DE10064420A1 - Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswertung von physikalischen Ereignissen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswertung von Temperaturen und/oder physikalischen Ereignissen, welche aus dynamischen Vorgängen wie Bewegung und/oder Neigung und/oder Vibration eines Grundkörpers (2) generiert sind, mit ein oder mehreren im wesentlichen modular aufgebauten und gegebenenfalls über ein internes Bussystem (8) programmierbaren oder umprogrammierbaren Meßelementen (1) zur gegebenenfalls adaptiven aufgabenorientierten sowie zeitlichen und/oder spektralen Merkmalsmessung, welche an dem oder den zu überwachenden Grundkörpern (2) mittelbar oder unmittelbar sowie reversibel oder irreversibel angebracht sind, und welche über ein internes Bussystem (3) bidirektional oder unidirektional sowie drahtlos oder drahtgebunden miteinander in Verbindung stehen, wobei die Signale und/oder Daten des internen Bussystems (3) über eine oder mehrere ein- oder mehrteilige Auswerteeinheiten (4) nach außen abgebbar sind.

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswertung von Temperaturen und/oder physikalischen Ereignissen, welche aus dynami­ schen Vorgängen wie Bewegung, Neigung oder Vibration eines oder mehrerer Grundkörper generiert sind, insbesondere ei­ nen modularen Sensor zur adaptiven aufgabenorientierten Merkmalsmessung mit variabler Datenübertragung, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Zur Auswertung, Beurteilung und Überwachung von physikali­ schen Ereignissen werden in der Regel zunächst physikali­ sche Daten erfaßt. Aus diesen Daten werden dann Merkmale gebildet. Die Klassifizierung dieser Merkmale führt schließlich zu Entscheidungen.

Auf dem Gebiet der Schwingungs- und Bewegungsanalyse ist häufig die Erfassung von Meßdaten über einen weiten Fre­ quenzbereich mit einer hohen Bandbreite erforderlich.

Durch entsprechende Algorithmen sind aus den erfaßten Meß­ daten gegebenenfalls hoher Bandbreite Aussagen über den Zustand eines Gegenstandes ableitbar. Bei diesem Gegen­ stand handelt es sich beispielsweise um ein Lager oder ein Getriebe.

Im Gegensatz zu Temperatur- und Drucksensoren mit einer geringen Abtastfrequenz im Bereich von 0,1 bis 1 Hz, müs­ sen Bewegungen und Schwingungen oftmals hochfrequent im Bereich von 50 bis 5000 Hz abgetastet werden, um zu signi­ fikanten Merkmalen und Aussagen zu kommen.

Diese erforderliche Hochfrequenzabtastung führt insbeson­ dere beim Vorhandensein von mehreren Sensoren zu einem sehr großen auszuwertenden Datenaufkommen.

Zur Auswertung dieses hohen Datenaufkommens, das heißt zur Erzeugung von Merkmalen hieraus, bedient sich der Stand der Technik einerseits der sogenannten "zentralen Intelli­ genz"-Technologie:
Bei der Anwendung der "zentralen Intelligenz"-Technologie liefern die beteiligten Sensoren kontinuierlich über ana­ loge Leitungen Signale an eine zentrale Datenverarbei­ tungsanlage.

In dieser zentralen Datenverarbeitungsanlage werden die eingehenden Daten analysiert und klassifiziert sowie nach­ folgend die Entscheidungen getroffen.

Die Anwendung dieser "zentralen Intelligenz"-Technologie mit einer zentralen Datenverarbeitungsanlage führt zu zahlreichen Nachteilen:
Einerseits sind bei der Realisierung der oftmals geforder­ ten Echtzeit-Fähigkeit dort sehr teure und häufig überdi­ mensionierte hochredundante zentrale Datenverarbeitungsan­ lagen notwendig.

Andererseits ist dort ein hoher Aufwand bei der Verkabe­ lung und Installation erforderlich, zumal jeder Sensor dort über eine separate Leitung mit der zentralen Daten­ verarbeitungsanlage in Verbindung steht.

Schließlich verfügt ein solches System mit einer zentralen Datenverarbeitungsanlage über keine oder lediglich eine sehr beschränkt ausgebildete Erweiterbarkeit, da die zen­ trale Recheneinheit nur eine begrenzte Anzahl von Daten­ eingängen und Datenausgängen aufweist.

Alternativ zur "zentralen Intelligenz"-Technologie findet bei Systemen des Standes der Technik die Technik einer "starrer Vorauswertung" Anwendung, um das vorbeschriebene hohe Datenaufkommen insbesondere bei hochfrequenter Abta­ stung durch mehrere Sensoren auszuwerten.

Bei dieser Technik der "starren Vorauswertung" erfolgt be­ reits in dem Sensor eine Datenreduktion durch eine aufga­ benspezifische Vorauswertung mit starr festgelegter Daten­ kommunikation beispielsweise in Form von 4-20 mA-Strom­ schleifen.

