DE102014109436A1

DE102014109436A1 - Fehlerdetektionssystem für Stellglieder

Info

Publication number: DE102014109436A1
Application number: DE102014109436.0A
Authority: DE
Inventors: c/o SMC Corp. Aki Tomohiko
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: US20150007713A1; DE102014109436B4; KR101668826B1; CN104280243A; JP6011875B2; JP2015014990A; US9891135B2; CN110030230A; KR20150006386A

Abstract

Eine Fehlerdetektionsvorrichtung (14) eines Fehlerdetektionssystems (10) umfasst einen Detektionszeitrechner (44), der eine Hubzeit T3, die ein Kolben (32) benötigt, um zwischen einem Ende (26) und einem anderen Ende (28) eines Stellgliedes (18) zu verfahren, auf der Basis von Detektionssignalen von einem ersten Sensor (20) und einem zweiten Sensor (22) berechnet, einen statistischen Prozessor (52), welcher eine vorbestimmte statistische Berechnung für die Hubzeit T3 durchführt, und einen Fehlerantwortdetektor (55), welcher auf der Basis eines Verarbeitungsergebnisses des statistischen Prozessors (52) detektiert, ob ein Fehler des Stellgliedes (18) aufgetreten ist oder nicht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fehlerdetektionssystem zur Erfassung einer Abnormalität eines Stellglieds auf der Basis einer Bewegungszeit eines beweglichen Elementes in dem Stellglied.
Beschreibung des Standes der Technik:
Bei einem Stellglied, bei dem ein bewegliches Element durch Zufuhr eines Druckfluides (bspw. einem unter Druck gesetzten Gas) verschoben wird, wird üblicherweise vor dem Auftreten eines Fehlers eine Wartung durchgeführt, wenn die Nutzungsfrequenz oder eine Anzahl von Operationen (Betriebszeit, Dauer der Verwendung) ein gegebenes, empirisch bestimmtes Niveau erreicht.
Herkömmlicherweise kann aber auch bei einem normalen Stellglied, das aktuell keine Verschlechterung oder Abnutzung erfährt, bei der Routinewartung ein Austausch des Stellgliedes erfolgen, ohne dass dies notwendig ist, was zu einer Kostensteigerung führt. Im Markt wird außerdem angestrebt, die Produktivität der Ausrüstung, in welcher das Stellglied verwendet wird, zu steigern und die Kosten von mit einer solchen Ausrüstung hergestellten Produkten zu senken, indem die Hubzeit (Takt) verkürzt und dadurch die Taktzeit des beweglichen Stellgliedes gesteigert wird. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, dass das Wartungsintervall nicht auf der Basis der Beurteilung eines Bedieners festgelegt wird, sondern vielmehr für das Stellglied automatisch und numerisch gemanagt wird.
Außerdem wird im Allgemeinen angenommen, dass die Abnutzung eines Stellglieds, bei dem ein Druckfluid verwendet wird, durch auf das Stellglied ausgeübte Lastzustände erfolgt oder durch zeitbasierte Veränderungen, d. h. Alterung, einer Fluiddruckvorrichtung, bspw. einer Pneumatikvorrichtung oder dergleichen, die das Stellglied aufweist. Außerdem kann die Fluiddruckvorrichtung unter der Annahme, dass das Auftreten eines Ausfalls des Stellgliedes erfasst werden kann, bevor ein Fehlverhalten des Stellgliedes durch die Abnutzung durch Änderung der Taktzeit bewirkt wird, bis kurz vor dem Ende ihres Lebenszyklus weiter verwendet werden. Dadurch kann die Ausrüstung mit maximaler Effizienz betrieben werden.
Anstatt die Wartungsvorgänge auf der Basis der Nutzungsfrequenz oder der Zahl von Operationen (Betriebszeit, Verwendungsdauer) durchzuführen, wurden daher verschiedene Arten von Fehlerdetektionssystemen vorgeschlagen, die mit einer Fehlervorhersagefunktion zur automatischen und numerischen Erfassung eines Fehlers oder einer Abnormalität des Stellgliedes ausgestattet sind.
Bspw. illustriert 9 ein Fehlerdetektionssystem 100, bei dem ein Fehler eines Stellglieds durch die Messung von Veränderungen der Strömungsrate und des Druckes eines Druckfluides detektiert wird. Bei einem solchen Fehlerdetektionssystem 100 wird ein Druckfluid von einer Fluiddruckquelle 102 über ein Richtungsschaltventil 104 wahlweise einem Stellglied 106 zugeführt. Im Inneren des Stellglieds 106, das einen Zylinder aufweist, wird ein Kolben 110, mit dem eine Kolbenstange 108 verbunden ist, in 6 nach links und rechts zwischen einem Ende 116 und einem anderen Ende 118 des Stellglieds 106 verschoben.
Das Richtungsschaltventil 104 umfasst ein einzeln wirkendes Vier-Wege Elektromagnetventil mit fünf Anschlüssen, das einen Elektromagneten 112 und eine Feder 114 aufweist. Wenn der Elektromagnet 112 durch die Zufuhr eines externen Signals (Betriebsbefehl) betätigt wird, liefert im Einzelnen das Richtungsschaltventil 104 Druckfluid von der Fluiddruckquelle 102 durch eine Anschlussöffnung 120 zu dem einen Ende 116 des Stellglieds 106, während das Fluid (Druckfluid) an dem anderen Ende 116 des Stellglieds 106 durch eine Anschlussöffnung 122 nach außen abgeführt wird. Als Folge hiervon wird der Kolben 110 von dem einen Ende 116 zu dem anderen Ende 118 verschoben.
Wenn andererseits die Zufuhr des Steuersignals gestoppt wird, liefert das Richtungsschaltventil 104 durch die Wirkung der Feder 114 das Druckfluid durch die Anschlussöffnung 122 von der Druckfluidquelle 102 zu dem anderen Ende 118, während das Druckfluid an dem einen Ende 116 durch die Anschlussöffnung 120 nach außen abgeführt wird. Hierdurch wird der Kolben 110 von dem anderen Ende 118 zu dem einen Ende 116 verschoben.
An einer mittleren Position von Rohren 123, 125, die zum Verbinden des Richtungsschaltventils 104 mit den Anschlüssen 120, 122 dienen, sind außerdem Kupplungen 124, 126 angeordnet, die durch parallel angeschlossene Drossel- und Kontrollventile gebildet werden.
Wie in 9 durch die gestrichelten Pfeile gezeigt ist, besteht in diesem Fall die Möglichkeit, dass das Druckfluid von entsprechenden Abschnitten des Fehlerdetektionssystems 100 leckt. Im Einzelnen kann eine externe Leckage von Druckfluid erfolgen (1) an den jeweiligen Rohren 123, 125, 127, die zwischen der Fluiddruckquelle 102, dem Richtungsschaltventil 104 und dem Stellglied 106 angeordnet sind, (2) an dem Richtungsschaltventil 104, (3) an der Kolbenstange 108 und einer nicht dargestellten Dichtung, die zwischen dem Zylinder und der Kolbenstange 108 vorgesehen ist, und (4) an den Kupplungen 124, 126. Auch in dem Inneren des Stellglieds 106 besteht außerdem die Möglichkeit, dass Druckfluid zwischen dem einen Ende 116 und dem anderen Ende 118 über den Kolben 110 und eine zwischen dem Zylinder und dem Kolben 110 vorgesehene, nicht dargestellte Dichtung leckt.
Daher sind in dem Fehlerdetektionssystem 100 nicht dargestellte Strömungsmesser und Druckmesser in jedem der Rohre 123, 125, 127 vorgesehen, wodurch die Strömungsrate des Druckfluides durch die jeweiligen Strömungsmesser und der Druck des Druckfluides durch die jeweiligen Druckmesser gemessen wird. Da Veränderungen der Strömungsrate und des Druckes des Druckfluides gemessen werden können, können somit Fehler an Positionen erfasst werden, an denen das Druckfluid leckt, und der Austausch der betroffenen Komponenten kann vor deren Ausfall durchgeführt werden.
Andererseits erfasst das Fehlerdetektionssystem 130 gemäß 10 eine Abnormalität eines Stellgliedes 106 auf der Basis der Hubzeit eines Kolbens 110. Zusätzlich zu den jeweiligen Aufbauelementen des oben genannten Fehlerdetektionssystems 100 umfasst das Fehlerdetektionssystem 130 außerdem eine Steuerung 132, bspw. eine PLC (speicherprogrammierbare Steuerung, SPS) oder dergleichen, für die Zufuhr von Steuersignalen zu dem Elektromagneten 112 von einem Ausgang 132a, einen ersten Sensor 134, der an dem einen Ende 116 des Stellglieds 106 angeordnet ist, und einen zweiten Sensor 136, der an dem anderen Ende 118 des Stellglieds 106 angeordnet ist. Die Kupplungen 124, 126, auf die oben Bezug genommen wurde (vgl. 9), sind bei dem Fehlerdetektionssystem 130 nicht vorgesehen. Außerdem ist bei dem Fehlerdetektionssystem 130 ein Schalldämpfer 138 in einem Ablassdurchgang für das Druckfluid vorgesehen, das von dem einen Ende 116 und dem anderen Ende 118 des Stellgliedes 106 abgeführt wird.
Der erste Sensor 134 erfasst den Kolben 110 bei dessen Verschiebung zu dem einen Ende 116. Der zweite Sensor 136 erfasst den Kolben 110 bei dessen Verschiebung zu dem anderen Ende 118. Detektionssignale, die Detektionsergebnisse des Kolbens 110 durch den ersten Sensor 134 und den zweiten Sensor 138 anzeigen, werden als eine Eingabe (Input) 132b in die Steuerung 132 eingegeben. Somit wird in der Steuerung 132 eine Zeit (Hubzeit des Kolbens 110) von einer Ausgangszeit, zu welcher das Steuersignal an das Richtungsschaltventil 104 ausgegeben wird, bis zu einer Eingabezeit, zu welcher das Detektionssignal eingegeben wird (d. h. einer Zeit, zu der die Verschiebung des Kolbens 110 abgeschlossen ist), gemessen, und auf der Basis der gemessenen Hubzeit wird eine Abnormalität des Stellgliedes 106 erfasst.
Ähnlich dem Fehlerdetektionssystem 130 gemäß 10 sind außerdem Technologien zur Erfassung von Abnormalitäten eines Stellgliedes durch Verwendung der Hubzeit eines beweglichen Elements des Stellgliedes in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-281113 (nachfolgend als Patentdokument 1 bezeichnet) und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-174358 (nachfolgend als Patentdokument 2 bezeichnet) offenbart.
Wie in dem Patentdokument 1 beschrieben ist, werden eine Geschwindigkeit und eine Hubzeit ab der Initiation eines Betriebsbefehls eines Stellgliedes und einem angetriebenen Körper gemessen. Die gemessene Geschwindigkeit und Hubzeit werden mit einer Referenzgeschwindigkeit und -hubzeit während des Normalbetriebes verglichen, und es wird ein Urteil gefällt, ob das Stellglied und der angetriebene Körper normal funktionieren.
Wie in dem Patentdokument 2 beschrieben ist, wird eine Zeit ab der Erregung eines Elektromagnetventils bis der Kolben eines doppeltwirkenden Zylinders ein Hubende erreicht, als eine Hubzeit gemessen, und eine Warnung wird ausgegeben, wenn die gemessene Hubzeit gleich oder größer wird wie/als ein festgelegter Schwellenwert.
Zusammenfassung der Erfindung
Bei dem in 9 gezeigten Fehlerdetektionssystem 100 ist es aber notwendig, einen Fehler, bspw. eine Abnutzung oder dergleichen, in einem Zustand zu erfassen, in dem die Ausrüstung insgesamt einschließlich deren Stellgliedes 106 zeitweise angehalten ist. Mit anderen Worten kann eine Abnormalität des Stellgliedes 106 nicht während des laufenden Betriebs der Ausrüstung erfasst werden. Bei dem Fehlerdetektionssystem 100 besteht daher die Befürchtung, dass die Produktivität der Ausrüstung als Folge der daran ausgeführten Wartungsvorgänge verringert wird.
Außerdem wird bei dem in 10 gezeigten Fehlerdetektionssystem 130 durch eine Kombination der Steuerung 132, des ersten Sensors 134 und des zweiten Sensors 136 die Antwortgeschwindigkeit des Stellgliedes 106 (Hubzeit oder Bewegungszeit des Kolbens 110) gemessen. Als Folge hiervon ist es möglich, dass Fehler des Stellgliedes 106 während des Betriebs der Ausrüstung erfasst werden können. In diesem Fall hängt die Genauigkeit der Antwort von der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuerung 132 ab. In dem Fall, dass ein Fehler eines kleinen Stellgliedes 106, das mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, erfasst werden soll, ist es aus diesem Grunde notwendig, ein Messsystem zu konstruieren mit einer Steuerung 132, die eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit aufweist, wodurch die Kosten des Systems erhöht werden. Da in der Steuerung 132 eine PLC verwendet wird, ist es außerdem notwendig, dass ein Nutzer (Betreiber) das Fehlerdetektionssystem 130 konstruiert und das von der PLC verwendete Steuerungsprogramm erzeugt, was die Belastung des Betreibers erhöht.
In dem Fall, dass in einer Ausrüstungsgruppe mehrere Stellglieder verwendet werden, muss der Nutzer außerdem Steuerungsprogramme zum Messen der Hubzeit aller dieser Stellglieder erzeugen und diese Programme in der PLC einstellen, was zeitaufwändig ist. Da ein Speicher mit hoher Kapazität und eine PLC mit fortgeschrittenen Programmierfähigkeiten benötigt werden, um die Steuerungsprogramme und die Messergebnisse zu speichern, tendiert die Konstruktion des Fehlerdetektionssystems 130 außerdem dazu, teuer zu sein.
