DE102009022962A1

DE102009022962A1 - Überwachungssystem und Vorrichtung mit einem solchen Überwachungssystem

Info

Publication number: DE102009022962A1
Application number: DE102009022962A
Authority: DE
Inventors: Johannes Starkl; Alexander Stukenkemper
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2009-05-28
Publication date: 2010-12-02
Also published as: BRPI1011291A2; BRPI1011291B1; US9701506B2; CN102448859A; WO2010136278A1; CA2763591A1; CN102448859B; EP2435349B1; EP2435349A1; ES2402892T3; JP2012528059A; BRPI1011291B8; US20120078576A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für eine Vorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn, wobei das Überwachungssystem mindestens eine Recheneinheit umfasst und eingerichtet ist, eine Zustands- und Prozessüberwachung an der Vorrichtung durchzuführen, indem eine Erfassung und zeitsynchrone Visualisierung von Signalen erfolgt, die mittels mindestens einer ersten Analyseeinrichtung zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn in der Vorrichtung und mittels einer Anzahl an weiteren Analyseeinrichtungen zur Erfassung von physikalischen Mess- und Einflussgrößen im Bereich der Vorrichtung generierbar sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung mit einem solchen Überwachungssystem und ein Verfahren unter Verwendung eines solchen Überwachungssystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem für mindestens eine Vorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen das Überwachungssystem zum Einsatz kommt.
Bei der Herstellung und/oder Bearbeitung von Warenbahnen führt die Forderung nach einer Steigerung der Produktivität zu immer höheren Produktionsleistungen der verwendeten Vorrichtungen und infolgedessen auch zu immer höheren Geschwindigkeiten der Warenbahnen bzw. höheren Maschinengeschwindigkeiten.
Auf eine Warenbahn einwirkende Kräfte, die bei niedrigen Geschwindigkeiten noch unproblematisch sind, führen bei hohen Geschwindigkeiten zu Erscheinungen wie beispielsweise einem Flattern der Warenbahn und verursachen in Folge deren Abriss. Solche unkontrollierten und unerwünschten Abrisse haben immer einen Maschinenstillstand und somit einen Produktionsausfall zur Folge. Ein weiteres Problem in Verbindung mit derartigen Abrissen besteht darin, dass die Warenbahn unkontrolliert durch die Vorrichtung oder einen Teilbereich der Vorrichtung läuft, sofern das Auftreten eines Abrisses nicht schnell genug erkannt wird.
Um die Ursache eines Abrisses einer Warenbahn analysieren zu können, werden derzeit erste Analyseeinrichtungen verwendet die unter anderem Laserscanner, Videosysteme, Lichtschranken, Abrissdetektoren, usw. einsetzen. Beispielsweise offenbaren die Dokumente DE 42 16 653 A1 und DE 42 16 653 A1 Verfahren und erste Analyseeinrichtungen zur Erkennung eines Abrisses einer Warenbahn.
Es müssen aber nicht nur Abrisse zuverlässig detektiert werden. Weiterhin sind auch kontinuierliche Qualitätskontrollen und eine permanente Erfassung sonstiger Mess- und Einflussgrößen erforderlich, die die Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn beeinflussen. Dazu sind diverse weitere Analyseeinrichtungen vorgesehen.
Als typische Beispiele für Vorrichtungen zur Herstellung und/oder Bearbeitung von Warenbahnen, z. B. aus Papier, Karton, Kunststofffolie, Metallfolie, Textilien oder Verbundwerkstoffen umfassend zwei oder mehr dieser Materialien, sind unter anderem Papiermaschinen, Druckmaschinen, Kalander, Rotationsstanzmaschinen, Rotationsschneidmaschinen und dergleichen zu nennen.
Dem Betreiber einer Vorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn stehen somit, von den diversen ersten und weiteren Analyseeinrichtungen gelieferte Signale zur Verfügung, um eine Zustands- und Prozessüberwachung im Bereich der Vorrichtung durchzuführen.
Eine Korrelation verschiedener Signale miteinander, insbesondere von mehr als zwei Signalen, gestaltet sich derzeit als schwierig. Mess- und Einflussgrößen, die auf den Bediener der Vorrichtung, Umgebungseinflüsse und dergleichen zurückzuführen sind, lassen sich ebenfalls nur schwer miteinander und mit Signalen hinsichtlich einer Abrisserkennung korrelieren.
