DE102016222660A1 - Method and device for detecting changes in an electrically driven drive - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in wenigstens einem Betriebszustand eines elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs (101), insbesondere zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen an einem derartigen Antrieb, umfasst die Schritte: Messen wenigstens eines dem elektrisch betriebenen Antrieb zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms, Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse und/oder einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms, Vergleichen eines aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum und/oder Vergleichen eines aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert, Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird. Das Verfahren und eine danach arbeitende Vorrichtung ermöglichen eine Überwachung der Antriebe und rechtzeitige Erkennung mechanischer Schäden.Dabei sollen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen des Antriebs (101) verwendet werden.A method for detecting deviations and / or changes in at least one operating state of an electrically, in particular electromotive, driven drive (101), in particular for detecting a presence and / or occurrence and / or a development of damage to translationally moving components on such Drive, comprising the steps of: measuring at least one electric current supplied to the electrically driven drive for supplying electrical energy, performing a time-frequency analysis and / or an amplitude and / or RMS determination of the at least one measured electrical current, comparing one of Time frequency analysis obtained frequency spectrum of the at least one measured electrical current with a predetermined frequency spectrum and / or comparing an obtained from the amplitude and / or RMS value amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical chen current with a predetermined amplitude value or RMS value, triggering an error signal when a deviation of predeterminable size is determined when comparing won with predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or effective value. The method and a device operating thereafter enable the drives to be monitored and timely detection of mechanical damage. The method according to the invention and the device according to the invention for detecting damage to translationally moving components of the drive (101) should be used.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in wenigstens einem Betriebszustand eines elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.The invention relates to a method for detecting deviations and / or changes in at least one operating state of an electric, in particular electromotive, operated drive. The invention further relates to a device for carrying out this method.
Mechanische Schäden an Antrieben, insbesondere elektrischen Antrieben, und dadurch bedingte Ausfälle dieser Antriebe führen häufig zu längeren Stillstandzeiten dieser Antriebe und durch diese Antriebe betriebener Anlagen. Ein Beispiel sind Antriebe in Fertigungsanlagen, z.B. Anlagen in einem Presswerk der Automobilindustrie. Diese Anlagen umfassen sogenannte Transfereinheiten mit derartigen Antrieben, insbesondere elektrischen Antrieben. Ein Ausfall einer derartigen Transfereinheit aufgrund mechanischer Schäden an ihrem Antrieb führt leicht zu längeren Ausfallzeiten, d.h. Stillstandzeiten, der gesamten Anlage, in die die Transfereinheit eingebunden ist. Daher verursacht ein solcher mechanischer Schaden erhebliche finanzielle Einbußen.Mechanical damage to drives, especially electrical drives, and consequent failures of these drives often lead to longer downtime of these drives and operated by these drives systems. An example is drives in manufacturing equipment, e.g. Plants in a press shop of the automotive industry. These systems include so-called transfer units with such drives, in particular electric drives. Failure of such a transfer unit due to mechanical damage to its drive easily results in longer downtime, i. Downtimes, of the entire system in which the transfer unit is integrated. Therefore, such mechanical damage causes considerable financial losses.
Aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Aus der nachveröffentlichten und auf die Anmelderin selbst zurückgehenden Druckschrift
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung zu schaffen, die eine Überwachung von Antrieben, insbesondere elektrischen Antrieben, auf mechanische Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen und eine rechtzeitige Erkennung derartiger Schäden ermöglicht, so dass die beschriebenen Ausfälle und Stillstandzeiten deutlich verringerbar sind.The invention has the object to provide a method and a device operating according to this method, which allows monitoring of drives, in particular electrical drives, for mechanical damage to translationally moving components and timely detection of such damage, so that the described failures and downtime are significantly reduced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in wenigstens einem Betriebszustand eines elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, insbesondere zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen an einem derartigen Antrieb, umfassend die Schritte:
- - Messen wenigstens eines dem elektrisch betriebenen Antrieb zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms,
- - Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse und/oder einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms,
- - Vergleichen eines aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum und/oder
- - Vergleichen eines aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert,
- - Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird.
- - Measuring at least one electrical current supplied to the electric drive for supplying electric energy,
- Performing a time-frequency analysis and / or an amplitude and / or RMS determination of the at least one measured electrical current,
- Comparing a frequency spectrum obtained from the time-frequency analysis of the at least one measured electrical current with a predefinable frequency spectrum and / or
- Comparing an amplitude value obtained from the determination of the amplitude and / or effective value and / or the effective value of the at least one measured electrical current with a predefinable amplitude value or effective value,
- - Triggering of an error signal when a deviation of predeterminable size is determined when comparing won with predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or effective value.
Unter einem elektrisch betriebenen Antrieb soll dabei jede Art von Anordnung verstanden werden, bei der eine mechanisch bewegliche Einrichtung, d.h. mechanisch bewegliche Elemente, durch elektrische Energie, zugeführt durch wenigstens einen elektrischen Strom, bewegbar ist bzw. sind. Insbesondere betrifft die Erfindung elektromotorisch betriebene Antriebe, d.h. elektromotorisch betriebene Anordnungen mit wenigstens einem durch Zufuhr elektrischer Energie mechanisch beweglichen Element. Davon umfasst sind stationäre und bewegliche Antriebe, z.B. für Fahrzeuge oder Fabrikationsanlagen. Beispiele derartiger Antriebe sind Werkzeugmaschinen und damit gemeinsam eingesetzte Anlagen und Anlagenteile, wie z.B. Transfereinheiten in einem Presswerk zur Fertigung von Pressteilen aus Blechen, Roboterantriebe in einer Montageanlage, Pumpenantriebe in einer Lackieranlage, Fahrstühle, Kettenförderer, Antriebe für Elektrofahrzeuge usw. Ein derartiger Antrieb umfasst allgemein eine beliebige Kombination aus Wellen, Lagern, Zahnrädern, Kupplungen, Getrieben oder dergleichen, die durch elektrische Energie bewegt werden, insbesondere durch eine elektrische Maschine, bevorzugt einen Drehstrommotor, wobei sowohl ein Asynchronmotor als auch ein Synchronmotor eingesetzt sein kann.An electrically operated drive is to be understood as any type of arrangement in which a mechanically movable device, i. mechanically movable elements, by electrical energy, supplied by at least one electric current, is movable or are. In particular, the invention relates to electric motor drives, i. electric motor operated arrangements with at least one element mechanically movable by the supply of electrical energy. Included therein are stationary and movable drives, e.g. for vehicles or manufacturing plants. Examples of such drives are machine tools and equipment and plant components used together, such as e.g. Transfer units in a press shop for the production of pressed parts from sheet metal, robot drives in an assembly plant, pump drives in a paint shop, elevators, chain conveyors, drives for electric vehicles, etc. Such a drive generally comprises any combination of shafts, bearings, gears, clutches, gears or the like , which are moved by electrical energy, in particular by an electric machine, preferably a three-phase motor, wherein both an asynchronous motor and a synchronous motor can be used.
Als Betriebszustände sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Eigenschaften des Antriebs bezeichnet, die dessen Beschaffenheit kennzeichnen, das sind vornehmlich Erhaltungszustände und/oder Verschleißzustände und/oder Schadenszustände, d.h. Schäden, des Antriebs, nicht dagegen solche Betriebsparameter wie Drehzahl, Leistung, Drehmoment, oder dergleichen.In the context of the present invention, operating states are in particular characteristics of the drive that characterize its nature, these are primarily maintenance conditions and / or wear states and / or damage states, i. Damage, the drive, but not such operating parameters such as speed, power, torque, or the like.
Eine Veränderung eines Betriebszustands ist ein zeitlich variabler Unterschied zwischen einem Anfangszustand und/oder Sollzustand einerseits und einem aktuellen Istzustand dieses Betriebszustands andererseits. Ein solcher, zeitlich variabler Unterschied kann schnell oder schlagartig entstehen. Ein derartiges, schnelles oder schlagartiges Entstehen ist hier als Auftreten bezeichnet. Dabei soll der Begriff Auftreten hier ein Entstehen innerhalb von Minuten oder weniger bezeichnen. Typische Beispiele für ein Auftreten einer Veränderung eines Betriebszustands, insbesondere das Auftreten eines Schadens, sind Wellenbrüche oder Zahnbrüche in Getrieben. Ein allmähliches Entstehen eines zeitlich variablen Unterschieds zwischen einem Anfangszustand und/oder Sollzustand einerseits und einem aktuellen Istzustand dieses Betriebszustands andererseits ist hier als Entwicklung einer Veränderung des Betriebszustands bezeichnet. Dabei soll der Begriff Entwicklung hier ein Entstehen umschreiben, das deutlich langsamer als das Auftreten, bevorzugt über Stunden, Tage oder größere Zeitspannen hinweg, verläuft. Ein typisches Beispiel für eine Entwicklung einer Veränderung eines Betriebszustands, insbesondere auch eines Schadens, ist eine durch zunehmenden Verschleiß bedingte, allmähliche Veränderung.A change of an operating state is a time-variable difference between an initial state and / or desired state on the one hand and a current actual state of this operating state on the other hand. Such a time-variable difference can arise quickly or suddenly. Such a rapid or abrupt emergence is referred to herein as occurrence. The term occurrence here is intended to designate an occurrence within minutes or less. Typical examples of an occurrence of a change in an operating state, in particular the occurrence of damage, are shaft breaks or tooth breaks in gears. A gradual emergence of a time-variable difference between an initial state and / or desired state on the one hand and a current actual state of this operating state on the other hand is referred to here as the development of a change in the operating state. Here, the term development here is to describe an emergence, which runs much slower than the occurrence, preferably over hours, days or larger periods of time. A typical example of a development of a change of an operating state, in particular also a damage, is a gradual change caused by increasing wear.