Bei den in dem Patentdokument 1 und dem Patentdokument 2 beschriebenen Technologien treten außerdem ähnliche Probleme auf wie bei dem Fehlerdetektionssystem 13 gemäß 10.
Die vorliegende Erfindung strebt an, die oben genannten Probleme zu lösen, und hat die Aufgabe, ein Fehlerdetektionssystem für ein Stellglied vorzuschlagen, bei dem die Wartbarkeit des Fehlerdetektionssystems verbessert werden kann, indem Fehler des Stellgliedes einfach erfasst werden können, ohne dass es notwendig ist, die Ausrüstung anzuhalten.
Das Fehlerdetektionssystem für ein Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Detektion von Fehlern des Stellgliedes auf der Basis einer Hubzeit eines beweglichen Elements des Stellgliedes. Das Fehlerdetektionssystem umfasst folgende erste bis neunte Merkmale.
Im Einzelnen ist das Fehlerdetektionssystem gemäß dem ersten Merkmal mit einem ersten Sensor, einem zweiten Sensor und einer Fehlerdetektionsvorrichtung ausgestattet. Der erste Sensor ist an einem Ende des Stellgliedes in der Verschiebungsrichtung des beweglichen Elementes angeordnet und detektiert das bewegliche Element bei seiner Verschiebung zu dem einen Ende. Der zweite Sensor ist an einem anderen Ende des Stellgliedes in der Verschiebungsrichtung angeordnet und erfasst das bewegliche Element bei dessen Verschiebung zu dem anderen Ende.
Die Fehlerdetektionsvorrichtung erfasst einen Fehler des Stellgliedes auf der Basis von Detektionsergebnissen des ersten Sensors und des zweiten Sensors. Im Einzelnen umfasst die Fehlerdetektionsvorrichtung außerdem einen Hubzeitrechner, eine Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen und einen Fehlerdetektor. Der Hubzeitrechner berechnet auf der Basis jedes dieser Detektionsergebnisse eine Hubzeit, die erforderlich ist, damit das bewegliche Element sich von dem einen Ende zu dem anderen Ende bewegt. Die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen führt eine festgelegte statistische Berechnung mit Bezug auf die berechnete Hubzeit durch. Der Fehlerdetektor erfasst auf der Basis eines Verarbeitungsergebnisses der Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen, ob ein Fehler des Stellgliedes aufgetreten ist oder nicht.
Gemäß dem oben genannten ersten Merkmal wird die statistische Berechnung mit Bezug auf die Hubzeit des beweglichen Elementes durchgeführt, und auf der Basis des Verarbeitungsergebnisses wird erfasst, ob ein Fehler des Stellgliedes aufgetreten ist oder nicht. Auch während des Betriebs einer Ausrüstung, die das Stellglied umfasst, kann daher ein Fehler des Stellgliedes erfasst werden, ohne dass es erforderlich wäre, die Ausrüstung anzuhalten. Als Folge hiervon kann die Produktivität dieser Ausrüstung beibehalten werden, und Fehler des Stellgliedes können in Echtzeit erfasst werden, wobei die Ausrüstung online bleibt.
Außerdem kann ein Wartungszyklus, der bisher auf der Basis der Beurteilung des Nutzers eingestellt (definiert) wurde, automatisch und numerisch gemanagt werden. Auch wenn die Wartungsoperationen von dem Nutzer nicht regelmäßig durchgeführt werden, führt das Wartungsdetektionssystem die Wartung während des Betriebs der Ausrüstung automatisch durch, und auf der Basis der Hubzeit, die als eine Antwortinformation des Stellgliedes dient, kann das Auftreten von Abnormalitäten des Stellgliedes einfach bestimmt werden. Mit dem Fehlerdetektionssystem kann außerdem auf der Basis des Verarbeitungsergebnisses der statistischen Berechnung, die hinsichtlich der Hubzeit des beweglichen Elementes durchgeführt wurde, numerisch beurteilt, (gemanagt) werden, ob eine Abnormalität des Stellgliedes aufgetreten ist oder nicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher die Zahl der Verarbeitungsschritte, die für die Wartung erforderlich ist, reduziert werden, die dem Betreiber auferlegte Last kann signifikant verringert werden und die Wartbarkeit der das Stellglied umfassenden Ausrüstung kann verbessert werden. Durch das numerische Management kann außerdem das Training und die Ausbildung des Betreibers, der für die Wartung zuständig ist, erleichtert werden.
Da die Hubzeit des beweglichen Elementes auf der Basis der Detektionsergebnisse des ersten Sensors und des zweiten Sensors berechnet wird, können außerdem existierende Sensoren ohne Modifikation verwendet werden. Im Einzelnen kann das Fehlerdetektionssystem allein dadurch gebildet werden, dass die Fehlerdetektionsvorrichtung zu konventionell existierenden Sensoren hinzugefügt wird. Dementsprechend können mit der vorliegenden Erfindung Fehler des Stellgliedes einfach und zu geringen Kosten erfasst werden.
Gemäß dem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung umfasst die Fehlerdetektionsvorrichtung außerdem eine erste Speichereinheit, in welcher die Hubzeit gespeichert wird, und eine zweite Speichereinheit, in welcher das Bearbeitungsergebnis gespeichert wird. In diesem Fall liest der Fehlerdetektor vorzugsweise wenigstens das in der zweiten Speichereinheit gespeicherte Verarbeitungsergebnis aus und detektiert auf der Basis des ausgelesenen Verarbeitungsergebnisses, ob ein Fehler des Stellgliedes aufgetreten ist oder nicht.
Da gemäß dem zweiten Merkmal Hubzeiten in der ersten Speichereinheit (gesammelt) werden, kann die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen auch in dem Fall, dass das bewegliche Element zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende verfährt (sich hin und her bewegt), die Hubzeiten aus der ersten Speichereinheit sequenziell auslesen und daran die statistische Berechnung durchführen. Da die Verarbeitungsergebnisse in der zweiten Speichereinheit gespeichert (gesammelt) werden, kann der Fehlerdetektor außerdem die Verarbeitungsergebnisse aus der zweiten Speichereinheit in passender Weise auslesen und daran einen Detektionsprozess durchführen.
Gemäß dem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine normale Hubzeit des beweglichen Elements vorab als ein Normalwert in der ersten Speichereinheit gespeichert. In diesem Fall berechnet die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen wenigstens eine Abweichung zwischen der von dem Hubzeitrechner berechneten Hubzeit und dem Normalwert und speichert die berechnete Abweichung als einen statistisch berechneten Wert in der zweiten Speichereinheit. Außerdem liest der Fehlerdetektor den statistisch berechneten Wert aus der zweiten Speichereinheit aus und beurteilt auf der Basis des ausgelesenen statistisch berechneten Wertes, ob ein Fehler des Stellgliedes aufgetreten ist oder nicht.
Gemäß dem dritten Merkmal kann das Auftreten eines Fehlers des Stellgliedes auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Normalwert, der vorab eingestellt wurde, und der tatsächlich berechneten Hubzeit genau beurteilt werden, da bestimmt werden kann, ob ein Fehler des Stellgliedes aufgetreten ist oder nicht. Wenn das Stellglied sich abnutzt, wird im Einzelnen jedes Mal dann, wenn die Hubzeit auf der Basis der entsprechenden Detektionsergebnisse des ersten Sensors und des zweiten Sensors berechnet wird, die Variabilität der oben genannten Abweichung größer. Wenn bspw. die Abweichung größer als ein festgelegter Schwellenwert wird, kann somit einfach geurteilt werden, dass ein Fehler des Stellgliedes aufgetreten ist.
Außerdem ist die normale Hubzeit des beweglichen Elements als eine Hubzeit des beweglichen Elements zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in einem Zustand definiert, in dem eine Abnormalität, wie eine Abnutzung oder ein Ausfall des Stellgliedes nicht auftritt (bspw. ein anfänglicher Betriebszustand des Stellgliedes unmittelbar nach dessen Installation oder Austausch). Die normale Hubzeit kann vorab von dem Bediener eingestellt werden oder in der ersten Speichereinheit zu der Zeit gespeichert werden, zu welcher die Fehlerdetektionsvorrichtung hergestellt wird.
Anstelle des dritten Merkmals kann die Fehlerdetektionsvorrichtung auch so konfiguriert sein, dass sie das unten beschriebene vierte Merkmal der Erfindung aufweist.
Im Einzelnen berechnet und speichert der Hubzeitrechner gemäß dem vierten Merkmal in dem Fall, dass der erste Sensor und der zweite Sensor das bewegliche Element jedes Mal erfassen, wenn das bewegliche Element sich in der Verschiebungsrichtung bewegt, die Hubzeit jedes Mal in der ersten Speichereinheit, wenn entsprechende Detektionsergebnisse von dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor eingegeben werden.
Jedes Mal, wenn der Hubzeitrechner die Hubzeit berechnet und in der ersten Speichereinheit speichert, liest in diesem Fall die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen Daten aller Hubzeiten aus, die in der ersten Speichereinheit gespeichert sind, berechnet einen Durchschnittswert, eine Standardabweichung oder eine Varianz der ausgelesenen Daten und speichert den Durchschnittswert, die Standardabweichung oder die Varianz als einen statistisch berechneten Wert in der zweiten Speichereinheit.
Außerdem wird es bevorzugt, dass ein Durchschnittswert, eine Standardabweichung oder eine Varianz einer normalen Hubzeit des beweglichen Elements als ein Normalwert in der zweiten Speichereinheit gespeichert wird.
Jedes Mal, wenn die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen den statistisch berechneten Wert in der zweiten Speichereinheit speichert, liest dementsprechend der Fehlerdetektor den statistisch berechneten Wert und den Normalwert aus der zweiten Speichereinheit aus und kann auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem statistisch berechneten Wert und dem Normalwert erfassen, ob ein Fehler des Stellglieds aufgetreten ist oder nicht.
Gemäß dem vierten Merkmal kann dementsprechend während des Betriebs des Stellglieds (d. h. während einer Zeit, zu welcher sich das bewegliche Element entlang der Verschiebungsrichtung reziprok hin und her bewegt) einfach und in Echtzeit detektiert werden, ob ein Fehler des Stellglieds aufgetreten ist oder nicht. Im Einzelnen berechnet die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen unter Verwendung tatsächlich berechneter Daten der Hubzeit sequenziell einen Durchschnittswert, eine Standardabweichung oder eine Varianz der Daten und speichert diese als einen statistisch berechneten Wert in der zweiten Speichereinheit. Auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem statistisch berechneten Wert und dem Normalwert, die in der zweiten Speichereinheit gespeichert sind, kann der Fehlerdetektor außerdem sequenziell beurteilen, ob ein Fehler des Stellgliedes aufgetreten ist.
Wenn das Stellglied sich abnutzt, wird außerdem jedes Mal, wenn die Hubzeit auf der Basis der jeweiligen Detektionsergebnisse des ersten Sensors und des zweiten Sensors berechnet wird, die Variabilität des oben genannten Durchschnittswerts, der Standardabweichung oder der Varianz größer. Wenn bspw. der Durchschnittswert, die Standardabweichung oder die Varianz größer wird als ein festgelegter Schwellenwert, kann somit einfach geurteilt werden, dass ein Fehler des Stellgliedes aufgetreten ist.
Das fünfte Merkmal spezifiziert bestimmte Aufbaukomponenten des vierten Merkmals in größerem Detail. Im Einzelnen berechnet bei dem fünften Merkmal in dem Fall, dass das bewegliche Element in einer festen Zeitperiode von einem Ursprungszustand des Betriebs des Stellgliedes entlang der Verschiebungsrichtung hin und her verschoben wird, der Hubzeitrechner die Hubzeit des beweglichen Elements und speichert die berechnete Hubzeit in der ersten Speichereinheit jedes Mal, wenn entsprechende Detektionsergebnisse von dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor eingegeben werden. In diesem Fall liest die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen die Daten aller Hubzeiten, die in der ersten Speichereinheit gespeichert sind, aus, berechnet einen Durchschnittswert, eine Standardabweichung oder eine Varianz der ausgelesenen Daten und speichert den Durchschnittswert, die Standardabweichung oder die Varianz als einen Normalwert in der zweiten Speichereinheit.
Gemäß dem fünften Merkmal wird in einem Ursprungszustand des Betriebes unmittelbar nach der Installation oder dem Austausch des Stellgliedes in der Ausrüstung der Normalwert automatisch berechnet und in der zweiten Speichereinheit gespeichert. Somit kann das Einstellen des Normalwertes mit hoher Effizienz durchgeführt werden.
Das sechste Merkmal spezifiziert die zweiten bis fünften Merkmale der vorliegenden Erfindung in größerem Detail.
Im Einzelnen umfasst das Fehlerdetektionssystem gemäß dem sechsten Merkmal außerdem ein Richtungsschaltventil, das ein Druckfluid auf der Basis eines ihm zugeführten externen Steuersignals wahlweise dem einen Ende oder dem anderen Ende des Stellgliedes zuführt. Entsprechend der wahlweisen Zufuhr des Druckfluides wird in diesem Fall das bewegliche Element in der Verschiebungsrichtung zu dem einen Ende oder dem anderen Ende des Stellgliedes verschoben.
Außerdem berechnet der Hubzeitrechner eine Zeitdifferenz zwischen einer ersten Detektionszeit von dem Beginn der Zufuhr des Steuersignals zu dem Richtungsschaltventil bis zu einer Zeit, zu welcher das bewegliche Element durch den ersten Sensor oder den zweiten Sensor nicht länger erfasst werden kann, und einer zweiten Detektionszeit von dem Beginn der Zufuhr bis zu einer Zeit, zu welcher die Detektion des beweglichen Elements durch das jeweils andere des ersten Sensors und des zweiten Sensors beginnt, als die Hubzeit des beweglichen Elements.
