附加地，将所测量的电流值和/或电压值和分别相关联的运行状态一起传输到评估和/或数据处理单元并存储在那里。由此，所述测量值可以非常容易地用于检查多个结构相同或结构相似的设施或机器。对当前测量数据的评估例如可以再次在线进行或时间错开地（即离线地）进行。当前测量值的存储并且特别是对测量值的时间错开的评估使得可以非常简单地实现扩展的分析和评估可能性。例如，测量结果可以图形地显示，或者可以评价所述设施或机器中随时间的发展。通过这种方式可以例如及时识别负载电路中即将发生的故障或可能导致设施或机器故障的变化，并在必要时进行修复。

根据本发明的方法的一种有利的改进方案规定，在传输当前电流测量值和/或电压测量值和相应的相关联的运行状态之前，由所述控制单元将启动信号发送到所述评估和/或数据处理单元。由此，可以由所述控制单元向所述评估和/或数据处理单元例如通知运行状态变化之后输出通道上的当前电流和电压值的稳定测量以及数据传输的开始。特别是在所谓的在线评估的情况下，所述启动信号还可以向所述评估和/或数据处理单元通知另一个评估周期的开始。理想情况下，如果所述评估和/或数据处理单元例如准备好进行下一个评估周期，则可以由所述评估和/或数据处理单元将返回信号发送到所述控制单元。

理想情况下，在所述设施或机器持续运行期间遍历根据本发明的方法的步骤。这意味着在所述设施或机器的运行期间，针对每个确定的运行状态变化分别确定当前电流测量值和/或电压测量值，并分别与当前运行状态一起存储，以便然后与至少一个先前测量的电流值和/或电压值在线或离线地进行比较，所述至少一个先前测量具有相同类型或至少相似的运行状态。由此，有利地连续地监视所述设施或机器，以确定负载电路中可能出现的错误或即将发生的故障或可能导致所述设施或机器发生故障的变化。

替代地或附加地，也可以在测试阶段以测试程序的形式执行该方法的步骤。在此，例如通过所述测试程序产生由所述控制单元预给定的运行状态，并针对所述运行状态测量相应的当前电流测量值和/或电压测量值，然后分别与产生的运行状态一起存储。结果，于是可以将当前电流测量值和/或电压测量值与在相同类型或相似的运行状态时的更早测量的电流测量值和/或电压测量值进行比较。这些电流测量值和/或电压测量值可以例如源自所述测试程序的先前遍历。但是，也可以使用在所述设施或机器的持续运行期间执行的测量的电流测量值和/或电压测量值，只要这些测量的运行状态在很大程度上与所述测试程序中预给定的运行状态一致。

附图说明

下面基于附图以示例性方式解释本发明。

图1示出了用于执行根据本发明的用于监视设施的控制系统在正常运行条件下的作用方式的方法的设施的控制系统的示意性和示例性的结构。

图2示出了根据本发明的用于监视设施的控制系统在正常运行条件下的作用方式的方法的示例性流程。

具体实施方式

图1以示意的方式示例性地示出了技术设施或复杂机器的控制系统。在此，该示例性控制系统包括至少一个控制单元SE，其例如可以被实施为可编程逻辑控制器或简称SPS。替代地，微控制器或工业PC也可以用作控制单元SE。控制单元SE例如具有数字输出端O1，...，O4，用于操控负载单元—例如用于切换开关单元S1，...，S4。替代地，开关单元S1，...，S4也可以是控制单元SE的输出模块的一部分，特别是具有可编程逻辑控制器或SPS的数字输出模块的一部分。替代地或附加地，控制单元SE还可以具有模拟输出端，经由所述模拟输出端例如可以连接执行器单元或开关单元以用于操控。为了简单起见，在图1中未明确示出控制单元SE的模拟输出端。数字输出端O1，…，O4以及模拟输出端向控制单元SE提供了尤其是在运行期间借助于输出信号来操控和调节所述设施或机器的可能性。通过这些输出信号的组合，尤其是在数字输出端O1，...，O4上存在的输出信号的组合，在持续运行中引起所述控制系统的运行状态并由此引起所述设施的运行状态。因此，运行状态代表所述控制系统或所述设施或机器的以下运行情况，该运行情况由控制单元SE借助于经由数字输出端O1，...，O4以及必要时经由模拟输出端输出的可预给定输出信号来预给定。然而，所述控制系统或所述设施或机器的运行状态也可以例如在测试阶段的范围中通过控制单元SE借助于测试程序来引起，以便例如在投入运行或使用之前检查所述设施或机器。