Es stellt sich somit die Aufgabe, eine verbesserte Möglichkeit zur Überwachung mindestens einer Vorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Überwachungssystem für mindestens eine Vorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn gelöst, indem das Überwachungssystem mindestens eine Recheneinheit umfasst und eingerichtet ist, eine Zustands- und Prozessüberwachung an der mindestens einen Vorrichtung durchzuführen, indem eine Erfassung und zeitsynchrone Visualisierung von Signalen erfolgt, die mittels mindestens einer ersten Analyseeinrichtung zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn in der mindestens einen Vorrichtung und mittels einer Anzahl an weiteren Analyseeinrichtungen zur Erfassung von physikalischen Mess- und Einflussgrößen im Bereich der mindestens einen Vorrichtung generierbar sind.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn gelöst, umfassend mindestens eine erste Analyseeinrichtung zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn und eine Anzahl an weiteren Analyseeinrichtungen zur Erfassung von physikalischen Mess- und Einflussgrößen, wobei die Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem verbunden ist.
Die Aufgabe wird schließlich durch ein Verfahren zur Überwachung mindestens einer Vorrichtung zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn unter Verwendung des erfindungsgemäßen Überwachungssystems gelöst, wobei mittels des Überwachungssystems, das mindestens eine Recheneinheit umfasst, eine Zustands- und Prozessüberwachung an der mindestens einen Vorrichtung durchgeführt wird, indem eine Erfassung und zeitsynchrone Visualisierung von Signalen erfolgt, welche mittels mindestens einer ersten Analyseeinrichtung zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn und mittels einer Anzahl an weiteren Analyseeinrichtungen zur Erfassung von physikalischen Mess- und Einflussgrößen generiert werden.
Unter einer „zeitsynchronen Visualisierung” wird dabei eine vom Bediener einer Vorrichtung optisch erfassbare Darstellung aller Signale über einer gemeinsamen Zeitachse verstanden, anhand der eine zeitliche Korrelation der einzelnen erfassten Signale quasi auf einen Blick möglich ist.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Betreiber einer Vorrichtung nun nicht mehr unterschiedliche Anzeigen oder Displays an verschiedenen Analyseeinrichtungen, die meist räum lich voneinander getrennt angeordnet sind, beobachten, gegebenenfalls auswerten und per Hand miteinander korrelieren muss. Das Überwachungssystem ermöglicht eine gleichzeitige Darstellung von Signalen, die bisher nicht ohne weiteres miteinander korrelierbar waren. Dies ermöglicht eine besonders schnelle und effektive Fehlersuche und Fehleranalyse an der mindestens einen Vorrichtung. Fehler im Bereich der mindestens einen Vorrichtung können gegebenenfalls bereits vor ihrer Entstehung vorausgesehen werden und dadurch rechtzeitiger als bisher eingegriffen und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Die Qualitätssicherung und Dokumentation wird durch das Überwachungssystem wesentlich vereinfacht und die Produktionsleistung erhöht.
Zudem können mehrere voneinander unabhängige Vorrichtungen mittels eines einzigen Überwachungssystems überwacht und gegebenenfalls deren erfasste Signale im Vergleich zueinander betrachtet werden. Dies ermöglicht eine noch verbesserte Erkennung von kritischen Mess- und Einflussgrößen sowie von Wechselwirkungen, die bei einer Betrachtung einer einzelnen Vorrichtung nicht ohne weiteres sichtbar werden.
Die mindestens eine Recheneinheit des Überwachungssystems umfasst vorzugsweise mindestens ein Computerprogramm, mittels welchem die Signale der ersten und weiteren Analyseeinrichtungen erfassbar und auf einem Zeitstrahl synchronisierbar sind. Besonders bevorzugt sind die Signale mittels des mindestens einen Computerprogramms zeitsynchron über einen längeren Zeitraum aufzeichen- und speicherbar. So können auch Vergleiche mit Aufzeichnungen anderer Vorrichtungen, die auf der gleichen Recheneinheit oder einer anderen Recheneinheit des Überwachungssystems erfasst sind/werden, problemlos durchgeführt werden.
