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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prozeßüberwachung bei einer eine Vielzahl
von fluidischen Aktoren aufweisenden maschinellen Einrichtung.
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Zur Überwachung
von Prozessen von maschinellen Einrichtungen wird in bekannter Weise eine
Vielzahl von Sensoren, wie Endschalter, Druckschalter, Positionsschalter,
Lichtschranken und dergleichen eingesetzt, um die korrekte Folge
der vorgesehenen 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
Toleranzen vorgegeben werden müssen.
Vor allem bei komplexen maschinellen Einrichtungen bedeutet dies zum
einen einen großen
Aufwand an Sensoren, und zum anderen muß ein entsprechendes Überwachungsprogramm
eingerichtet werden, das in Abhängigkeit
der Komplexität
des Prozesses ebenfalls sehr komplex ist. Wird der Prozeß auch nur
in Teilbereichen geändert,
so muß das
Prozeßüberwachungsprogramm
angepaßt
bzw. neu programmiert werden.
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Aus
der
DE 19628221 C2 ist
eine Vorrichtung zur Bestimmung von Betriebspositionen von pneumatischen
Aktoren mittels ei nes Durchflußmessers
bekannt. Sollen bei bestimmten Positionen Steuersignale hervorgerufen
werden, so erfolgt dies durch Vergleich von aktuellen Durchfluß-Meßwerten mit
einer Referenzmeßkurve.
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.
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Aus
der
DE 32 27 264 C2 ist
eine Überwachungsvorrichtung
insbesondere für
eine Fahrzeugbremsanlage bekannt, bei der ein druckempfindlicher Schalter
das Absinken des Speicherdrucks überwacht
und beim Absinken unter einen unteren Schwellenwert eine Nachladung
einleitet. Dieser Vorgang wird zeitüberwacht, und es werden Fehlersignale
erzeugt, wenn mittels einer Vergleichseinrichtung das Überschreiten
vorgegebener Zeitfenster festgestellt wird. Hierbei handelt es sich
um ein spezielles Problem einer Bremsanlage, und die beschriebene Überwachungseinrichtung
ist für
die meisten zu überwachenden
Prozesse nicht geeignet.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Arbeitsprozeß einer
fluidische Aktoren aufweisenden maschinellen Einrichtung durch einfache
Mittel kostengünstig
zu realisieren.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Prozessüberwachung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bestehen insbesondere darin, daß mit
einem einzigen vorzugsweise als Massendurchflußmesser ausgebildeten Durchflußmesser
sehr komplexe 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 Referenzkurve 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 Weise lassen sich nicht nur Fehlfunktionen, sondern beispielsweise
auch Alterungsprozesse und verschleißbedingte Abnormitäten auf
einfache Weise sofort erkennen. Wurde eine Abweichung erkannt, so
kann durch Auswertung und Vergleich der abweichenden Meßkurve mit
der Referenzkurve der aufgetretene Fehler schnell und einfach festgestellt
werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Vorrichtung möglich.
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Eine
Verbesserung der Prozeßüberwachung kann
auch dadurch erreicht werden, daß in der gemeinsamen Druckversorgungsleitung
zusätzlich
ein Drucksensor angeordnet ist, daß die Speichereinrichtung zusätzlich zur
Speicherung einer in entsprechender Weise aus Meßsignalen des Drucksensors gebildeten
Referenzkurve ausgebildet ist und daß diese Referenzkurve für die Vergleichseineinrichtung und
die Signalmittel in entsprechender 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.
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In
vorteilhafter Weise ist eine Toleranzkurven aus der wenigstens einen
Referenzkurve bildende Toleranzstufe vorgesehen, wobei die Signalmittel
bei Überschreitungen
der Toleranzkurven durch jeweilige Meßkurven aktivierbar sind. Diese
Toleranzkurven können
beispielsweise einen bestimmten prozentualen Abstand zur Referenzkurve
bilden, so daß prozentuale
Abweichungen erfaßbar
sind. Allerdings können
besonders kritische Prozeßbereiche
auch einen engeren Toleranzabstand aufweisen. Anstelle prozentualer
Abweichungen können
auch absolute Abweichungen treten.
