DE102017122373A1

DE102017122373A1 - Betriebszustandsüberwachungsvorrichtung für einen Zylinder

Info

Publication number: DE102017122373A1
Application number: DE102017122373.8A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Fujiwara
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-04-05
Also published as: KR102360764B1; US10480549B2; CN107893792A; JP2018059548A; CN107893792B; US20180094655A1; KR20180037129A; JP6868166B2; TWI737828B; TW201819875A

Abstract

Ein Mikrocomputer (62) eines Detektors (54), der einen Teil einer Überwachungsvorrichtung (10) bildet, berechnet Differenzdrücke (erster Differenzdruck ΔP12, zweiter Differenzdruck ΔP21) zwischen einem ersten Druckwert (P1), der durch einen in einer ersten Leitung (26) vorgesehenen ersten Drucksensor (50) erfasst wird, und einem zweiten Druckwert (P2), der durch einen in einer zweiten Leitung (30) vorgesehenen zweiten Drucksensor (52) erfasst wird, und bestimmt auf der Basis des berechneten Differenzdruckes, ob die Operation der Hin- und Herbewegung des Kolbens (16) sich in einem Zwischenzustand zwischen einem Normalzustand und einem abnormalen Zustand befindet oder nicht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zylinderbetriebszustands-Überwachungsvorrichtung für einen Zylinder, der einen Zylindergrundkörper, einen Kolben, welcher zwischen einem Ende und einem anderen Ende im Inneren des Zylindergrundkörpers eine hin und her gehende Bewegung durchführen kann, und eine integral mit dem Kolben verbundene Kolbenstange aufweist.
Ein Zylinder umfasst einen Zylindergrundkörper, einen Kolben, der zwischen einem Ende und einem anderen Ende innerhalb des Zylindergrundkörpers eine hin und her gehende Bewegung vollzieht, und eine integral mit dem Kolben verbundene Kolbenstange. Zwischen dem Kolben und dem einen Ende ist im Inneren des Zylindergrundkörpers eine erste Zylinderkammer ausgebildet. Zwischen dem Kolben und dem anderen Ende ist im Inneren des Zylindergrundkörpers eine zweite Zylinderkammer ausgebildet. Indem ein Fluid von einer Fluidzufuhrquelle der ersten Zylinderkammer oder der zweiten Zylinderkammer zugeführt wird, werden der Kolben und die Kolbenstange zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper hin und her bewegt. In dem japanischen Patent Nr. 3857187 ist ein derartiger Zylinder beschrieben, bei dem in die Kolbenstange ein Magnet integriert ist, und Positionsdetektionssensoren, die ein Magnetfeld des Magneten detektieren, sind an dem einen Ende und dem anderen Ende des Zylindergrundkörpers angeordnet.
Zusammenfassung der Erfindung
Da aber bei der Technik gemäß dem japanischen Patent Nr. 3857187 die Positionsdetektionssensoren in der Nähe des Zylinders installiert sind, besteht in dem Fall, wenn der Zylinder beispielsweise im Zusammenhang mit der Lebensmittelherstellung verwendet wird und der Zylinder in Kontakt mit einer Reinigungsflüssigkeit für diese Lebensmittel oder dergleichen gebracht wird, die Möglichkeit, dass die Positionsdetektionssensoren und die Verdrahtung der Positionsdetektionssensoren korrodiert werden. Eine Sicherstellung einer ausreichenden Flüssigkeitsresistenz der Positionsdetektionssensoren und deren Verdrahtung führt aber zu steigenden Kosten.
Bei dem aus dem japanischen Patent Nr. 3857187 bekannten Stand der Technik wird außerdem die Bewegungszeit des Kolbens zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Zylindergrundkörpers gemessen. Wenn die gemessene Bewegungszeit von einem festgelegten Wert abweicht, wird eine solche Abweichung als ein Fehler gezählt. Erreicht oder überschreitet die Zahl der gezählten Fehler einen zulässigen Fehlerzähler, so wird außerdem bestimmt, dass der Zylinder nicht ordnungsgemäß arbeitet. Dementsprechend ist für die hin und her gehende Bewegung des Kolbens kein Beurteilungskriterium für einen Zwischenzustand zwischen einem normalen Zustand und einem abnormalen Zustand beschrieben. Daher ist es nicht möglich, einen solchen Zwischenzustand zu erkennen, bei welchem die Leistung des Kolbens sich auch bei einem normalen Betrieb des Zylinders gegenüber dem Ursprungszustand verschlechtert hat.