Als Abweichung eines Betriebszustands, d.h. seines Istzustands, vom Sollzustand ist hier ein zeitlich konstanter Unterschied zwischen diesem Sollzustand und dem Istzustand bezeichnet. Typischerweise sind derartige Unterschiede zu Beginn der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits vorhanden. Dieses Vorhandensein ist als Vorliegen bezeichnet. Ein Beispiel einer vorliegenden Abweichung eines Betriebszustands ist ein bereits zu Beginn der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhandener Fertigungsfehler oder ein schon anfänglich vorhandener Schaden im Antrieb.As a deviation of an operating condition, i. of its actual state, of the desired state, a time-constant difference between this nominal state and the actual state is designated here. Typically, such differences are already present at the beginning of carrying out the method according to the invention. This presence is referred to as presence. An example of a present deviation of an operating state is a manufacturing error already existing at the beginning of the implementation of the method according to the invention or an already present damage in the drive.
Beim Messen des wenigstens einen elektrischen Stroms wird vorteilhaft dessen zeitlicher Verlauf erfasst, insbesondere werden dessen Augenblickswerte abgetastet. Dies erfolgt mit einer hinreichend hohen zeitlichen Auflösung, die so bemessen ist, dass alle Frequenzanteile des vorgebbaren und damit des zu gewinnenden Frequenzspektrums des Stroms bei Durchführung der nachstehend erläuterten Zeit-Frequenz-Analyse sowie der Effektivwert und/oder der Amplitudenwert des Stroms hinreichend genau ermittelt werden können.When measuring the at least one electric current, its time profile is advantageously detected, in particular its instantaneous values are sampled. This is done with a sufficiently high temporal resolution, which is dimensioned such that all frequency components of the predeterminable and hence the frequency spectrum of the current to be obtained are sufficiently accurately determined when carrying out the time-frequency analysis explained below, as well as the rms value and / or the amplitude value of the current can be.
Bei dieser Zeit-Frequenz-Analyse wird das Frequenzspektrum des gemessenen elektrischen Stroms, d.h. das Spektrum der darin auftretenden Frequenzanteile, ermittelt. Durch einen Vergleich des so gewonnenen Frequenzspektrums mit dem vorgebbaren Frequenzspektrum, das einen Sollzustand des Frequenzspektrums darstellt, wird das gewonnene Frequenzspektrum auf ein Auftreten und/oder eine Entwicklung und/oder ein Vorliegen bestimmter Frequenzanteile hin untersucht. Aus dem Vorhandensein dieser Frequenzanteile können Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Antriebs gezogen werden. Beispielsweise ist das Auftreten oder die Entwicklung eines neuen Frequenzanteils ein Hinweis auf eine Veränderung im Antrieb. Dabei lassen sich durch im Betrieb des Antriebs anhand aufgetretener Abweichungen und/oder Veränderungen in dem wenigstens einen Betriebszustand gewonnene Erfahrungen dahingehend auswerten, dass bestimmte, charakteristische Abweichungen und/oder Veränderungen des Stroms bei bestimmten Abweichungen und/oder Veränderungen des wenigstens einen Betriebszustands vorkommen. Mit dieser Zuordnung können durch das erfindungsgemäße Verfahren unmittelbar Fehlersignale ausgelöst werden, die in der Weise einer automatischen Diagnose eine Information über die Art und/oder den Ort der Abweichungen und/oder Veränderungen des wenigstens einen Betriebszustands enthalten, insbesondere eine direkte Information über Art und/oder Ort eines Schadens liefern. Aus dem Entstehen und/oder Vorliegen bestimmter Frequenzanteile im Strom kann somit direkt auf bestimmte Abweichungen oder Veränderungen, d.h. Fehler bzw. Schäden geschlossen werden.In this time-frequency analysis, the frequency spectrum of the measured electric current, ie the spectrum of the frequency components occurring therein, is determined. By comparing the thus obtained frequency spectrum with the predeterminable frequency spectrum, which represents a desired state of the frequency spectrum, the obtained frequency spectrum is examined for an occurrence and / or a development and / or a presence of certain frequency components out. From the presence of these frequency components conclusions can be drawn on the operating condition of the drive. For example, the appearance or development of a new frequency component is an indication of a change in the drive. In this case, experiences gained during operation of the drive based on deviations occurring and / or changes in the at least one operating state can be evaluated such that specific, characteristic deviations and / or changes of the current occur with certain deviations and / or changes in the at least one operating state. With this assignment, error signals can be triggered directly by the method according to the invention, which in the manner of an automatic diagnosis contain information about the type and / or location of the deviations and / or changes of the at least one operating state, in particular direct information about type and / or or place of damage. From the emergence and / or presence of certain frequency components in the stream can thus be concluded directly on certain deviations or changes, ie errors or damage.
Als eine derartige Zeit-Frequenz-Analyse sind unterschiedliche, an sich bekannte Verfahren einsetzbar. Beispiele derartiger Zeit-Frequenz-Analyseverfahren sind die sogenannte „Wavelet-Analyse“, „Spectrogram“, „Instantaneous Frequency“ und die sogenannte „Wignerfunktion“. Zeit-Frequenz-Analyseverfahren dienen dabei nicht nur zum Bestimmen eines einfachen, insbesondere stationären, d.h. im Betrieb zeitlich konstanten Frequenzspektrums, sondern berücksichtigen auch eine zeitliche Änderung dieses Frequenzspektrums im Betrieb. Mit dem Zeit-Frequenz-Analyseverfahren „Spectrogram“ kann z.B. ein Spektrogramm als Ergebnis gewonnen werden, welches ähnliche Eigenschaften wie ein Frequenzspektrum besitzt, jedoch noch zusätzlich eine Zeitachse, durch die das Unschärfeproblem eines Frequenzspektrums wenigstens teilweise verbessert werden kann. Bei dem Zeit-Frequenz-Analyseverfahren „Instantaneous Frequency“ wird die Frequenz über der Zeit aufgetragen, was zu einem Ergebnis führt, das bevorzugt als „Frequenzsignal“ statt als „Frequenzspektrum“ zu bezeichnen ist. Aus diesem Grund soll im Rahmen der Offenbarung der vorliegenden Erfindung mit dem Begriff eines in einer Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums stets ein Ergebnis der vorstehend beschriebenen Art, d.h. z.B. ein Spektrogramm bzw. ein Frequenzsignal der vorbezeichneten Art, umschrieben sein.As such a time-frequency analysis, various methods known per se can be used. Examples of such time-frequency analysis methods are the so-called "wavelet analysis", "Spectrogram", "Instantaneous Frequency" and the so-called "Wigner function". Time-frequency analysis methods serve not only to determine a simple, in particular stationary, i. in the operation of time-constant frequency spectrum, but also consider a temporal change of this frequency spectrum during operation. With the time-frequency analysis method "Spectrogram", e.g. a spectrogram can be obtained as a result, which has similar characteristics as a frequency spectrum, but in addition a time axis by which the blurring problem of a frequency spectrum can be at least partially improved. In the "Instantaneous Frequency" time-frequency analysis method, the frequency is plotted over time, resulting in a result that is preferable to call a "frequency signal" rather than a "frequency spectrum". For this reason, in the context of the disclosure of the present invention with the concept of a frequency spectrum obtained in a time-frequency analysis is always a result of the type described above, i. e.g. a spectrogram or a frequency signal of the aforementioned kind, be circumscribed.
Dabei haben diese Zeit-Frequenz-Analyseverfahren den Vorteil, damit wenigstens teilweise ein Unschärfeproblem umgehen zu können, welches sich bei Anwendung einer Fourier-Transformation dann einstellt, wenn der Antrieb ungleichförmig, z.B. mit variierendem Sollwert des Stroms und/oder variierender Drehzahl, betrieben wird, was auch als instationärer Betrieb bezeichnet wird, weil in diesem Fall die auf eventuelle Veränderungen oder Schäden hindeutenden Frequenzanteile nicht eindeutig ermittelbar sind. Bei der Zeit-Frequenz-Analyse handelt es sich somit um ein auf das Unschärfeproblem angepasstes Analyseverfahren, welches nicht nur in einem gleichförmigen, d.h. stationären, Betrieb des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, sondern insbesondere auch im instationären Betrieb die genannten Frequenzanteile eindeutig ermittelt. Die Erfindung hat somit den Vorteil, aus einer Messung des wenigstens einen elektrischen Stroms, besonders bevorzugt wenigstens eines Phasenstroms einer Drehstrommaschine, mit der der elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebene Antrieb vorteilhaft ausgebildet ist, insbesondere in einem instationären Betrieb noch alle für das Vergleichen benötigten Frequenzanteile des zu gewinnenden Frequenzspektrums mit hinreichender Schärfe ermitteln zu können und damit eine präzise Erkennung des wenigstens einen Betriebszustands zu ermöglichen.These time-frequency analysis methods have the advantage of at least partially being able to circumvent a blurring problem which occurs when using a Fourier transform when the drive is nonuniform, e.g. is operated with varying nominal value of the current and / or varying speed, which is also referred to as transient operation, because in this case the frequency components indicative of possible changes or damage can not be determined unambiguously. The time-frequency analysis is thus an analysis method adapted to the uncertainty problem, which is not limited to a uniform, i. stationary operation of the electric, in particular electromotive, operated drive, but especially in non-stationary operation the frequency components mentioned uniquely determined. The invention thus has the advantage, from a measurement of the at least one electric current, particularly preferably at least one phase current of a three-phase machine, with which the electrically, in particular electromotive, operated drive is advantageously designed, especially in a transient operation still all frequency components required for the comparison of the frequency spectrum to be obtained to determine with sufficient sharpness and thus to allow precise detection of the at least one operating state.