Diese aufgabenspezifische Vorauswertung wird dort durch festgelegte elektronische Schaltungen [z. B. RMS-Bausteine (RootMeanSquare = mittlere Quadratwurzel-Werte) und 4-20 mA-Stromschleifen] bewirkt.

Auch der Einsatz dieser Technik der "starren Vorauswer­ tung" führt bei der Auswertung eines hohen Datenaufkommens zu erheblichen Nachteilen:
So hat die hardwaremäßige Festlegung der Messaufgabe eine drastische Eingrenzung der Meßmöglichkeiten zur Folge. Insbesondere sind Feinstrukturen der Meßdaten - beispiels­ weise in Form von grundsätzlich besonders aussagekräftigen spektralen Analysen - dort nicht untersuchbar. Ein Großteil des Informationsgehaltes eines Meßsignals geht somit dort verloren.

Durch die notwendige Festlegung der Art und Weise der Da­ tenkommunikation wird der Kunde auf ein bestimmtes Sensor­ kommunikationssystem beschränkt.

Eine Änderung der Art und Weise der Datenkommunikation oder eine neue Meßaufgabe erfordert dort den Einsatz neuer Sensoren, welche teuer in der Anschaffung und umständlich im Hinblick auf die Montage sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereit­ stellung einer Vorrichtung zur Erfassung und Auswertung von Temperaturen und/oder physikalischen Ereignissen, wel­ che aus dynamischen Vorgängen wie Bewegung, Neigung oder Vibration eines oder mehrerer Grundkörper generiert sind, welche besonders einfach, schnell und kostengünstig her­ stellbar ist und lediglich einen sehr geringen Wartungs­ aufwand erfordert, welche keine teure und häufig überdi­ mensionierte sowie hochredundante zentrale Recheneinheit erfordert, welche mit einem besonders geringen Aufwand verkabelt und installiert werden kann, über eine hervorra­ gende Erweiterbarkeit verfügt, besonders viele Meßmöglich­ keiten ohne Einschränkung durch eine hardwaremäßige Fest­ legung der Meßaufgabe bietet und dadurch bei einem. Auf­ tritt einer neuen Meßaufgabe die Anschaffung neuer und teurer Sensoren sowie deren mühsame und zeitintensive In­ stallation überflüssig macht, die Durchführung selbst ei­ nen besonders ausgeprägten Informationsgehalt aufweisender spektraler Analysen von Meßdaten erlaubt, über eine unein­ geschränkte Busfähigkeit verfügt und welche kompatibel zu einer Vielzahl von Kommunikationssystemen (zum Beispiel Bus, Stromschleifen oder dergleichen) ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemä­ ßen Vorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Besonders be­ vorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figu­ ren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswertung physikalischer Größen mit mehreren über ein in­ ternes Bussystem miteinander in Verbindung stehenden Meß­ einheiten und einer Auswerteeinheit, welche das interne Bussystem mit einer externen Peripherie verbindet;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines erfin­ dungsgemäßen Meßelements;

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Grundkörpers aus Fig. 1 mit drei daran angebrachten Meße­ lementen, wobei zu Veranschaulichungszwecken die drei or­ thogonal zueinander stehenden Raumachsen x, y und z des Grundkörpers sowie der Vektor g der Erdbeschleunigung und ein Winkel α sowie ein Drehwinkel β dargestellt sind.

Wie bereits aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt die erfindungs­ gemäße Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswer­ tung von Temperaturen und/oder physikalischen Ereignissen, welche aus dynamischen Vorgängen wie Bewegung und/oder Neigung und/oder Vibration eines Grundkörpers (2) gene­ riert sind, beispielsweise ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehrere im wesentli­ chen modular aufgebaute und gegebenenfalls über ein inter­ nes Bussystem (8) programmierbare oder umprogrammierbare Meßelemente (1) Diese Meßelemente (1) können beispielsweise derart ausge­ staltet sein, daß sie eine adaptive aufgabenorientierte sowie zeitliche und/oder spektrale Merkmalsmessung erlau­ ben.

Die Meßelemente (1) sind an dem oder den zu überwachenden Grundkörpern (2) mittelbar oder unmittelbar sowie reversi­ bel oder irreversibel angebracht.