Gemäß dem sechsten Merkmal kann die Hubzeit einfach und zuverlässig durch Berechnen der Hubzeit als der Zeitdifferenz zwischen der ersten Detektionszeit und der zweiten Detektionszeit berechnet werden.
Gemäß dem siebten Merkmal speichert der Hubzeitrechner die erste Detektionszeit, die zweite Detektionszeit und die Hubzeit in der ersten Speichereinheit. Außerdem führt die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen eine vorbestimmte statistische Berechnung hinsichtlich der ersten Detektionszeit durch und speichert ein Verarbeitungsergebnis der statistischen Berechnung in der zweiten Speichereinheit. Dementsprechend liest der Fehlerdetektor das Verarbeitungsergebnis hinsichtlich der ersten Detektionszeit, die in der zweiten Speichereinheit gespeichert ist, aus und kann auf der Basis des ausgelesenen Verarbeitungsergebnisses erfassen, ob ein Fehler an einer Stelle zwischen dem Richtungsschaltventil und dem Stellglied aufgetreten ist oder nicht.
Auf diese Weise kann gemäß dem siebten Merkmal zusätzlich zu der Erfassung eines Fehlers des Stellglieds ein Fehler erfasst werden, der zwischen dem Richtungsschaltventil und dem Stellglied auftritt. Die statistische Berechnung, die hinsichtlich der ersten Detektionszeit durchgeführt wird, kann der gleiche Prozess (Berechnung eines Durchschnittswertes, einer Standardabweichung oder einer Varianz) sein wie die statistische Berechnung, die hinsichtlich der Hubzeit durchgeführt wird.
Gemäß dem achten Merkmal der Erfindung umfasst das Fehlerdetektionssystem außerdem eine Steuerung, die dem Richtungsschaltventil das Steuersignal zuführt. In diesem Fall umfasst die Fehlerdetektionsvorrichtung außerdem einen Ausgabeprozessor, welcher das Steuersignal von der Steuerung zu dem Richtungsschaltventil liefert und das Detektionsergebnis des Fehlerdetektors an die Steuerung ausgibt.
Gemäß dem achten Merkmal liefert die Steuerung, die durch eine PLC oder dergleichen gebildet wird, das Steuersignal über die Fehlerdetektionsvorrichtung zu dem Richtungsschaltventil während die Steuerung das Detektionsergebnis von der Fehlerdetektionsvorrichtung empfängt. Hierdurch ist die Steuerung in der Lage, einen Fehler des Stellgliedes in einem Onlinezustand zu erfassen (zu detektieren) und kann auf der Basis des Detektionsergebnisses eine geeignete Aktion vornehmen, bspw. das Stoppen der Zufuhr des Steuersignals.
Außerdem wird in der Fehlerdetektionsvorrichtung eine Fehlfunktion des Stellgliedes erfasst, und lediglich das Detektionsergebnis wird an die Steuerung ausgegeben. Daher ist es nicht notwendig, dass der Bediener ein Steuerprogramm zur Verwendung durch die Steuerung erzeugt, um eine Fehlfunktion des Stellglieds zu detektieren. Als Folge hiervon kann die auf den Bediener übertragene Belastung zur Gestaltung des Fehlerdetektionssystems verringert werden.
Gemäß dem neunten Merkmal der Erfindung umfasst das Fehlerdetektionssystem außerdem eine Anzeigevorrichtung, welche die in der ersten Speichereinheit gespeicherte Hubzeit, das in der zweiten Speichereinheit gespeicherte Verarbeitungsergebnis und das Detektionsergebnis des Fehlerdetektors anzeigt.
Gemäß dem neunten Merkmal kann der Bediener durch visuelles Überprüfen der an der Anzeigevorrichtungen angezeigten Information das Auftreten eines Fehlers des Stellgliedes erfassen und eine geeignete Handlung, wie das Anhalten der Ausrüstung, das Austauschen des Stellgliedes etc. schnell durchführen.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines Fehlerdetektionssystems für ein Stellglied gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine teilweise Modifikation des Fehlerdetektionssystems gemäß 1 zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm der Fehlerdetektionsvorrichtung, die in den 1 und 2 gezeigt ist;
4 ist ein Diagramm, das für das in den 1 und 2 gezeigte Stellglied einen Unterschied zwischen einer normalen Komponente und einer Komponente, in welcher ein Fehler auftritt, zeigt;
5 ist ein Zeitdiagramm, das Betriebsweisen des Fehlerdetektionssystems gemäß den 1 und 2 zeigt;
6 ist ein schematisches Diagramm, das eine teilweise Modifikation des Fehlerdetektionssystems gemäß 1 zeigt;
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine teilweise Modifikation des Fehlerdetektionssystems gemäß 2 zeigt;
8 ist ein Zeitdiagramm, das einen Fall zeigt, bei dem das Fehlerdetektionssystem gemäß den 1, 2, 6 und 7 bei dem System des Patentdokuments 2 eingesetzt wird;
9 ist ein schematisches Diagramm eines Fehlerdetektionssystems für ein Stellglied gemäß einer herkömmlichen Technologie; und
10 ist ein schematisches Diagramm eines Fehlerdetektionssystems für ein Stellglied gemäß einer anderen herkömmlichen Technologie.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Fehlerdetektionssystems für ein Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
[Gesamtkonfiguration des Fehlerdetektionssystems]
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Fehlerdetektionssystem 10 für ein Stellglied gemäß der vorliegenden Erfindung (nachfolgend als ein Fehlerdetektionssystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet) mit einer Steuerung 12, bspw. einer PLC oder dergleichen, einer Vorrichtung 14 zur Erfassung eines Fehlverhaltens (Fehlerdetektionsvorrichtung), einem Richtungsschaltventil 16 mit einem doppelt wirkenden Vier-Wege-Elektromagnetventil mit fünf Anschlüssen, einem Stellglied 18, bspw. einem Fluiddruckzylinder oder dergleichen, und einem ersten Sensor 20 (erster Sensor) und einem zweiten Sensor 22 (zweiter Sensor), die an einer äußeren Umfangsfläche des Stellglieds 18 angeordnet sind, ausgestattet.
Das Fehlerdetektionssystem 10 wird bei einer nicht dargestellten Ausrüstung eingesetzt, um ein System herzustellen, das mit einer Fehlervoraussagefunktion ausgestattet ist, die in der Lage ist, einen Fehler, bspw. eine Abnutzung oder einen Ausfall des Stellglieds 18 etc. während des Betriebs der Ausrüstung (d. h. während der Herstellung von Produkten) automatisch zu erfassen, ohne dass es erforderlich ist, die Ausrüstung anzuhalten. Die Steuerung 12 umfasst eine Ausgabeeinheit 12a, eine Eingabeeinheit 12b und einen Detektionsergebniseingabeeinheit 12c. Die Ausgabeeinheit 12a liefert Steuersignale (Steuerbefehle) an Elektromagneten 16a, 16b des Richtungsschaltventils 16 über die Fehlerdetektionsvorrichtung 14. Detektionssignale, welche die von dem ersten Sensor 20 und dem zweiten Sensor 22 produzierten Detektionsergebnisse anzeigen, werden durch die Fehlerdetektionsvorrichtung 14 in die Eingabeeinheit 12b eingegeben. Ein Detektionssignal, das das Auftreten oder nicht Auftreten (Detektionsergebnis) eines Fehlers des Stellgliedes 18 anzeigt, was auf der Basis entsprechender Detektionssignale in der Fehlerdetektionsvorrichtung 14 beurteilt wird, wird in die Detektionsergebniseingabeeinheit 12c eingegeben.
Mit Hilfe von Steuersignalen, welche von der Steuerung 12 durch die Fehlerdetektionsvorrichtung 14 den Elektromagneten 16a, 16b zugeführt werden, liefert oder gibt das Richtungssteuerventil 16 wahlweise ein Druckfluid aus, das von einer Fluiddruckquelle 24 zugeführt wird, zu einem Ende 26 oder einem anderen Ende 28 des Stellgliedes 18 aus. Insbesondere wird, wenn das Steuersignal dem Elektromagnet 16 zugeführt wird, von den beiden Blöcken, die für das Richtungsschaltventil 16 in 1 gezeigt sind, das Richtungsschaltventil 16 in einen Zustand versetzt, in dem der obere Seitenblock ausgewählt wird. Wenn das Steuersignal dem Elektromagneten 16b zugeführt wird, wird das Richtungsschaltventil 16 außerdem in einen Zustand versetzt, in dem der untere Seitenblock ausgewählt wird.
Wie zuvor diskutiert wurde, umfasst das Stellglied 18 einen Fluiddruckzylinder, in dem ein Kolben 32 (bewegliches Element), mit dem eine Kolbenstange 30 verbunden ist, in Richtungen nach links und rechts (Verschiebungsrichtung) in 1 verschoben wird, indem das Druckfluid von dem Richtungsschaltventil 16 zugeführt wird.
Wenn das Steuersignal dem Elektromagneten 16a zugeführt wird und dadurch den Elektromagneten 16a erregt, wird, wie oben beschrieben wurde, das Richtungsschaltventil 16 in einen Zustand versetzt, in dem der obere Seitenblock ausgewählt ist. Dementsprechend wird Druckfluid von der Fluiddruckquelle 24 durch das Richtungsschaltventil 16, ein Rohr 33 und eine Anschlussöffnung 36 dem einen Ende 26 des Stellgliedes 18 zugeführt, während gleichzeitig das Druckfluid in dem anderen Ende 28 von dem anderen Ende 28 durch eine Anschlussöffnung 38, ein Rohr 35 und das Richtungsschaltventil 16 nach außen abgeführt wird. Als Folge hiervon werden der Kolben 32 und die Kolbenstange 30 gemeinsam von dem einen Ende 26 zu dem anderen Ende 28 verschoben.
Wenn das Steuersignal dem Elektromagnet 16b zugeführt wird und dadurch den Elektromagneten 16b erregt, wird außerdem das Richtungsschaltventil 16 in einen Zustand versetzt, in dem der untere Seitenblock ausgewählt wird. Dementsprechend wird Druckfluid von der Fluiddruckquelle 24 durch das Richtungssschaltventil 16, das Rohr 35 und die Anschlussöffnung 38 zu dem anderen Ende 28 des Stellgliedes 18 zugeführt, während gleichzeitig das Druckfluid in dem einen Ende 26 von dem einen Ende 26 durch die Anschlussöffnung 36, das Rohr 33 und das Richtungsschaltventil 16 nach außen abgeführt wird. Hierdurch werden der Kolben 32 und die Kolbenstange 30 gemeinsam von dem anderen Ende 28 zu dem einen Ende 26 verschoben.
Durch die Zufuhr von Steuersignalen von der Steuerung 12 durch die Fehlerdetektionsvorrichtung 14 abwechselnd zu dem Elektromagneten 16a und dem Elektromagneten 16b können dementsprechend der Kolben 32 und die Kolbenstange 30 hin und hergehend zwischen dem einen Ende 26 und dem anderen Ende 28 in 1 nach links und rechts bewegt werden.
Ein Schalldämpfer 34 ist an einem vorderen Ende des Ablassdurchgangs für das Druckfluid vorgesehen, der sich von dem einen Ende 26 oder dem anderen Ende 28 erstreckt.
Der erste Sensor 20 ist an einer äußeren Umfangsfläche an der Seite des einen Endes 26 des Fluiddruckzylinders vorgesehen, der das Stellglied 18 bildet, während der zweite Sensor 22 an einer äußeren Umfangsfläche an der Seite des anderen Endes 28 des Fluiddruckzylinders vorgesehen ist. Der erste Sensor 20 und der zweite Sensor 22 werden durch Grenzschalter oder Magnetschalter gebildet, welche den Kolben 32 detektieren, wenn der Kolben 32 zu Positionen verschoben wird, die dem ersten Sensor 20 und dem zweiten Sensor 22 gegenüberliegen, und Detektionsergebnisse als Detektionssignale an die Fehlerdetektiervorrichtung 14 ausgeben. Durch Verschiebung des Kolbens 32 wird die Ausgabe der Detektionssignale von dem ersten Sensor 20 und dem zweiten Sensor 22 außerdem gestoppt, wenn der Kolben 32 nicht gegenüber dem ersten Sensor 20 und dem zweiten Sensor 22 angeordnet ist.
Wie später beschrieben wird, berechnet die Fehlerdetektiervorrichtung 14 unter Nutzung der Detektionssignale von dem ersten Sensor 20 und dem zweiten Sensor 22 die Hubzeit des Kolbens 32, wenn der Kolben 32 zwischen dem einen Ende 26 und dem anderen Ende 28 verfährt, und auf der Basis der berechneten Hubzeit detektiert die Fehlerdetektiervorrichtung 14 das Auftreten oder Nichtauftreten eines Fehlers, bspw. eine Abnutzung oder einen Ausfall etc., des Stellgliedes 18. Außerdem gibt die Fehlerdetektiervorrichtung 14 ein Detektionsergebnis, das das Auftreten eines Fehlers in dem Stellglied 18 anzeigt, als ein Detektionssignal an die Detektionsergebniseingabeeinheit 12c aus. Im Einzelnen überwacht die Fehlerdetektiervorrichtung in Echtzeit das von der Steuerung 12 zugeführte Steuersignal sowie die jeweiligen Detektionssignale, die von dem ersten Sensor 20 und dem zweiten Sensor 22 ausgegeben werden, so dass während des Betriebs der Ausrüstung ein Detektionsprozess zur Detektion eines Fehlers des Stellgliedes 18 etc. kontinuierlich durchgeführt werden kann.