Auch aus dem Vergleich des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des Stroms als Istwert mit dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert als Sollwert können Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Antriebs gezogen werden. Insbesondere ist ein erhöhter gewonnener Effektivwert ein Hinweis auf eine Veränderung eines Betriebszustands des Antriebs.It is also possible to draw conclusions about the operating state of the drive from the comparison of the amplitude value obtained and / or the effective value of the current as the actual value with the predefinable amplitude value or effective value as desired value. In particular, an increased recovered RMS value is an indication of a change in an operating state of the drive.
Um das Verfahren gegen Messungenauigkeiten und für den Betrieb des Antriebs unbedeutende Abweichungen und/oder Veränderungen in dem wenigstens einen Betriebszustand unempfindlich zu gestalten, ist es vorteilhaft, das Fehlersignal erst dann auszulösen, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe, d.h. mindestens von dieser Größe, festgestellt wird. Bei dieser Abweichung vorgebbarer Größe handelt es sich im Fall der Auswertung des Frequenzspektrums um eine Differenz zwischen Spektralverteilungen des gewonnenen und des vorgegebenen Frequenzspektrums, d.h. um eine z.B. gleichförmige oder ungleichförmige, spektrale Verteilung der Differenzen der einzelnen Frequenzanteile der Frequenzspektren, und im Fall der Auswertung von Amplitudenwert und/oder Effektivwert um eine Differenz zwischen Absolutwerten, wahlweise ergänzt um eine Vorzeicheninformation. Als Abweichung vorgebbarer Größe können auch mehrstufige Schwellenwerte vorgegeben werden, so dass ein mehrstufiges Fehlersignal auslösbar und ausgebbar ist, z.B. in der Art einer graduellen Fehlermeldung, bevorzugt in der Art, wie sie einer sogenannten Ampelvisualisierung mit insbesondere drei Stufen zugrundeliegt, z.B.: „Grün“ = „fehlerfrei“, „gelb“ = „eine Überprüfung ist erforderlich“, „rot“ = „schadhaft“. Dies wird nachstehend noch weiter ausgeführt.In order to make the method insensitive to measuring inaccuracies and for the operation of the drive insignificant deviations and / or changes in the at least one operating state, it is advantageous to trigger the error signal only when comparing obtained with a predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or RMS value a deviation of predeterminable size, ie at least of this size, is determined. In the case of the evaluation of the frequency spectrum, this deviation of predeterminable magnitude is a difference between spectral distributions of the acquired and predetermined frequency spectrum, ie a uniform or non-uniform spectral distribution of the differences of the individual frequency components of the frequency spectra, and in the case of the evaluation of Amplitude value and / or effective value by a difference between absolute values, optionally supplemented by a sign information. As a deviation of predeterminable size can also multistage threshold values are predetermined, so that a multistage error signal can be triggered and output, for example in the manner of a gradual error message, preferably in the manner in which it is based on a so-called traffic light visualization with in particular three stages, eg: "green" = "error-free", " yellow "=" a check is required "," red "=" faulty ". This will be further explained below.
Die Erfindung ermöglicht eine einfache und wirksame Erkennung von Abweichungen und/oder Veränderungen in dem wenigstens einen Betriebszustand des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs. Insbesondere ermöglicht die Erfindung ein einfaches, umfassendes und wirksames Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden, bevorzugt mechanischer Schäden an tzranslatorisch bewegten Bauteilen. Besonders vorteilhaft wird das rechtzeitige Erkennung eines Schadens bzw. eines sich ankündigenden Schadens ermöglicht, d.h. Fehler und Schäden können bereits in einem sehr frühen Entstehungsstadium erkannt und damit behoben werden. Damit ist außer einer Verringerung bzw. Vermeidung von Stillstandzeiten des betreffenden Antriebs und dadurch verursachten Kosten auch eine Begrenzung ebenfalls der Schadenshöhe erzielbar, wodurch weitere Kosteneinsparungen erreicht werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise der Antrieb als System im Ganzen überwacht, nicht nur einzelne Elemente des Antriebs. Trotzdem sind dafür nur sehr einfache Messungen erforderlich. Gegenüber z.B. einem Versuch, auf Abweichungen und/oder Veränderungen im Antrieb hindeutende Frequenzen im Betrieb des Antriebs mit Schwingungssensoren zu erfassen, ergibt sich der Vorteil, das erfindungsgemäße Verfahren mit Hilfe einer einfacheren, kompakteren Vorrichtung durchführen zu können, die Bauraum einspart und außerdem eine präzisere Auswertung der Messungen, insbesondere eine bessere Trennung von Fehlerfrequenzen einzelner Bauteile des Antriebs und damit eine verbesserte Fehlererkennung und -unterscheidung gegenüber einem Einsatz von Schwingungssensoren ermöglicht. Dabei ist es in einfacher Weise möglich, die Auswertung und damit Fehlererkennung unmittelbar auf alle dem Antrieb nachgeordneten mechanischen Systeme, insbesondere durch diese betriebenen Aggregate, Einrichtungen oder dergleichen, zu erstrecken, soweit nur deren Betriebszustände den wenigstens einen dem Antrieb zugeführten Strom beeinflussen. Ferner ermöglicht die Anwendung der Zeit-Frequenz-Analyse eine Erkennung auch in einem dynamischen, d.h. ungleichförmigen, Betrieb des Antriebs, so dass eine Überwachung des Antriebs kontinuierlich erfolgen kann und nicht auf Zeitspannen gleichförmigen Betriebs beschränkt werden muss. Dies sichert eine noch bessere und zuverlässige Fehlererkennung, insbesondere Fehler-Früherkennung.The invention enables a simple and effective detection of deviations and / or changes in the at least one operating state of the electrically, in particular electromotive, operated drive. In particular, the invention enables a simple, comprehensive and effective detection of the presence and / or occurrence and / or development of damage, preferably mechanical damage, to components moving in a translatory manner. Particularly advantageous is the timely detection of damage or an imminent damage possible, i. Errors and damages can already be detected at a very early stage of development and thus be remedied. Thus, in addition to a reduction or avoidance of downtime of the respective drive and the costs caused thereby also a limitation of the damage height can be achieved, whereby further cost savings can be achieved. In this case, the drive is monitored as a system as a whole, not just individual elements of the drive in an advantageous manner. Nevertheless, only very simple measurements are required for this. Opposite e.g. an attempt to detect deviations and / or changes in the drive suggestive frequencies in the operation of the drive with vibration sensors, there is the advantage of being able to perform the inventive method using a simpler, more compact device that saves space and also a more precise evaluation of Measurements, in particular a better separation of error frequencies of individual components of the drive and thus an improved error detection and discrimination against the use of vibration sensors allows. It is possible in a simple manner, the evaluation and thus error detection directly on all the drive downstream mechanical systems, in particular by these operated units, devices or the like to extend, as far as their operating conditions affect the at least one of the drive current supplied. Further, the application of the time-frequency analysis allows recognition even in a dynamic, i.e. nonuniform, operation of the drive, so that monitoring of the drive can be done continuously and does not have to be limited to periods of uniform operation. This ensures an even better and reliable error detection, especially error early detection.
Die vorbeschriebenen Vorteile treten besonders deutlich hervor, wenn eine Vielzahl elektrischer Antriebe zeitgleich zu überwachen oder der Bauraum für eine Unterbringung von Sensoren, insbesondere Schwingungssensoren, in den Antrieben stark eingeschränkt ist. Dafür liefert die Erfindung eine besonders einfache, platzsparende, preisgünstige, universelle, flexible und wirksame Lösung.The advantages described above are particularly evident when a plurality of electrical drives are to be monitored at the same time or the installation space for accommodating sensors, in particular vibration sensors, in the drives is severely limited. For this, the invention provides a particularly simple, space-saving, low-cost, universal, flexible and effective solution.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das vorgebbare Frequenzspektrum und/oder der vorgebbare Amplitudenwert und/oder der vorgebbare Effektivwert wahlweise
- - unabhängig vom gemessenen elektrischen Strom als feste Werte vorgegeben sind;
- - in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnen werden;
- - aus einer Kombination fest vorgegebener Werte mit in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnenen Werten bestimmt werden; insbesondere aus in wenigstens einer voraufgehenden Messung gewonnenen Werten bestimmt werden, solange diese Werte durch fest vorgegebene Werte bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten, und ansonsten durch diese Grenzwerte bestimmt werden.
- - are given as fixed values regardless of the measured electric current;
- - be obtained in at least one previous measurement;
- - be determined from a combination of fixed values with values obtained in at least one previous measurement; in particular from values obtained in at least one previous measurement, as long as these values do not exceed certain limit values by means of predefined values and are otherwise determined by these limit values.