Es müssen dabei nicht alle Signale, die von den vorhandenen ersten und/oder weiteren Analyseeinrichtungen der mindestens einen Vorrichtung generiert werden, im Überwachungssystem erfasst werden. Jedoch sollten zumindest die Signale, die dem Bediener bereits als relevant bekannt sind, erfasst werden. Es hat sich allerdings bewährt, alle im Bereich der mindestens einen Vorrichtung vorhandenen Signale zu erfassen, um neben den bereits bekannten auch bisher noch nicht bekannte Wechselwirkungen und Beeinflussungen zwischen Mess- und Einflussgrößen erkennen zu können.
Das Überwachungssystem umfasst bevorzugt mindestens eine Anzeigeeinheit, wie beispielsweise einen Bildschirm, ein Display oder dergleichen, zur zeitsynchronen Visualisierung der von der mindestens einen Recheneinheit erfassten und synchronisierten Signale. Dabei kann es sich um eine direkt an der mindestens einen Vorrichtung angeordnete Anzeigeeinheit und/oder eine in einiger Entfernung zu der mindestens einen Vorrichtung, beispielweise eine in einem Leitstand zur Fernbedienung einer Vorrichtung angeordnete Anzeigeeinheit handeln. Dabei ist die mindestens eine Anzeigeeinheit über eine Leitung oder per Funk mit der mindestens einen Recheneinheit verbunden oder ist alternativ ein Bestandteil der mindestens einen Recheneinheit.
Die mindestens eine Recheneinheit ist insbesondere eingerichtet, Signale zu erfassen, welche von mindestens einem Laserscanner und/oder mindestens einer Kamera und/oder mindestens einer Videokamera und/oder mindestens einer Lichtschranke und/oder mindestens einem Helligkeitssensor oder dergleichen generierbar sind. Diese werden bevorzugt im Bereich einer ersten Analyseeinrichtung zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn eingesetzt.
Die mindestens eine Recheneinheit ist weiterhin vorzugsweise dazu eingerichtet, Signale zu erfassen, die von mindestens einem Drehzahlsensor und/oder mindestens einem Strommessgerät und/oder mindestens einem Spannungsmessgerät und/oder mindestens einem Temperaturfühler und/oder mindestens einem Feuchtemessgerät und/oder mindestens einem akustischen Warngerät und/oder mindestens einem optischen Warngerät oder dergleichen generierbar sind.
Es können weitere Signale, die eine Bewegung der Warenbahn, einen Defekt der Warenbahn, wie z. B. in Form von Löchern, Rissen, Falten, Randumschlägen usw., einen Defekt der Vorrichtung, einen Einfluss durch einen Bediener oder sonstiges widerspiegeln, mittels der mindestens einen Recheneinheit erfasst, synchronisiert und über die mindestens eine Anzeigeeinheit zeitsynchron visualisiert werden.
Mittels des Überwachungssystems können bevorzugt auch mindestens zwei Vorrichtungen zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer oder je einer Warenbahn überwacht werden. Dabei können die überwachten Vorrichtungen unabhängig voneinander oder parallel betrieben werden, beispielsweise zwei Papiermaschinen, die jeweils eine Warenbahn erzeugen. Die überwachten Vorrichtungen können aber auch nacheinander betrieben werden. Dies wäre beispielsweise bei einer Papiermaschine und einer unmittelbar nachfolgenden Rotationsstanzmaschine der Fall, wobei in die, in der Papiermaschine erzeugte Warenbahn mittels der Rotationsstanzmaschine Öffnungen gestanzt werden.
1 zeigt schematisch ein mögliches Beispiel für ein Überwachungssystem bzw. eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß der Erfindung.