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der oben genannten Probleme gemacht und hat die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Überwachung des Zylinderbetriebszustandes vorzuschlagen, mit der es möglich ist, einen Zwischenzustand zwischen einem normalen Zustand und einem abnormalen Zustand zu erkennen, ohne dass es notwendig wäre, einen Sensor in der Nähe des Zylinders zu installieren.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Betriebszustands-Überwachungsvorrichtung für einen Zylinder, wobei zwischen einem Kolben und einem Ende im Inneren eines Zylindergrundkörpers eine erste Zylinderkammer ausgebildet ist, wobei zwischen dem Kolben und einem anderen Ende im Inneren des Zylindergrundkörpers eine zweite Zylinderkammer ausgebildet ist, und wobei der ersten Zylinderkammer von einer Fluidzufuhrquelle ein Fluid zugeführt wird oder der zweiten Zylinderkammer von der Fluidzufuhrquelle ein Fluid zugeführt wird, wodurch der Kolben, der mit einer Kolbenstange verbunden ist, in dem Zylindergrundkörper zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende hin und her verschoben wird.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, umfasst die Betriebszustands-Überwachungsvorrichtung für einen Zylinder gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem eine erste Druckdetektionseinheit, die dazu ausgestaltet ist, einen Druckwert in der ersten Zylinderkammer zu erfassen, eine zweite Druckdetektionseinheit, die dazu ausgestaltet ist, einen Druckwert in der zweiten Zylinderkammer zu erfassen, eine Differenzdruckberechnungseinheit, die dazu ausgestaltet ist, einen Differenzdruck zwischen dem durch die erste Druckdetektionseinheit detektierten Druckwert und dem durch die zweite Druckdetektionseinheit detektieren Druckwert zu berechnen, sowie eine Erkennungs- oder Bestimmungseinheit, die dazu ausgestaltet ist, auf der Basis des durch die Differenzdruckberechnungseinheit berechneten Differenzdruckes zu erkennen (bestimmen), ob sich die hin und her gehende Bewegungsoperation des Kolbens in einem Zwischenzustand zwischen einem normalen Zustand und einem abnormalen Zustand befindet oder nicht.
Wenn bei einer solchen Konfiguration der Druck in dem Fluidzufuhrweg von der Fluidzufuhrquelle zu der ersten Zylinderkammer oder der zweiten Zylinderkammer erfasst wird, ist es möglich, den Druckwert der ersten Zylinderkammer oder der zweiten Zylinderkammer zu detektieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend nicht notwendig, Sensoren in der Nähe des Zylinders zu installieren.
Außerdem erkennt die Bestimmungseinheit auf der Basis des Differenzdruckes zwischen dem Druckwert der ersten Zylinderkammer und dem Druckwert der zweiten Zylinderkammer, ob sich die hin und her gehende Bewegungsoperation des Kolbens in einem Zwischenzustand befindet oder nicht. Indem auf diese Weise ein solcher Erkennungs- oder Bestimmungsprozess (Fehlervorhersagefunktion) für den Zwischenzustand zu Zeiten des normalen Betriebes aufaddiert wird, ist es möglich, den Zwischenzustand, bei welchem sich die Leistung des Zylinders gegenüber dem Ursprungszustand verschlechtert hat, zu bestimmen.
In diesem Fall kann die Betriebszustands-Überwachungsvorrichtung außerdem vorzugweise eine Speichereinheit aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, den berechneten Differenzdruck zu speichern, wenn die erste Druckdetektionseinheit während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens den Druckwert der ersten Zylinderkammer detektiert hat, wenn die zweite Druckdetektionseinheit den Druckwert der zweiten Zylinderkammer detektiert hat und wenn die Differenzdruckberechnungseinheit den Differenzdruck der jeweiligen Differenzwerte berechnet hat. Bei Abschluss der hin und her gehenden Bewegung bestimmt in diesem Fall die Bestimmungseinheit auf der Basis des Differenzdrucks, der in der Speichereinheit gespeichert ist, ob sich die hin und her gehende Bewegungsoperation in dem Zwischenzustand befindet oder nicht.
Da bei diesem Merkmal der Differenzdruck, der während der hin und hergehenden Bewegung berechnet wird, bei Abschluss des hin und her gehenden Bewegungsvorgangs analysiert wird, ist es möglich, mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, ob sich die hin und her gehende Bewegungsoperation in dem Zwischenzustand befindet oder nicht. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit des Bestimmungsergebnisses verbessert werden.
