DE102012016269A1 - Electric machine with a monitoring device - Google Patents
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Abstract
Es ist eine elektrische Maschine (8) vorgesehen, das eine Überwachungseinrichtung (14) umfasst, die eingerichtet ist, einen Betriebszustand und/oder einen Umgebungszustand der elektrischen Maschine (8) zu überwachen und eine Ausfallwahrscheinlichkeit der elektrischen Maschine (8) basierend auf dem überwachten Betriebszustand und/oder Umgebungszustand abzuleiten.An electric machine (8) is provided, which comprises a monitoring device (14) which is set up to monitor an operating state and / or an ambient state of the electric machine (8) and a failure probability of the electric machine (8) based on the monitored one Derive operating status and / or ambient condition.
Description
Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Maschinen, insbesondere in elektrische Maschinen eingebaute Überwachungseinrichtungen. Weiterhin betrifft die Erfindung das Gebiet des Überwachens von elektrischen Maschinen auf ihre Ausfallwahrscheinlichkeit.The invention relates generally to electrical machines, in particular built-in electrical machines monitoring devices. Furthermore, the invention relates to the field of monitoring of electrical machines for their probability of failure.
Elektrische Maschinen, wie beispielsweise Feldgeräte, sind technische Einrichtung, die in der Automatisierungstechnik in Produktionsprozessen zum Einsatz kommen. Darunter fallen Aktoren, wie Stellglieder und Ventile als auch Sensoren, wie Messumformer in der Fabrik- und Prozessautomation.Electrical machines, such as field devices, are technical devices that are used in automation technology in production processes. These include actuators, such as actuators and valves, as well as sensors, such as transmitters in factory and process automation.
Als Teil eines Produktionsprozesses sollte die elektrische Maschine möglichst ausfallsicher sein, da im Falle eines Ausfalls schlimmstenfalls der gesamte Produktionsprozess zum Stillstand kommt, was zu hohen wirtschaftlichen Schäden führen kann.As part of a production process, the electric machine should be as fail-safe as possible, since in the worst case, the entire production process comes to a standstill in the event of a failure, which can lead to high economic damage.
Aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektrische Maschine anzugeben.It is an object of the invention to provide an improved electrical machine.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the features of independent claim 1.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine elektrische Maschine eine Überwachungseinrichtung, die eingerichtet ist, einen Betriebszustand und/oder einen Umgebungszustand der elektrischen Maschine zu überwachen und eine Ausfallwahrscheinlichkeit der elektrischen Maschine basierend auf dem überwachten Betriebszustand und/oder Umgebungszustand abzuleiten.According to one aspect of the invention, an electrical machine comprises a monitoring device, which is set up to monitor an operating state and / or an ambient state of the electrical machine and to derive a failure probability of the electrical machine based on the monitored operating state and / or ambient state.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist vorgesehen, dass auch Produkteigenschaften eines im Produktionsprozess erzeugten Produktes überwacht werden, um daraus Schlüsse über die nächste erforderliche Wartungstätigkeiten zu ziehen.In one embodiment of the object according to the invention, it is provided that product properties of a product produced in the production process are also monitored in order to draw conclusions about the next required maintenance activities.
Die elektrische Maschine kann ein beliebiges elektrisches Gerät, wie ein Motor, ein Generator oder ein Controller sein.The electric machine may be any electrical device such as a motor, a generator or a controller.
Der angegebenen elektrischen Maschine liegt die Überlegung zugrunde, dass es mit dem eingangs genannten Safety-Überwachungsmodul zwar möglich ist, Fehler in einem einen Produktionsprozess ausführenden System zu finden und das System entsprechend vor negativen Auswirkungen aufgrund dieses Fehlers zu schützen, jedoch reagiert das bekannte Safety-Überwachungsmodul ausschließlich auf bereits vorhandene Fehler was stets eine Abweichung von einem planmäßigen Produktionsablauf zur Folge hat und damit zwangsläufig zu wirtschaftlichen Schäden führt.The specified electrical machine is based on the consideration that although it is possible with the safety monitoring module mentioned above to find faults in a system carrying out a production process and accordingly to protect the system from negative effects due to this fault, the known safety device responds. Monitoring module exclusively on existing errors which always results in a deviation from a planned production process and thus inevitably leads to economic damage.
Demgegenüber besteht eine Idee der angegebenen elektrischen Maschine darin, seine eigene Ausfallwahrscheinlichkeit und damit die Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, dass Fehler auftreten, um beispielsweise dem technischen Personal eine Information über seine noch zu erwartende Lebensdauer und über seine zu erwartende Zuverlässigkeit zu geben. Dies kann beispielsweise durch einen Abgleich mit gesammelten statistischen Daten über die elektrische Maschine erfolgen.In contrast, an idea of the specified electrical machine is to determine its own probability of failure and thus the probability that errors occur, for example, to give the technical staff information about its expected life and its expected reliability. This can be done for example by a comparison with collected statistical data via the electric machine.