1 zeigt eine Situation, in welcher die Steuerung 12 die Ausgabeeinheit 12a, die Eingabeeinheit 12b und die Detektionsergebniseingabeeinheit 12c in einer solchen Weise aufweist, dass zwischen der Steuerung 12 und der Fehlerdetektiervorrichtung 14 verschiedene Signale durch parallele Kommunikation übertragen und empfangen werden. Das Fehlerdetektiersystem ist jedoch nicht auf die in 1 gezeigte Konfiguration beschränkt. Wie in 2 gezeigt ist, kann eine Kommunikationseinheit 39 in der Steuerung 12 vorgesehen sein, und serielle Anschlüsse können über einen Feldbus oder dergleichen zwischen der Kommunikationseinheit 39 und der Fehlerdetektiervorrichtung 14 hergestellt werden, wodurch die verschiedenen Signale mit Hilfe serieller Kommunikation übertragen und empfangen werden können.
[Konfiguration der Fehlerdetektiervorrichtung]
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die Fehlerdetektiervorrichtung 14 eine Sensoreingabeeinheit 40, eine Ausgangssignaleingabeeinheit 42, einen Detektionszeitrechner 44 (Hubzeitrechner), einen internen Timer 46, einen Datenspeicherungsprozessor 48, eine erste Datenspeichereinheit 40 (erste Speichereinheit), einen statistischen Prozessor 52 (Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen), eine zweite Datenspeichereinheit 54 (zweite Speichereinheit), einen Fehlerantwortdetektor 56 (Fehlerdetektor), einen Anzeigeprozessor 58, eine Anzeigevorrichtung 60, einen Ausgabeprozessor 62 und eine Operationseingabeeinheit 64.
Die Detektionssignale von dem ersten Sensor 20 und dem zweiten Sensor 22 (vgl. 1 und 2) werden in die Sensoreingabeeinheit 40 eingegeben. Wenn das Detektionssignal von entweder dem ersten Sensor 20 oder dem zweiten Sensor 22 dieser eingegeben werden (d. h., wenn das Signalniveau des Detektionssignals von einem niedrigen Niveau auf ein hohes Niveau umschaltet), erfasst die Sensoreingabeeinheit 40 die ansteigende Flanke des Detektionssignals und gibt ein Detektionsergebnis an den Detektionszeitrechner 44 aus. Wenn die Eingabe des Detektionssignals von entweder dem ersten Sensor 20 oder dem zweiten Sensor 22 angehalten wird (d. h., wenn das Signalniveau des Detektionssignals von einem hohen Niveau auf ein niedriges Niveau umschaltet), detektiert außerdem die Sensoreingabeeinheit 40 die abfallende Flanke des Detektionssignals und gibt ein entsprechendes Detektionsergebnis an den Detektionszeitrechner 44.
Das Steuersignal, das von der Ausgabeeinheit 12a der Steuerung 12 ausgegeben wird, wird in die Ausgabesignaleingabeeinheit 42 eingegeben. Die Ausgabesignaleingabeeinheit 42 gibt das Steuersignal, das ihr eingegeben wurde, an den Detektionszeitrechner 44 und den Ausgabeprozessor 62 aus. Der Ausgabeprozessor 42 gibt das Steuersignal, das ihm eingegeben wurde, an den Elektromagneten 16a oder den Elektromagneten 16b aus.
Der Detektionszeitrechner 44 berechnet unter Verwendung einer Timerfunktion des internen Timers 46 eine erste Zeit T1 (erste Detektionszeit) von einer Zeit, zu welcher das Steuersignal eingegeben wird, bis zu einer Zeit, zu welcher ein Detektionsergebnis der abfallenden Flanke angegeben wird. Außerdem berechnet der Detektionszeitrechner 44 eine zweite Zeit T2 (zweite Detektionszeit) von einer Zeit, zu welcher das Steuersignal eingegeben wird, bis zu einer Zeit, zu welcher ein Detektionsergebnis der ansteigenden Flanke eingegeben wird. Außerdem berechnet der Detektionszeitrechner 44 als Hubzeit T3 des Kolbens 32 zwischen dem einen Ende 26 und dem anderen Ende 28 eine Zeitdifferenz (T2 – T1) zwischen der ersten Zeit T1 und der zweiten Zeit T2.
Die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2 und die Hubzeit T3 werden in der unten beschriebenen Weise entsprechend der Verschiebungsrichtung des Kolbens 32 zwischen dem einen Ende 26 und dem andern Ende 28 definiert.
In dem Fall, dass der Kolben 32 an einer Position an der Seite des einen Endes 26 zu dem anderen Ende 28 dadurch verschoben wird, dass das Steuersignal von dem Ausgabeprozessor 62 dem Elektromagneten 16a zugeführt wird, wird der erste Sensor 20 schließlich in die Lage versetzt, nach Verstreichen einer festgelegten Zeit von der Zufuhr des Steuersignals zu dem Elektromagneten 16a den Kolben 32 zu erfassen, woraufhin das Detektionssignal nicht mehr ausgegeben wird. Dementsprechend ist die Sensoreingabeeinheit 40 in der Lage, die abfallende Flanke des Detektionssignals von dem ersten Sensor 20 zu detektieren.
Unter der Annahme, dass die Zeitverzögerung, die für die Zufuhr des Steuersignals zwischen der Steuerung 12 und dem Elektromagneten 16a erforderlich ist, gering ist, kann dementsprechend die erste Zeit T1, wenn der Kolben 32 von dem einen Ende 26 zu dem anderen Ende 28 verschoben wird, als eine Zeitperiode von der Zeit, ab welcher das Steuersignal von der Steuerung 12 zugeführt wird, bis zu der Zeit, zu welcher der erste Sensor 20 den Kolben 32 nicht mehr detektieren kann, angesehen werden.
Wenn der Kolben 32 und der zweite Sensor 22 durch die Verschiebung des Kolbens 32 zu dem anderen Ende 28 in einander gegenüber liegende Beziehung gebracht werden, detektiert der zweite Sensor 22 außerdem den Kolben 32, und die Ausgabe des Detektionssignals wird gestartet. Dementsprechend ist die Sensoreingabeeinheit in der Lage, die ansteigende Flanke des Detektionssignals von dem zweiten Sensor 22 zu detektieren. Dementsprechend kann die zweite Zeit T2, wenn der Kolben 32 von dem einen Ende 26 zu dem anderen Ende 28 verschoben wird, als eine Zeitperiode von der Zeit, zu welcher die Zufuhr des Steuersignals von der Steuerung 12 beginnt, bis zu der Zeit, zu welcher der zweite Sensor 22 die Detektion des Kolbens 32 beginnt, betrachtet werden.
Aus diesem Grund wird die Hubzeit T3 des Kolbens 32, wenn der Kolben 32 von dem einen Ende 26 zu dem anderen Ende 28 verschoben wird, die Zeitperiode zwischen der Zeit der abfallenden Flanke des Detektionssignals von dem ersten Sensor 20 und der Zeit der ansteigenden Flanke des Detektionssignals von dem zweiten Sensor 22.
Andererseits wird in dem Fall, dass der Kolben 32, der nun an der Seite des anderen Endes 28 angeordnet ist, als Folge der Zufuhr des Steuersignals von dem Ausgabeprozessor 62 zu dem Elektromagneten 16b zu dem einen Ende 26 verschoben wird, der zweite Sensor 22 schließlich nicht mehr in der Lage sein, nach Verstreichen einer festgelegten Zeit von der Zufuhr des Steuersignals zu dem Elektromagneten 16b den Kolben 32 zu erfassen, woraufhin das Detektionssignal nicht mehr ausgegeben wird. Dementsprechend kann die zweite Sensoreingabeeinheit 40 die abfallende Flanke des Detektionssignals von dem zweiten Sensor 22 detektieren.
Unter der Annahme, dass die Zeitverzögerung, die für die Zufuhr des Steuersignals zwischen der Steuerung 12 und dem Elektromagneten 16b erforderlich ist, gering ist, kann dementsprechend die erste Zeit T1, wenn der Kolben 32 von dem anderen Ende zu dem einen Ende 26 verschoben wird, als eine Zeitperiode von der Zeit, zu welcher die Zufuhr des Steuersignals von der Steuerung 12 beginnt, bis zu der Zeit, zu welcher der zweite Sensor 22 den Kolben 32 nicht mehr detektieren kann, betrachtet werden.
Wenn der Kolben 32 und der erste Sensor 20 durch Bewegung des Kolbens 32 zu dem einen Ende 26 in einander gegenüberliegende Beziehung gebracht werden, detektiert außerdem der erste Sensor 20 den Kolben 32, und die Ausgabe des Detektionssignals wird gestartet. Dementsprechend kann die Sensoreingabeeinheit 40 die ansteigende Flanke des Detektionssignals von dem ersten Sensor 20 detektieren. Dementsprechend kann die zweite Zeit T2, wenn der Kolben 32 von dem anderen Ende 28 zu dem einen Ende 26 verschoben wird, als eine Zeitperiode von der Zeit, zu welcher die Zufuhr des Steuersignals von der Steuerung 12 beginnt, bis zu der Zeit, zu welcher der erste Sensor 20 die Detektion des Kolbens 32 beginnt, betrachtet werden.
Aus diesem Grund wird die Hubzeit T3 des Kolbens 32, wenn er Kolben 32 von dem anderen Ende 28 zu dem einen Ende 26 verschoben wird, die Zeitperiode zwischen der Zeit der abfallenden Flanke des Detektionssignals von dem zweiten Sensor 22 bis zu der Zeit der ansteigenden Flanke des Detektionssignals von dem ersten Sensor 20.
Die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2 und die Hubzeit T3, die in der oben beschriebenen Weise berechnet werden, werden von dem Detektionszeitrechner 44 an den Datenspeicherprozessor 48 ausgegeben. Der Datenspeicherprozessor 48 speichert (sammelt) Daten betreffend die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2 und die Hubzeit T3 in der ersten Datenspeichereinheit 50.
Wie oben beschrieben wurde, ist das Fehlerdetektionssystem 10 in eine (nicht dargestellte) Ausrüstungsanordnung integriert. Durch die abwechselnde Zufuhr von Steuersignalen zu den Elektromagneten 16a, 16b von der Steuerung 12 und durch die Fehlerdetektiervorrichtung 14 wird in diesem Fall das Richtungsschaltventil 16 betätigt, um Druckfluid wahlweise dem einen Ende 26 und dem anderen Ende 28 des Stellgliedes 18 zuzuführen. Dementsprechend wird der Kolben 32 hin und hergehend nach links und rechts in den 1 und 2 im Inneren des Stellgliedes 18 verschoben.
Bei der tatsächlichen Verwendung detektieren daher der erste Sensor 20 und der zweite Sensor 22 jeweils den Kolben 32, und Detektionssignale, die ihre Detektionsergebnisse anzeigen, werden an die Sensoreingabeeinheit 40 ausgegeben. Die Sensoreingabeinheit 40 detektiert die abfallende Flanke und die ansteigende Flanke jedes der Detektionssignale und gibt Detektionsergebnisse an den Detektionszeitrechner 44 aus. Dementsprechend berechnet der Detektionszeitrechner 44 jedes Mal, wenn Steuersignale abwechselnd den Elektromagneten 16a, 16b zugeführt werden, die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2 und die Hubzeit T3, und der Datenspeicherprozessor 48 speichert sequenziell die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2 und die Hubzeit T3, die berechnet wurden, in der ersten Datenspeichereinheit 50.
Der statistische Prozessor 52 liest durch den Datenspeicherprozessor 48 alle Daten betreffend die erste Zeit T1 und die Hubzeit T3, die in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert sind, aus und führt einen vorbestimmten statistischen Berechnungsprozess hinsichtlich der Daten der ersten Zeit T1 und der Hubzeit T3, die ausgelesen wurden, aus. Das Ergebnis des statistischen Berechnungsprozesses wird als ein statistisch berechneter Wert in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert. Der Fehlerantwortdetektor 56 liest wenigstens den statistisch berechneten Wert, der in der zweiten Datenspeichereinheit 50 gespeichert wird, aus und wenn der ausgelesene statistisch berechnete Wert einen festgelegten Schwellenwert überschreitet, wird geurteilt, dass ein Fehler des Stellglieds 18 oder dergleichen aufgetreten ist. Das Beurteilungsergebnis des Fehlerantwortdetektors 56 wird an den Anzeigeprozessor 58 und den Ausgabeprozessor 62 ausgegeben. Der Anzeigeprozessor 58 führt einen festgelegten anzeigebezogenen Prozess hinsichtlich des Beurteilungsergebnisses aus und zeigt das Beurteilungsergebnis an der Anzeigevorrichtung 60 an. Andererseits gibt der Ausgabeprozessor 62 das Beurteilungsergebnis, das ihm eingegeben wurde, als ein Detektionssignal an die Steuerung 12 aus.
Als nächstes sollen Beschreibungen von zwei detaillierten Beispielen (erstes detailliertes Beispiel, zweites detailliertes Beispiel) für den statistischen Berechnungsprozess gegeben werden, der in dem statistischen Prozessor 52 durchgeführt wird, und für den Beurteilungsprozess, der in dem Fehlerantwortdetektor 56 durchgeführt wird.
[Erstes detailliertes Beispiel]
In dem ersten detaillierten Beispiel wird der statistische Berechnungsprozess, der von dem statistischen Prozessor 52 durchgeführt wird, unter Verwendung vorher festgelegter Werte und der ersten Zeit T1 oder der Hubzeit T3 durchgeführt, und der Beurteilungsprozess wird durch den Fehlerantwortdetektor 56 mit Hilfe des statistisch berechneten Wertes, der durch den statistischen Berechnungsprozess erhalten wurde, durchgeführt.