然后借助于所述输出信号例如在相应的负载电路中对应地切换开关单元S1，…，S4并由此切换相关联的负载单元R1，…，R4。经由模拟输出端或其输出信号，可以切换和/或操控其他负载单元，例如执行器单元（例如电动机单元，光信号等）、开关单元（例如继电器、电磁阀、接触器等）等。

除了数字输出端O1，...，O4和/或模拟输出端之外，控制单元SE还可以经由用于数据连接的接口模块DV将输出信号或控制命令发送到所述设施或机器的其他单元，例如变频器、分布式的外围单元（例如，Siemens公司的所谓ET200系统）。这种控制命令同样可以引起所述设施或所述机器中的变化，除了控制单元SE的数字输出端O1，...，O4和/或模拟输出端的输出信号之外，这些变化也可以用于区分运行状态。

此外，控制单元SE示例性地具有数字输入端I1，I2，经由数字输入端I1，I2例如可以接收来自负载单元—特别是传感器单元DS，AS—的信号和/或参数值。经由在输入端I1，I2上接收到的信号和/或参数值，可以向控制单元SE告知所述设施或机器中的当前事件。然后，通过在输入端I1，I2上存在的信号和/或参数值，可以例如触发特定的控制和调节过程。控制单元SE也可以具有用于连接和查询传感器单元或所述传感器单元的参数值的模拟输入端。

该示例性的控制系统还包括时钟控制的电流源SV，该时钟控制的电流源SV经由输入侧IN与电压源UAC（例如，三相交流电压）连接。电流源SV具有例如八个输出端，并且因此具有八个输出通道A1，...，A8，所述控制系统的负载电路例如直接连接到所述八个输出通道，并经由所述八个输出通道向所述设施或机器的控制系统的负载电路供应来自电流源SV的供电电压（例如24V直流电压）或供电电流。电流源SV可以例如提供以下可能性，例如Siemens公司的SITOP PSU8600：可以为每个输出通道A1，...，A8单独设置和监视电流以及提供给所述负载电路的供电电压的电压值。

替代地，所述控制系统也可以例如具有电流源SV，所述电流源例如经由外部模块（例如，外部可切换保护单元等）与至少两个输出分支连接，所述至少两个输出分支于是形成用于电流源SV的至少两个输出通道A1，...，A8。这些输出分支或输出通道A1，...，A8例如可以分开进行切换，并且可以单独设置和监视电流以及提供给所述负载电路的供电电压的电压值。然后经由输出通道A1，...，A8向相应的负载电路或属于所述负载电路的负载单元供应电流或电压。

此外，所述控制系统的电流源SV和控制单元SE可以具有接口模块DV，经由该接口模块DV可以例如建立用于传输控制命令或控制信号和数据信息的双向数据连接。对于该数据连接，例如可以使用Profinet（Process Field Network，过程现场网络）—用于自动化的PROFIBUS用户组织的开放式工业以太网标准。附加地，例如可以将数据连接DV用于例如将数据、信息和/或测量值传输到评估和/或数据处理单元AW。评估和/或数据处理单元AW可以例如被集中地设计并且例如可以从多个设施或机器或它们的控制系统收集和处理数据、信息和/或测量值。

为了向控制单元SE供应电压，可以设置在图1中未示出的自己的电流源。替代地，也可以由所述控制系统的时钟控制的电流源SV向控制单元SE提供对应的供电电压。为此，控制单元SE可以例如连接到电流源SV的第一输出通道A1。

所述设施或机器的控制系统的负载电路连接到电流源SV的输出通道A1，...，A8，每个负载电路都可以具有至少一个负载单元—例如，至少一个执行器单元或开关单元或传感器单元。在图1中示例性示出的控制系统情况下，开关单元S1，S2，S3，S4以及相关联的负载电阻R1，R2，R3，R4例如连接到第一输出通道A1和第二输出通道A2，所述开关单元以及负载电阻可以经由相应的开关单元S1，S2，S3，S4并且可以通过在控制单元SE的相应数字输出端O1，O2，O3，O4上出现的对应输出信号来接入或断开。第三和第四输出通道A3，A4同样连接到作为负载单元的其他执行器单元或开关单元S5，S6（例如接触器、电磁阀、继电器等），例如用于接通或关闭电阀门、电动机或驱动控制模块等。执行器单元或开关单元S5，S6例如可以由所述控制系统的控制单元SE或其他控制单元例如借助于对应的输出信号来操控。在电流源SV的第五输出通道A5上例如连接了光信号LS以及电动机M，例如用于运行风扇单元。在电流源SV的第六输出通道A6上例如连接了其他负载电阻R5。这些负载单元也可以例如经由控制单元SE的模拟输出端和对应的输出信号（例如，电动机M的转速值的预给定，光信号LS的开或关等）来予以操控。

