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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung mit Vakuumgerät, einem ersten Bussystem und
einer Steuereinheit. Sie betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb
dieser Anordnung.
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Anordnungen
mit Vakuumgeräten
bilden in Forschung und Industrie wichtige Systeme zur Erzeugung
von Produkten oder zur Analyse von Stoffen. Die Fertigungsprozesse
sind zunehmend komplex und hocheffizient geworden, und stellen immer unterschiedlichere
Anforderungen an diese System. Um diesen Anforderungen zu genügen sind
zum einen die Möglichkeiten
der unterschiedlichen Konfiguration von Vakuumgeräten und
-systemen gestiegen, zum anderen stellt der breite Anwendungsbereich harte
Anforderungen an die Konstruktion und Qualitätskontrolle.
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Anordnungen
des Standes der Technik weisen wenigstens ein Vakuumgerät, ein Bussystem
und eine Steuereinheit auf. Bei Vakuumgeräten kann es sich beispielsweise
um Turbomolekularpumpen handeln, die mit Antriebselektroniken ausgestattet
sind, welche heute oftmals programmierbare Mikroprozessoreinheiten
aufweisen. Es kann sich auch um Druckmessgeräte, Ventilsteuereinrichtungen
und mehr handeln, soweit diese elektronisch fernsteuerbar oder überwachbar
sind. Über
ein Bussystem, welches meist eine Installation aus elektrischen
Leitern zwischen den angeschlossenen Geräten ist, sendet eine Steuereinheit
Steuerdaten an die angeschlossenen Vakuumgeräte.
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Durch
den Aufbau gemäß Stand
der Technik entstehen nun eine Reihe von Problemen, durch die die
Anordnungen mit Vakuumgeräten
nicht mehr den heutigen Anforderungen entsprechen.
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Änderungen,
beispielsweise an der Betriebsoftware, erfordern in der Regel einen
manuellen Eingriff am jeweiligen Vakuumgerät. Dies kann die Kommunikation
anderer Vakuumgeräte
und damit den Prozess stören.
Zudem erfordert der manuelle Eingriff beispielsweise das Abziehen
und Wiederaufstecken von Steckverbindern, beispielsweise des Bussystems,
was zu Fehlern und Ausfällen
führen kann.
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Der
Zugriff auf ein oder mehrere Vakuumgeräte ist oft durch ein vom Anwender
verwendetes industrielles Bussystem nicht im vom Anwender oder Hersteller
gewünschten
und für
die Anpassung an neue Betriebsumstände notwendigen Umfang möglich.
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Die
Einrichtung eines Systems zur Datenerfassung im Rahmen der Anordnung
mit einem Vakuumgerät
kann unmöglich
werden, wenn sie nicht bereits in der Planungsphase des Anwenders
berücksichtigt
wird. Ist dieses System darüber
hinaus untrennbar in den Prozess des Anwenders zu integrieren, so
verursacht dies Kosten, die der Anwender eventuell nicht zu tragen
bereit ist. Dies liegt unter anderem an folgendem: Bei kompakt gestalteten
Geräten,
wie sie bei Vakuumpumpen üblicherweise
vorkommen, ist u.a. aus Platz- und Preisgründen die Zahl der Steckverbinder
gering zu halten, so dass verschiedene Funktionen auf einem Steckverbinder realisiert
werden. Anwender insbesondere größerer Anlagen
konfektionieren ihre Kabel und Steckverbinder oft vor, so dass es
aufwändig
ist, nachträglich
an Funktionen zu gelangen, die bereits durch die Steckverbinder
des Anwenders belegt sind.
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Ein
weiterer Nachteil ist, dass Vakuumgeräte in den beschriebenen Anordnungen
nur aufwändig ersetzt
werden können.
Hierzu muss meist die komplette Anordnung außer Betrieb gesetzt werden. Dann
wird das Vakuumgerät
gegen ein neues ausgetauscht und sämtliche Einstellungen des alten
Vakuumgeräts
manuell am Austauschvakuumgerät
eingestellt. Dies kann einige Zeit in Anspruch nehmen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die herkömmlichen Anordnungen mit Vakuumgerät so zu verbessern,
dass oben genannte Nachteile beseitigt werden.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Anordnung mit einem Vakuumgerät mit den
Merkmalen des ersten Patentanspruchs. Sie wird außerdem gelöst durch
ein Verfahren zum Betrieb dieser Anordnung nach Anspruch 4.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
weist eine Verwaltungseinheit auf, die an das Bussystem angeschlossen
ist, wobei das Bussystem so eingerichtet ist, dass es Kommunikationsmittel
aufweist, die für
einen ersten Datenaustausch zwischen Vakuumgerät und Steuereinheit einerseits
und einem zweiten Datenaustausch zwischen Vakuumgerät und der
Verwaltungseinheit angepasst sind, wobei erster und zweiter Datenaustausch
unabhängig
voneinander sind.