Bei dem ersten detaillierten Beispiel sind die vorbestimmten Werte durch eine normale Hubzeit T3n und eine normale erste Zeit T1n (normaler Wert) für den Kolben 32 definiert. In diesem Fall ist die normale Hubzeit T3n als die Hubzeit T3 des Kolbens 32 zwischen dem einen Ende 26 und dem andern Ende 28 in einem Zustand definiert, in dem eine Abnormalität, wie eine Abnutzung oder ein Ausfall des Stellgliedes 18, nicht auftritt (bspw. einem anfänglichem Betriebszustand des Stellglieds 18 unmittelbar nach dessen Installation oder Austausch). Außerdem ist die normale erste Zeit T1n als die erste Zeit T1 in einem Zustand definiert, in dem keine Abnormalität, wie eine Abnutzung oder ein Ausfall des Stellglieds 18 auftritt.
Im Einzelnen ist, wie in 4 gezeigt ist, in dem Fall eines normalen Stellgliedes 18 (angedeutet durch den Begriff ”normales Produkt”, das durch die durchgezogene Linie gezeigt ist), bei dem eine Abnormalität, wie eine Abnutzung oder ein Ausfall nicht auftritt, unabhängig von der Zahl der Wiederholungen, mit denen der Kolben 32 betätigt wird, die Hubzeit T3 (in 4 mit dem Begriff ”Hubzeit” bezeichnet) im Wesentlichen konstant. In dem Fall eines Stellgliedes 18, bei dem ein Fehler auftritt (angedeutet durch den Begriff ”fehlerhaftes Produkt 1”, das durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, und den Begriff ”fehlerhaftes Produkt 2”, das durch die strichpunktierte Linie gezeigt ist), wenn die Zahl der Wiederholungen, mit welchen der Kolben 32 betätigt wird, eine festgelegte Zahl überschreitet, wird andererseits die Hubzeit T3 im Vergleich mit der des normalen Produktes länger.
Mit anderen Worten wird in dem Fall des fehlerhaften Produktes 1 und des fehlerhaften Produktes 2 die Variabilität der Hubzeit T3 im Vergleich zu dem normalen Produkt größer, wenn die Zahl der Wiederholungen, mit welchen der Kolben 32 betätigt wird, zunimmt. Dementsprechend steigt die Abweichung zwischen der Hubzeit T3 des normalen Produktes und den Hubzeiten T3 des fehlerhaften Produktes 1 und des fehlerhaften Produktes 2, wenn die Zahl der Operationen zunimmt. Im Hinblick auf den Durchschnittswert, die Standardabweichung und die Varianz der Hubzeiten T3 des fehlerhaften Produktes 1 und des fehlerhaften Produktes 2 kann außerdem angenommen werden, dass mit der Zunahme der Zahl von Operationen die Variabilität hinsichtlich des Durchschnittswertes, der Standardabweichung oder der Varianz der Hubzeit 3 des normalen Produktes ebenfalls größer wird.
Somit kann bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Fall, dass die normale Hubzeit T3n und die normale erste Zeit T1n vorab bekannt sind, die normale Hubzeit T3n und die normale erste Zeit T1n vorab durch den Bediener durch Verwendung der Operationseingabeeinheit 64, die durch eine numerische Tastatur oder dergleichen gebildet wird, voreingestellt werden. Die normale Hubzeit T3n und die normale erste Zeit T1n, die in der oben beschriebenen Weise eingestellt sind, werden als normale Werte in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert. Außerdem werden die normale Hubzeit T3n und die normale erste Zeit T1n durch den Anzeigeprozessor 58 auf der Anzeigevorrichtung 60 angezeigt und auch durch den Ausgabeprozessor 62 an die Steuerung 12 ausgegeben.
Bei dem ersten detaillierten Beispiel werden die erste Zeit T1 und die Hubzeit T3 entsprechend der hin und hergehenden Bewegung des Kolbens 32 nach links und rechts in 1 und 2 sequenziell durch den Detektionszeitrechner 44 berechnet. Jedes Mal, wenn die erste Zeit T1 und die Hubzeit T3, die in der oben beschriebenen Weise berechnet wurden, in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert werden, liest der statistische Prozessor 52 die aktuell gespeicherte erste Zeit T1 und die Hubzeit T3 sowie die normale erste Zeit T1n und die normale Hubzeit T3n, die vorab gespeichert wurden, aus der ersten Datenspeichereinheit 50 aus.
Als nächstes berechnet der statistische Prozessor 52 einen Absolutwert εT1 (= |T1 – T1n|) der Abweichung zwischen der ersten Zeit T1 und der normalen ersten Zeit T1n, und einen Absolutwert εT3 (= |T3 – T3n|) der Abweichung zwischen der Hubzeit T3 und der normalen Hubzeit T3n. Die berechneten Absolutwerte εT1, εT3 werden jeweils als statistisch berechnete Werte in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert.
Als nächstes liest der Fehlerantwortdetektor 56 jeden der Absolutwerte εT1, εT3, die in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert sind, aus und vergleicht die ausgelesenen Absolutwerte εT1, εT3 mit Schwellenwerten TH1 bzw. TH3.
Wenn in diesem Fall der Absolutwert εT3 innerhalb des Schwellenwertes TH3 liegt (εT3 ≤ TH3), urteilt der Fehlerantwortdetektor 56, dass das Stellglied 18 normal funktioniert, weil die Hubzeit T3 eine normale Antwortinformation anzeigt.
Wenn andererseits der Absolutwert εT3 den Schwellenwert TH3 überschreitet (εT3 > TH3), so urteilt der Fehlerantwortdetektor 56, dass das Stellglied 18 einen Fehler erleidet, weil die Hubzeit T3 eine abnormale Antwortinformation anzeigt.
Wenn der Absolutwert εT1 innerhalb des Schwellenwertes TH1 liegt (εT1 ≤ TH1), urteilt der Fehlerantwortdetektor 56 außerdem, dass die Rohre 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 sich normal verhalten, weil die erste Zeit T1 eine normale Antwortinformation anzeigt. Wenn andererseits der Absolutwert εT1 den Schwellenwert TH1 überschreitet (εT1 > TH1), so urteilt der Fehlerantwortdetektor 56, dass in den Rohren 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 ein Fehler aufgetreten ist, weil die erste Zeit T1 eine abnormale Antwortinformation anzeigt.
Da die obigen Urteilsergebnisse von dem Fehlerantwortdetektor 56 über den Anzeigeprozessor 58 auf der Anzeigevorrichtung 60 angezeigt werden, kann das Auftreten oder Nichtauftreten eines Fehlers des Stellgliedes 18 oder das Auftreten oder Nichtauftreten eines Fehlers in den Rohren 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 erfasst werden. Wie oben angemerkt wurde, werden die ersten Zeiten T1, T1n, die zweite Zeit T2 und die Hubzeiten T3, T3n in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert, und die Absolutwerte εT1, εT3 werden in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert. Daher können zusammen mit den Beurteilungsergebnissen von dem Fehlerantwortdetektor 56 auch die ersten Zeiten T1, T1n, die zweite Zeit T2, die Hubzeiten T3, T3n, die Absolutwerte εT1, εT3 und die Schwellenwerte TH1, TH3 an der Anzeigevorrichtung 60 angezeigt werden.
Außerdem werden die obigen Beurteilungsergebnisse von dem Fehlerantwortdetektor 56 über den Ausgabeprozessor 62 als Detektionssignale an die Steuerung 12 ausgegeben. Wenn ein Beurteilungsergebnis vorliegt, das einen Fehler des Stellgliedes 18 anzeigt oder das einen Fehler der Rohre 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 anzeigt, stoppt daher die Steuerung 12 die Zufuhr von Steuersignalen zu den Elektromagneten 16a, 16b. Zusammen mit dem Detektionssignal kann in diesem Fall der Ausgabeprozessor 62 verschiedene Informationen hinsichtlich der ersten Zeiten T1, T1n, der zweiten Zeit T2, der Hubzeiten T3, T3n, der Absolutwerte εT1, εT3 und der Schwellenwerte TH1, TH3 an die Steuerung 12 ausgeben.
[Zweites detailliertes Beispiel]
Wie in 4 gezeigt ist, wird die Variabilität der Hubzeit T3 des fehlerhaften Produktes 1 und des fehlerhaften Produktes 2 im Vergleich zu dem normalen Produkt größer, wenn die Zahl der Wiederholungen, mit denen der Kolben 32 betätigt wird, ansteigt. Im Hinblick auf den Durchschnittswert, die Standardabweichung und die Varianz der Hubzeiten T3 des fehlerhaften Produktes 1 und des fehlerhaften Produktes 2 ist dementsprechend zu erwarten, dass mit der Steigerung der Zahl der Operationen die Variabilität hinsichtlich des Durchschnittswertes, der Standardabweichung und der Varianz der Hubzeit T3 des normalen Produktes ebenfalls größer wird.
Daher wird bei dem zweiten detaillierten Beispiel ein statistischer Berechnungsprozess mit dem Statistikprozessor 52 für die erste Zeit T1 und die Hubzeit T3 durchgeführt. Der Fehlerantwortdetektor 56 vergleicht statistisch berechnete Werte, die durch den statistischen Berechnungsprozess erhalten werden, mit normalen Werten, die vorab durch den statistischen Berechnungsprozess erhalten wurden, wodurch eine Beurteilung erfolgt im Hinblick auf das Auftreten oder Nichtauftreten eines Fehlers des Stellgliedes 18.
Im Einzelnen werden bei dem zweiten detaillierten Beispiel die statistisch berechneten Werte, die durch den statistischen Berechnungsprozess für die erste Zeit T1 und die Hubzeit T3 erhalten werden, durch einen Durchschnittswert AVE1, eine Standardabweichung σ1 oder eine Varianz σ1² der ersten Zeit T1 und einen Durchschnittswert AVE3, eine Standardabweichung σ3 oder eine Varianz σ3² der Hubzeit T3 definiert.
Außerdem werden die Normalwerte, die vorab durch den statistischen Berechnungsprozess erhalten werden, durch Durchschnittswerte AVE1n, AVE3n, Standardabweichungen σ1n, σ3n oder Varianzen σ1n² oder σ3n² definiert, die durch den statistischen Berechnungsprozess für erste Zeiten T1 und Hubzeiten T3 berechnet werden, die innerhalb einer gegebenen Kalibrierungszeit erhalten werden, wobei die Kalibrierungszeit als eine feste Periode von einem anfänglichen Betriebszustand bei einem normalen Stellglied 18 genommen wird. Somit werden die normalen Werte bei dem zweiten detaillierten Beispiel durch einen Durchschnittswert, eine Standardabweichung oder eine Varianz entsprechend der ersten Zeit T1 und der Hubzeit T3 des normalen. Produkts gemäß 4 definiert. Diese normalen Werte werden in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert.
Außerdem werden bei dem zweiten detaillierten Beispiel entsprechend der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 32 in den 1 und 2 nach links und nach rechts die erste Zeit T1 und die Hubzeit T3 sequentiell durch den Detektionszeitrechner 44 berechnet. Jedes Mal, wenn die erste Zeit T1 und die Hubzeit T3, die in der oben beschriebenen Weise berechnet werden, in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert werden, liest der statistische Prozessor 52 die Daten aller ersten Zeiten T1 und der Hubzeiten T3, die in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert sind, aus. Als nächstes berechnet der Statistikprozessor 52 unter Verwendung der ausgelesenen Daten aller ersten Zeiten T1 den Durchschnittswert AVE1, die Standardabweichung σ1 oder die Varianz σ1², und unter Verwendung aller Hubzeiten T3 berechnet der Statistikprozessor 52 den Durchschnittswert AVE3, die Standardabweichung σ3 oder die Varianz σ3². Die berechneten Durchschnittswerte AVE1, AVE3, die Standardabweichungen σ1, σ3 oder die Varianzen σ1², σ3² werden jeweils temporär als statistisch berechnete Werte in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert.
Als nächstes liest der Statistikprozessor 52 aus der zweiten Datenspeichereinheit 54 die Durchschnittswerte AVE1n, AVE3n, die Standardabweichungen σ1n, σ3n oder die Varianzen σ1n², σ3n² aus.
Als nächstes berechnet der Statistikprozessor 52 Absolutwerte εAVE1 (= |AVE1 – AVE1n|), εAVE3 (= |AVE3 – AVE3n|) der Abweichungen zwischen den Durchschnittswerten AVE1, AVE3 und den Durchschnittswerten AVE1n und AVE3n oder berechnet Absolutwerte εσ1 (= |σ1 – σ1n|), εσ3 (= |σ3 – σ3n|) der Abweichungen zwischen den Standardabweichungen σ1, σ3 und den Standardabweichungen σ1n, σ3n oder berechnet Absolutwerte εσ1² (= |σ1² – σ1n²|), εσ3² (= |σ3² – σ3n²|) der Abweichungen zwischen den Varianzen σ1², σ3² und den Varianzen σ1n², σ3n².
Die berechneten Absolutwerte εAVE1, εAVE3, die Absolutwerte εσ1, εσ3 oder die Absolutwerte εσ1², εσ3² werden jeweils als statistisch berechnete Werte in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert.
Der Fehlerantwortdetektor 56 vergleicht die jeweiligen Absolutwerte εAVE1, εAVE3, die jeweiligen Absolutwerte εσ1, εσ3 oder die jeweiligen Absolutwerte εσ1², εσ3², die in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert sind, mit den vorbestimmten Schwellenwerten THAVE1, THAVE3, den Schwellenwerten THσ1, THσ3 oder den Schwellenwerten THσ1², THσ3².
Wenn die Absolutwerte εAVE3, εσ3 oder εσ3² innerhalb der Schwellenwerte THAVE3, THσ3 oder THσ3² liegen (εAVE3 ≤ THAVE3, εσ3 ≤ THσ3 oder εσ3² ≤ THσ3²), urteilt in diesem Fall der Fehlerantwortdetektor 56, dass das Stellglied 18 normal funktioniert, weil die Hubzeit T3 eine normale Antwortinformation anzeigt. Wenn andererseits der Absolutwert εAVE3, εσ3 oder εσ3² den Schwellenwert THAVE3, THσ3 oder THσ3² überschreitet (εAVE3 > THAVE3, εσ3 > THσ3 oder εσ3² > THσ3²), urteilt der Fehlerantwortdetektor 56, dass bei dem Stellglied 18 ein Fehler vorliegt, weil die Hubzeit T3 eine abnormale Antwortinformation anzeigt.