然后，由输出信号的组合可以在持续运行中（或在测试阶段中通过测试程序）产生所述设施或机器的相应运行状态，所述输出信号由控制单元SE的数字输出端O1，...，O4和模拟输出端输出以用于操控相应负载电路中的相应负载单元。取决于接通的或接入的和/或关闭的或断开的负载单元，供电电流流过每个相关联的负载电路或需要对应的供电电压。然后可以在相应负载电路的相应输出通道A1，...，A6上测量这些电流值和/或电压值。

此外，在第七和第八输出通道A7，A8上作为负载单元例如分别连接了传感器单元DS，AS，例如信号和/或参数值从传感器单元DS，AS提供给控制单元SE的对应的数字输入端I1，I2。压力传感器DS连接到例如第七输出通道A7，该压力传感器DS从达到阈值开始将信号报告给控制单元SE的数字输入端I2。例如声音信号单元AS连接到第八输出通道A8，该声音信号单元AS在所述设施或机器的运行期间将功能信号发送到控制单元SE的数字输入端I1。附加地，可以在运行状态下检测在输入端I1，I2上在相应运行状态下出现的当前信号、参数值等（例如来自温度传感器、压力传感器、转速计等的值、来自接近传感器的功能信号、光信号、警报信号等）以及可以与针对相应运行状态测量的当前电流和电压值一起存储。

图2示例性地示出了根据本发明的用于监视设施的控制系统或相关联的负载电路在正常运行条件下的作用方式的方法的流程，所述控制系统如图1中示例性所示。

在执行根据本发明的方法时，在所述设施或机器的持续运行期间或在遍历所述测试程序的测试阶段期间，在监视步骤101中确定所述控制系统的运行状态已经改变。也就是说，在控制单元SE的至少一个输出信号出现在控制单元SE的输出端O1，...，O4上时，该值已被改变（例如数字信号从0到1或从1到0），以在至少一个负载电路中切换或操控至少一个负载单元。通过运行状态的变化，特别是负载单元的断开或接入，可能导致相关联负载电路中的电流消耗或供电电压发生变化。

因此，在测量步骤102中，在电流源SV的输出通道A1，...，A8上测量当前电流值和/或电压值，经由所述输出通道向相应的负载电路供应电流和电压。理想情况下，可以在运行状态的变化与当前电流值和/或电压值的测量之间设置预给定的等待时间或为每个测量设置单独的等待时间。通过这种方式，不会一起测量由于瞬态过程引起的电流和/或电压中的波动，所述瞬态过程例如可能由于负载电路中的负载单元等的接入或断开而出现，但是测量到尽可能静态或恒定的当前电流测量值和/或电压测量值。此外可能的是，尤其是由可预给定积分时间（例如0.1或10秒）内的电流测量值形成平均值，或者设置另外的数学过滤以减少在确定当前电流测量值时的电流波动和/或噪声。所述过滤也可以对以预给定顺序进行的多次电流测量进行，以便能在可预给定的时间段（例如1分钟）内确定以可预给定的间隔（例如每10秒）过滤的测量值，并通过这种方式描述负载单元或耗电器的瞬态过程。

在存储步骤103中存储当前电流测量值和/或电压测量值，所述当前电流测量值和/或电压测量值分别是针对当前运行状态测量的。连同当前电流测量值和/或电压测量值一起，也分别将当前的运行状态—即在控制单元SE的输出端O1，...，O4上出现的输出信号的当前组合—例如存储在数据库中。在此，所述当前电流测量值和/或电压测量值可以与电流测量和/或电压测量的分别当前的运行状态一起例如存储在所述设施的控制系统的控制单元SE中，其中然后可以例如由控制单元SE对测量数据进行评估或执行其他方法步骤。