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Das
Betriebsverfahren für
eine Anordnung mit allen Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 1, 2
oder 3 weist einen Schritt A, in welchem im zweiten Datenaustausch
entweder die Konfigurationsdaten oder die Betriebsdaten oder beide
zusammen vom Vakuumgerät
an die Verwaltungseinheit übertragen
werden.
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Die
Unabhängigkeit
zwischen einem ersten und einem zweiten Datenaustausch ermöglicht es, Daten
der Vakuumgeräte
auszulesen und in der Verwaltungseinheit zu verarbeiten, ohne den
Betrieb der Anordnung, d.h. das die Vakuumgeräte, das Bussystem, die Verwaltungseinheit
und die Steuereinheit aufweisende System, zu stören. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
können
in der Verwaltungseinheit Betriebsdaten gesammelt und die Konfigurationsdaten
gespeichert werden. Je nach Anwendung kann es sinnvoll sein, nur
Betriebsdaten oder Konfigurationsdaten oder beide zu verarbeiten.
Die Verarbeitung von Betriebsdaten erlaubt es Anwender und/oder
Hersteller, statistische Auswertungen über längere Zeiträume hinweg durchzuführen. Hierdurch ist
es beispielsweise möglich,
Servicefälle
frühzeitig zu erkennen.
Auch ist es möglich,
zu einem Zeitpunkt die Konfigurationen und aktuellen Betriebsdaten
abzurufen, ohne den Betrieb des Systems zu unterbrechen.
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Die
abhängigen
Ansprüche
2 bis 3 und 5 bis 9 stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.
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Der
Vorteil der Maßnahme
nach Anspruch 2, die Kommunikationsmittel ein zweites Bussystem aufweisen
zu lassen, liegt in der leichten Nachrüstbarkeit bei Systemen, wo
die Verwaltungseinheit nicht schon beim Bau geplant wurde.
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Es
ist eine vorteilhafte Weiterbildung, die Verwaltungs- und Steuereinheit
als Teil einer Kontrolleinheit zu gestalten. Es werden weniger Komponenten
gebraucht, d.h. das System wird preiswerter. Außerdem sind alle Funktionen
an einer räumlichen Stelle
zusammengefasst.
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Durch
die Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 5 kann der Stand
der Konfigurationsdaten der Vakuumgeräte und damit die Konfiguration des
Systems zu jedem Zeitpunkt zentral gespeichert werden. Damit ist
es möglich,
die Konfiguration zu betrachten, ohne jedes einzelne Vakuumgerät zu überprüfen. Es
ist vorteilhaft möglich,
dies auch bei laufendem Betrieb zu tun.
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Die
Maßnahme
nach Anspruch 6 erlaubt es, Konfigurationsdaten eines oder mehrerer
Vakuumgeräte
innerhalb der Verwaltungseinheit mit gleichartigen Daten zu vergleichen.
Quellen dieser Vergleichsdaten können
von anderen Vakuumgeräten
stammende Konfigurationsdaten oder Teile davon sein. Die Vergleichsdaten
können
aber auch auf andere Weise in die Verwaltungseinheit gelangen, beispielweise
durch Handeingabe des Benutzers oder Anbindung der Verwaltungseinheit
an ein Computernetzwerk. Der Vergleich erlaubt vorteilhaft, Änderungen
und/oder Abweichungen der Konfigurationen aufzuzeigen.
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Die
Maßnahme
nach Anspruch 7 erleichtert den Austausch eines Vakuumgeräts. Ein
Ersatzvakuumgerät
kann an die Stelle eines Vakuumgeräts treten und bekommt von der
Verwaltungseinheit die Konfigurationsdaten überspielt. Hierdurch müssen keine
langwierigen Konfigurationsarbeiten vor Ort durchgeführt werden,
der Austausch geht viel schneller, wodurch Zeit und Geld gespart
wird. Außerdem ist
garantiert, dass die Konfiguration des Ersatzvakuumgeräts wirklich
derjenigen des vorherigen Vakuumgeräts entspricht. Damit werden
Fehler, die letztlich zu technischem Versagen führen können, vemieden.