Wenn der Absolutwert εAVE1, εσ1 oder εσ1² innerhalb des Schwellenwertes THAVE1, THσ1 oder THσ1² liegt (εAVE1 ≤ THAVE1, εσ1 ≤ THσ1 oder εσ1² ≤ THσ1²), urteilt der Fehlerantwortdetektor 56 außerdem, dass das Rohr 33 und das Rohr 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 normal funktionieren, weil die erste Zeit T1 eine normale Antwortinformation anzeigt. Wenn andererseits der Absolutwert εAVE1, εσ1 oder εσ1² den Schwellenwert THAVE1, THσ1 oder THσ1² überschreitet (εAVE1 > THAVE1, εσ1 > THσ1 oder εσ1² > THσ1²), so urteilt der Fehlerantwortdetektor 56, dass in dem Rohr 33 und dem Rohr 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 ein Fehler vorliegt, weil die erste Zeit T1 eine abnormale Antwortinformation indiziert.
Außerdem kann der Bediener auch bei dem zweiten detaillierten Beispiel das Auftreten oder Nichtauftreten eines Fehlers des Stellgliedes 18 oder das Auftreten oder Nichtauftreten eines Fehlers in den Rohren 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 erkennen, da die oben genannten Beurteilungsergebnisse des Fehlerantwortdetektors 56 über den Anzeigeprozessor 58 auf der Anzeigevorrichtung 60 angezeigt werden.
Außerdem kann die Anzeigevorrichtung 60 auch bei dem zweiten detaillierten Beispiel zusammen mit den Beurteilungsergebnissen von dem Fehlerantwortdetektor 56 auch die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2 und die Hubzeit T3 sowie die oben genannten statistisch berechneten Werte und Schwellenwerte anzeigen.
Da das oben genannte Beurteilungsergebnis des Fehlerantwortdetektors 56 durch den Ausgabeprozessor 62 als ein Detektionssignal an die Steuerung 12 ausgegeben wird, kann die Steuerung 12 außerdem in dem Fall eines Beurteilungsergebnisses, das einen Fehler des Stellgliedes 18 oder einen Fehler der Rohre 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 indiziert, die Zufuhr von Steuersignalen zu den Elektromagneten 16a, 16b unterbrechen. In diesem Fall kann der Ausgabeprozessor 62 zusammen mit dem Detektionssignal verschiedene Informationen im Hinblick auf die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2, die Hubzeit T3 und die oben genannten statistisch berechneten Werte und Schwellenwerte an die Steuerung 12 ausgeben.
Außerdem kann bei dem zweiten detaillierten Beispiel der Statistikprozessor 52 lediglich die jeweiligen Durchschnittswerte AVE1, AVE3, die jeweiligen Standardabweichungen σ1, σ3 oder die jeweiligen Varianzen σ1², σ3² berechnen und diese Berechnungen als statistisch berechnete Werte in der zweiten Datenspeichereinheit 54 speichern. In diesem Fall kann der Fehlerantwortdetektor 56 aus der zweiten Datenspeichereinheit 54 die jeweiligen Durchschnittswerte AVE1, AVE3, die Standardabweichungen σ1, σ3 oder die jeweiligen Varianzen σ1², σ3² und die normalen Durchschnittswerte AVE1n, AVE3n, die Standardabweichungen σ1n, σ3n oder die Varianzen σ1n², σ3n² auslesen und die Absolutwerte der Abweichung zwischen den ausgelesenen statistisch berechneten Werten und den normalen Werten berechnen. Durch Vergleichen des Absolutwertes der berechneten Abweichung mit festgelegten Schwellenwerten kann dementsprechend ein Fehler bei dem Stellglied 18 oder ein Fehler in den Rohren 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 erkannt werden.
Außerdem können bei dem zweiten detaillierten Beispiel die Durchschnittswerte AVE1n, AVE3n, die Standardabweichungen σ1n, σ3n oder die Varianzen σ1n², σ3n², die als normale Werte in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert sind, einfach erhalten werden, indem als Kalibrierungszeit eine feste Periode von einem Zustand eines Anfangsbetriebes eines normalen Stellgliedes 18 angenommen wird und dann das Berechnungsverfahren für die oben genannten Durchschnittswerte AVE1, AVE3, die Standardabweichungen σ1, σ3 oder die jeweiligen Varianzen σ1², σ3² innerhalb der Kalibrierungszeitperiode angewandt wird.
Wenn aber die normalen Werte erhalten werden, nachdem Daten aller ersten Zeiten T1 und der Hubzeiten T3 innerhalb der Kalibrierungszeitperiode in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert wurden, kann der Statistikprozessor 52 Daten aller ersten Zeiten T1 und der Hubzeiten T3, die in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert sind, auslesen und dann die Durchschnittswerte AVE1n, AVE3n, die Standardabweichungen σ1n, σ3n oder die Varianzen σ1n², σ3n² der ausgelesenen Daten berechnen und diese berechneten Werte in der zweiten Datenspeichereinheit 54 speichern.
Obwohl bei dem oben beschriebenen ersten detaillierten Beispiel ein Bediener die normalen Werte durch Manipulieren der Operationseingabeeinheit 64 einstellt, können außerdem die Durchschnittswerte AVE1, AVE3 auch ähnlich wie bei dem Fall des zweiten detaillierten Beispiels während der Kalibrierungszeitperiode erhalten werden, und diese Durchschnittswerte AVE1, AVE3 können als normale Werte in der ersten Datenspeichereinheit 50 eingestellt werden.
[Betrieb des Fehlerdetektionssystems]
Das Fehlerdetektionssystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes werden die Operationen des Fehlerdetektionssystems 10 mit Bezug auf 5 beschrieben. Bei dieser Beschreibung des Betriebes wird soweit notwendig auch auf die 1 bis 4 Bezug genommen.
5 ist ein Zeitdiagramm, das Operationen während eines Umlaufes des Kolbens 32 zeigt, bei denen der Kolben 32, der an dem einen Ende 26 positioniert ist, zu dem anderen Ende 28 verschoben wird und anschließend der Kolben 32 zurück zu dem einen Ende 26 verschoben wird.
In diesem Fall beziehen sich die Bezeichnungen ”Elektromagnetventil A” und ”Elektromagnetventil B” auf Operationen (Erregung, Nichterregung) der Elektromagnete 16a, 16b und zeigen im Einzelnen Wellenformen der den Elektromagneten 16a, 16b zugeführten Steuersignale. Außerdem beziehen sich die Bezeichnungen ”Druck A” und ”Druck B” auf Innendrücke in dem Stellglied 18 an dem einen Ende 26 bzw. dem anderen Ende 28. Außerdem bezeichnen die Zeitperioden T1f, T2f, T3f die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2 bzw. die Hubzeit T3, wenn der Kolben 32 von dem einen Ende 26 zu dem anderen Ende 28 verschoben wird. Des Weiteren bezeichnen die Zeitperioden T1r, T2r, T3r die erste Zeit T1, die zweite Zeit T2 bzw. die Hubzeit T3, wenn der Kolben 32 von dem anderen Ende 28 zu dem einen Ende 26 verschoben wird.
Wenn zu der Zeit t0 ein Steuersignal von der Steuerung 12 durch die Fehlerdetektionsvorrichtung 14 zu dem Elektromagneten 16a gesandt wird (d. h., wenn das Signalniveau des Steuersignals sich von einem niedrigen Niveau auf ein hohes Niveau ändert), wird das Richtungsschaltventil 16 in einen Zustand geschaltet, in dem sein in den 1 und 2 gezeigter oberer Seitenblock ausgewählt ist. Dementsprechend wird Druckfluid von der Fluiddruckquelle 24 durch das Richtungsschaltventil 16, das Rohr 33 und den Anschluss 36 dem einen Ende 26 des Stellgliedes 18 zugeführt, während gleichzeitig Druckfluid von dem anderen Ende 28 durch den Anschluss 38, das Rohr 35, das Richtungsschaltventil 16 und den Schalldämpfer 34 nach außen abgeführt wird. Als Folge hiervon steigt der Druck in dem einen Ende 26 abrupt ab der Zeit t1 und nimmt anschließend allmählich zu. Andererseits sinkt der Druck in dem anderen Ende 28 ab der Zeit t1 rapide und bleibt anschließend im Wesentlichen konstant.
Durch Zufuhr des Druckfluides von dem Richtungsschaltventil 16 zu dem einen Ende 26 von der Zeit t2 an, wird außerdem der Kolben 32, der an dem einen Ende 26 positioniert ist, zu dem anderen Ende 28 verschoben. Hierdurch ist der erste Sensor 20 zu der Zeit t2 nicht mehr in der Lage, den Kolben 32 zu detektieren, und die Ausgabe des Detektionssignals zu der Sensoreingabeeinheit 40 der Fehlerdetektionsvorrichtung 14 wird gestoppt (das Niveau des Detektionssignals ändert sich von einem hohen Niveau auf ein niedriges Niveau).
Dementsprechend erfasst die Sensoreingabeeinheit 40 die abfallende Flanke des Detektionssignals von dem ersten Sensor 20 und gibt das Detektionsergebnis an den Detektionszeitrechner 44 aus. Mit Hilfe der Timerfunktion des inneren Timers 46 berechnet der Detektionszeitrechner 44 als erste Zeit T1f die Zeitperiode von der Zeit 10, zu welcher das Steuersignal dem Elektromagneten 16a zugeführt wird, bis zu der Zeit t2, zu welcher die abfallende Flanke detektiert wird. Die berechnete erste Zeit T1f wird in der ersten Datenspeichereinheit 50 durch den Datenspeicherprozessor 48 gespeichert.
Wenn anschließend der Kolben 32 zu dem anderen Ende 28 verschoben wird, detektiert der zweite Sensor 22 zu der Zeit t3 den Kolben 32, und sein Detektionssignal wird zu der Sensoreingabeeinheit 40 ausgegeben (das Niveau des Detektionssignals ändert sich von einem niedrigen Niveau zu einem hohen Niveau). Dementsprechend detektiert die Sensoreingabeeinheit 40 die ansteigende Flanke des Detektionssignals von dem ersten Sensor 22 und gibt das Detektionsergebnis an den Detektionszeitrechner 44. Mit Hilfe der Timerfunktion des inneren Timers 46 berechnet der Detektionszeitrechner 44 als zweite Zeit T2f die Zeitperiode von der Zeit t0 bis zu der Zeit t3, zu welcher die ansteigende Flanke detektiert wird, und berechnet gleichzeitig als Hubzeit T3f (= T2f – T1f) des Kolbens 32 die Zeitdifferenz zwischen der ersten Zeit T1f und der zweiten Zeit T2f. Die zweite Zeit T2f und die Hubzeit T3f, die berechnet wurden, werden durch den Datenspeicherprozessor 48 in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert.
Dementsprechend liest der Statistikprozessor 52 die erste Zeit T1f und die Hubzeit T3f etc. aus der ersten Datenspeichereinheit 50 aus und führt den vorbestimmten statistischen Berechnungsprozess des oben genannten ersten detaillierten Beispiels oder des zweiten detaillierten Beispiels im Hinblick auf die erste Zeit T1f und die Hubzeit T3f etc., die ausgelesen wurden, durch. Nachdem der Berechnungsprozess durchgeführt wurde, können die statistisch berechneten Werte in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert werden.
Außerdem liest der Fehlerantwortdetektor 56 den statistisch berechneten Wert aus der zweiten Datenspeichereinheit 54 aus und vergleicht den ausgelesenen statistisch berechneten Wert mit einem vorbestimmten Schwellenwert, wodurch beurteilt werden kann, ob ein Fehler in den Stellglied 18 oder ein Fehler in dem Rohr 33 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Anschluss 36 des Stellglieds 18 aufgetreten ist oder nicht. Im Einzelnen beurteilt der Fehlerdetektor 56, dass an dem Stellglied 18 ein Fehler, beispielsweise eine Abnutzung oder ein Ausfall des Stellgliedes 18, aufgetreten ist, wenn der statistisch berechnete Wert für die Hubzeit T3f den Schwellenwert überschreitet. Wenn der statistisch berechnete Wert für die erste Zeit T1f den Schwellenwert überschreitet, urteilt der Fehlerantwortdetektor 56 außerdem, dass in dem Rohr 33 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Anschluss 36 ein Fehler aufgetreten ist. Außerdem werden die oben genannten Beurteilungsergebnisse des Fehlerantwortdetektors 56 an der Anzeigevorrichtung 60 angezeigt und durch den Ausgabeprozessor 62 als Detektionssignale an die Steuerung 12 ausgegeben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, kann auch dann, wenn die Zufuhr des Steuersignals zu dem Elektromagneten 16a zu der Zeit t4 unterbrochen wird, der Zustand des Richtungsschaltventils 16 beibehalten werden, da das Richtungsschaltventil 16 ein doppelt wirkendes Elektromagnetventil ist.
Wenn anschließend zu der Zeit t5 ein Steuersignal durch die Fehlerdetektiervorrichtung 14 von der Steuerung 12 zu dem Elektromagneten 16b gesandt wird, wird das Richtungsschaltventil 16 in den Zustand umgeschaltet, in dem sein in 1 gezeigter unterer Seitenblock ausgewählt ist. Dementsprechend wird von der Fluiddruckquelle 24 durch das Richtungsschaltventil 16, das Rohr 35 und den Anschluss 38 Druckfluid zu dem anderen Ende 28 des Stellgliedes 18 zugeführt, wobei gleichzeitig Druckfluid von dem einen Ende 26 durch den Anschluss 36, das Rohr 33, das Richtungsschaltventil 16 und den Schalldämpfer 34 nach außen abgeführt wird. Hierdurch steigt der Druck in dem anderen Ende 28 von der Zeit t6 abrupt an und stellt sich anschließend auf einen konstanten Wert ein. Andererseits fällt der Druck in dem einen Ende 26 von der Zeit t6 abrupt ab und sinkt anschließend allmählich.