1 zeigt in der unteren Bildhälfte schematisch eine Vorrichtung 2 zur Herstellung einer Warenbahn 4. Die Vorrichtung 2 umfasst eine Papiermaschine 3, in der die Warenbahn 4, hier in Form einer Papierbahn, gebildet und in Pfeilrichtung transportiert wird. Die Vorrichtung 2 umfasst weiterhin eine erste Analyseeinrichtung 5 zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn 4, welche im Bereich der Papiermaschine 3 die Messgrößen M1, M2, M3, M4 mittels Lichtschranken und Drehzahlsensoren sammelt, verknüpft und im Fall eines detektierten Abrisses der Warenbahn 4 ein Warnsignal ausgibt. Die erste Analyseeinrichtung 5 kann dabei auch in die Steuerung und/oder Regelung der Papiermaschine 3 eingreifen, um einen drohenden Abriss zu verhindern und/oder nach erfolgtem Abriss Sicherungsmaßnahmen einzuleiten, wie beispielsweise einen Stopp der Papiermaschine 3 und dergleichen. Die Vorrichtung 2 umfasst weitere Analyseeinrichtungen 6a, 6b, 6c, 6d zur Erfassung von physikalischen Mess- und Einflussgrößen im Bereich der Vorrichtung 2. So handelt es sich bei einer ersten der weiteren Analyseeinrichtungen 6a um ein Multimeter, das eine Messgröße M5 in Form einer Stromaufnahme und eine Messgröße M6 in Form einer Spannung eines Antriebsmotors im Bereich der Papiermaschine 3 erfasst. Bei einer zweiten der weiteren Analyseeinrichtungen 6b handelt es sich um eine Temperaturmesseinrichtung, welche als eine Einflussgröße E1 auf die Papiermaschine 3 die Umgebungstemperatur erfasst.
Bei einer dritten der weiteren Analyseeinrichtungen 6c handelt es sich um eine Videokamera, welche als Messgrößen M7 und M8 Bilder der Warenbahn 4 während des Durchlaufs durch die Papiermaschine 3 liefert. Mittels der Videokamera können eine Faltenbildung, Löcher, Randumschläge, Risse oder sonstige Fehler in der Warenbahn 4 erkannt werden. Bei einer vierten der weiteren Analyseeinrichtungen 6d handelt es sich um ein Feuchtemessgerät, welches als eine Einflussgröße E2 auf die Papiermaschine 3 die absolute Luftfeuchte in der Umgebung der Papiermaschine 3 erfasst. Selbstverständlich können noch zusätzliche weitere Analyseeinrichtungen vorhanden sein, die Defekte an der Papiermaschine 3, den Verlauf der Warenbahn 4 in der Papiermaschine 3, Vorgaben des Bedieners, Einflüsse durch den Bediener, weitere Fremdeinflüsse, wie z. B. durch Vibration oder Sonneneinstrahlung, und dergleichen erfassen.
Weiterhin ist in der oberen Bildhälfte der 1 schematisch ein Überwachungssystem 1 für die Vorrichtung 2 dargestellt, das eine Recheneinheit 1a umfasst. Die Recheneinheit 1a ist eingerichtet, eine Zustands- und Prozessüberwachung an der Vorrichtung 2 durchzuführen, indem eine Erfassung und zeitsynchrone Visualisierung von Signalen S1, S2, S3, S4, S5 erfolgt, die mittels der ersten Analyseeinrichtung 5 zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn und mittels der weiteren Analyseeinrichtungen 6a, 6b, 6c, 6d zur Erfassung von physikalischen Messgrößen M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8 und Ein flussgrößen E1, E2 im Bereich der Vorrichtung 2 generiert werden.
Die Recheneinheit 1a umfasst ein Computerprogramm 11, mittels welchem die Signale S1, S2, S3, S4, S5 erfasst und auf einem Zeitstrahl synchronisiert werden. Weiterhin umfasst das Überwachungssystem 1 eine Anzeigeeinheit 12, die in diesem Beispiel in die Recheneinheit 1a integriert ist, jedoch auch lediglich mit der Recheneinheit 1a über eine Leitung oder per Funk verbunden sein könnte.
Die Anzeigeeinrichtung 12 dient dazu, dem Bediener der Vorrichtung 2 eine detaillierte visuelle Übersicht über alle generierten Signale S1, S2, S3, S4, S5 in einer einzigen Darstellung und auf einem gemeinsamen Zeitstrahl zu geben.
Dies erleichtert dem Bediener der Vorrichtung 2 eine Erkennung von Zusammenhängen zwischen einzelnen Signalen S1, S2, S3, S4, S5. Eine Fehlersuche und -analyse wird vereinfacht und beschleunigt. Der Bediener wird in die Lage versetzt, schnell zu reagieren und drohende Schäden an der Vorrichtung 2 frühzeitig abzuwenden. Des Weiteren wird die Qualitätssicherung und Dokumentation wesentlich vereinfacht und verbessert und die Produktionsleistung gesteigert.