Gemäß der ersten Alternative dieser bevorzugten Weiterbildung werden für die Erkennung einer Abweichung und/oder Veränderung eines Betriebszustands feste Bezugswerte bzw. Grenzen gesetzt. Die zweite Alternative ermöglicht eine Ausführung des Verfahrens als lernendes Verfahren. Insbesondere können dabei für einen Antrieb individuell Frequenzspektrum, Amplituden- und/oder Effektivwert vorgegeben werden, wobei ein anfänglicher Betriebszustand des Antriebs unabhängig von seiner Beschaffenheit als ein Sollzustand festgelegt wird. Vorteilhaft kann diese Festlegung auf der Grundlage einer Mittelung über eine Anzahl anfänglicher Messungen erfolgen. Damit werden allerdings nur Veränderungen gegenüber dem anfänglichen Betriebszustand erfasst, jedoch keine schon zuvor vorhandenen Abweichungen von einem Soll-Betriebszustand. Die dritte Alternative ist als Kombination beider voraufgehender Alternativen insbesondere vorgesehen für einen Betriebsfall, in dem geringfügige Veränderungen über einer Betriebsdauer, d.h. insbesondere von Messung zu Messung, als natürlicher Verschleiß im Rahmen eines bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Antriebs geduldet werden: Wenn dabei jedoch absolut festgesetzte Grenzwerte überschritten werden, wird auch dann das Fehlersignal ausgelöst, wenn das Überschreiten zeitlich beliebig langsam erfolgt.According to the first alternative of this preferred development, fixed reference values or limits are set for the detection of a deviation and / or change of an operating state. The second alternative enables execution of the method as a learning method. In particular, individual frequency spectrum, amplitude and / or rms value can be predetermined for a drive, with an initial operating state of the drive being defined as a desired state, irrespective of its nature. Advantageously, this determination may be on the basis of averaging over a number of initial measurements. However, this only changes compared to the initial operating state are detected, but not previously existing deviations from a desired operating state. The third alternative, as a combination of both of the above alternatives, is particularly intended for a case of operation in which minor changes over an operating period, i. in particular from measurement to measurement, be tolerated as natural wear in the context of the intended use of the drive: If, however, absolutely fixed limit values are exceeded, the error signal is triggered even if the excess is arbitrarily slow in time.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
- - wird das aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnene Frequenzspektrum des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms im Vergleich mit dem vorgebbaren Frequenzspektrum auf ein Vorhandensein wenigstens eines Teil-Frequenzspektrums des gewonnenen Frequenzspektrums geprüft,
- - wobei das wenigstens eine Teil-Frequenzspektrum von einer bestimmten Art und/oder einem bestimmten Ort einer bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände, insbesondere einem bestimmten Schaden, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs herrührt, insbesondere von einem Lagerschaden, einem Zahnschaden eines Zahnrades oder einer Zahnstange des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs,
- - wird aus dem Vorhandensein des wenigstens einen Teil-Frequenzspektrums ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der bestimmten Art und/oder des bestimmten Ortes der bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände, insbesondere des bestimmten Schadens, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs erkannt und
- - wird ein die bestimmte Art und/oder den bestimmten Ort der bestimmten frequenzabhängigen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände, insbesondere den bestimmten Schaden, des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs kennzeichnendes Fehlersignal ausgelöst.
- the frequency spectrum of the at least one measured electrical current obtained from the time-frequency analysis is checked for the presence of at least one partial frequency spectrum of the acquired frequency spectrum in comparison with the predefinable frequency spectrum,
- - Wherein the at least one sub-frequency spectrum of a certain type and / or a specific location of a specific frequency-dependent deviation and / or change in at least one of the operating states, in particular a certain damage of the electrically, in particular electromotive, driven drive originates, in particular of one Bearing damage, a tooth damage of a toothed wheel or a toothed rack of the electrically, in particular electromotive, operated drive,
- the presence and / or occurrence and / or development of the particular type and / or location of the determined frequency-dependent deviation and / or change in the at least one of the operating conditions, in particular of the determined one, is determined by the presence of the at least one sub-frequency spectrum Damage, the electric, in particular electric motor, powered drive detected and
- a signal indicating the specific nature and / or location of the particular frequency-dependent deviation and / or change in the at least one of the operating conditions, in particular the specific damage, of the electric, in particular electromotive, driven drive is triggered.
Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens macht sich die Erkenntnis zunutze, dass bestimmte Abweichungen und/oder Veränderungen in den Betriebszuständen, insbesondere bestimmte Schäden, des Antriebs eine bestimmte, charakteristische Frequenzabhängigkeit aufweisen. Das schlägt sich nieder in einer unterschiedlichen Ausbildung der gewonnenen Frequenzspektren für unterschiedliche Ursachen der Abweichungen und/oder Veränderungen in den Betriebszuständen, insbesondere für unterschiedliche Fehler- bzw. Schadensursachen, d.h. für unterschiedliche Arten der Abweichungen und/oder Veränderungen und/oder für unterschiedliche Orte, an denen die Abweichungen und/oder Veränderungen auftreten, wobei berücksichtigt wird, dass bestimmte Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere Fehler und/oder Schäden, nur an bestimmten Bauteilen des Antriebs, d.h. bestimmten Orten innerhalb des Antriebs, auftreten können. Bevorzugte Beispiele für frequenzabhängige Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere Fehler und/oder Schäden, sind Zahnschäden, z.B. bei Getriebeschäden oder Schäden an Zahnstangen. Zahnschäden z.B. an unterschiedlichen Zahnrädern und Lagerschäden zeigen zwar typischerweise harmonische Frequenzanteile, lassen sich aber anhand ihrer Frequenzwerte voneinander unterscheiden.This embodiment of the method according to the invention makes use of the knowledge that certain deviations and / or changes in the operating states, in particular certain damages, of the drive have a specific, characteristic frequency dependence. This is reflected in a different training of the obtained frequency spectra for different causes of deviations and / or changes in the operating conditions, in particular for different causes of error or damage, i. for different types of deviations and / or changes and / or for different locations where the deviations and / or changes occur, taking into account that certain deviations and / or changes, in particular errors and / or damages, only on certain components of the Drive, ie certain locations within the drive, can occur. Preferred examples of frequency-dependent deviations and / or changes, especially faults and / or damages, are tooth damage, e.g. gearbox damage or damage to racks. Tooth damage e.g. Although different harmonic frequency components are shown on different gear wheels and bearing damage, they can be distinguished from one another by their frequency values.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
- - wird der aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnene Amplitudenwert und/oder Effektivwert des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms im Vergleich mit dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert auf eine Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert geprüft,
- - wobei die Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert von einer bestimmten, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängigen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs herrührt, insbesondere von einer durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs hervorgerufenen Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs,
- - wird aus der Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes vom vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der bestimmten, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängigen Abweichung und/oder Veränderung des wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, insbesondere ein Vorliegen und/oder ein Auftreten und/oder eine Entwicklung der durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs hervorgerufenen Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, erkannt und
- - wird ein die bestimmte, vom Amplitudenwert und/oder Effektivwert abhängige Abweichung und/oder Veränderung des wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, insbesondere die durch Verschleiß des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs hervorgerufene Abweichung und/oder Veränderung in dem wenigstens einen der Betriebszustände des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, kennzeichnendes Fehlersignal ausgelöst.
- the amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical current obtained from the determination of the amplitude and / or rms value is compared to the predefinable amplitude value or effective value to a deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value tested against the predefinable amplitude value or effective value,
- wherein the deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value relative to the predefinable amplitude value or effective value is dependent on a specific deviation dependent on the amplitude value and / or effective value and / or change in at least one of the operating states of the electric, in particular electric motor driven drive, especially from a caused by wear of the electric, in particular electromotive, driven drive deviation and / or change in at least one of the operating states of the electrically, in particular electric motor driven drive,
- the deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value from the predefinable amplitude value or effective value results in the presence and / or occurrence and / or development of the determined deviation dependent on the amplitude value and / or effective value / or change in the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotive, operated drive, in particular a presence and / or occurrence and / or development of the caused by wear of the electric, in particular electric motor driven drive deviation and / or change in the at least one of the operating states of the electrically, in particular electric motor, operated drive, recognized and
- - is a deviation, which depends on the amplitude value and / or effective value, and / or change of the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotively, operated drive, in particular the deviation and / or change caused by wear of the electrically, in particular electromotively, driven drive the at least one of the operating states of the electrically, in particular electromotive, operated drive, characteristic error signal triggered.
Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Antrieb der vorbeschriebenen Art mit zunehmendem Verschleiß insbesondere seiner beweglichen Bauteile eine Änderung seiner elektrischen Leistungsaufnahme und damit des Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes des wenigstens einen zugeführten elektrischen Stroms zeigt. Insbesondere ist mit fortschreitendem Verschleiß eine frequenzunabhängige Zunahme der elektrischen Leistungsaufnahme und damit des Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes des wenigstens einen zugeführten elektrischen Stroms zu verzeichnen. Eine Abweichung und/oder Veränderung des elektrischen Stroms kann demnach vorteilhaft als Indiz für vorliegenden bzw. fortschreitenden Verschleiß ausgewertet werden. Insbesondere können auf diese Weise bei einem Antrieb der vorbeschriebenen Art Verschleißerscheinungen an Bauteilen wie z.B. Gleitschlitten, Getriebe, Zahnstangen, Lagern, Kupplungen bzw. sogenannten Rotexsternen oder dergleichen, oder Verschleißschäden an Pumpen wie insbesondere ein Verschleiß von Kolbenbuchsen, insbesondere an Axialkolbenpumpen, erkannt werden.This embodiment is based on the finding that a drive of the type described with increasing wear in particular of its moving components shows a change in its electrical power consumption and thus the amplitude value or effective value of the at least one supplied electric current. In particular, as the wear progresses, a frequency-independent increase in the electrical power consumption and thus in the amplitude value or effective value of the at least one supplied electrical current is recorded. A deviation and / or change in the electrical current can therefore advantageously be evaluated as an indication of present or progressive wear. In particular, in a drive of the type described above, wear on components such as e.g. Sliding slides, gears, racks, bearings, clutches or so-called Rotexsternen or the like, or wear damage to pumps such as in particular wear of piston liners, in particular on axial piston pumps, are recognized.