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Die
Signalmittel sind zweckmäßigerweise
als optische und/oder akustische Signalmittel ausgebildet, insbesondere
als Anzeigeleuchten oder als Display. Zusätzlich kann ein Drucker oder
ein Druckeranschluß für einen
Drucker zur Aufzeichnung we nigstens der Abweichungen vorgesehen
sein, wobei selbstverständlich
auch die vollständigen
Kurven aufgezeichnet werden können.
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Die
elektronischen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vorzugsweise
in einer elektronischen Prozeßsteuerungseinrichtung enthalten
oder in dieser integriert, so daß mit Ausnahme des Durchflußmessers
und gegebenenfalls des Drucksensors keine zusätzliche Hardware für die Prozeßüberwachung
erforderlich ist. Diese elektronischen Komponenten können dabei
zweckmäßigerweise
als Mikrorechner ausgebildet sein oder einen solchen enthalten.
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Der
Drucksensor ist zweckmäßigerweise
am Durchflußmesser
angeordnet oder in diesem integriert, so daß nur ein einziges Bauteil
in der gemeinsamen Druckversorgungsleitung eingesetzt werden muß.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer maschinellen Einrichtung mit fünf fluidischen Aktoren und
einer Vorrichtung zur Prozeßüberwachung
und
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2 eine detailliertere Darstellung
der elektronischen Prozeßsteuerungseinrichtung.
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Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine fluidische Druckquelle 10, beispielsweise eine
pneumatische Druckquelle, über
einen als Massendurchflußmesser
ausgebildeten Durchflußmesser 11 mit
integriertem Drucksensor 12 an fünf Magnetventile 13 bis 17 einer
maschinellen Einrichtung 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 wesent1ich
größer sein.
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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 verbindet.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist der erste Aktor 18 als Arbeitszylinder ausgebildet,
durch den bei entsprechender Betätigung
eine Kraft auf ein maschinelles Teil oder Werkstück 24 ausgeübt wird.
Der zweite Aktor 19 ist ebenfalls als Arbeitszylinder ausgebildet und
trägt am
Kolbenstangenende einen Sauggreifer 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 verzichtet.
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Durch
die beiden Magnetventile 15 und 16 werden zwei
Linearantriebe 26, 27 gesteuert, während das
Magnetventil 17 einen fluidischen Drehantrieb 28 betätigt. Die
Magnetventile 13 bis 17 besitzen selbstverständlich bei
Bedarf einen Entlüftungspfad und/oder
einen zweiten schaltbaren Druckpfad zur Bewegung des jeweiligen
Aktors in der umgekehrten Richtung.
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Der
Prozeßablauf
besteht aus einer bestimmten seitlichen Reihenfolge von Arbeitsbewegungen
der Aktoren 18 bis 22, wobei auch die Arbeitsbewegungen
jeweils bezüglich
Richtung, Strecke, Winkel, Hub oder Zeitdauer festgelegt sind. Zur Steuerung
des Prozeßablaufs
dient eine elektronische Prozeßsteue rungseinrichtung 29,
die hierzu mit Steueranschlüssen
der Magnetventile 13 bis 17 verbunden ist. Eingangsseitig
werden dieser Prozeßsteuerungdeinrichtung 29 die
Meßsignale
d und p des Durchflußmessers 11 und
des Drucksensors 12 zugeführt.
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In 2 ist die elektronische
Prozeßsteuerungseinrichtung 29 detaillierter
dargestellt. Sie enthält
einen Prozeßcontroller 30,
der beispielsweise als Mikrorechner ausgebildet ist und über fünf Steuerausgänge mit
den Magnetventilen 13 bis 17 verbunden ist. Eingangsseitig
werden diesem Prozeßcontroller 30 eventuell
für die
einzelnen Arbeitsbewegungen erforderliche Signale von nicht näher dargestellten
Sensoren zugeführt.