Vorzugsweise stehen sie über ein internes Bussystem (3) bidirektional oder unidirektional sowie drahtlos oder drahtgebunden miteinander in Verbindung. In der Regel sind die Signale und/oder Daten des internen Bussystems (3) über eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehrere ein- oder mehrteilige Auswerteeinheiten (4) nach außen abgebbar.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann jedes Meß­ element (1) beispielsweise einen, zwei, drei, vier oder mehrere Wandler (5) umfaßen, welche gegebenenfalls zur un­ unterbrochenen Erfassung von physikalischen Größen des oder der Grundkörper (2) dienen. Bei diesen physikalischen Größen handelt es sich beispielsweise um die Beschleuni­ gung eines Grundkörpers (2) und/oder die Temperatur eines Grundkörpers (2) oder der Umgebung. Alternativ oder zu­ sätzlich hierzu können diese physikalischen Größen auch ein oder mehrere Winkel α zwischen einer oder mehreren der orthogonal zueinander stehenden Körperachsen (x, y, z) des oder der Grundkörper (2) und dem Vektor (g) der Erdbe­ schleunigung und/oder ein oder mehrere Drehwinkel β um ei­ ne oder mehrere Körperachsen (x, y, z) sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu handelt es sich bei diesen physikali­ schen Größen beispielsweise tun eine oder mehrere Winkeländerungsgeschwindigkeiten bezüglich eines oder mehrerer Winkel α und/oder eines oder mehrerer Drehwinkel β.

In der Regel stehen der mindestens eine Grundkörper (2) und das mindestens eine Meßelement (1) mittelbar oder un­ mittelbar sowie drahtgebunden oder drahtlos miteinander reversibel oder irreversibel in Verbindung.

In bevorzugen Ausführungsformen kann jedes Meßelement (1) mindestens einen, zwei, drei, vier oder mehrere beispiels­ weise gegenüber dem oder den Wandlern (5) nachgeschaltete Recheneinheiten (7, Mikrocontroller und/oder digitale Si­ gnal-Prozessoren DSP) umfassen. Vorzugsweise umfaßt jedes Meßelement (1) ferner mindestens einen, zwei, drei oder mehrere mit der Recheneinheit (7) und/oder einer Bus­ schnittstelle (8) in Verbindung stehende nicht-flüchtige und/oder flüchtige Speicher (9). Diese Speicher (9) können beispielsweise in die Recheneinheit (7) und/oder in die Busschnittstelle (8) integriert oder separat vorgesehen sein.

Vorzugsweise umfaßt jedes Meßelement (1) schließlich min­ destens eine, zwei, drei, vier oder mehrere Bus- Schnittstellen (8, Businterfaces), welche gegebenenfalls in die Recheneinheit (7) integriert oder separat vorgese­ hen sind.

Sofern erforderlich, kann jedes Meßelement (1) einen oder mehrere Signalaufbereiter (6) umfassen, welche beispiels­ weise zwischen den mindestens einen Wandler (5) und die mindestens eine Recheneinheit (7) geschaltet sind. Dieser Signalaufbereiter ist beispielsweise in Form eines analo­ gen oder digitalen Verstärkers und/oder Speichers ausge­ bildet.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann jedes Me­ ßelement (1) beispielsweise durch ein Vergießen, Verkap­ seln oder Vorsehen in einem dichten Gehäuse dicht ausge­ bildet sein in Bezug auf den Eintritt von Fremdkörpern, von Staub, von Tropfwasser, von Sprühwasser, von Spritz­ wasser oder von Strahlwasser. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann jedes Meßelement (1) auch derart ausgeprägt abgedichtet sein, daß es selbst beim Untertauchen dicht ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann jedes Meßele­ ment (1) derart ausgebildet sein, daß es beständig gegen­ über Chemikalien, Laugen, Säuren, Bestrahlung, Magnetfel­ dern, elektrischen Feldern, Hitze oder Kälte ist.

Die mindestens eine Recheneinheit (7) jedes Meßelements (1) ist vorzugsweise derart ausgestaltet oder program­ miert, daß sie zunächst - gegebenenfalls in Abhängigkeit vom Meßort und der Meßaufgabe - die wandlerspezifischen Kenngrößen erfaßt. Gegebenenfalls verrechnet sie anschlie­ ßend diese wandlerspezifischen Kenngrößen mit den von ei­ nem Speicher abgerufenen Kalibrierungsfaktoren - gegebe­ nenfalls unter Korrektur von Fertigungs- und/oder Montage­ fehlern - zu Meßgrößen. Vorzugsweise errechnet die Rechen­ einheit (7) anschließend unter Zuhilfenahme der auf einem Speicher (9) abgelegten Anwendungsprogramme frequenzselek­ tive (schmalbandig) und/oder breitbandige Merkmale. Diese frequenzselektiven und/oder breitbandigen Merkmale sind in der Regel nachfolgend an eine Busschnittstelle (8) abgebbar.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Recheneinheit (7) zur Durchführung von Korrelationsanalysen und/oder Frequenzanalysen sowie einer Mustererkennung, Klassifika­ tion und/oder Entscheidung ausgelegt sein. Die Klassifika­ tion und Auswertung erfolgt beispielsweise in Form einer eigen-adaptiven Logik, wie generischen Algorithmen oder neuronalen Netzen.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die minde­ stens eilte Recheneinheit (7) und/oder der hiermit gegebe­ nenfalls in Verbindung stehende Speicher (9) jedes Meßele­ ments (1) beispielsweise in-circuit-programmierbar ausge­ staltet.

