DE10052664A1 - Vorrichtung zur Prozeßüberwachung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Prozeßüberwachung bei einer eine Vielzahl von fluidischen Aktoren aufweisenden maschinellen Einrichtung vorgeschlagen. In einer gemeinsamen Leitung zur Druckversorgung und/oder Druckentlastung für alle Aktoren ist ein Durchflußmesser angeordnet. Eine Speichereinrichtung (31) speichert den gemessenen Durchfluß (d) zeitabhängig während eines Prozeßablaufs der maschinellen Einrichtung als Referenzkurve. Eine Vergleichseinrichtung (33) vergleicht die gespeicherte Referenzkurve mit entsprechend erfaßten Meßkurven in nachfolgenden Prozeßabläufen. Signalmittel (35) signalisieren vorgegebene Toleranzen überschreitende Abweichungen von der Referenzkurve. Hierdurch können auch komplexe Prozesse lediglich mittels eines Durchflußmessers vollständig überwacht werden, ohne daß eine aufwendige Programmierung erforderlich wäre.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prozeßüberwachung bei einer eine Vielzahl von fluidischen Aktoren aufweisenden maschinellen Einrichtung.

Zur Überwachung von Prozessen von maschinellen Einrichtungen wird in bekannter Weise eine Vielzahl von Sensoren, wie End­ schalter, Druckschalter, Positionsschalter, Lichtschranken und dergleichen eingesetzt, um die korrekte Folge der vorge­ sehenen Bewegungen und Arbeitsvorgänge überwachen zu können. Die nacheinander ausgelösten Sensorsignale müssen daraufhin überwacht werden, ob sie zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Reihenfolge auftreten, wobei selbstverständlich To­ leranzen vorgegeben werden müssen. Vor allem bei komplexen maschinellen Einrichtungen bedeutet dies zum einen einen gro­ ßen Aufwand an Sensoren, und zum anderen muß ein entsprechen­ des Überwachungsprogramm eingerichtet werden, das in Abhän­ gigkeit der Komplexität des Prozesses ebenfalls sehr komplex ist. Wird der Prozeß auch nur in Teilbereichen geändert, so muß das Prozeßüberwachungsprogramm angepaßt bzw. neu program­ miert werden.

Aus der DE 196 28 221 C2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung von Betriebspositionen von pneumatischen Aktoren mittels eines Durchflußmessers bekannt. Sollen bei bestimmten Positio­ nen Steuersignale hervorgerufen werden, so erfolgt dies durch Vergleich von aktuellen Durchfluß-Meßwerten mit einer Refe­ renzmeßkurve. Der Vergleich erfolgt zeitgesteuert, wobei eine Übereinstimmung zur Erzeugung eines Steuersignals führt. Eine einfache Prozeßüberwachung ist auf diese Weise nicht möglich und auch nicht vorgesehen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Arbeitsprozeß einer fluidische Aktoren aufweisenden maschi­ nellen Einrichtung durch einfache Mittel kostengünstig zu re­ alisieren.

Diese Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß in einer gemeinsamen Leitung zur Druckversorgung und/oder Druckentlas­ tung für alle Aktoren ein Durchflußmesser angeordnet ist, und daß eine den gemessenen Durchfluß zeitabhängig während eines Prozeßablaufs der maschinellen Einrichtung als Referenzkurve speichernde Speichereinrichtung und eine Vergleichseinrich­ tung zum Vergleich der gespeicherten Referenzkurve mit ent­ sprechend erfaßten Meßkurven in nachfolgenden Prozeßabläufen vorgesehen ist, wobei Signalmittel zur Signalisierung von vorgegebene Toleranzen überschreitenden Abweichungen ausge­ bildet sind.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen ins­ besondere darin, daß mit einem einzigen vorzugsweise als Mas­ sendurchflußmesser ausgebildeten Durchflußmesser sehr komple­ xe Prozesse auf einfache Weise überwacht werden können, bei denen eine Vielzahl von durch Aktoren ausgeführte Bewegungen stattfinden. Eine aufwendige Programmierung eines Überwachungsprogramms entfällt, vielmehr muß lediglich eine Referenzkurve für den Durchfluß bei beispielsweise einmaligem Durchlauf des Prozesses aufgenommen werden. Bei nachfolgenden Prozeßabläufen erfolgt dann jeweils ein Vergleich der Refe­ renzkurve mit den Durchflußkurven des jeweils nachfolgenden Prozeßablaufs. Ein zeitsynchroner Vergleich ist dabei nicht erforderlich, sondern die gesamte Meßkurve kann in einfacher Weise mit der Referenzkurve verglichen werden. Auf diese Wei­ se lassen sich nicht nur Fehlfunktionen, sondern beispiels­ weise auch Alterungsprozesse und verschleißbedingte Abnormi­ täten auf einfache Weise sofort erkennen. Wurde eine Abwei­ chung erkannt, so kann durch Auswertung und Vergleich der ab­ weichenden Meßkurve mit der Referenzkurve der aufgetretene Fehler schnell und einfach festgestellt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im An­ spruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Eine Verbesserung der Prozeßüberwachung kann auch dadurch er­ reicht werden, daß in der gemeinsamen Druckversorgungsleitung zusätzlich ein Drucksensor angeordnet ist, daß die Spei­ chereinrichtung zusätzlich zur Speicherung einer in entspre­ chender Weise aus Meßsignalen des Drucksensors gebildeten Re­ ferenzkurve ausgebildet ist und daß diese Referenzkurve für die Vergleichseineinrichtung und die Signalmittel in entspre­ chender Weise die Basis für die Überprüfung nachfolgender Prozeßabläufe bildet. Durch diese zusätzliche Überwachung des Druckverlaufs können auch sehr diffizile Vorgänge noch besser und sicherer erfaßt werden.