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Die
beiden Meßsignale
d (Durchfluß)
und p (Druck) werden parallel einem Referenzspeicher 31 und
einem Arbeitsspeicher 32 zugeführt. Die Ausgänge des
Referenzspeichers 31 und des Arbeitsspeichers 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 Meßabweichungsspeicher 36 steuern.
Dessen Speicherinhalt kann über
einen Druckeranschluß 37 an
einen nicht dargestellten anschließbaren Drucker zum Ausdrucken übermittelt werden.
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Zur
Prozeßüberwachung
werden zunächst die
Signalverläufe
der Sensorsignale d und p während
eines vollständigen
Prozeßzyklus
im Referenzspeicher 31 als Referenzkurven abgespeichert.
Dieser Arbeitsvorgang bedingt einen bestimmten Verbrauch an fluidischem
Druckmedium, wobei sich jeweils typische Verläufe ausbilden, auch bei Überlagerung
von Arbeitsvorgängen.
Dasselbe gilt für
den Druck. In den darauffolgenden zu überwachenden Arbeitsprozessen
werden dann jeweils entsprechende Meßkurven für p und d im Arbeitsspeicher 32 abgespeichert
und dann jeweils am Programmende mittels des Komparators 33 mit
den Referenzkurven verglichen. Differenzen, also Abweichungen, werden der
Toleranzkurvenstufe 34 zugeführt, in der ebenfalls nach
Art eines Komparators verglichen wird, ob vorgegebene Toleranzwerte überschritten
werden. Entsprechende Toleranzkurven sind oder können dort abgelegt werden,
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 empirisch abgelegte
Toleranzwerte oder -kurven gespeichert sein.
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Werden
die abgespeicherten Toleranzwerte oder -kurven überschritten, so wird die Anzeigeleuchte 35 aktiviert,
um anzuzeigen, daß beim
Prozeß Irregularitäten aufgetreten
sind, sei es infolge von Defekten, Verschleißerscheinungen, Alterung oder
sonstigen Fehlfunktionen. Die entsprechenden Abweichungen können im
Meßabweichungsspeicher 36 zur Fehlersuche
abgelegt und bei Bedarf ausgedruckt werden. Selbstverständlich können auch
die vollständigen
Meßkurven
oder Abweichungskurven im Meßabweichungsspeicher 36 abgelegt
werden. Der Überwachungsprozeß wird dabei
durch den Prozeßcontroller 30 gesteuert.
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Zur
Verdeutlichung der Funktion wurden die einzelnen Speicher, Komparatoren
und Stufen als separate Einheiten dargestellt. Selbstverständlich können die
entsprechenden Funktionen auch im Programm des Prozeßcontrollers 30 als
Teilprogramme enthalten sein, und dessen Arbeitsspeicher und/oder Festwertspeicher übernimmt
die Speicherung der erforderlichen Meßwerte bzw. -kurven.
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Alternativ
oder zusätzlich
zur Anzeigeleuchte 35 kann auch noch ein Anzeige-Display
vorgesehen sein, durch das die Abweichungen, Meßkurven, Abweichungskurven
und dergleichen optisch dargestellt werden können.
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Es
ist weiterhin möglich,
Vergleichsschritte mit der Referenzkurve auch schon während des
Prozeflablaufs durchzuführen.
Weiterhin kann in einer einfachsten Ausführung auch auf die zusätzliche
Erfassung des Drucks p verzichtet werden.
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In
einer alternativen Ausgestaltung könnte der Durchflußmesser 11 anstelle
in der als Druckversorgungsleitung ausgebildeten Druckleitung 23 auch in
einer gemeinsamen Druckentlastungsleitung, beispielsweise Entlüftungsleitung,
oder 2 Durchflußmesser
in beiden Leitungen angeordnet sein.