Dies bedeutet, daß die Recheneinheit (7) und/oder ein Speicher (9) selbst in geschlossenem sowie gegebenenfalls in an einen Grundkörper (2) installiertem Zustand des Me­ ßelements (1) unmittelbar oder über das interne Bussystem (3) beliebig oft umprogrammierbar sind, beispielsweise im Hinblick auf das oder die Anwendungsprogramme und/oder die Kalibrierdaten.

Ebenfalls in einer bevorzugten Ausführungsform kann die mindestens eine Recheneinheit (7) derart ausgebildet sein, daß sie nach Ablauf einer voreinstellbaren Zeit und/oder nach Abarbeitung einer voreinstellbaren Anzahl von Mess­ vorgängen und/oder nach Eingang einer entsprechenden Auf­ forderung einen Selbsttest des Meßelements (1) und/oder des internen Bussysteme (3) durchführt.

Im Rahmen eines solchen Selbsttests kann beispielsweise der Empfang eines Signales gegebenenfalls durch Stimulati­ on eines oder mehrerer Wandler (5) simuliert werden. Im Falle einer Fehlfunktion eines Meßelements (1) kann dieses vorzugsweise automatisch und gegebenenfalls durch die Bus- Schnittstelle (8) inaktivierbar ausgestaltet sein.

Der mindestens eine Speicher (9) ist ein- oder mehrteilig sowie beispielsweise in Form eines Read-Only-Memories (ROM's) oder eines Random-Access-Memories (RAM's) ausge­ bildet.

Vorzugsweise sind auf dem mindestens einen Speicher (9) die wandlerspezifischen Daten abgelegt, beispielsweise Ka­ librierdaten zur Korrektur der fertigungstechnisch beding­ ten Lageungenauigkeiten und Empfindlichkeitsabweichungen. Alternativ oder zusätzlich hierzu können ein oder mehrere Anwendungsprogramme für die Recheneinheit (7) auf dem Speicher (9) abgelegt sein.

Alternativ oder zusätzlich hierzu sind gegebenenfalls auf diesem Speicher (9) die während des Betriebes erzeugten oder anfallenden Berechnungswerte flüchtig und/oder nicht- flüchtig zwischenspeicherbar.

Die gegebenenfalls in jedem Meßelement (1) vorhandene min­ destens eine Bus-Schnittstelle (8) ist vorzugsweise derart ausgestaltet, daß sie beispielsweise multiprozessor­ kommunikationsfähig ist.

Jedes einzelne Meßelement (1) kann im Rahmen einer solchen gegebenenfalls ausgebildeten Multiprozessor-Kommunika­ tionsfähigkeit der Bus-Schnittstelle (8) an ein oder meh­ rere andere Meßelemente (1) und/oder an eine oder mehrere Auswerteeinheiten (4) Daten abgeben und/oder von dort an­ fordern und empfangen.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Bus- Schnittstelle (8) gegebenenfalls die Inaktivierung des je­ weiligen Meßelements (1) im Falle einer intern diagnosti­ zierten Fehlfunktion eines oder mehrerer Bestandteile des jeweiligen Meßelements veranlassen.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann die Bus- Schnittstelle (8) gegebenenfalls softwaremäßig und/oder hardwaremäßig an verschiedene Datentypen anpaßbar sein. Unter den Begriffen "verschiedene Datentypen" sind bei­ spielsweise Bussysteme oder Stromschleifen beispielsweise nach dem HART-Protokoll oder analoge Spannungssignale oder digitale Spannungssignale zu verstehen.

Vorzugsweise stehen die Meßelemente (1) und/oder die Aus­ werteeinheiten (4) über ein Bus-System (Protokolle) (3) miteinander in Verbindung.

Dieses Bussystem (3) kann beispielsweise in Form eines Standard-Bussystems ausgebildet sein, in dem eine oder mehrere Meßelemente (1) durch Befehle aufgefordert werden, Daten zu berechnen und auszugeben. Mit einem derartigen Standard-Bussystem ist lediglich ein indirekter Zugriff auf andere Recheneinheiten möglich.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Bus-System (3) beispielsweise in Form eines "Shared-Variables"-Bussystems ausgebildet sein oder ein "Shared-Variables"-Bussystem um­ fassen. Dieses ist höher entwickelt (Higher Layer) als ein Standard-Bussystem und erlaubt daher den Zugriff gegebe­ nenfalls auch auf entfernte Systemvariable und/oder Res­ sourcen.