Durch Zuführen des Druckfluides von dem Richtungsschaltventil 16 zu dem anderen Ende 28 von der Zeit t7 an wird außerdem der Kolben 32, der an dem anderen Ende 28 positioniert ist, zu dem einen Ende 26 verschoben. Hierdurch ist der zweite Sensor 22 zu der Zeit t7 nicht mehr in der Lage, den Kolben 32 zu detektieren, und die Ausgabe des Detektionssignals zu der Sensoreingabeeinheit 40 der Fehlerdetektionsvorrichtung 14 wird unterbrochen.
Dementsprechend detektiert die Sensoreingabeeinheit 40 die abfallende Flanke des Detektionssignals von dem zweiten Sensor 22 und gibt das Detektionsergebnis an den Detektionszeitrechner 44 aus. Mit Hilfe der Timerfunktion des inneren Timers 46 berechnet der Detektionszeitrechner 44 als erste Zeit T1r die Zeitperiode von der Zeit t5, zu welcher das Steuersignal dem Elektromagneten 16b zugeführt wird, bis zu der Zeit t7, an welcher die abfallende Flanke detektiert wird. Die berechnet erste Zeit T1r wird durch den Datenspeicherprozessor 48 in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert.
Wenn anschließend der Kolben 32 zu dem einen Ende 26 verschoben wird, detektiert der erste Sensor 20 den Kolben 32 zu der Zeit t8 und sein Detektionssignal wird an die Sensoreingabeeinheit 40 ausgegeben. Dementsprechend detektiert die Sensoreingabeeinheit 40 die ansteigende Flanke des Detektionssignals von dem ersten Sensor 20 und gibt das Detektionsergebnis an den Detektionszeitrechner 44 aus. Mit Hilfe der Timerfunktion des inneren Timers 46 berechnet der Detektionszeitrechner 44 als zweite Zeit T2r die Zeitperiode von der Zeit t5 bis zu der Zeit t8, an welcher der Anstieg detektiert wird, und berechnet gleichzeitig als Hubzeit T3r (= T2r – T1r) des Kolbens 32 die Zeitdifferenz zwischen der ersten Zeit T1r und der zweiten Zeit T2r. Die zweite Zeit T2r und die Hubzeit T3r, die berechnet wurden, werden durch den Datenspeicherprozessor 48 in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert.
Dementsprechend liest der Statistikprozessor 52 die erste Zeit T1r und die Hubzeit T3r etc. aus der ersten Datenspeichereinheit 50 aus und führt den vorbestimmten statistischen Berechnungsprozess des ersten detaillierten Beispiels oder des zweiten detaillierten Beispiels im Hinblick auf die erste Zeit T1r oder die Hubzeit T3r etc., die ausgelesen wurden, durch. Nachdem der Berechnungsprozess durchgeführt ist, können die statistisch berechneten Werte in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert werden.
Außerdem liest der Fehlerantwortdetektor 56 den statistisch berechneten Wert aus der zweiten Datenspeichereinheit 54 aus und vergleicht den statistisch berechneten ausgelesenen Wert mit einem vorbestimmten Schwellenwert, wodurch beurteilt werden kann, ob an dem Stellglied 18 ein Fehler vorliegt oder ob in dem Rohr 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Anschluss 38 des Stellgliedes 18 ein Fehler aufgetreten ist. Im Einzelnen beurteilt der Fehlerantwortdetektor 56, dass an dem Stellglied 18 ein Fehler, beispielsweise eine Abnutzung oder ein Ausfall des Stellglieds 18, vorliegt, wenn der statistisch berechnete Wert für die Hubzeit T3r den Schwellenwert übersteigt. Wenn der statistisch berechnete Wert für die erste Zeit T1r den Schwellenwert übersteigt, beurteilt der Fehlerantwortdetektor 56 außerdem, dass in dem Rohr 35 zwischen dem Richtungsschaltventil und dem Anschluss 38 ein Fehler aufgetreten ist. Außerdem werden die obigen Beurteilungsergebnisse des Fehlerantwortdetektors 56 an der Anzeigevorrichtung 60 angezeigt und von dem Ausgabeprozessor 62 als Detektionssignale an die Steuerung 12 ausgegeben.
Auf diese Weise kann entsprechend dem Kolben 32, der einen Umlauf zwischen dem einen Ende 26 und dem anderen Ende 28 durchführt, ein Detektionsprozess zur Detektion eines Fehlers des Stellgliedes 18 und ein Detektionsprozess zur Detektion eines Fehlers in den Rohren 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und den Anschlüssen 36, 38 des Stellgliedes 18 durchgeführt werden. Dementsprechend kann mit dem Fehlerdetektionssystem 10 auch während des Betriebes der das Stellglied 18 aufweisenden Ausrüstung die Detektion der oben beschriebenen Fehler durchgeführt werden.
[Modifikationen der vorliegenden Ausführungsform]
Die 6 und 7 zeigen eine Konfiguration, bei der das in den 1 und 2 gezeigte doppelt wirkende Richtungsschaltventil 16 durch ein einzeln wirkendes Richtungsschaltventil 16 ersetzt ist. Dementsprechend wird der Elektromagnet 16b durch eine Feder 16c ersetzt. Bei der Konfiguration der 6 und 7 wird der Elektromagnet 16a erregt, wenn dem Elektromagnet 16a ein Steuersignal zugeführt wird, und das Richtungsschaltventil 16 wird in einen Zustand versetzt, in welchem der obere Seitenblock ausgewählt ist. Wird andererseits die Zufuhr des Steuersignals zu dem Elektromagneten 16a gestoppt, so wird der Elektromagnet 16a entmagnetisiert, und durch die Wirkung der Feder 16c wird ein Zustand hergestellt, in welchem der untere Seitenblock ausgewählt ist.
Die Operationen der Konfiguration gemäß den 6 und 7 unterscheiden sich von den Operationen der Konfiguration gemäß den 1 und 2 dahingehend, dass, wie in dem Zeitdiagramm von 5 durch die strichpunktierten Linien gezeigt ist, die Zufuhr des Steuersignals zu dem Elektromagneten 16a zu der Zeit t5 gestoppt wird, während dem Elektromagneten 16b kein Steuersignal zugeführt wird, da der Elektromagnet nicht vorgesehen ist. Im Einzelnen ist die Konfiguration gemäß den 6 und 7 abgesehen von dem Merkmal, dass der Elektromagnet 16b durch die Feder 16c ersetzt ist, die gleiche wie die Konfiguration gemäß den 1 und 2 und arbeitet somit im Wesentlichen in der gleichen Weise wie die Konfiguration der 1 und 2.
8 ist ein Zeitdiagramm das einen Fall zeigt, in welchem das Fehlerdetektionssystem 10 bei dem System des Patentdokuments 2 eingesetzt wird. Das Zeitdiagramm der 8 fügt dem Zeitdiagramm, das in 10 des Patentdokuments 2 gezeigt ist, Detektionssignale von dem ersten Sensor 20 und dem zweiten Sensor 22 zu. Da die Erläuterungen im Hinblick auf zeitbasierte Änderungen des Drucks und der Verschiebung des Kolbens 32 in dem Patentdokument 2 beschrieben sind, was ausdrücklich durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird, werden die Details dieser Merkmale bei der vorliegenden Beschreibung weggelassen.
Die Zeitperioden T4 bis T7 entsprechen den Merkmalen ”Ventilbetätigungsverzögerung”, ”Ladungsbereich (Füllbereich)”, ”Beschleunigungsbereich” bzw. ”Bereich mit konstanter Geschwindigkeit”, die in dem Patentdokument 2 beschrieben sind. Außerdem entspricht die Zeit t9 der Zeit t2 in 5, die Zeit t10 ist eine Zeit, zu welcher ein Wechsel von dem Beschleunigungsbereich zu dem Bereich konstanter Geschwindigkeit erfolgt, und die Zeit t11 ist eine Zeit, zu welcher der Kolben 32 an dem anderen Ende 28 ankommt und anhält.
Durch Hinzufügen der Fehlerdetektionsvorrichtung 14 des Fehlerdetektionssystems 10 zu dem herkömmlichen System kann auf diese Weise ein Fehler des Stellgliedes 18 oder ein Fehler der Rohre 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 einfach und leicht detektiert werden, und das Fehlerdetektionssystem 10 kann zu geringen Kosten aufgebaut werden.
[Vorteile der vorliegenden Ausführungsform]
Wie oben beschrieben wurde, wird bei dem Fehlerdetektionssystem 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein statistischer Berechnungsprozess für die Hubzeiten T3, T3f, T3r des Kolbens 32 durchgeführt, und auf der Basis des Verarbeitungsergebnisses wird detektiert, ob ein Fehler des Stellgliedes 18 aufgetreten ist oder nicht. Auch während des Betriebes der das Stellglied 18 aufweisenden Ausrüstung kann daher ein Fehler des Stellgliedes 18 detektiert werden, ohne dass es erforderlich ist, die Ausrüstung anzuhalten. Als Folge hiervon wird die Produktivität dieser Ausrüstung beibehalten und Fehler des Stellgliedes 18 können in Echtzeit detektiert werden, während die Ausrüstung online bleibt.
Außerdem kann ein Wartungszyklus, der bisher auf der Basis des Urteils des Bedieners eingestellt (definiert) würde, automatisch und numerisch gemanagt werden. Im Einzelnen führt das Fehlerdetektionssystem 10 die Wartung automatisch während des Betriebs der Ausrüstung durch, auch wenn Wartungsarbeiten nicht regelmäßig durch den Bediener durchgeführt werden, und auf der Basis der Hubzeiten T3, T3f, T3r, die als Antwortinformation von dem Stellglied 18 dienen, wird das Auftreten von Abnormalitäten des Stellgliedes 18 bestimmt. Bei dem Fehlerdetektionssystem 10 kann außerdem auf der Basis des Verarbeitungsergebnisses der für die Hubzeiten T3, T3f, T3r durchgeführten statistischen Berechnung numerisch beurteilt (gemanagt) werden, ob eine Abnormalität des Stellgliedes 18 aufgetreten ist oder nicht.
Als Folge hiervon können gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zahl der Verarbeitungsschritte, die für die Wartung erforderlich sind, verringert werden, die dem Bediener auferlegte Last kann signifikant verringert werden, und die Wartbarkeit der das Stellglied 18 aufweisenden Ausrüstung kann verbessert werden. Außerdem wird durch das numerische Management das Training und die Ausbildung des für die Wartung zuständigen Bedieners erleichtert.
Da die Hubzeiten T3, T3f, T3r auf der Basis der Detektionsergebnisse des ersten Sensors 20 und des zweiten Sensors 22 berechnet werden, können außerdem existierende Sensoren (Grenzschalter, magnetische Sensoren) ohne Modifikation eingesetzt werden. Im Einzelnen kann das Fehlerdetektionssystem 10 allein durch Hinzufügen der Fehlerdetektionsvorrichtung 14 zu konventionell existierenden Sensoren aufgebaut werden. Dementsprechend kann mit der vorliegenden Erfindung eine Abnormalität oder ein Fehler des Stellgliedes 18 einfach und zu geringen Kosten detektiert werden.
Da die Hubzeiten T3, T3f, T3r in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert (gesammelt) werden, kann außerdem der Statistikprozessor 52 auch in dem Fall, wenn sich der Kolben 32 zwischen dem einen Ende 26 und dem anderen Ende 28 hin und her bewegt, die Hubzeiten T3, T3f, T3r aus der ersten Datenspeichereinheit 50 sequentiell auslesen und daran statistische Berechnungen durchführen. Da die Verarbeitungsergebnisse in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert (gesammelt) werden, kann außerdem der Fehlerantwortdetektor 56 die Verarbeitungsergebnisse aus der zweiten Datenspeichereinheit 54 in geeigneter Weise auslesen und daran die Detektionsverarbeitung durchführen.
Außerdem kann bei dem ersten detaillierten Beispiel auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem Normalwert (der normalen Hubzeit T3n), die vorab eingestellt wurde, und den tatsächlich berechneten Hubzeiten T3, T3f, T3r das Auftreten eines Fehlers des Stellgliedes 18 genau beurteilt werden, da bestimmt werden kann, ob ein Fehler des Stellgliedes 18 aufgetreten ist oder nicht. Wenn sich das Stellglied 18 verschlechtert, wird im Einzelfall jedes Mal dann, wenn die Hubzeiten T3, T3f, T3r auf der Basis der jeweiligen Detektionssignale des ersten Sensors 20 und des zweiten Sensors 22 berechnet werden, die Variabilität des Absolutwertes εT3 der Abweichung größer. Wenn beispielsweise der Absolutwert εT3 der Abweichung größer wird als ein festgelegter Schwellenwert TH3, kann somit einfach beurteilt werden, dass ein Fehlverhalten des Stellgliedes 18 aufgetreten ist.
Die normale Hubzeit T3n ist als die Hubzeit T3 des Kolbens 32 zwischen dem einen Ende 26 und dem anderen Ende 28 in einem Zustand definiert, in dem eine Abnormalität, wie eine Abnutzung oder ein Ausfall des Stellgliedes 18 nicht auftritt (beispielsweise einem anfänglichen Betriebszustand des Stellgliedes 18 unmittelbar nach dessen Installation oder Austausch). Die normale Hubzeit T3n kann vorab durch den Bediener eingestellt werden oder in der ersten Datenspeichereinheit 50 gespeichert werden, wenn die Fehlerdetektionsvorrichtung 14 hergestellt wird.