Für eine präzise Auswertung, d.h. eine exakte Erkennung der verschleißbedingten Abweichung und/oder Veränderung des wenigstens einen elektrischen Stroms, kann bevorzugt vorgesehen sein, Abweichungen und/oder Veränderungen des elektrischen Stroms, die auf andere Ursachen zurückzuführen sind, aus dem wenigstens einen gemessenen Strom auszufiltern. Dies ist insbesondere für frequenzabhängige Abweichungen und/oder Veränderungen des elektrischen Stroms, die auf frequenzabhängige Fehler oder Schäden schließen lassen, vorteilhaft durchführbar. Werden alle frequenzabhängigen Anteile der Abweichung und/oder Veränderung des elektrischen Stroms herausgefiltert, erhält man als verbleibende Abweichung und/oder Veränderung des elektrischen Stroms die frequenzunabhängige Abweichung und/oder Veränderung des Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes des elektrischen Stroms, die als Maß insbesondere für den Verschleiß herangezogen wird.For a precise evaluation, i. an exact detection of the wear-related deviation and / or change of the at least one electrical current, may preferably be provided to filter deviations and / or changes in the electrical current, which are due to other causes, from the at least one measured current. This is advantageously feasible, in particular, for frequency-dependent deviations and / or changes in the electrical current which make it possible to conclude frequency-dependent errors or damage. If all frequency-dependent components of the deviation and / or change in the electrical current are filtered out, the frequency-independent deviation and / or change in the amplitude value or effective value of the electric current, which is used as a measure, in particular for the wear, is obtained as the remaining deviation and / or change in the electrical current is used.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zum Unterscheiden der Abweichung und/oder Veränderung, insbesondere Erhöhung, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms gegenüber dem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms einerseits von durch bestimmungsgemäßen Gebrauch des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs mit unterschiedlichen Sollwerten für Amplitudenwert und/oder Effektivwert hervorgerufenen Variationen des Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms andererseits weitere Steuerungsdaten des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs herangezogen, insbesondere weitere die Sollwerte beschreibende Steuerungsdaten aus einer speicherprogrammierbaren Steuerung des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, ansteuerungsbedingte Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere Erhöhungen, des gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms von verschleißbedingten Abweichungen und/oder Veränderungen, insbesondere Erhöhungen, zu unterscheiden. Zur Messung des Stroms ist es dann nicht mehr erforderlich, den Antrieb derart anzusteuern, dass sich z.B. ohne Verschleiß für den wenigstens einen gemessenen elektrischen Strom der vorgebbare Amplitudenwert bzw. Effektivwert einstellen würde. Statt dessen kann die Messung und damit die Überwachung des Antriebs zu jedem beliebigen Zeitpunkt, also auch kontinuierlich bei laufendem Betrieb, erfolgen. Der vorgebbare Amplitudenwert bzw. Effektivwert wird dabei aussteuerungsabhängig, d.h. je nach Einsatz des Antriebs während des Betriebs unterschiedlich, auch zeitvariabel, d.h. dynamisch, vorgegeben und mit dem aussteuerungsabhängigen gemessenen Amplitudenwert bzw. Effektivwert verglichen, so dass eine aussteuerungsunabhängige Abweichung und/oder Veränderung gewonnen wird.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the deviation and / or change, in particular increase, of the obtained amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical current compared to the predeterminable amplitude value or effective value of the at least one measured electrical current are on the one hand intended use of the electric, in particular electromotive, driven drive with different set values for amplitude value and / or RMS induced variations of the amplitude value and / or RMS of the at least one measured electrical current on the other hand further control data of electrically, in particular electromotive, operated drive used, in particular further the setpoints descriptive control data from a programmable logic controller of the electrically, in particular electromotive, operated An drive. With this embodiment, it is possible to differentiate control-related deviations and / or changes, in particular increases, of the obtained amplitude value and / or effective value of the at least one measured electrical current from wear-related deviations and / or changes, in particular increases. In order to measure the current, it is then no longer necessary to control the drive in such a way that, e.g. Without wear for the at least one measured electrical current of the predetermined amplitude value or RMS value would set. Instead, the measurement and thus the monitoring of the drive at any time, so also continuously during operation, take place. The predefinable amplitude value or rms value is dependent on the modulation, i. depending on the use of the drive during operation different, also time-variable, i. dynamic, predetermined and compared with the control-dependent measured amplitude value or effective value, so that a control-independent deviation and / or change is obtained.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das Fehlersignal eine Meldung eines erkannten Fehlers, insbesondere eine Visualisierung des erkannten Fehlers, und/oder ein Eingriff in einen Betrieb des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, insbesondere ein wenigstens teilweises Außerbetriebsetzen des elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebenen Antriebs, ausgelöst und/oder gesteuert. Damit wird einerseits eine einfache und schnelle Erkennung bzw. Wahrnehmung eines Fehlers seitens einer Bedien- und/oder Überwachungsperson des Antriebs und andererseits eine Begrenzung und/oder Vermeidung von Schäden, insbesondere umfangreicherer Schäden am Antrieb und/oder daraus resultierender Folgeschäden, erreicht. Die Visualisierung kann einfach als Ampelvisualisierung aufgebaut oder auch in umfangreichere Überwachungssysteme eingebunden werden, z.B. in ein rechnergeführtes Überwachungssystem für eine Anlage mit einer Vielzahl von Antrieben der beschriebenen Art. Das Außerbetriebsetzen erfolgt im einfachsten Fall durch komplettes Abschalten des als fehlerhaft erkannten Antriebs, jedoch können je nach erkannter Art des Fehlers unterschiedliche Formen des Außerbetriebsetzens vorgesehen sein. Beispielsweise kann bei Erkennen eines Überschreitens einer Verschleißgrenze der betroffene Antrieb in einem Übergangszeitintervall unter Ausgabe einer Fehlermeldung verlangsamt weiterbetrieben werden, um größere Beeinträchtigungen der Leistung umgebender bzw. mit dem betroffenen Antrieb zusammenwirkender Anlagenteile zu vermeiden, aber schlagartig abgeschaltet werden, sobald eine Zerstörung eines Bauteils des Antriebs erkannt wird.In a further preferred embodiment of the method according to the invention by the error signal is a message of a detected error, in particular a visualization of the detected error, and / or an intervention in an operation of electrically, in particular electric motor operated drive, in particular an at least partial shutdown of the electric, in particular electric motor, operated drive, triggered and / or controlled. This on the one hand, a simple and rapid detection or perception of an error by an operator and / or monitoring person of the drive and on the other hand, a limitation and / or avoidance of damage, especially extensive damage to the drive and / or resulting consequential damage achieved. The visualization can be easy as Set traffic light visualization or incorporated into more extensive monitoring systems, for example, in a computer-controlled monitoring system for a system with a variety of drives of the type described. The shutdown takes place in the simplest case by completely switching off the detected as faulty drive, however, depending on the detected type of error be provided different forms of decommissioning. For example, upon detection of exceeding a wear limit of the affected drive in a transitional time interval with output of an error message continues to be operated to avoid major deterioration of the performance of surrounding or interacting with the affected drive system parts, but be switched off suddenly, as soon as a destruction of a component of the Drive is detected.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zum Erkennen von Abweichungen und/oder Veränderungen in Betriebszuständen elektrisch, insbesondere elektromotorisch, betriebener Antriebe, insbesondere zum Erkennen eines Vorliegens und/oder eines Auftretens und/oder einer Entwicklung von Schäden, bevorzugt mechanischer Schäden, an derartigen Antrieben, wenigstens umfassend:
- - Messmittel zum Messen wenigstens eines wenigstens einem der elektrisch betriebenen Antriebe zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms, insbesondere Messmittel zum wenigstens nahezu zeitkontinuierlichen Messen wenigstens eines Augenblickswertes des wenigstens einen elektrischen Stroms,
- - erste Signalverarbeitungsmittel zum Durchführen einer Zeit-Frequenz-Analyse des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms und/oder
- - zweite Signalverarbeitungsmittel zum Durchführen einer Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms,
- - erste Vergleichsmittel zum Vergleichen eines in den ersten Signalverarbeitungsmitteln aus der Zeit-Frequenz-Analyse gewonnenen Frequenzspektrums des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Frequenzspektrum und/oder
- - zweite Vergleichsmittel zum Vergleichen eines in den zweiten Signalverarbeitungsmitteln aus der Amplituden- und/oder Effektivwertbestimmung gewonnenen Amplitudenwertes und/oder Effektivwertes des wenigstens einen gemessenen elektrischen Stroms mit einem vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert, sowie
- - Signalerzeugungsmittel zum Auslösen eines Fehlersignals, wenn beim Vergleichen von gewonnenem mit vorgebbarem Frequenzspektrum und/oder Amplitudenwert und/oder Effektivwert eine Abweichung vorgebbarer Größe festgestellt wird.
- Measuring means for measuring at least one electrical current supplied to at least one of the electrically operated drives for feeding with electrical energy, in particular measuring means for measuring at least one instantaneous value of the at least one electrical current at least almost continuously
- - First signal processing means for performing a time-frequency analysis of the at least one measured electric current and / or
- second signal processing means for performing an amplitude and / or rms value determination of the at least one measured electrical current,
- first comparison means for comparing a frequency spectrum, obtained in the first signal processing means from the time-frequency analysis, of the at least one measured electrical current with a predefinable frequency spectrum and / or
- second comparison means for comparing an amplitude value obtained in the second signal processing means from the amplitude and / or effective value determination and / or effective value of the at least one measured electrical current with a predefinable amplitude value or effective value, and
- - Signal generating means for triggering an error signal when a deviation of predeterminable size is determined when comparing obtained with predetermined frequency spectrum and / or amplitude value and / or RMS value.