Der Grundkörper (2) kann beispielsweise in Form eines La­ gers, Getriebes, Elektromotors, Verbrennungsmotors, Dü­ senaggregates, eines Fahrzeuges zu Lande, zu Wasser oder in der Luft, einer Zentrifuge, Pumpe, eines Stoßdämpfers, Heizungskessels, einer Brennkammer, eines Mastens, Be­ leuchtungsmastens, Signals, einer Signalanlage, einer Schranke, Hinweis- und Signalanlage, eines chemischen Re­ aktors, eines Menschen oder Tieres oder eines Bestandtei­ les (Organ, Gliedmaßen) hiervon oder eines Herzschrittma­ chers ausgebildet sein.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß jede erfindungsgemäße Vor­ richtung zur dezentralen Erfassung und Auswertung von Tem­ peraturen und/oder physikalischen Ereignissen mindestens eine Auswerteeinheit (4) aufweisen kann.

In der Regel umfaßt jede Auswerteeinheit (4) eine, zwei, drei, vier oder mehrere fest installierte oder gegebenen­ falls modular hinzusteckbare Kommunikationseinheiten (10) zur Kommunikation von unbearbeiteten Meßelement-Daten und/oder errechneten Ereignissen zwischen dem internen Bussystem (3) und einem, zwei, drei oder mehreren externen Empfängern (11) und/oder Sendern (11). Die Kommunikation zwischen dem internen Bussystem (3) und dem externen Emp­ fänger (11) und/oder Sender (11) erfolgt beispielsweise über ein drahtloses oder drahtgebundenes Bussystem wie In­ terbus, Profibus, Canbus, I²C-Bus und/oder eine analoge und/oder digitale Signalübertragung.

Jeder externe Empfänger (11) und/oder Sender (11) kann beispielsweise in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einer Datenverarbeitungseinrichtung, ei­ nes Aktors, eines Leuchtmittels, einer Signalvorrichtung, eines Schalters, einer Pumpe, eines Produktionsplanungs- und -steuerungssystems (PPS) oder eines Prozeßleitsystems (PLS) ausgebildet sein.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen können die min­ destens eine Auswerteeinheit (4) und/oder das interne Bus­ system (3) eine, zwei, drei, vier oder mehrere fest in­ stallierte oder modular hinzusteckbare, programmierbare oder in-circuit-programmierbare oder umprogrammierbare oder irreversibel vorprogrammierte Datenverarbeitungsein­ heiten (12) umfassen. Diese Datenverarbeitungseinheit (12) ist beispielsweise in Form einer Recheneinheit (Mikrocon­ trollers) und/oder eines digitalen Signalprozessors (DSP) ausgebildet.

In der Regel ist die mindestens eine Datenverarbeitungs­ einheit (12) beispielsweise zur Berechnung kombinierter und/oder einzelmeßelementbezogener Ereignisse und/oder zur Durchführung von Korrelationsanalysen und/oder Frequenza­ nalysen und/oder Mustererkennungen und/oder Klassifikatio­ nen und/oder Entscheidungen - bezüglich der von einem in­ ternen Bussystem (3) zugeführten Daten - ausgestaltet.

Die Klassifikation und Auswertung kann beispielsweise in Form einer eigen-adaptiven Logik wie generischen Algorith­ men oder neuronalen Netzen erfolgen.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswer­ tung von Temperaturen und/oder physikalischen Ereignissen sind die Datenverarbeitungseinheit (12) der Auswerteein­ heit (4) oder die Recheneinheit (7) des Meßelements (1) derart ausgestaltet, daß sie im Falle der Hinzufügung ei­ nes weiteren Meßelements (1) und/oder einer weiteren Da­ tenverarbeitungseinheit (12) dynamisch und systemautark hierfür eine neue Identifikationsadresse vergeben. Hierdurch wird eine besonders wünschenswerte Plug-and- play-Fähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die erfindungsgemä­ ße Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswertung von Temperaturen und/oder physikalischen Ereignissen ins­ besondere aufgrund der modularen Meßelemente (1) zur adap­ tiven aufgabenorientierten Merkmalsmessung mit variabler Datenübertragung einfach, schnell und kostengünstig her­ stellbar ist, zumal eine teure und häufig überdimensionierte sowie hochredundante zentrale Datenverarbeitungsan­ lage hier gerade nicht erforderlich ist.

Zumal die Bildung von Merkmalen aus den Meßdaten und gege­ benenfalls sogar die Klassifizierung dieser Merkmale be­ reits in den Meßelementen (1) ohne den Einsatz einer zen­ tralen Datenverarbeitungsanlage erfolgen kann, ist die er­ findungsgemäße Vorrichtung unter Beibehaltung der Echt­ zeit-fähigkeit auch für hohe Abtastfrequenzen beispiels­ weise im Bereich von 50 bis 5000 Hz hervorragend geeignet.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in ihrem geringen Verkabelungs- und Installationsauf­ wand zu sehen.