Andererseits kann gemäß dem zweiten detaillierten Beispiel einfach und in Echtzeit während des Betriebs des Stellgliedes 18 (d. h. während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 32) detektiert werden, ob ein Fehler des Stellgliedes 28 aufgetreten ist oder nicht. Im Einzelnen berechnet der Statistikprozessor 52 unter Verwendung der tatsächlich berechneten Daten der Hubzeiten T3, T3f, T3r sequentiell einen Durchschnittswert AVE3, eine Standardabweichung σ3 oder eine Varianz σ3² der Daten und speichert diese als einen statistisch berechneten Wert in der zweiten Datenspeichereinheit 54.
Auf der Basis eines Vergleich zwischen dem statistisch berechneten Wert (dem Durchschnittswert AVE3, der Standardabweichung σ3 oder der Varianz σ3²) und dem normalen Wert (dem Durchschnittswert AVE3n, der Standardabweichung σ3n oder der Varianz σ3n²), die in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert werden, und insbesondere durch Vergleich des Absolutwertes εAVE3, εσ3 oder εσ3² der Abweichung zwischen dem statistisch berechneten Wert und dem normalen Wert mit dem festgelegten Schwellenwert THAVE3, THσ3 oder THσ3² kann der Fehlerantwortdetektor 56 außerdem sequentiell beurteilen, ob ein Fehler des Stellgliedes 18 aufgetreten ist.
Wenn sich das Stellglied 18 abnutzt, wird außerdem jedes Mal dann, wenn die Hubzeit T3 auf der Basis der jeweiligen Detektionssignale des ersten Sensors 20 und des zweiten Sensors 22 berechnet wird, die Variabilität des Durchschnittswertes AVE3, der Standardabweichung σ3 oder der Varianz σ3² größer. Wenn beispielsweise die Absolutwerte εAVE3, εσ3, εσ3² entsprechend dem Durchschnittswert AVE3, der Standardabweichung σ3 oder der Varianz σ3² größer werden als die vorbestimmten Schwellenwerte THAVE3, THσ3, THσ3², kann somit einfach beurteilt werden, dass ein Fehler des Stellgliedes 18 aufgetreten ist.
Bei dem zweiten detaillierten Beispiel wird durch Einstellen einer Kalibrierungszeit auf eine feste Zeitperiode in einem Ursprungszustand des Betriebes unmittelbar nach der Installation oder dem Austausch des Stellgliedes 18 in der Ausrüstung der normale Wert automatisch berechnet und in der zweiten Datenspeichereinheit 54 gespeichert. Somit kann das Einstellen des normalen Wertes mit hoher Effizienz durchgeführt werden.
Außerdem kann durch Berechnen der Hubzeit T3 als Zeitdifferenz zwischen der ersten Zeit T1 und der zweiten Zeit T2 die Hubzeit T3 einfach und zuverlässig berechnet werden.
Außerdem kann zusätzlich zu einem Fehler des Stellgliedes 18 mit dem Fehlerdetektionssystem 10 unter Nutzung der ersten Zeit T1 ein Fehler in den Rohren 33, 35 zwischen dem Richtungsschaltventil 16 und dem Stellglied 18 detektiert werden. Die hinsichtlich der ersten Zeit T1 durchgeführte statistische Berechnung kann der gleiche Prozess sein (Berechnung eines Durchschnittswertes, einer Standardabweichung oder einer Varianz) wie die statistische Berechnung, die hinsichtlich der Hubzeiten T3, T3f, T3r durchgeführt wird.
Außerdem liefert die Steuerung 12, die aus einer PLC oder dergleichen besteht, Steuersignale durch die Fehlerdetektionsvorrichtung 14 an die Elektromagneten 16a, 16b des Richtungsschaltventils 16, während das Detektionsergebnis eines Fehlers in dem Stellglied 18 etc. der Steuerung von der Fehlerdetektionsvorrichtung 14 als ein Detektionssignal eingegeben wird. Als Folge hiervon ist die Steuerung 12 in der Lage, einen Fehler des Stellgliedes 18 oder dergleichen in einem Onlinezustand zu erfassen (zu detektieren), und auf der Basis des Detektionsergebnisses eine passende Aktion, wie das Stoppen der Zufuhr des Steuersignals, durchführen.
Da die Fehlerdetektiervorrichtung 14 einen Fehler des Stellgliedes 18 etc. detektiert und das Detektionssignal an die Steuerung 12 ausgibt, ist es außerdem nicht notwendig, dass der Bediener ein Steuerprogramm zur Verwendung bei der Steuerung 12 erstellt, um eine Fehlfunktion des Stellgliedes 18 oder dergleichen zu detektieren. Hierdurch kann die dem Bediener auferlegte Last zur Gestaltung des Fehlerdetektionssystems 10 verringert werden.
Außerdem kann der Bediener durch visuelles Überprüfen des an der Anzeigevorrichtung 60 angezeigten Inhalt das Auftreten oder dergleichen eines Fehlers des Stellgliedes 18 erfassen und schnell eine geeignete Aktion ergreifen, wie ein Anhalten der Ausrüstung, einen Austausch des Stellgliedes etc.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 10-281113 [0014]
JP 2002-174358 [0014]

Claims

Ein Fehlerdetektionssystem (10) für ein Stellglied (18), das dazu konfiguriert ist, einen Fehler des Stellgliedes (18) auf der Basis einer Hubzeit eines beweglichen Elementes (32) des Stellgliedes (18) zu detektieren, umfassend: einen ersten Sensor (20), der in einer Verschiebungsrichtung des beweglichen Elementes (32) an einem Ende (26) des Stellgliedes (18) angeordnet ist und der das bewegliche Element (32) bei dessen Verschiebung zu dem einen Ende (26) detektiert; einen zweiten Sensor (22), der in der Verschiebungsrichtung an einem anderen Ende (28) des Stellgliedes (18) angeordnet ist und der das bewegliche Element (32) bei dessen Verschiebung zu dem anderen Ende (28) detektiert; und eine Fehlerdetektiervorrichtung (14), die einen Fehler des Stellgliedes (18) auf der Basis von Detektionsergebnissen des ersten Sensors (20) und des zweiten Sensors (22) detektiert, wobei die Fehlerdetektiervorrichtung (14) außerdem umfasst: einen Hubzeitrechner (44), der eine Hubzeit, die erforderlich ist, damit das bewegliche Element (32) zwischen dem einen Ende (26) und dem anderen Ende (28) verfährt, auf der Basis der Detektionsergebnisse berechnet; eine Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen (52), die eine vorbestimmte statistische Berechnung für die Hubzeit durchführt; und einen Fehlerdetektor (56), der auf der Basis des Verarbeitungsergebnisses der Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen (52) detektiert, ob ein Fehler des Stellgliedes (18) aufgetreten ist oder nicht.
Das Fehlerdetektionssystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Fehlerdetektionsvorrichtung (14) außerdem eine erste Speichereinheit (50), in welcher die Hubzeit gespeichert wird, und eine zweite Speichereinheit (54), in welcher das Bearbeitungsergebnis gespeichert wird, aufweist, wobei der Fehlerdetektor (56) wenigstens das Verarbeitungsergebnis, das in der zweiten Speichereinheit (54) gespeichert ist, ausliest und auf der Basis des ausgelesenen Verarbeitungsergebnisses detektiert, ob ein Fehler des Stellgliedes (18) aufgetreten ist oder nicht.
Das Fehlerdetektionssystem (10) nach Anspruch 2, wobei eine normale Hubzeit des beweglichen Elements (32) vorab als ein normaler Wert in der ersten Speichereinheit (50) gespeichert wird; wobei die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen (52) wenigstens eine Abweichung zwischen der Hubzeit, die durch den Hubzeitrechner (44) berechnet wird, und dem normalen Wert berechnet und die berechnete Abweichung als einen statistisch berechneten Wert in der zweiten Speichereinheit (54) speichert; und wobei der Fehlerdetektor (56) den statistisch berechneten Wert aus der zweiten Speichereinheit (54) ausliest und auf der Basis des ausgelesenen statistisch berechneten Wertes beurteilt, ob ein Fehler des Stellgliedes (18) aufgetreten ist oder nicht.
Das Fehlerdetektionssystem (10) nach Anspruch 2, wobei in einem Fall, dass der erste Sensor (20) und der zweite Sensor (22) das bewegliche Element (32) jedes Mal detektieren, wenn sich das bewegliche Element (32) in der Verschiebungsrichtung bewegt, der Hubzeitrechner (44) die Hubzeit in der ersten Speichereinheit (50) jedes Mal berechnet und speichert, wenn entsprechende Detektionsergebnisse von dem ersten Sensor (20) und dem zweiten Sensor (22) eingegeben werden; wobei jedes Mal, wenn der Hubzeitrechner (44) die Hubzeit berechnet und in der ersten Speichereinheit (50) speichert, die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen (52) Daten aller Hubzeiten, die in der ersten Speichereinheit (50) gespeichert sind, ausliest, einen Durchschnittswert, eine Standardabweichung oder eine Varianz der ausgelesenen Daten berechnet und den Durchschnittswert, die Standardabweichung oder die Varianz als einen statistisch berechneten Wert in der zweiten Speichereinheit (54) speichert; wobei ein Durchschnittswert, eine Standardabweichung oder eine Varianz einer normalen Hubzeit des beweglichen Elements (32) als ein normaler Wert in der zweiten Speichereinheit (54) gespeichert ist; und wobei jedes Mal, wenn die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen (52) den statistisch berechneten Wert in der zweiten Speichereinheit (54) speichert, der Fehlerdetektor (56) den statistisch berechneten Wert und den normalen Wert aus der zweiten Speichereinheit (54) ausliest und auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem statistisch berechneten Wert und dem normalen Wert detektiert, ob ein Fehler des Stellgliedes (18) aufgetreten ist oder nicht.
Das Fehlerdetektionssystem (10) nach Anspruch 4, wobei in einem Fall, in dem das bewegliche Element (32) zu einer fixierten Zeitperiode von einem Ursprungszustand des Betriebes des Stellgliedes (18) entlang der Verschiebungsrichtung hin und her bewegt wird, der Hubzeitrechner (44) die Hubzeit des beweglichen Elements (32) berechnet und die berechnete Hubzeit jedes Mal in der ersten Speichereinheit (50) speichert, wenn entsprechende Detektionsergebnisse von dem ersten Sensor 820) und dem zweiten Sensor (22) eingegeben werden; und wobei die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen (52) die Daten aller Hubzeiten, die in der ersten Speichereinheit (50) gespeichert sind, ausliest, einen Durchschnittswert, eine Standardabweichung oder eine Varianz der ausgelesenen Daten berechnet und den Durchschnittswert, die Standardabweichung oder die Varianz als einen normalen Wert in der zweiten Speichereinheit (54) speichert.
Das Fehlerdetektionssystem (10) nach Anspruch 2, außerdem umfassend ein Richtungsschaltventil (16), das auf der Basis eines ihm eingegebenen externen Steuersignals ein Druckfluid wahlweise zu dem einen Ende (26) oder dem anderen Ende (28) des Stellgliedes (18) zuführt, wobei das bewegliche Element (32) entsprechend der wahlweisen Zufuhr des Druckfluides zu dem einen Ende (26) oder dem anderen Ende (28) des Stellgliedes (18) in der Verschiebungsrichtung verschoben wird; und wobei der Hubzeitrechner (44) eine Zeitdifferenz zwischen einer ersten Detektionszeit von dem Beginn der Zufuhr des Steuersignals zu dem Richtungsschaltventil (16) bis zu einer Zeit, zu welcher das bewegliche Element (32) nicht länger durch den ersten Sensor (20) oder den zweiten Sensor (22) detektiert werden kann, und einer zweiten Detektionszeit von dem Beginn der Zufuhr bis zu einer Zeit, zu welcher die Detektion des beweglichen Elements (32) durch den anderen des ersten Sensor (20) und des zweiten Sensors (22) beginnt, als die Hubzeit des beweglichen Elements (32) berechnet.
Das Fehlerdetektionssystem (10) nach Anspruch 6, wobei der Hubzeitrechner (44) die erste Detektionszeit, die zweite. Detektionszeit und die Hubzeit in der ersten Speichereinheit (50) speichert; wobei die Verarbeitungseinheit für statistische Berechnungen (52) eine vorbestimmte statistische Berechnung für die erste Detektionszeit durchführt und ein Verarbeitungsergebnis der statistischen Berechnung in der zweiten Speichereinheit (54) speichert; und wobei der Fehlerdetektor (56) das Verarbeitungsergebnis für die erste Detektionszeit, das in der zweiten Speichereinheit (54) gespeichert ist, ausliest und auf der Basis des ausgelesenen Verarbeitungsergebnisses detektiert, ob an einer Position zwischen dem Richtungsschaltventil (16) und dem Stellglied (18) ein Fehler aufgetreten ist oder nicht.
Das Fehlerdetektionssystem (10) nach Anspruch 6, außerdem umfassend eine Steuerung (12), welche das Steuersignal dem Richtungsschaltventil (16) zuführt, wobei die Fehlerdetektionsvorrichtung (14) außerdem einen Ausgabeprozessor (62) aufweist, welcher das Steuersignal von der Steuerung (12) dem Richtungsschaltventil (16) zuführt und das Detektionsergebnis des Fehlerdetektors (56) an die Steuerung (12) ausgibt.
Das Fehlerdetektionssystem (10) nach Anspruch 2 außerdem umfassend eine Anzeigevorrichtung (60), welche die in der ersten Speichereinheit (50) gespeicherte Hubzeit, das in der zweiten Speichereinheit (54) gespeicherte Verarbeitungsergebnis und das Detektionsergebnis des Fehlerdetektors (56) anzeigt.