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Der
Datenaustausch zwischen Vakuumgerät und Verwaltungseinheit kann
nach Anspruch 8 zyklisch geschehen. Dies ist vorteilhaft beim Erstellen von
Statistiken über
Betriebsdaten. Es ist auch vorteilhaft, um routinemäßig die
Konfiguration zu speichern und so im Konfigurationsdatenspeicher
den aktuellen Stand des Systems zu haben.
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Es
kann vorteilhaft sein, das Verfahren nach Anspruch 9 weiterzuentwickeln
und den Austausch von Konfigurationsdaten oder Betriebsdaten oder beiden
zusammen ereignisgesteuert durchzuführen. Dies erlaubt es beispielsweise
einem Servicetechniker, den Austausch zu starten, um so die Konfigurationsdaten
eines Vakuumgeräts
unmittelbar vor dem Austausch eines Vakuumgeräts in die Verwaltungseinheit
einzulesen.
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Anhand
von Ausführungsbeispielen
soll die Erfindung näher
erläutert
werden. Es zeigen:
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1:
Schematische Darstellung einer ersten Anordnung mit Vakuumgerät.
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2:
Schematische Darstellung einer zweiten Anordnung mit Vakuumgerät.
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3:
Schematische Darstellung einer dritten Anordnung mit Vakuumgerät.
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In
den folgenden 1 bis 3 ist ein
Rezipient 1 gezeigt, an dem über Flansche Vakuumgeräte angeschlossen
sind. Der Rezipient kann eine einfache Vakuumkammer, eine Mehrkammeranlage oder
Teil eines komplexen Vakuumsystems sein, wobei die Vakuumgeräte an verschiedenen
Punkten des Systems angeordnet sein können. Als Vakuumgeräte sind
in den 1 bis 3 eine erste Vakuumpumpe 2,
eine zweite Vakuumpumpe 3 und ein Messgerät 4 dargestellt.
Die Vakuumpumpe 2 weist einen Pumpenteil 2a mit
dem Pumpsystem zur Erzeugung eines Vakuums und ein Betriebsgerät 2b auf.
Dieses Betriebsgerät 2b beinhaltet
die Steuerelektronik zum Antreiben der elektrischen und elektronischen
Kompenenten des Pumpenteils 2a, insbesondere des Antriebsmotors.
Im Betriebsgerät 2b können auch
Leistungsteil und Netzteil angeordnet sein. Das Vakuumgerät 3 ist
eine Vakuumpumpe, bei dem Pumpenteil 3a mit einem Pumpsystem
und Betriebsgerät 3b getrennt
voneinander sind und über
eines oder mehrere Kabel miteinander in Verbindung stehen. Das Vakuumgerät 4 ist
in den Beispielen als ein Messgerät ausgebildet, beispielsweise
ein Druckmessgerät,
wobei es mindestens eine Elektronik beinhaltet, von der Messwerte
an anschließbare
Geräte
weitergegeben werden. Eine Steuereinheit 6 dient in bekannter
Weise zur Steuerung der Vakuumgeräte. Hier kann beispielsweise
von zentraler Stelle aus das Ein- und Ausschalten von einzelnen
Vakuumgeräten
abhängig
von dem in dem Vakuumsystem ablaufenden Prozess geschehen. Zur Kommunikation
zwischen den Vakuumgeräten
und der Steuereinheit ist ein Bussystem 5 vorgesehen, an
welches Steuereinheit und Vakuumgeräte angeschlossen sind, beispielsweise über eine
Kabelverbindung 5a. Den angeschlossenen Geräten und
Einheiten werden Adressen zugewiesen, an denen sie zur Kommunikation
erreichbar sind. Als Komunikationsmittel zur Gestaltung des Bussystems
können
Kabel und Funkstrecken zum Einsatz kommen. Zur Kommunikation selbst
können übliche Protokolle
und Verfahren genutzt werden, beispielsweise Internetprotokolle
oder solche, die im Bereich der industrieüblichen „speicherprogrammierbare Steuerung
(SPS)” genutzt
werden.