Unter der auch Ausfallrate genannten Ausfallwahrscheinlichkeit eines technischen Systems soll nachstehend eine statistische Größe verstanden werden, deren Wert die Wahrscheinlichkeit des Versagens oder die Wahrscheinlichkeit einer Störung des technischen Systems angibt. Die Ausfallwahrscheinlichkeit ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine elektrische Maschine innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ausfällt. Verwandte, daraus errechenbare Größen sind die Fehlerrate, das heißt der Prozentsatz der elektrischen Maschinen aus einer Flotte, die in einem fest definierten Zeitraum ausfallen sowie die mittlere Lebensdauer des technischen Systems. Die Ausfallwahrscheinlichkeit kann auch die Anzahl an Ausfällen eines technischen Systems über eine definierte Zeiteinheit sein, so dass sich aus dem Kehrwert der Ausfallwahrscheinlichkeit die mittlere Lebensdauer des technischen Systems entnehmen lässt.The failure probability of a technical system, also referred to as the failure rate, shall be understood below to mean a statistical quantity whose value indicates the probability of failure or the probability of a malfunction of the technical system. The probability of failure is the probability that an electric machine will fail within a given period of time. Related variables that can be calculated from this are the error rate, ie the percentage of electrical machines from a fleet that fail within a defined period of time as well as the average service life of the technical system. The probability of failure can also be the number of failures of a technical system over a defined time unit, so that it is apparent from the inverse of the probability of failure, the average life of the technical system.
Aus der Ausfallwahrscheinlichkeit lässt sich noch im laufenden Produktionsprozess oder bei Wartungsmaßnahmen die Notwendigkeit ableiten, Maßnahmen zur Sicherung des fehlerfreien Zustands der elektrischen Maschine und damit des reibungslosen Produktionsprozesses zu ergreifen, was die Wahrscheinlichkeit für einen außerplanmäßigen Halt des Produktionsprozesses senkt und somit die Gefahr wirtschaftlicher Schäden reduziert.From the probability of failure can be derived during the ongoing production process or maintenance measures the need to take measures to secure the faultless state of the electric machine and thus the smooth production process, which reduces the likelihood of an unplanned stop the production process and thus reduces the risk of economic damage ,
Die Ausfallwahrscheinlichkeit lässt sich auf beliebige Weise bestimmen. So können beispielsweise bekannte Modelle der elektrischen Maschine herangezogen werden, die es ermöglichen, die Zuverlässigkeit und/oder den Gesundheitszustand der elektrischen Maschine basierend auf dem vergangenen und derzeitigen Einsatzbedingungen der elektrischen Maschine abzuleiten. Eine auf einer Leiterplatte implementierte elektronische Schaltung der elektrischen Maschine könnte beispielsweise auf ihre Temperatur hin überwacht werden, woraus sich dann über das bekannte Modell Rückschlüsse auf die Ausfallwahrscheinlichkeit ziehen lassen.The probability of failure can be determined in any way. So can For example, known models of the electric machine are used, which make it possible to derive the reliability and / or health of the electric machine based on the past and present conditions of use of the electric machine. An electronic circuit of the electrical machine implemented on a printed circuit board could be monitored, for example, for its temperature, from which conclusions about the probability of failure can then be drawn about the known model.
Bevorzugt kann die Überwachungsvorrichtung eingerichtet sein, die Ausfallwahrscheinlichkeit an einen Benutzer auszugeben. Der Benutzer kann beispielsweise das technische Personal sein, das den Produktionsprozess, in den die elektrische Maschine integriert ist, überwacht. Durch die Angabe der Ausfallwahrscheinlichkeit des Feldgerätes während des Produktionsprozesses kann das technische Personal im Falle einer kritischen Ausfallwahrscheinlichkeit der angegebenen elektrischen Maschine noch im laufenden Produktionsprozess über den Zeitpunkt und die Art weiterer Sicherungsmaßnahmen für die betreffende elektrische Maschine entscheiden, ohne dass unmittelbar der gesamte Produktionsprozess gestoppt werden müsste.Preferably, the monitoring device can be set up to output the probability of failure to a user. For example, the user may be the technical person who oversees the production process in which the electric machine is integrated. By specifying the probability of failure of the field device during the production process, the technical staff in case of critical probability of failure of the specified electric machine still in the current production process on the timing and type of further safeguards for the relevant electric machine decide without directly the entire production process can be stopped would.
Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachungsvorrichtung eingerichtet sein, basierend auf der abgeleiteten Ausfallwahrscheinlichkeit eine Maßnahme zur Sicherung eines Funktionszustandes der elektrischen Maschine einzuleiten. Derartige Maßnahmen könnten beispielsweise in einer Reduktion der Leistung der angegebenen elektrischen Maschine bis zur Wartung des Feldgerätes liegen, wodurch zwar der gesamte Produktionsprozess in seiner Leistung eingeschränkt wird, weil der Produktionsprozess beispielsweise nur noch mit einem verminderten Durchsatz durchführbar ist, er wird jedoch nicht vollständig unterbrochen.Alternatively or additionally, the monitoring device can be set up to initiate a measure for securing a functional state of the electrical machine based on the derived probability of failure. Such measures could be, for example, in a reduction of the power of the specified electric machine to the maintenance of the field device, whereby the entire production process is limited in its performance, because the production process, for example, only with a reduced throughput is feasible, but it is not completely interrupted ,
In einer Weiterbildung umfasst die angegebene elektrische Maschine einen Speicher, in dem Daten zur Nutzungs- und/oder Wartungshistorie, zu den Umgebungsbedingungen und/oder Testergebnissen zu dem Feldgerät gespeichert sind.In a development, the indicated electrical machine comprises a memory in which data for use and / or maintenance history, environmental conditions and / or test results for the field device are stored.
Die Überwachungseinrichtung ist dabei vorzugsweise eingerichtet, die Ausfallwahrscheinlichkeit der elektrischen Maschine basierend auf wenigstens einem Teil der Daten im Speicher abzuleiten. Durch die im Speicher hinterlegten Daten können zur Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit prädiktive Verfahren verwendet werden, wodurch sich die Ausfallwahrscheinlichkeit zuverlässiger bestimmen lässt.The monitoring device is preferably set up to derive the probability of failure of the electrical machine based on at least part of the data in the memory. Due to the data stored in the memory, predictive methods can be used to determine the probability of failure, whereby the probability of default can be determined more reliably.
In einer anderen Weiterbildung umfasst die angegebene elektrische Maschine einen Sensor zum Erfassen des Betriebszustandes und/oder einen Sensor zum Erfassen des Umgebungszustandes. Durch die Betriebszustände in dem angegebenen Feldgerät als auch die Umgebungszustände um das angegebene Feldgerät kann die Genauigkeit der Ausfallwahrscheinlichkeit weiter gesteigert werden, da sich aus diesen Zuständen direkt die Belastung der einzelnen Komponenten des Feldgerätes ableiten lässt.In another refinement, the specified electrical machine comprises a sensor for detecting the operating state and / or a sensor for detecting the ambient state. The operating states in the indicated field device as well as the ambient conditions around the indicated field device can further increase the accuracy of the probability of failure since the load of the individual components of the field device can be derived directly from these states.
In einer besonderen Weiterbildung umfasst die angegebene elektrische Maschine eine Datenschnittstelle, die eingerichtet ist Informationen von einer weiteren elektrischen Maschine zu empfangen.In a particular development, the specified electrical machine comprises a data interface that is set up to receive information from another electrical machine.
In einer bevorzugten Weitebildung ist die Überwachungseinrichtung des angegebenen Feldgeräts eingerichtet, die Ausfallwahrscheinlichkeit der elektrischen Maschine basierend auf den empfangenen Informationen abzuleiten. Aus den empfangenen Informationen lassen sich statistische Informationen wie beispielsweise Mittelwerte und Abweichungen für die in die Ausfallwahrscheinlichkeit einfließenden Daten oder der Ausfallwahrscheinlichkeit selbst bestimmen, was den Informationsgehalt der Ausfallwahrscheinlichkeit weiter steigert.In a preferred development, the monitoring device of the specified field device is set up to derive the failure probability of the electrical machine based on the received information. Statistical information such as mean values and deviations for the data flowing into the probability of failure or the probability of failure itself can be determined from the received information, which further increases the information content of the probability of default.
In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung ist die Datenschnittstelle der angegebenen elektrischen Maschine eingerichtet, Informationen über den überwachten Betriebszustand und/oder den überwachten Umgebungszustand zu senden.In an alternative or additional development, the data interface of the specified electrical machine is set up to send information about the monitored operating state and / or the monitored ambient state.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst die angegebene elektrische Maschine eine Eingabeschnittstelle zum Einstellen und/oder Programmieren der Überwachungseinrichtung. Auf diese Weise kann die Funktionalität Überwachungseinrichtung angepasst oder aktualisiert werden, um die Überwachung der angegebenen elektrischen Maschine an örtliche und/oder zeitliche Veränderungen anzupassen.In a particularly preferred development, the specified electrical machine comprises an input interface for setting and / or programming the monitoring device. In this way, the functionality monitoring device can be adapted or updated to adapt the monitoring of the specified electric machine to local and / or temporal changes.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
In den Figuren werden gleiche Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same elements of identical or comparable function are provided with the same reference numerals.
In dem in
Die Feldgeräte
Um die Gefahr eines Ausfalls der Feldgeräte
Die Steuervorrichtung
In der R&M Datenbank
Der R&M Controller
An den Sensoranschluss
An den Sensoranschluss
Der Serviceanschluss
Der Serviceanschluss
Zweck und Gestaltung der zwei Anschlüssen sind sehr unterschiedlich. Für den HMI-Anschluss
Über den Kommunikationsanschluss
Über den HMI-Anschluss
Der HMI-Anschluss
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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