In vorteilhafter Weise ist eine Toleranzkurve aus der wenigs­ tens einen Referenzkurve bildende Toleranzstufe vorgesehen, wobei die Signalmittel bei Überschreitungen der Toleranzkur­ ven durch jeweilige Meßkurven aktivierbar sind. Diese Tole­ ranzkurven können beispielsweise einen bestimmten prozentua­ len Abstand zur Referenzkurve bilden, so daß prozentuale Ab­ weichungen erfaßbar sind. Allerdings können besonders kriti­ sche Prozeßbereiche auch einen engeren Toleranzabstand auf­ weisen. Anstelle prozentualer Abweichungen können auch abso­ lute Abweichungen treten.

Die Signalmittel sind zweckmäßigerweise als optische und/oder akustische Signalmittel ausgebildet, insbesondere als Anzei­ geleuchten oder als Display. Zusätzlich kann ein Drucker oder ein Druckeranschluß für einen Drucker zur Aufzeichnung we­ nigstens der Abweichungen vorgesehen sein, wobei selbstver­ ständlich auch die vollständigen Kurven aufgezeichnet werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise in der elektronischen Prozeßsteuerungseinrichtung enthalten oder in dieser integriert, so daß mit Ausnahme des Durchflußmessers und gegebenenfalls des Drucksensors keine zusätzliche Hard­ ware für die Prozeßüberwachung erforderlich ist. Die Vorrich­ tung bzw. die Prozeßsteuerungseinrichtung kann dabei zweckmäßigerweise als Mikrorechner ausgebildet sein oder einen sol­ chen enthalten.

Der Drucksensor ist zweckmäßigerweise am Durchflußmesser an­ geordnet oder in diesem integriert, so daß nur ein einziges Bauteil in der gemeinsamen Druckversorgungsleitung eingesetzt werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer maschinellen Einrichtung mit fünf fluidischen Aktoren und einer Vorrichtung zur Prozeßüberwachung und

Fig. 2 eine detailliertere Darstellung der elektronischen Darstellung zur Prozeßüberwachung.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ei­ ne fluidische Druckquelle 10, beispielsweise eine pneumati­ sche Druckquelle, über einen als Massendurchflußmesser ausge­ bildeten Durchflußmesser 11 mit integriertem Drucksensor 12 an fünf Magnetventile 13 bis 17 einer maschinellen Einrich­ tung angeschlossen, die fünf fluidische Aktoren 18 bis 22 enthält. Die Zahl der Magnetventile 13 bis 17 und Aktoren 18 bis 22 ist selbstverständlich willkürlich gewählt, und diese Anzahl kann je nach Arbeitsprozeß geringer oder auch wesent­ lich größer sein.

Anstelle des im Durchflußmesser 11 integrierten Drucksensors 12 kann dieser auch am Durchflußmesser 11 oder an oder in der Druckleitung 23 angeordnet sein, die die Druckquelle 10 über den Durchflußmesser 11 mit den Magnetventilen 13 bis 17 ver­ bindet.