Die Messmittel sind dabei bevorzugt als Strommessschaltung und/oder mit wenigstens einem Stromwandler ausgebildet. Die Messmittel können jedoch auch in Einrichtungen zum Speisen der Antriebe aufgenommen sein. Beispielsweise bei Antrieben, die mit Drehstrommaschinen ausgebildet sind, können Phasenströme bzw. Phasenstromsignale der Drehstrommaschinen entweder mit Stromwandlern gemessen oder direkt aus vorgeschalteten Frequenzumrichtern ausgelesen werden, wobei die Frequenzumrichter im letzteren Fall die Messmittel umfassen. Die Messmittel können dazu eingerichtet sein, den zu messenden elektrischen Strom zeitkontinuierlich zu messen oder zeitdiskret abzutasten, wobei im letztgenannten Fall eine Abtastfrequenz zu wählen ist, die eine Detektion aller derjenigen Frequenzanteile des gemessenen elektrischen Stroms ermöglicht, die zur Erkennung zu erfassender Abweichungen, Veränderungen, Fehler oder Schäden benötigt werden.The measuring means are preferably designed as a current measuring circuit and / or with at least one current transformer. However, the measuring means may also be included in facilities for powering the drives. For example, in drives that are designed with three-phase machines, phase currents or phase current signals of three-phase machines can either be measured with current transformers or read directly from upstream frequency converters, the frequency converter in the latter case include the measuring means. The measuring means can be set up to measure the electrical current to be measured continuously or to disperse time-discretely, in which latter case a sampling frequency is to be selected which makes it possible to detect all those frequency components of the measured electrical current, the deviations to be detected, changes, Errors or damage are needed.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner ausgebildet mit ersten Speichermitteln zum Speichern des vorgebbaren Frequenzspektrums und/oder mit zweiten Speichermitteln zum Speichern des vorgebbaren Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes. Die Speichermittel können zum festen Speichern der genannten vorgebbaren Daten in der Weise von Lesespeichern, auch als ROM bezeichnet, oder als Schreib-Lesespeicher ausgebildet sein. Im letzteren Fall können das vorgebbare Frequenzspektrum und/oder der vorgebbare Amplitudenwert bzw. Effektivwert anpassbar gestaltet bzw. aus anfänglichen Messungen ermittelbar und demgemäß individuell abspeicherbar sein. Ein zu Beginn des Betreibens des betreffenden Antriebs vorgefundener Betriebszustand wird dann als Sollzustand festgelegt. Die Vorrichtung kann dann als lernende Vorrichtung ausgebildet sein.Preferably, the device according to the invention is further configured with first storage means for storing the predeterminable frequency spectrum and / or with second storage means for storing the predefinable amplitude value or effective value. The memory means may be designed to store said specifiable data in the manner of read-only memories, also referred to as ROM, or as read-write memories. In the latter case, the predefinable frequency spectrum and / or the predeterminable amplitude value or effective value can be made adaptable or can be determined from initial measurements and accordingly be individually storable. An operating condition found at the beginning of the operation of the relevant drive is then defined as the desired condition. The device can then be designed as a learning device.
Weiter bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ausgebildet mit Meldemitteln, die insbesondere mit Visualisierungsmitteln und/oder Mitteln zum Abgeben wenigstens eines akustischen Warnsignals gestaltet sein können. Die Meldemittel dienen zum Übermitteln einer Meldung und/oder Information über eine festgestellte Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem Betriebszustand an insbesondere eine Bedien- und/oder Überwachungsperson. Bevorzugt kann die Meldung mit einem Warnton und/oder einem Warnlicht, einer Ampelvisualisierung mit wenigstens den Anzeigestufen „fehlerfrei“, „Überprüfung erforderlich“ bzw. „Reparatur wird demnächst fällig“ und „Fehler“ bzw. „Schaden“ ausgestaltet sein. Die Meldemittel können getrennt von anderen Anlagen nur einem ausgewählten der elektrischen Antriebe zugeordnet und unmittelbar an diesem oder in dessen unmittelbarer, räumlicher Nähe angeordnet sein. Die Meldemittel können auch Bestandteil einer umfangreicheren Einrichtung, z.B. eines Überwachungsnetzwerks, sein, die zum Überwachen einer umfangreicheren Anlage, z.B. einer Fabrikationsanlage mit einer Vielzahl derartiger Antriebe oder eines Fahrzeugs mit einer Vielzahl unterschiedlichster zu überwachender Einrichtungen und/oder Geräte, ausgebildet ist. So können die Meldemittel ausgebildet sein, um innerhalb einer umfangreicheren Überwachungsanzeige eine Zustands- und/oder Fehleranzeige darzustellen.More preferably, the device according to the invention is formed with reporting means that can be designed in particular with visualization means and / or means for dispensing at least one acoustic warning signal. The reporting means are used to transmit a message and / or information about a detected deviation and / or change in at least one operating state, in particular an operator and / or monitoring person. Preferably, the message with a warning sound and / or a warning light, a traffic light visualization with at least the display levels "error-free", "verification required" or "repair is soon due "and" error "or" damage "be configured. The reporting means can be assigned separately from other systems only a selected one of the electric drives and be arranged directly on this or in its immediate, spatial proximity. The reporting means may also be part of a larger device, such as a surveillance network, which is designed to monitor a larger plant, such as a manufacturing plant with a plurality of such drives or a vehicle with a variety of different devices and / or devices to be monitored. Thus, the reporting means may be configured to display a status and / or error indication within a more extensive monitoring display.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung wahlweise weiterhin mit Steuermitteln zum Eingreifen in ein Betreiben des Antriebs, insbesondere zum Außerbetriebsetzen des Antriebs, nach festgestellter Abweichung und/oder Veränderung in wenigstens einem Betriebszustand ausgebildet. Bevorzugt ist dabei ein unterschiedliches Eingreifen je nach Art des aufgetretenen Fehlers vorgesehen. So kann der betroffene Antrieb wahlweise mit geringerer Geschwindigkeit, d.h. insbesondere Drehzahl, weiter betrieben werden, um einen plötzlichen Stillstand und damit unter Umständen größere Auswirkungen auf eine Anlage, in die der Antrieb eingebunden ist, zu vermeiden. Dies kann z.B. bei einer Fehlermeldung über ein Überschreiten einer Verschleißgrenze vorteilhaft sein, wenn durch das Überschreiten der Verschleißgrenze noch kein unmittelbarer Schaden eintritt, mit einem solchen jedoch bei Fortsetzung des Gebrauchs des Antriebs z.B. unter Volllast zu rechnen ist. Wahlweise kann ein solches „weiches“ Eingreifen schon mit einer Fehlermeldung „Überprüfung erforderlich“ bzw. „Reparatur wird demnächst fällig“ oder erst mit einer Fehlermeldung „Fehler“ oder „Schaden“ gekoppelt sein. Bei derartigen Abweichungen und/oder Veränderungen in Betriebszuständen kann es ausreichend sein, den betroffenen Antrieb bei einer ohnehin, z.B. in regelmäßigen Wartungsintervallen, vorgesehenen Betriebspause des Antriebs bzw. der gesamten Anlage zu warten, zu überholen, auszutauschen oder zu reparieren. Wird dagegen eine insbesondere abrupte Veränderung eines Betriebszustands festgestellt, kann vorteilhaft ein ebenfalls abruptes Abschalten im Sinne eines „harten“ Eingreifens in den Betrieb sinnvoll oder notwendig sein und durchgeführt werden, um Folgeschäden, die eine Einbuße durch Stillstandzeiten des Antriebs oder einer größeren Anlage, in der der Antrieb eingesetzt ist, überschreiten, auszuschließen oder geringstmöglich zu halten.Advantageously, the device according to the invention is optionally further formed with control means for engaging in an operation of the drive, in particular for decommissioning of the drive, after detected deviation and / or change in at least one operating state. Preferably, a different intervention is provided depending on the nature of the error that has occurred. Thus, the affected drive can optionally be operated at a lower speed, i. In particular speed, continue to operate in order to avoid a sudden stop and thus possibly greater impact on a system in which the drive is involved. This can e.g. be advantageous in an error message on exceeding a wear limit, if the exceeding of the wear limit still no immediate damage occurs, but with such a continuation of the use of the drive, for. under full load is to be expected. Optionally, such a "soft" intervention already with an error message "inspection required" or "repair will be due soon" or coupled with an error message "error" or "damage". In the case of such deviations and / or changes in operating states, it may be sufficient to drive the affected drive in anyway, e.g. to maintain, overhaul, replace or repair at regular service intervals, scheduled downtimes of the drive or the entire system. If, however, a particular abrupt change in an operating condition is detected, an equally abrupt shutdown in the sense of a "hard" intervention in the operation may be useful or necessary and carried out to consequential damage, a loss due to downtime of the drive or a larger system in the drive is used to exceed, exclude or keep as low as possible.
Sowohl die Meldemittel als auch die Steuermittel sind voreilhaft steuerbar durch die Signalerzeugungsmittel zum Auslösen des Fehlersignals.Both the signaling means and the control means are prematurely controllable by the signal generating means for triggering the error signal.