替代地或附加地，可以将当前电流测量值和/或电压测量值以及相关联的运行状态经由数据连接DV传输到例如集中可用的评估和/或数据处理单元AW并存储在那里。然后，例如同样通过评估和/或数据处理单元AW进行所述评估。在传输当前电流测量值和/或电压测量值以及相应的相关联的运行状态之前，可以由控制单元SE将启动信号发送到评估和/或数据处理单元AW。由此，可以由控制单元SE向评估和/或数据处理单元AW例如通知运行状态变化后输出通道上的当前电流和电压值的稳定测量以及数据传输的开始。特别是在所谓的在线评估的情况下，所述启动信号还可以向评估和/或数据处理单元AW通知另一个评估周期的开始。理想情况下，如果评估和/或数据处理单元AW例如准备好进行下一个评估周期，则可以由评估和/或数据处理单元AW将返回信号发送到控制单元SE。

此外，在测量步骤102中随着运行状态的每次变化，例如还可以查询控制单元SE的输入端I1，I2，并将在那里输入的信号和/或参数值与当前的运行状态以及当前电流值和/或电压值一起在存储步骤103中例如存储在控制单元SE和/或评估和数据处理单元AW中。此外，在测量步骤102中还可以确定环境和/或设施参数的当前值，例如温度值、压力值、转速值等并在存储步骤103中进行存储。然后，可以在比较步骤104中将这些附加的信号和参数值或环境和/或设施参数的值作为所谓的辅助参数用于对当前测量值的比较数据进行附加的过滤。

然后在比较步骤104中，将当前电流测量值和/或电压测量值与在至少一个先前测量中确定的电流值和/或电压值进行比较。这些电流值和/或电压值例如同样可以被存储在控制单元SE中和/或评估和/或数据处理单元AW中，并且例如可以与当前电流测量值和/或电压测量值在同一设施或同一控制系统上测量得到。替代地，先前测量的电流值和/或电压值可以在结构相同或结构相似的设施或控制系统上确定—例如在批量制造的设施和/或机器中。特别地，如果在现场运行多个结构相同或结构相似的设施或机器，则可以通过这种方式收集大量的测量数据。

为了将当前电流测量值和/或电压测量值与至少一个先前测量的电流值和/或电压值进行比较，还必须在比较步骤104中检查至少一个先前测量的电流值和/或电压值是否在以下运行状态下确定的，该运行状态在很大程度上与当前电流测量数据和/或电压测量数据的运行状态一致。为此，例如为了评估当前电流测量数据和/或电压测量数据的运行状态与至少一个先前测量的电流值和/或电压值的运行状态之间的一致性可以预给定最大允许偏差。也就是说，检查例如当前测量数据的控制单元SE的输出信号组合与在为先前测量而存储的数据情况下存放的输出信号组合中的至少一个除了所述最大允许偏差之外是否一致。运行状态的最大允许偏差例如取决于所述设施或控制系统的大小、复杂性和/或设施或机器的可能运行状态的数量。对于复杂的设施或在许多可能的运行状态时，例如可以允许与一个或多个输出信号的偏差。在小型设施的情况下或在少数可能的运行状态时，例如可能需要输出信号的精确一致。

如果在比较步骤104中没有发现先前测量的电流值和/或电压值具有与当前电流和电压测量值的运行状态对应一致的运行状态，则该方法在退出步骤105中离开并且在监视步骤101中等待所述设施的运行状态的重新改变。例如，在退出步骤105时，当前电流和电压测量值或相关联的运行状态可以在数据库中标识为新的运行状态。

如果在比较步骤104中发现了大量先前测量的电流值和/或电压值具有与当前电流和电压测量值的运行状态对应一致的运行状态，则可以将所谓的辅助参数用于附加地过滤先前测量的电流值和/或电压值。也就是说，检查针对相应的电流值和/或电压值以及相关联的运行状态而确定的信号和/或参数的值—所述信号和/或参数是在控制单元SE的输入端I1，I2上存在的—或确定的环境和/或系统参数的值与在当前测量值情况下存储的对应辅助参数是否存在最大可能的一致性。然后将以下先前测量的电流值和/或电压值用于与当前电流测量值和/或电压测量值进行比较，这些先前测量的电流值和/或电压值不仅具有很大程度相同的运行状态，而且是在尽可能相同或非常相似的设施技术和/或环境条件下确定的。