Erfindungsgemäß ist lediglich der kurzbemessene Anschluß jedes Meßelements (1) an das interne Bus-System (3) erfor­ derlich, während bei den Überwachungsvorrichtungen des Standes der Technik jeder Sensor über eine lange separate Leitung mit der zentralen Datenverarbeitungsanlage in Ver­ bindung steht.

Vorteilhaft ist im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner deren besonders einfache Erweiterbarkeit um neu hinzukommende Meßelemente (1).

Denn diese sind einfach an das interne Bus-System (3) an­ zustecken und können aufgrund der gegebenenfalls ausgebil­ deten Plug-and-Play-Fähigkeit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung bereits unmittelbar danach in Betrieb genommen werden.

Zumal die Recheneinheit (7) und/oder der Speicher (9) je­ des Meßelements (1) beliebig oft über das interne Bussy­ stem (3) umprogrammierbar ausgestaltet sein können, bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr viele Meßmöglichkeiten ohne eine bisher übliche Einschränkung durch eine hardwaremäßige Festlegung der Meßaufgabe wie bei der Tech­ nik der "starren Vorauswertung".

Aufgrund dieser erfindungsgemäß realisierbaren vielen Meß­ möglichkeiten kann bei einem Auftritt einer neuen Meßauf­ gabe die ursprüngliche Anordnung von Meßelementen (1) wei­ terbenutzt werden. Die Anschaffung neuer und gegebenen­ falls teurer Sensoren ist hier gerade nicht erforderlich.

Daß die erfindungsgemäße Vorrichtung dank ihrer gegebenen­ falls ausgebildeten Programmierbarkeit und/oder Umprogram­ mierbarkeit von außen keiner ansonsten üblichen Einschrän­ kung der Meßmöglichkeiten durch eine hardwaremäßige Fest­ legung der Meßaufgabe wie bei der Technik der "starren Vorauswertung" unterliegt, führt ferner zu dem bedeutsamen Vorteil, daß sie sogar die über einen besonders ausgepräg­ ten Informationsgehalt verfügende spektrale Analyse von Meßdaten erlaubt.