Ein Fachmann ist in Kenntnis der Erfindung ohne weiteres in der Lage, die erfindungsgemäße Lösung auf diverse Vorrichtungen zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn zu übertragen. Dies könnten beispielsweise Druckmaschinen, Kalander, Rotationsstanzmaschinen, Rotationsschneidmaschinen und dergleichen sein. Zudem können Warenbahnen nicht nur aus Papier, sondern beispielsweise auch aus Karton, Kunststofffolie, Metallfolie, Textilien oder Verbundwerkstoffen, umfassend zwei oder mehr dieser Materialien inklusive Papier, gebildet sein. Die ersten und weiteren Analyseeinrichtungen einer Vorrichtung können weiterhin in ihrer Art und Anzahl unterschiedlich gewählt sein. Wichtig ist hierbei lediglich, dass zumindest die relevanten, bevorzugt aber alle, Mess- und Einflussgrößen im Überwachungssystem erfasst und zeitsynchron visualisiert werden können. Zudem kann ein Überwachungssystem nicht nur eine Vorrichtung, sondern auch zwei oder mehr Vorrichtungen gleichzeitig überwachen. Dabei können die Vorrichtungen getrennt voneinander, parallel zueinander und/oder in Abfolge nacheinander angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4216653 A1 [0004, 0004]

Claims

Überwachungssystem (1) für mindestens eine Vorrichtung (2) zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (1) mindestens eine Recheneinheit (1a) umfasst und eingerichtet ist, eine Zustands- und Prozessüberwachung an der mindestens einen Vorrichtung (2) durchzuführen, indem eine Erfassung und zeitsynchrone Visualisierung von Signalen erfolgt, die mittels mindestens einer ersten Analyseeinrichtung (5) zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn (4) in der mindestens einen Vorrichtung (2) und mittels einer Anzahl an weiteren Analyseeinrichtungen (6a, 6b, 6c, 6d) zur Erfassung von physikalischen Mess- und Einflussgrößen im Bereich der mindestens einen Vorrichtung (2) generierbar sind.
Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Recheneinheit (1a) mindestens ein Computerprogramm (11) umfasst, mittels welchem die Signale erfassbar und auf einem Zeitstrahl synchronisierbar sind.
Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (1) mindestens eine Anzeigeeinheit (12) zur zeitsynchronen Visualisierung der Signale umfasst.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Recheneinheit (1a) eingerichtet ist, Signale zu erfassen, welche von mindestens einem Laserscanner und/oder mindestens einer Kamera und/oder mindestens einer Videokamera und/oder mindestens einer Lichtschranke und/oder mindestens einem Helligkeitssensor generierbar sind.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Recheneinheit (1a) eingerichtet ist, Signale zu erfassen, die von mindes tens einem Drehzahlsensor und/oder mindestens einem Strommessgerät und/oder mindestens einem Spannungsmessgerät und/oder mindestens einem Temperaturfühler und/oder mindestens einem Feuchtemessgerät und/oder mindestens einem akustischen Warngerät und/oder mindestens einem optischen Warngerät generierbar sind.
Vorrichtung (2) zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn (4), umfassend mindestens eine erste Analyseeinrichtung (5) zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn (4) und eine Anzahl an weiteren Analyseeinrichtungen (6a, 6b, 6c, 6d) zur Erfassung von physikalischen Mess- und Einflussgrößen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Vorrichtung (2) um eine Papiermaschine, eine Druckmaschine, einen Kalander, eine Rotationsstanzmaschine oder eine Rotationsschneidmaschine handelt.
Verfahren zur Überwachung mindestens einer Vorrichtung (2) zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer Warenbahn (4), unter Verwendung eines Überwachungssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mittels des Überwachungssystems (1), das mindestens eine Recheneinheit (1a) umfasst, eine Zustands- und Prozessüberwachung an der mindestens einen Vorrichtung (2) durchgeführt wird, indem eine Erfassung und zeitsynchrone Visualisierung von Signalen erfolgt, welche mittels mindestens einer ersten Analyseeinrichtung (5) zur Erkennung eines Abrisses der Warenbahn (4) und mittels einer Anzahl an weiteren Analyseeinrichtungen (6a, 6b, 6c, 6d) zur Erfassung von physikalischen Mess- und Einflussgrößen generiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Überwachungssystems (1) mindestens zwei Vorrichtungen (2) zur Herstellung und/oder Bearbeitung einer oder je einer Warenbahn (4) überwacht werden.