Wahlweise sind schließlich noch weiterhin bevorzugt Aufzeichnungsmittel zum Protokollieren einer festgestellten Abweichung und/oder eines Auslösens des Fehlersignals und/oder der Meldung und/oder Information über die festgestellte Abweichung und/oder das Eingreifen in das Betreiben des Antriebs vorgesehen in der Art, wie sie als Fahrten- bzw. Flugschreiber an sich bekannt ist. Dabei dient das Protokollieren nicht allein Verwaltungszwecken; vielmehr können so auch Daten über insbesondere eine Entwicklung unterschiedlicher Veränderungen und/oder Fehler in dem wenigstens einen überwachten Antrieb gesammelt werden, die im weiteren für eine exaktere Zustandsüberwachung und/oder Fehlererkennung herangezogen werden können. Diese Daten können, nach entsprechender Auswertung, den Speichermitteln zum Speichern des vorgebbaren Frequenzspektrums und/oder des vorgebbaren Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes zugeführt werden im Sinne der erwähnten lernenden Vorrichtung.Optionally, recording means are further preferably provided for recording a detected deviation and / or triggering of the error signal and / or the message and / or information about the detected deviation and / or the intervention in the operation of the drive in the manner as Tachograph or black box is known per se. Logging is not solely for administrative purposes; Rather, data on, in particular, a development of different changes and / or errors in the at least one monitored drive can thus also be collected, which can subsequently be used for a more exact condition monitoring and / or error detection. These data can, after appropriate evaluation, be supplied to the storage means for storing the predefinable frequency spectrum and / or the predefinable amplitude value or effective value in the sense of the mentioned learning device.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit auf einfache Weise insbesondere mit den folgenden Komponenten gebildet:
- - wenigstens einem Sensor, insbesondere Stromsensor, der die Messmittel zum Messen des wenigstens einen wenigstens einem der elektrisch betriebenen Antriebe zum Speisen mit elektrischer Energie zugeführten elektrischen Stroms bildet, z.B. Stromwandler zur Phasenstrommessung an Drehstrommotoren oder Sensoren zur Strommessung an vorgeschalteten Frequenzumrichtern und/oder deren Regelungseinrichtungen;
- - einer, bevorzugt digitalen, Signalverarbeitungseinrichtung, bevorzugt einem Rechner, besonders bevorzugt einem Überwachungsrechner, einem Anlagensteuerungsrechner oder einem Fahrzeug-Bordrechner, umfassend die vorgenannten ersten und/oder zweiten Signalverarbeitungsmittel und die vorgenannten ersten und/oder zweiten Vergleichsmittel, sowie
- - einer Signalisierungseinheit, insbesondere Visualisierungseinheit, bevorzugt einer Bildschirmanzeige, besonders bevorzugt eingebunden in weitere Anzeigen über den Betrieb des Antriebs und/oder des Ihn umfassenden Fahrzeugs bzw. der ihn umfassenden Anlage.
- - At least one sensor, in particular current sensor, which forms the measuring means for measuring the at least one of the electrically operated drives for feeding electrical energy supplied electrical current, eg current transformer for phase current measurement of three-phase motors or sensors for current measurement of upstream frequency inverters and / or their control devices ;
- - One, preferably digital, signal processing device, preferably a computer, particularly preferably a monitoring computer, a plant control computer or a vehicle on-board computer, comprising the aforementioned first and / or second signal processing means and the aforementioned first and / or second comparison means, as well
- a signaling unit, in particular a visualization unit, preferably a screen display, particularly preferably integrated into further displays about the operation of the drive and / or the vehicle comprising it or the installation comprising it.
Die Signalverarbeitungseinrichtung bildet eine Auswerteeinheit, die bevorzugt mit einem Auswertealgorithmus betrieben wird, mit dem die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte ausgeführt werden. Der Auswertealgorithmus kann derart aufgebaut sein, dass damit bereits vor Aufnahme des Betriebs eines beschriebenen Antriebs Anfangswerte für dessen Betriebszustände, insbesondere für ein vorgebbares Frequenzspektrum und/oder für einen vorgebbaren Amplitudenwert bzw. Effektivwert des wenigstens einen zu messenden elektrischen Stroms, aus bekannten Konstruktionsdaten des Antriebs - z.B. Lagerfrequenzen, Zahnfrequenzen bei Zahnrädern und dergleichen - ermittelt und bei der ersten Inbetriebnahme überprüft und/oder abgeglichen werden. Die genannten Frequenzen z.B. treten in Frequenz-Seitenbändern des zu messenden Stroms durch eine Amplitudenmodulation auf. Hierdurch ist es einfach, in einem Schadensfall die dem Schaden zuzurechnenden Frequenzen für die Auswertung zu trennen. Bei Antrieben, die Zahnräder und/oder Zahnstangen enthalten, z.B. bei Getrieben, lassen sich die dem Schaden zuzurechnenden Frequenzen für die Auswertung anhand eines Zahneingriffs z.B. im Getriebe ermitteln. Bei einem Betrieb z.B. eines Getriebes mit unterschiedlichen Drehzahlen treten dann auch unterschiedliche Frequenzen auf. Hier sind bevorzugt im Vorfeld die für die jeweils genutzten Drehzahlen charakteristischen Frequenzen zu bestimmen, die für eine Überwachung der Betriebszustände herangezogen werden sollen.The signal processing device forms an evaluation unit, which is preferably operated with an evaluation algorithm with which the method steps described above are carried out. The evaluation algorithm can be designed in such a way that, even before the operation of a described drive is started, initial values for its operating states, in particular for a predefinable frequency spectrum and / or for a predefinable amplitude value or effective value, are obtained the at least one electrical current to be measured, from known design data of the drive - eg bearing frequencies, tooth frequencies in gears and the like - determined and checked during initial commissioning and / or adjusted. The frequencies mentioned, for example, occur in frequency sidebands of the current to be measured by an amplitude modulation. This makes it easy to separate in a case of damage the attributable to the damage frequencies for the evaluation. For drives that contain gears and / or racks, eg gearboxes, the frequencies attributable to the damage can be determined for the evaluation by means of a tooth engagement, eg in the gearbox. In an operation such as a transmission with different speeds then occur on different frequencies. Here, it is preferable to determine in advance the frequencies which are characteristic of the rotational speeds used and which are to be used for monitoring the operating states.
Zum Gewinnen des vorgebbaren Frequenzspektrums und/oder des vorgebbaren Amplitudenwertes bzw. Effektivwertes des wenigstens einen zu messenden elektrischen Stroms und für bestimmte Fehler und/oder Schäden charakteristischer Abweichungen und/oder Veränderungen im gemessenen Strom ist es ferner vorteilhaft, z.B. in Voruntersuchungen Messungen auszuführen und dazu die zugleich entstandenen bzw. vorliegenden Fehler und/oder Schäden zu bestimmen, bevorzugt durch eine Inaugenscheinnahme, mechanische Untersuchung und/oder Vermessung. Damit lässt sich dann eine zusätzliche Information über Fehler und/oder Schäden in das auszulösende Fehlersignal aufnehmen.In order to obtain the predefinable frequency spectrum and / or the predefinable amplitude value or rms value of the at least one electrical current to be measured and for certain errors and / or damage of characteristic deviations and / or changes in the measured current, it is further advantageous, e.g. carry out measurements in preliminary investigations and to determine the errors and / or damages which have occurred or are present at the same time, preferably by means of visual inspection, mechanical examination and / or surveying. In this way, additional information about errors and / or damage can then be included in the error signal to be triggered.
Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt, aufweisend Programmteile zum Ausführen eines Verfahrens der vorgenannten Art, durch eine maschinenlesbare, insbesondere computerlesbare, Datenstruktur, erzeugt durch ein solches Verfahren und/oder durch mindestens ein solches Computerprogrammprodukt und durch einen maschinenlesbaren, insbesondere computerlesbaren, Datenträger, auf dem mindestens ein solches Computerprogrammprodukt aufgezeichnet und/oder gespeichert ist und/oder auf dem mindestens eine solche Datenstruktur zum Abruf bereit gehalten ist.The above-mentioned object is also achieved by a computer program product comprising program parts for carrying out a method of the aforementioned type, by a machine-readable, in particular computer-readable, data structure generated by such a method and / or by at least one such computer program product and by a machine-readable, in particular computer-readable , Data carrier on which at least one such computer program product is recorded and / or stored and / or on which at least one such data structure is kept ready for retrieval.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im nachfolgenden näher beschrieben, wobei übereinstimmende Elemente in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sind und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Es zeigen:
-
1 ein grob schematisches Blockschaltbild eines Beispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, -
2 ein Ritzel als Beispiel eines Bauteils eines Antriebs, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bevorzugt gemäß1 , ausgebildet ist, im gesunden Betriebszustand, -
3 ein Beispiel eines Frequenzspektrums, wie es an einem Antrieb gemäß1 mit einem gesunden Ritzel gemäß2 für einen dem Antrieb zugeführten elektrischen Strom gemessen wird, -
4 das Ritzel gemäß2 in einem beschädigten Betriebszustand, auch als Schadenszustand bezeichnet, -
5 ein Beispiel eines Frequenzspektrums, wie es an einem Antrieb gemäß1 mit einem beschädigten Ritzel gemäß4 für einen dem Antrieb zugeführten elektrischen Strom gemessen wird, -
6 ein grob schematisches Blockschaltbild einer detaillierteren Darstellung eines Teils der Anordnung gemäß1 , -
7 ein Diagramm mit der Darstellung von Drehzahl und Phasenstrom im Zeitbereich, -
8 eine Zeit-Frequenzanalyse des Phasenstroms, -
9 eine Darstellung des Phasenstroms und der Drehzahl im Wegbereich, -
10 eine Zeit-Frequenzanalyse im Wegbereich, -
11 eine Darstellung der Kombination der Zeit-Frequenzanalyse und der Auswertung der Regeldifferenz der Drehzahl und -
12 eine vereinfachte Darstellung eines Programmablaufplanes der einzelnen Prozess-Schritte.
-
1 a rough schematic block diagram of an example of a device according to the invention, -
2 a pinion as an example of a component of a drive, with a device according to the invention, preferably according to1 , is formed, in healthy operating condition, -
3 an example of a frequency spectrum, as in a drive according to1 with a healthy pinion according to2 for an electric current supplied to the drive, -
4 the pinion according to2 in a damaged operating condition, also called damage condition, -
5 an example of a frequency spectrum, as in a drive according to1 with a damaged pinion according to4 for an electric current supplied to the drive, -
6 a rough schematic block diagram of a more detailed representation of a portion of the arrangement according to1 . -
7 a diagram showing the speed and phase current in the time domain, -
8th a time-frequency analysis of the phase current, -
9 a representation of the phase current and the speed in the path area, -
10 a time-frequency analysis in the path area, -
11 a representation of the combination of the time-frequency analysis and the evaluation of the control difference of the speed and -
12 a simplified representation of a program flow chart of the individual process steps.