Die gegebenenfalls dem internen Bussystem (3) nachgeschal­ tete Kommunikationseinheit (10) erlaubt ferner eine Kompa­ tibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung im wesentli­ chen zu allen kundenseitig bevorzugten und installierten Kommunikationssystemen wie Bus, Stromschleifen oder der­ gleichen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswertung von Temperaturen und/oder physikalischen Ereignissen, wel­ che aus dynamischen Vorgängen wie Bewegung und/oder Nei­ gung und/oder Vibration eines Grundkörpers (2) generiert sind, mit ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehreren im wesentlichen modular aufgebauten und gegebenenfalls über ein internes Bussystem (8) programmierbaren oder umprogrammierbaren Meßelementen (1) zur gegebenenfalls adaptiven aufgabenorientierten so­ wie zeitlichen und/oder spektralen Merkmalsmessung, welche an dem oder den zu überwachenden Grundkörpern (2) mittel­ bar oder unmittelbar sowie reversibel oder irreversibel angebracht sind, und welche über ein internes Bussystem (3) bidirektional oder unidirektional sowie drahtlos oder drahtgebunden miteinander in Verbindung stehen, wobei die Signale und/oder Daten des internen Bussystems (3) über eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehrere ein- oder mehr­ teilige Auswerteeinheiten (4) nach außen abgebbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Meßelement (1) einen, zwei, drei, vier oder meh­ rere Wandler (5) umfaßt zur gegebenenfalls ununterbroche­ nen Erfassung von physikalischen Größen des oder der Grundkörper (2) wie der Beschleunigung und/oder der Tempe­ ratur und/oder eines oder mehrerer Winkel α zwischen einer oder mehreren der orthogonal zueinander stehenden Kör­ perachsen (x, y, z) des oder der Grundkörper (2) und dem Vektor (g) der Erdbeschleunigung und/oder eines oder meh­ rerer Drehwinkel β um eine oder mehrere Körperachsen (x, y, z) und/oder einer oder mehrerer Winkeländerungsge­ schwindigkeiten bezüglich eines oder mehrerer Winkel α und/oder eines oder mehrerer Drehwinkel β, wobei der min­ destens eine Grundkörper (2) und das mindestens eine Meße­ lement (1) mittelbar oder unmittelbar sowie drahtgebunden oder drahtlos miteinander reversibel oder irreversibel in Verbindung stehen und wobei jede Meßeinheit (1) mindestens einen, zwei, drei, vier oder mehrere gegenüber dem oder den Wandlern (5) nachgeschaltete Recheneinheiten (7, Mi­ krocontroller und/oder digitale Signal-Prozessoren DSP), sowie mindestens einen, zwei, drei oder mehrere mit der Recheneinheit (7) und/oder einer Busschnittstelle (8) in Verbindung stehende nicht-flüchtige und/oder flüchtige Speicher (9) - welche gegebenenfalls in die Recheneinheit (7) und/oder in die Busschnittstelle (8) integriert oder separat vorgesehen sind - sowie mindestens ein, zwei, drei, vier oder mehrere Bus-Schnittstellen (8, Businterfaces) umfaßt, welche gegebenenfalls in die Recheneinheit (7) in­ tegriert oder separat vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Meßelement (1) einen Signalaufbereiter (6) zwischengeschaltet zwi­ schen dem mindestens einen Wandler (5) und der mindestens einen Recheneinheit (7) umfaßt, welcher gegebenenfalls in Form eines analogen oder digitalen Verstärkers und/oder Speichers ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Meßelement (1) gegebenenfalls durch ein Vergießen, Verkapseln oder Vorsehen in einem dichten Gehäuse dicht ausgebildet ist in Bezug auf der. Eintritt von Fremdkörpern, von Staub, von Tropfwasser, von Sprühwasser, von Spritzwasser, von Strahlwasser und/oder dicht beim Untertauchen ist und/oder beständig gegenüber Chemikalien, Laugen, Säuren, Bestrah­ lung, Magnetfeldern, elektrischen Felder, Hitze oder Kälte ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Recheneinheit (7) jedes Meßelements (1) zunächst - gegebe­ nenfalls in Abhängigkeit vom Meßort und der Meßaufgabe - die wandlerspezifischen Kenngrößen erfaßt, diese anschlie­ ßend mit dem von dem Speicher abgerufenen Kalibrierungs­ faktoren - gegebenenfalls unter Korrektur von Fertigungs- und/oder Montagefehlern - zu Meßgrößen Verrechnet und gege­ benenfalls anschließend unter Zuhilfenahme der auf dem Speicher (9) abgelegten Anwendungsprogramme frequenzselek­ tive (schmalbandig) und/oder breitbandige Merkmale errech­ net, welche nachfolgend an die Busschnittstelle (8) abgeb­ bar sind, wobei diese Recheneinheit (7) alternativ oder zusätzlich hierzu zur Durchführung von Korrelationsanaly­ sen und/oder Frequenzanalysen sowie einer Mustererkennung, Klassifikation und/oder Entscheidung ausgelegt ist, wobei die Klassifikation und Auswertung gegebenenfalls in Form einer eigen-adaptiven Logik - wie generischen Algorithmen oder neuronalen Netzen - erfolgt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (7) und/oder der hiermit gegebenenfalls in Verbindung ste­ hende Speicher (9) jedes Meßelements (1) in-circuit- programmierbar ausgestaltet sind, wobei die Recheneinheit (7) und/oder der Speicher (9) selbst im geschlossenen so­ wie gegebenenfalls in an einen Grundkörper (2) installier­ tem Zustand des Meßelements (1) unmittelbar oder über das interne Bussystem (3) - gegebenenfalls im Hinblick auf das oder die Anwendungsprogramme und/oder die Kalibrierdaten - beliebig oft umprogrammierbar sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Re­ cheneinheit (7) derart ausgebildet ist, daß sie nach Ab­ lauf einer voreinstellbaren Zeit und/oder nach. Abarbeitung einer voreinstellbaren Anzahl von Messvorgängen und/oder nach Eingang einer entsprechenden Aufforderung