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Im
ersten Ausführungsbeispiel
nach 1 ist eine Verwaltungseinheit 7 über eine
Kabelverbindung 5b an das Bussystem 5 angeschlossen.
Diese Verwaltungseinheit sammelt und verteilt Konfigurationsdaten
der Vakuumgeräte.
Das Bussystem ist in diesem Beispiel so ausgeführt, dass eine parallele Kommunikation
durchgeführt
werden kann. Insbesondere muss das Bussystem so gestaltet sein,
dass es den quasigleichzeitigen Betrieb mit mehreren sogenannten
Mastern erlaubt. Beispiele solcher Bussysteme sind Ethernet und
der „Process
Field Bus" (Profibus).
Verwaltungs- und Steuereinheit sind in diesem Zusammenhang Master.
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Im
zweiten Ausführungsbeispiel
nach 2 besitzt die Verwaltungseinheit 7 ein
Funkmodul und kommuniziert über
eine Funkverbindung 5b' mit
einem an ein zweites Bussystem 5' angeschlossenen Funkmodul. Das
zweite Bussystem ist parallel zum ersten Bussystem 5 angeordnet,
so dass über
beide ein Datenaustausch stattfinden kann. Mit der Funkverbindung 5b' als Verbindung
zum Bussystem lässt sich
besonders einfach eine temporär
anschließbare Verwaltungseinheit
realisieren. Sie kann dann beispielsweise die Form eines Personal
Digital Assistant (PDA) annehmen oder ein mit einem Funkmodul ausgerüsteter tragbarer
Computer („Laptop") sein. Denkbar ist
auch, das komplette Bussystem 5' oder Teile davon über Funkverbindungen
aufzubauen.
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Im
dritten Ausführungsbeispiel
der Anordnung nach 3 sind Steuereinheit und Verwaltungseinheit
Teile einer Kontrolleinheit 9, welche über eine Verbindung 5b" an das Busssystem 5 angeschlossen
ist. Diese Verbindung kann wie gezeigt aus mehreren Kabeln bestehen.
Alternativ ist es denkbar, ein Kabel zu verwenden, auf welches durch geeignete
Mittel die Daten beider Einheiten 6 und 7 gegeben
werden. Über
eine Außenverbindung 10 ist es
der möglich
Verwaltungseinheit, Daten zu empfangen und zu senden. Eine solche
Verbindung kann beispielsweise eine Computernetzwerkverbindung wie
Intranet oder Internet sein.
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Die
Datenaustausche zwischen Vakuumgerät und Steuereinheit einerseits
und Vakuumgerät und
erfindungsgemäßer Verwaltungseinheit
andererseits sind unabhängig
voneinander. Das bedeutet insbesondere, dass die Verwaltungseinheit
Daten aus dem Vakuumgerät
auslesen kann, ohne den Datenaustausch zwischen Vakuumgerät und Steuereinheit
wesentlich zu beeinträchtigen.
Gewährleistet wird
dies durch den oben beschriebenen Aufbau der Anordnung. Die im Datenaustausch übertragenen Daten
setzen sich aus Steuerdaten, Betriebsdaten und Konfigurationsdaten
zusammen. Dabei umfassen die Steuerdaten insbesondere Stellbefehle
und Anweisungen, die vom Steuergerät auf das Vakuumgerät übertragen
werden und beispielsweise Aktionen auslösen wie Auslesen eines Messwertes, Ändern der
Drehzahl, und dergleichen. Die Betriebsdaten umfassen die Ist-Werte
des Vakuumgeräts
und werden von Steuer- und/oder Verwaltungseinheit nur ausgelesen.
Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Drehzahl, einen Druck
oder eine Temperatur. Die Konfigurationsdaten umfassen die solche
Daten wie Pumpentyp, Softwarestand, Einstellungen von Parameter
wie beispielsweise Zyklenzahl und -dauer von Messwertaufnahmen,
Temperatur von Temperaturmanagementsystemen, Kühlmittelfluss, und dergleichen.
Die Summe aller Konfigurationsdaten eines Vakuumgeräts bildet
einen Konfigurationsdatensatz, die Konfigurationsdaten beschreiben
die Konfiguration des Vakuumgeräts.
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Das
Verfahren zum Betreiben der oben beschriebenen Anordnung wird nachfolgend
beispielhaft erläutert.