Im Ausführungsbeispiel ist der erste Aktor 18 als Arbeitszy­ linder ausgebildet, durch den bei entsprechender Betätigung eine Kraft auf ein maschinelles Teil oder Werkstück 24 ausge­ übt wird. Der zweite Aktor 19 ist ebenfalls als Arbeitszylin­ der ausgebildet und trägt am Kolbenstangenende einen Saug­ greifer 25 zum Bewegen von Werkstücken. Zur Betätigung des Sauggreifers 25 kann ebenfalls eine pneumatische Einrichtung mit einem Ventil als Bestandteil des Prozesses vorgesehen sein, jedoch wurde auf eine entsprechende Darstellung ver­ zichtet.

Durch die beiden Magnetventile 15 und 16 werden zwei Linear­ antriebe 26, 27 gesteuert, während das Magnetventil 17 einen fluidischen Drehantrieb 28 betätigt. Die Magnetventile 13 bis 17 besitzen selbstverständlich bei Bedarf einen Entlüftungs­ pfad und/oder einen zweiten schaltbaren Druckpfad zur Bewe­ gung des jeweiligen Aktors in der umgekehrten Richtung.

Der Prozeßablauf besteht aus einer bestimmten seitlichen Rei­ henfolge von Arbeitsbewegungen der Aktoren 18 bis 22, wobei auch die Arbeitsbewegungen jeweils bezüglich Richtung, Stre­ cke, Winkel, Hub oder Zeitdauer festgelegt sind. Zur Steue­ rung des Prozeßablaufs dient eine elektronische Prozeßsteuerungseinrichtung 29, die hierzu mit Steueranschlüssen der Magnetventile 13 bis 17 verbunden ist. Eingangsseitig werden dieser Prozeßeingangssteuerung 29 die Meßsignale d und p des Durchflußmessers 11 und des Drucksensors 12 zugeführt.

In Fig. 2 ist die elektronische Prozeßsteuerungseinrichtung 29 detaillierter dargestellt. Sie enthält einen Prozeß­ controller 30, der beispielsweise als Mikrorechner ausgebil­ det ist und über fünf Steuerausgänge mit den Magnetventilen 13 bis 17 verbunden ist. Eingangsseitig werden diesem Prozeß­ controller 30 eventuell für die einzelnen Arbeitsbewegungen erforderliche Signale von nicht näher dargestellten Sensoren zugeführt.

Die beiden Meßsignale d (Durchfluß) und p (Druck) werden pa­ rallel einem Referenzspeicher 31 und einem Arbeitsspeicher 32 zugeführt. Die Ausgänge des Referenzspeichers 31 und des Ar­ beitsspeichers 32 werden zum Vergleich der Speicherinhalte einem Komparator 33 zugeführt. Dessen Ausgang ist mit dem Eingang einer Toleranzkurvenstufe 34 verbunden, durch deren Ausgang wiederum eine Anzeigeleuchte 35 und einen Meßabwei­ chungsspeicher 36 steuern. Dessen Speicherinhalt kann über einen Druckeranschluß 37 an einen nicht dargestellten an­ schließbaren Drucker zum Ausdrucken übermittelt werden.

Zur Prozeßüberwachung werden zunächst die Signalverläufe der Sensorsignale d und p während eines vollständigen Prozeß­ zyklus im Referenzspeicher 31 als Referenzkurven abgespei­ chert. Dieser Arbeitsvorgang bedingt einen bestimmten Verbrauch an fluidischem Druckmedium, wobei sich jeweils ty­ pische Verläufe ausbilden, auch bei Überlagerung von Arbeits­ vorgängen. Dasselbe gilt für den Druck. In den darauffolgen­ den zu überwachenden Arbeitsprozessen werden dann jeweils entsprechende Meßkurven für p und d im Arbeitsspeicher 32 ab­ gespeichert und dann jeweils am Programmende mittels des Kom­ parators 33 mit den Referenzkurven verglichen. Differenzen, also Abweichungen, werden der Toleranzkurvenstufe 34 zuge­ führt, in der ebenfalls nach Art eines Komparators verglichen wird, ob vorgegebene Toleranzwerte überschritten werden. Ent­ sprechende Toleranzkurven sind oder können dort abgelegt wer­ den, im einfachsten Fall in Form eines festen Toleranzwerts für Abweichungen nach oben und nach unten. Es können jedoch auch Toleranzkurven in Form von prozentualen Abweichungen von der Referenzkurve abgelegt werden, oder es können auch empi­ risch abgelegte Toleranzwerte oder -kurven gespeichert sein.