einen Selbsttest des Meßelements (1) und/oder des internen Bus­ systems (3) durchführt, wobei gegebenenfalls der Empfang eines Signales gegebenenfalls durch Stimulation eines oder mehrerer Wandler (5) simuliert wird und wobei im Falle ei­ ner Fehlfunktion eines Meßelements (1) dieses gegebenen­ falls automatisch und gegebenenfalls von der Bus-Schnitt­ stelle (8) inaktivierbar ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Speicher (9) ein- oder mehrteilig gegebenenfalls in Form eines Read-Only-Memories (ROM's) oder eines Random-Access- Memories (RAM's) ausgebildet ist, wobei auf dem mindestens einen Speicher (9) die wandlerspezifischen Daten abgelegt sind, wie Kalibrierdaten zur Korrektur der fertigungstech­ nisch bedingten Lageungenauigkeiten und Empfindlichkeits­ abweichungen und/oder ein oder mehrere Anwendungsprogramme für die Recheneinheit (7) und/oder wobei auf diesem Spei­ cher (9) die während des Betriebes erzeugten oder anfal­ lenden Berechnungswerte flüchtig und/oder nicht-flüchtig zwischenspeicherbar sind.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Bus-Schnittstelle (8) derart ausgestaltet ist, daß sie multiprozessorkommunikationsfähig ist, wobei jedes ein­ zelne Meßelement (1) an ein oder mehrere andere Meßelemen­ te (1) und/oder an eine oder mehrere Auswerteeinheiten (4) Daten abgibt und/oder von dort anfordert und empfängt und/oder die Inaktivierung des jeweiligen Meßelements (1) im Falle einer intern diagnostizierten Fehlfunktion eines oder mehrerer Bestandteile des jeweiligen Meßelements ver­ anlaßt, wobei die Bus-Schnittstelle (8) gegebenenfalls softwaremäßig und/oder hardwaremäßig an verschiedene Da­ tentypen - gegebenenfalls von Bussystemen oder Stromschlei­ fen beispielsweise nach dem HART-Protokoll oder an analoge Spannungssignale oder digitale Spannungssignale - anpaßbar ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelemente (1) und/oder die Auswerteeinheiten (4) über ein Bus-System (Protokolle) (3) miteinander in Verbindung stehen, wobei dieses Bussystem (3) gegebenenfalls in Form eines Stan­ dard-Bussystems ausgebildet ist, in dem eine oder mehrere Meßelemente (1) durch Befehle aufgefordert werden, Daten zu berechnen und auszugeben, wobei lediglich ein indirek­ ter Zugriff auf andere Recheneinheiten erfolgt und/oder gegebenenfalls in Form eines "Shared-Variables"-Bussystems ausgebildet ist oder ein "Shared-Variables"-Bussystem um­ faßt, welches höher entwickelt ist (Higher Layer) und da­ her den Zugriff gegebenenfalls auch auf entfernte System­ variable und/oder Ressourcen erlaubt.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) ausgebildet ist in Form eines Lagers, Getriebes, Elek­ tromotors, Verbrennungsmotors, Düsenaggregates, eines Fahrzeuges zu Lande, zu Wasser oder in der Luft, einer Zentrifuge, Pumpe, eines Stoßdämpfers, Heizungskessels, einer Brennkammer, eines Mastens, Beleuchtungsmastens, Si­ gnals, einer Signalanlage, einer Schranke, Hinweis- und Signalanlage, eines chemischen Reaktors, eines Menschen oder Tieres oder eines Bestandteiles (Organ, Gliedmaßen) hiervon oder eines Herzschrittmachers.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Auswerte­ einheit (4) eine, zwei, drei, vier oder mehrere fest in­ stallierte oder gegebenenfalls modular hinzusteckbare Kom­ munikationseinheiten (10) zur Kommunikation von unbearbei­ teten Meßelement-Daten und/oder errechneten Ereignissen zwischen dem internen Bussystem (3) und einem, zwei, drei oder mehreren externen Empfängern (11) und/oder Sendern (11) gegebenenfalls über ein drahtloses oder drahtgebunde­ nes Bussystem wie Interbus, Profibus, Canbus, I²C-Bus und/oder eine analoge und/oder digitale Signalübertragung umfaßt, wobei jeder externe Empfänger (11) oder Sender (11) gegebenenfalls in Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einer Datenverarbeitungseinrichtung, ei­ nes Aktors, eines Leuchtmittels, einer Signalvorrichtung, eines Schalters, einer Pumpe, eines Produktionsplanungs- und -steuerungssystems (PPS)oder eines Prozeßleitsystems (PLS) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüch, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Auswerteeinheit (4) und/oder das interne Bussystem (3) eine, zwei, drei, vier oder mehrere fest installierte oder modular hinzusteckbare, programmierbare oder gegebe­ nenfalls incircuit oder beliebig oft umprogrammierbare oder irreversibel vorprogrammierte Datenverarbeitungsein­ heiten (12) umfaßt, welche gegebenenfalls zur Berechnung kombinierter und/oder einzelmeßelementbezogener Ereignisse und/oder zur Durchführung von Korrelationsanalysen und/oder Frequenzanalysen und/oder Mustererkennungen und/oder Klassifikationen und/oder Entscheidungen - bezüglich der von einem internen Bussystem (3) zugeführten Daten - ausgestaltet sind, wobei die Klassifikation und Auswertung gegebenenfalls in Form einer eigen-adaptiven Logik wie generischen Algorithmen oder neuronalen Netzen erfolgt und welche gegebenenfalls in Form einer Rechenein­ heit (Mikrocontrollers) und/oder eines digitalen Signal­ prozessors (DSP) ausgelegt sind.

14. Verrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverar­ beitungseinheit (12) der Auswerteeinheit (4) oder die Re­ cheneinheit (7) des Meßelements (1) derart ausgestaltet sind, daß sie im Falle der Hinzufügung eines weiteren Me­ ßelements (1) und/oder einer weiteren Datenverarbeitungs­ einheit (12) dynamisch und systemautark hierfür eine neue Identifikationsadresse vergeben, wodurch eine Plug-and- play-Fähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht wird.