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Die
Steuereinheit sendet über
das Bussystem Daten an einzelne oder mehrere Vakuumgeräte. Diese
Daten werden von den Betriebsgeräten
an den Vakuumgeräten
empfangen, als Befehle interpretiert und die zugehörigen Aktionen
ausgelöst.
Wenn das Vakuumgerät
eine Vakuumpumpe ist, kann solche eine Aktion beispielsweise das
Beschleunigen aus einem Standbyzustand mit verminderter Rotordrehzahl
auf Enddrehzahl sein. Da das Ablaufen des Prozesses im Rezipienten
bestimmte Aktionen und Zustände
der Vakuumgeräte
bedingt, senden die Betriebsgeräte
der Vakuumgeräte
Betriebsdaten an die Steuereinheit, die ihren Zustand beschreiben.
Dieses Senden kann in regelmäßigen, vordefinierten
Abständen
oder als Reaktion auf einen entsprechenden Befehl der Steuereinheit
geschehen. Das Versenden der Daten zwischen den Betriebsgeräten und
der Steuereinheit stellt einen Datenaustausch dar.
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Die
erfindungsgemäße Verwaltungseinheit sendet
und empfängt
Daten, wobei dieser Datenaustausch mit den Vakuumgeräten stattfindet
und den zuvor beschriebenen Datenaustausch nicht behindert. Bei
diesen Daten handelt es sich um Konfigurationsdaten oder Betriebsdaten
oder beides zusammen. Diese Daten können vielfältig genutzt werden, beispielsweise
können
sie auf einem Anzeigegerät angezeigt,
in einem Datenspeicher abgelegt oder über ein Computernetzwerk übertragen
werden. Ein Beispiel für
die Anwendung des Verfahrens ist, dass eine Vakuumpumpe einen Temperatursensor
enthält, dessen
Temperatursignal als Teil der Betriebsdaten an die Verwaltungseinheit
gesendet wird. Diese speichert jeden Temperaturwert oder nur einen
vorher festgelegten Anteil der Temperaturwerte ab und zeigt sich
gleichzeitig auf einem Anzeigegerät, beispielsweise einem Bildschirm,
an. Auch ist es möglich, dass
die Verwaltungseinheit die aktuellen Betriebs- und Konfigurationsdaten
der Anordnung ganz oder teilweise darstellt und so ihren Zustand
repräsentiert und
visualisiert.
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In
einem weiteren Beispiel sendet die Verwaltungseinheit einen Befehl
an das Vakuumgerät, auf
welchen dieses als Reaktion seine Konfigurationsdaten übermittelt.
Diese werden in einem Schritt B des Verfahrens in der Verwaltungseinheit
unter Angabe der Adresse des Vakuumgeräts innerhalb des Bussystems,
wodurch eine Zuordnung der Konfigurationsdaten zum Vakuumgerät stattfindet,
abgespeichert. Anschließend
wird das Vakuumgerät
ausgetauscht und ein vom Bautyp her gleiches Vakuumgerät an seine
Stelle in die Anordnung eingebaut. Wieder sendet die Verwaltungseinheit
einen Befehl an die Adresse des Vakuumgeräts und erhält als Reaktion Konfigurationsdaten übermittelt.
In der Verwaltungseinheit findet nun ein Vergleich des ganzen oder
eines Teils des Konfigurationsdatensatzes statt. Ist das Ergebnis
des Vergleiches so, dass die Konfigurationsdaten des neuen Vakuumgeräts nicht
denen des alten Vakuumgeräts
entsprechen, werden die im Speicher der Verwaltungseinheit abgelegten Konfigurationsdaten
ganz oder teilweise auf das Vakuumgerät überspielt, so dass es in der
Folge die Funktion des alten Vakuumgeräts erfüllen kann.
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Der
Schritt A des Übertragens
von Konfigurationsdaten oder Betriebsdaten oder beiden zusammen
von einem Vakuumgerät
an die Verwaltungseinheit kann ereignisgesteuert oder zyklisch erfolgen. Zyklisch
heißt,
dass nach Ablauf eines vorgegeben Zeitintervalls der Schritt wiederholt
wird. Dieses Zeitintervall ist in der Verwaltungseinheit oder im
Vakuumgerät
abgelegt. Es kann festgelegt sein oder veränderlich sein. Ein Beispiel
für eine
Ereignissteuerung ist, wenn ein Anwender die Verwaltungseinheit bedient
und dabei den Datenaustausch auslöst.