在比较步骤104中确定了以下先前测量的电流值和/或电压值之后，所述先前测量的电流值和/或电压值与当前电流测量值和/或电压测量值具有最佳一致的运行状态并且必要时具有最佳匹配的辅助参数，将当前电流测量值和/或电压测量值与这些电流值和/或电压值进行比较。也就是说，搜索以下先前测量的电流值和/或电压值，所述先前测量的电流值和/或电压值在相关联的运行状态下以及必要时在所述辅助参数情况下与当前电流测量值和/或电压测量值的运行状态和必要时的辅助参数偏差最小。然后在检查步骤106中检查当前电流测量值和/或电压测量值与在设施或控制系统的对应运行状态下至少一个先前测量的电流值和/或电压值之间的比较是否遵循或超过预给定的公差范围。

所述预给定的公差范围在此可以例如以百分比形式或以绝对范围的形式说明。在此，例如可以为所述设施或机器的所有负载电路或为所有测量值（例如电流，电压）设置公差范围。但是，也可以特定于负载电路地单独预给定公差范围或为例如相同或相似实施的负载电路设置公差范围，所述负载电路例如可以基于输出通道A1，…，A8选择，在所述输出通道上确定相应的电流值和/或电压值。此外，例如如果在根据本发明的方法的运行中或在多次应用的情况下认识到所述预给定的公差范围例如选择地太窄或太宽，则可以对所述公差范围进行适配。通过将公差范围选择得例如太窄，例如可能由于负载电路中的波动和/或例如负载单元的老化现象而产生伪错误。也就是说，尽管设施功能正确，但在负载电路中仍会显示错误。在公差范围选择得太宽的情况下，可能例如忽略负载单元的实际存在的功能错误。可以根据例如在不同时刻存储的电流测量值和/或电压测量值来适配所述预给定的公差范围。

如果在检查步骤106中确定针对相应的运行状态当前电流测量值和/或电压测量值与至少一个先前测量的电流值和/或电压值之间的比较没有遵循所述预给定的公差范围，则在显示步骤107中显示至少一个负载电路，在该至少一个负载电路中在当前电流测量值和/或电压测量值的运行状态下离开了所述公差范围。也就是说，基于相应的输出通道A1，...，A8可以例如确定并然后显示所涉及的各个负载电路，在所述输出通道上测量了相应的电流值和/或电压值，该相应的电流值和/或电压值显示出与对应的较早测量值的显著偏差。相应负载电路的显示例如可以经由控制单元SE进行。为此，例如可以使用分配给控制单元SE的显示单元（例如，显示器、移动显示单元等）。

当在评估和/或数据处理单元AW上执行检查步骤106时，可以例如经由评估和/或数据处理单元AW的输出单元在显示步骤107中显示相应的负载电路。在此，例如可以以图形方式制备电流和/或电压的当前测量值或先前测量的电流值和/或电压值—例如以表格、曲线等形式—并且例如可以与当前电流测量值和/或电压测量值进行比较。

例如，多个负载单元或耗电器也可以连接到一个负载电路（例如，在图1中在连接到第一、第二和第五输出通道A1，A2，A5的负载电路情况下）。这些负载单元可以在运行状态变化时由控制单元SE例如至少部分地接通/接入或关闭/断开，或者改变它们的运行行为（例如改变电动机M的转速）。由此可以至少在这些负载单元或耗电器之一中导致电流消耗发生变化。通过针对可以为该负载电路或相关联的输出通道A1，A2，A5遍历的相应运行状态测量当前电流测量值和/或电压测量值，例如可以在检查步骤106中确定在该负载电路中离开或超过所述公差范围的那些运行状态。然后在显示步骤107中，例如还可以输出对应的一个或多个运行状态，在所述运行状态下已经确定了所述公差范围已被离开或超过。在进一步评估这些运行状态的当前电流测量值和/或电压测量值并确定在这些运行状态中有效或接通的负载单元时，例如也可以确定以下一个或多个负载单元，所述负载单元在相应的运行状态中已经触发对所述公差范围的离开或超过。因此，离开或超过所述公差范围的原因可以被至少限制为少量的负载单元或耗电器。由此理想情况下可以找到起因的负载单元。