Werden die abgespeicherten Toleranzwerte oder -kurven über­ schritten, so wird die Anzeigeleuchte 35 aktiviert, um anzu­ zeigen, daß beim Prozeß Irregularitäten aufgetreten sind, sei es infolge von Defekten, Verschleißerscheinungen, Alterung oder sonstigen Fehlfunktionen. Die entsprechenden Abweichun­ gen können im Meßabweichungsspeicher 36 zur Fehlersuche abge­ legt und bei Bedarf ausgedruckt werden. Selbstverständlich können auch die vollständigen Meßkurven oder Abweichungskur­ ven im Meßabweichungsspeicher 36 abgelegt werden. Der Überwa­ chungsprozeß wird dabei durch den Prozeßcontroller 30 gesteu­ ert.

Zur Verdeutlichung der Funktion wurden die einzelnen Spei­ cher, Komparatoren und Stufen als separate Einheiten darge­ stellt. Selbstverständlich können die entsprechenden Funktio­ nen auch im Programm des Prozeßcontrollers 30 als Teilpro­ gramme enthalten sein, und dessen Arbeitsspeicher und/oder Festwertspeicher übernimmt die Speicherung der erforderlichen Meßwerte bzw. -kurven.

Alternativ oder zusätzlich zur Anzeigeleuchte 35 kann auch noch ein Anzeige-Display vorgesehen sein, durch das die Ab­ weichungen, Meßkurven, Abweichungskurven und dergleichen op­ tisch dargestellt werden können.

Es ist weiterhin möglich, Vergleichsschritte mit der Refe­ renzkurve auch schon während des Prozeßablaufs durchzuführen. Weiterhin kann in einer einfachsten Ausführung auch auf die zusätzliche Erfassung des Drucks p verzichtet werden.

In einer alternativen Ausgestaltung könnte der Durchflußmes­ ser 11 anstelle in der als Druckversorgungsleitung ausgebil­ deten Druckleitung 23 auch in einer gemeinsamen Druckentlas­ tungsleitung, beispielsweise Entlüftungsleitung, oder 2 Durchflußmesser in beiden Leitungen angeordnet sein.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Prozeßüberwachung bei einer eine Viel­ zahl von fluidischen Aktoren aufweisenden maschinellen Ein­ richtung, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gemeinsamen Leitung (23) zur Druckversorgung und/oder Druckentlastung für alle Aktoren (18-22) ein Durchflußmesser (11) angeordnet ist, und daß eine den gemessenen Durchfluß (d) zeitabhängig während eines Prozeßablaufs der maschinellen Einrichtung als Referenzkurve speichernde Speichereinrichtung (31) und eine Vergleichseinrichtung (33) zum Vergleich der gespeicherten Referenzkurve mit entsprechend erfaßten Meßkurven in nachfol­ genden Prozeßabläufen vorgesehen ist, wobei Signalmittel (35) zur Signalisierung von vorgegebene Toleranzen überschreiten­ den Abweichungen ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Leitung (23) zusätzlich ein Drucksensor (12) angeordnet ist, daß die Speichereinrichtung (31) zusätz­ lich zur Speicherung einer in entsprechender Weise aus Meß­ signalen des Drucksensors (12) gebildeten Referenzkurve aus­ gebildet ist, und daß diese Referenzkurze für die Ver­ gleichseinrichtung (33) und die Signalmittel (35) in entsprechender Weise die Basis für die Überprüfung nachfolgender Prozeßabläufe bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Toleranzkurven aus der wenigstens einen Refe­ renzkurve bildende oder Toleranzwerte enthaltende Toleranz­ stufe vorgesehen (34) vorgesehen ist, wobei die Signalmittel (35) bei Überschreitungen der Toleranzkurven oder -werte durch jeweilige Meßkurven aktivierbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung (32) zur Speicherung von Meßkurven vorgesehen ist, die mit der Refe­ renzkurve verglichen werden sollen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Signalmittel (35) als optische und/oder akustische Signalmittel ausgebildet sind, insbeson­ dere als Anzeigeleuchte oder Display.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Drucker oder ein Drucker­ anschluß (37) für einen Drucker zur Aufzeichnung wenigstens der Abweichungen von der Referenzkurve vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie in der elektronischen Pro­ zeßsteuerungseinrichtung (29) enthalten oder integriert ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sie als Mikrorechner ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (12) am Durchfluß­ messer (11) angeordnet.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser (11) als Mas­ sendurchflußmesser ausgebildet ist.