In
Zum Ausführen dieser Überwachung umfasst die Vorrichtung
In
Die ersten Vergleichsmittel
Der Signalverarbeitungseinrichtung
Das Fehlersignal wird in der Vorrichtung
Von der Signalerzeugungsstufe
Weiterhin umfasst die Vorrichtung
Durch die gemessenen Phasenströme an der Drehstrommaschine
Aus einer ersten Messung der Phasenströme werden ein Frequenzspektrum, ein Amplitudenwert und/oder ein Effektivwert ermittelt. Ein damit umschriebener Betriebszustand, d.h. der bei dieser ersten Messung vorliegende Betriebszustand, wird dann als ein „Soll-Betriebszustand“ festgelegt; das gewonnene Frequenzspektrum bzw. der gewonnene Amplitudenwert und/oder Effektivwert werden als vorgebbares Frequenzspektrum bzw. vorgebbarer Amplitudenwert und/oder Effektivwert in den ersten bzw. zweiten Speichermitteln
Der damit festgelegte „Soll-Betriebszustand“ wird zugleich als „gesunder“ Zustand des Antriebs
Im Betrieb des Antriebs
Als Beispiel eines Bauteils eines mechanischen Systems
In
Ergänzend zu der vorstehend erläuterten, aus der
Zum Beispiel können an Pressentransferen mechanische Schäden an den Linearachsen auftreten, die zu einem Ausfall der gesamten Anlage führen können. Diese Schäden sollen möglichst frühzeitig und kostengünstig während des laufenden Betriebs erkannt werden. Dazu werden zur Schadensdetektion dieser translatorisch bewegten Bauteile ebenfalls interne Signale des elektrischen Antriebsmotors verwendet, so dass keine zusätzlichen Sensoren vorgesehen werden müssen.For example, mechanical damage to the linear axes can occur in press transfers, which can lead to failure of the entire system. This damage should be detected as early as possible and at low cost during operation. For this purpose, internal signals of the electric drive motor are also used for damage detection of these translationally moving components, so that no additional sensors must be provided.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen von mechanischen Schäden an translatorisch bewegten Bauteilen des Antriebes, bzw. die entsprechende Vorrichtung
Über ein auf dem Digitalrechner
Mit diesem Verfahren, das einer Kurzzeit-Fourier-Transformation gleichkommt, kann die Frequenz des Phasenstroms über den Weg betrachtet werden. Hierzu könnten beispielhaft die Wigner-Ville-Distribution, die Choi-Williams-Distribution oder die Butterworth-Distribution oder vergleichbare Verfahren herangezogen werden. Der Weg ist hierbei zum Beispiel der Verfahrweg einer Linearachse. Schäden wie Zahnausbrüche können durch ihre breitbandige Stoßanregung (alle Frequenzen sind bei einem bestimmten Ort vorhanden) erkannt werden. Die Zuordnung der Schäden zu einem Bauteil erfolgt über die zuvor gespeicherten Geometriedaten. Treten Stoßanregungen im Abstand von zum Beispiel dem Wälzkreisdurchmesser eines in die Zahnstange eingreifenden Ritzels auf, so kann anhand des bekannten Wälzkreisdurchmessers dieses Schadensbild einem Zahnausbruch am Ritzel zugeordnet werden. Weiterhin ist die Regeldifferenz der Drehzahl ebenfalls vom Zeit- in den Wegbereich zu transformieren. Im Falle eines Schadens weicht die Ist-Drehzahl des Motors von der Soll-Drehzahl für einen kurzen Zeitraum ab. Diese Regeldifferenz ist ein weiterer Indikator für einen mechanischen Schaden. Durch die Kombination der beiden Auswertungen kann die Diagnosesicherheit erhöht werden. Dabei können jeweils mehrere Messungen gemittelt werden, um Beeinflussungen durch Rauschen und andere Signalstörungen auszublenden. Zu dem gleichen Zweck können die Ergebnisse auch mit einem vorher ermittelten und abgespeicherten „in Ordnung-Wert“ (i.O. Wert) verglichen werden, damit bereits im Zustand ohne Schaden (i.O. Wert) vorhandene Effekte nicht zu Fehlinterpretationen führen. Das Ziel dieser Analyseverfahren ist es, durch vorher festgelegte Grenzwerte einen Kennwert zu ermitteln, der den Zustand des Bauteiles auf einfache Weise visualisiert. Außerdem können nach Bedarf weitere, für die Zustandsüberwachung nützliche Größen aus der Steuerungseinheit des Elektromotors ausgelesen werden, wie zum Beispiel die Temperatur. Zur Detektion von Schäden an Antrieben im dynamischen Bereich ist der in
In der
Dabei ist die Differenz zwischen Soll- und Ist-Drehzahl an den bekannten Schadenstellen erhöht. Der Ausschlag bei 588 mm (
In vorteilhafter Weise erfolgt eine Korrelation der beiden Untersuchungsmethoden (Zeit-Frequenz-Analyse und Drehzahlregeldifferenz im Antrieb), wobei an den Stellen, an denen über mehrere Messreihen hinweg Unregelmäßigkeiten in beiden Signalen auftauchen, verstärkt mit einem Schaden zu rechnen ist.Advantageously, a correlation of the two methods of investigation (time-frequency analysis and speed control difference in the drive) takes place, with increased damage being expected at the points where irregularities occur in both signals over several measurement series.
Der besondere Vorteil des in den
Alternativ könnten die Phasenströme durch zusätzliche Sensoren ermittelt werden und sämtliche zu überwachenden Achsen in einem Testlauf mit konstanter Geschwindigkeit verfahren werden. Statt einer Überwachung anhand des Motorstromes könnte die mechanische Schwingung durch Beschleunigungssensoren erfasst und ausgewertet werden. Dies hätte jedoch erneut den Nachteil, dass zusätzliche Sensoren und eine entsprechende Auswerte-Peripherie vorzusehen sind.Alternatively, the phase currents could be determined by additional sensors and all axes to be monitored are traversed in a test run at constant speed. Instead of monitoring based on the motor current, the mechanical vibration could be detected and evaluated by acceleration sensors. However, this would again have the disadvantage that additional sensors and a corresponding evaluation peripherals are provided.
Mit dem in den
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Vorrichtungcontraption
- 101101
- Antriebdrive
- 102102
- DrehstrommaschinePhase machine
- 103103
- Mechanisches SystemMechanical system
- 104104
- Lagercamp
- 105105
- Kupplungclutch
- 106106
- Getriebetransmission
- 107107
- Zahnrad; RitzelGear; pinion
- 108108
- Zahnstangerack
- 109109
- Messmittelmeasuring Equipment
- 110110
- SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
- 111111
- Pfeilearrows
- 112112
- Messstufe von 110Measuring level of 110
- 113113
- Erste Signalverarbeitungsmittel für Zeit-Frequenz-AnalyseFirst signal processing means for time-frequency analysis
- 114114
- Zweite Signalverarbeitungsmittel für Amplituden- und/oder EffektivwertbestimmungSecond signal processing means for amplitude and / or RMS determination
- 115115
- Signalverbindungen von 112 an 113, 114Signal connections from 112 to 113, 114
- 116116
- Signalverbindungsignal connection
- 117117
- Erste VergleichsmittelFirst comparison means
- 118118
- Signalverbindungsignal connection
- 119119
- Zweite VergleichsmittelSecond comparison means
- 120120
- Erste Speichermittel für das vorgebbare FrequenzspektrumFirst storage medium for the predefinable frequency spectrum
- 121121
- Zweite Speichermittel für die vorgebbaren Amplitudenwerte bzw. EffektivwerteSecond storage means for the predefinable amplitude values or RMS values
- 122122
- Signalverbindungsignal connection
- 123123
- Signalverbindungsignal connection
- 124124
- Signalerzeugungsmittel, hier: SignalerzeugungsstufeSignal generation means, here: Signal generation stage
- 125125
- Signalverbindung von 117 an 124Signal connection from 117 to 124
- 126126
- Signalverbindung von 119 an 124Signal connection from 119 to 124
- 127127
- Meldemittelnotification means
- 128128
- Visualisierungsmittel, hier: Visualisierungseinheit bzw. AnzeigeVisualization means, here: visualization unit or display
- 129129
- Signalverbindung von 124 an 128Signal connection from 124 to 128
- 130130
- Mittel zum Abgeben eines akustischen WarnsignalsMeans for delivering an audible warning signal
- 131131
- Signalverbindung von 124 an 130Signal connection from 124 to 130
- 132132
- Steuermittelcontrol means
- 133133
- Signalverbindungsignal connection
- 134134
- Aufzeichnungsmittelrecording means
- 135135
- Signalverbindungen von 113, 114, 124 an 134Signal connections from 113, 114, 124 to 134
- 136136
- Signalverbindung von 113 an 120Signal connection from 113 to 120
- 137137
- Signalverbindung von 114 an 121Signal connection from 114 to 121
- 138138
- Frequenz-SeitenbänderFrequency sidebands
- 139139
- Zahnbruch tooth fracture
- AA
- Amplituden der Frequenzanteile des elektrischen StromsAmplitudes of the frequency components of the electric current
- ZAZA
- Zahnausbrüche am Ritzel Teeth on the pinion
- ff
- Frequenzfrequency
- fgfg
- Grundfrequenz fundamental frequency
- UU
- Phasenanschluss von 102Phase connection of 102
- VV
- Phasenanschluss von 102Phase connection of 102
- WW
- Phasenanschluss von 102Phase connection of 102
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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