如果在检查步骤106中通过电流和/或电压的当前测量值与至少一个更早测量的电流值和/或电压值之间的比较未确定所述预给定的公差范围的离开（即，按绝对值或按百分比超过或超过/低于），则根据本发明的方法以完成步骤108结束。在完成步骤108中例如输出以下信息：在所述设施或机器的经过检查的负载电路中不能确定异常。

此外还应注意，根据本发明的方法不仅可以在时钟控制的电流源SV情况下使用，所述时钟控制的电流源SV将施加在输入侧的交流电压转换为恒定的直流输出电压。根据本发明的方法例如还可以在用于交流负载单元以及因此用于大范围的耗电器的稳压电压源的情况下应用，以检查负载单元的正确布线或作用方式。

Claims (14)

1.一种用于监视设施的控制系统在正常运行条件下的作用方式的方法，其中所述控制系统除了至少两个负载电路之外还包括至少一个控制单元（SE）和时钟控制的电流源（SV），由所述时钟控制的电流源向所述至少两个负载电路经由至少两个输出通道（A1，...，A8）供应供电电压和/或供电电流，每个负载电路具有至少一个负载单元，并且其中所述控制系统在正常运行条件下的作用方式期间采取不同的运行状态，其中一种运行状态通过所述控制单元（SE）的输出信号的组合引起，

其特征在于以下步骤：

-确定所述控制系统的运行状态的变化（101）；

-为每个相关联的负载电路在所述至少两个输出通道（A1，...，A8）上分别测量当前电流值和/或电压值（102）；

-将当前电流测量值和/或电压测量值和所述控制系统的相应运行状态一起存储（103）；

-将所述当前电流测量值和/或电压测量值与至少一个先前测量的电流值和/或电压值进行比较（104），其中仅使用以下至少一个先前测量的电流值和/或电压值，所述至少一个先前测量的电流值和/或电压值的相应运行状态与所述当前电流测量值和/或电压测量值的相应运行状态一致；

-检查（106）所述当前电流测量值和/或电压测量值与所述至少一个先前测量的电流值和/或电压值的比较是否离开预给定的公差范围；

-以及显示相应的负载电路（107），在所述相应的负载电路中在所述当前电流测量值和/或电压测量值的相应的运行状态下离开了所述预给定的公差范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，除了相应运行状态的当前电流测量值和/或电压测量值之外，还分别检测并存储所述控制单元（SE）的信号输入端（I1，I2）上的参数和/或信号的当前值和/或环境和设施参数的当前值。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，为了评估所述当前电流测量值和/或电压测量值的相应运行状态与至少一个先前测量的电流值和/或电压值的运行状态之间的一致性而预给定最大允许偏差（104）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述预给定的公差范围可被设计为在相应运行状态下适配（106），以用于将所述当前电流测量值和/或电压测量值与至少一个先前测量的电流值和/或电压值进行比较。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定了所述运行状态的变化之后，在所述至少两个输出通道上分别测量当前电流值和/或电压值之前设置可预给定的等待时间（102）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在确定了所述运行状态的变化之后，在可预给定的时间段内以可预给定的间隔分别测量在至少两个输出通道上的当前电流值，并且根据在所述可预给定的时间段内测量的电流值来形成平均值，作为相应运行状态的当前电流测量值（102）。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个先前测量的电流值和/或电压值与所述当前电流测量值和/或电压测量值是在同一设施或同一控制系统上测量的（102）。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在结构相同或结构相似的设施或结构相同或结构相似的控制系统上测量所述至少一个先前测量的电流值和/或电压值（102）。

9.根据权利要求1或8中任一项所述的方法，其特征在于，将测量的电流值和/或电压值和分别相关联的运行状态一起存放在所述控制单元（SE）中（103）。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，将测量的电流值和/或电压值和分别相关联的运行状态一起传输到评估和/或数据处理单元并存储在那里（103）。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在传输当前电流测量值和/或电压测量值和分别相关联的运行状态之前，由所述控制单元（SE）将启动信号发送到所述评估和/或数据处理单元（AW）（103）。

12.根据权利要求10或11中任一项所述的方法，其特征在于，由所述评估和/或数据处理单元（AW）将返回信号发送到所述控制单元（SE）（103）。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述设施的持续运行期间遍历所述方法的步骤。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，以测试程序的形式在测试阶段中遍历所述方法的步骤，其中为了测量所述当前电流测量值和/或电压测量值而产生预给定的运行状态。

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