Außerdem ist es bekannt, dass der Differenzdruck während der hin und her gehenden Bewegung im Wesentlichen konstant bleibt. Daher kann eine Änderung der Höhe (Niveau) des Differenzdruckes als Anzeichen betrachtet werden, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, beispielsweise eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall des Zylinders oder von Komponenten, die sich auf seinen Betrieb beziehen. Indem der Erkennungsvorgang auf der Basis des Differenzdruckes durchgeführt wird, ist es dementsprechend möglich, den Bestimmungsprozess für den hin und her gehenden Bewegungsvorgang sehr effizient durchzuführen.
Außerdem liefert die Fluidzufuhrquelle das Fluid durch eine erste Leitung zu der ersten Zylinderkammer oder durch eine zweite Leitung zu der zweiten Zylinderkammer. In diesem Fall kann die erste Druckdetektionseinheit einen ersten Druckwert des Fluids innerhalb der ersten Leitung, die von dem Druckwert der ersten Zylinderkammer abhängt, erfassen, die zweite Druckdetektionseinheit kann einen zweiten Druckwert des Fluids in der zweiten Leitung erfassen, der von dem Druckwert der zweiten Zylinderkammer abhängt, und die Differenzdruckberechnungseinheit kann einen Differenzdruck zwischen dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert berechnen.
Gemäß diesem Merkmal kann der Bestimmungsprozess mit großer Effizienz durchgeführt werden, wobei der Differenzdruck, der auf dem ersten Druckwert und dem zweiten Druckwert basiert, genutzt wird. Da die erste Druckdetektionseinheit in der ersten Leitung vorgesehen ist und die zweite Druckdetektionseinheit in der zweiten Leitung vorgesehen ist, ist es außerdem nicht notwendig,
Sensoren sowie die Verdrahtung für diese Sensoren in der Nähe des Zylinders zu installieren. Hierdurch ist es möglich, den Zylinder auch in Einrichtungen zu verwenden, die für die Lebensmittelherstellung vorgesehen sind, und es ist möglich, das Auftreten von Korrosion der Sensoren und der Verdrahtung bei einer Reinigung der Einrichtung zu vermeiden.
Die Bestimmungseinheit erkennt, dass sich die hin und her gehende Bewegungsoperation des Kolbens in dem normalen Zustand befindet, wenn der Differenzdruck geringer ist als ein erster Differenzdruckschwellenwert. Außerdem erkennt die Bestimmungseinheit, dass sich die hin und her gehende Bewegungsoperation in dem Zwischenzustand befindet, in dem eine Verschlechterung der Leistung des Zylinders aufgetreten ist, obwohl die hin und her gehende Bewegungsoperation noch normal ist, wenn der Differenzdruck größer oder gleich dem ersten Differenzdruckschwellenwert und kleiner als ein zweiter Differenzdruckschwellenwert ist. Außerdem erkennt die Bestimmungseinheit, dass die hin und her gehende Bewegungsoperation des Kolbens sich in dem abnormalen Zustand befindet, wenn der Differenzdruck größer oder gleich dem zweiten Differenzdruckschwellenwert ist.
Gemäß diesem Merkmal ist die Bestimmungseinheit in der Lage, für die hin und her gehende Bewegungsoperation die Bestimmung des Normalzustandes, des Zwischenzustandes und des abnormalen Zustandes durchzuführen. Da der Bestimmungsprozess (Fehlervorhersagefunktion) für den Zwischenzustand durchgeführt wird, indem der erste Differenzdruckschwellenwert und der zweite Differenzdruckschwellenwert als Referenzwerte verwendet werden, ist es auch während der normalen Operation möglich, den Zwischenzustand, in dem sich die Leistung gegenüber dem Ursprungszustand verschlechtert hat, einfach zu bestimmen.
Außerdem umfasst die Betriebszustands-Überwachungsvorrichtung eine Timereinheit (Zeitmesser), die dazu ausgestaltet ist, eine Bewegungszeit des Kolbens zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper zu messen. In diesem Fall kann die Timereinheit einen Zeitraum von einem Zeitpunkt, zu dem der Kolben die Bewegung von dem einen Ende oder dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper beginnt, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem der Kolben das andere Ende oder das eine Ende in dem Zylindergrundkörper erreicht, als die Bewegungszeit messen. Der Differenzdruck steigt von einem konstanten Wert an und die Bestimmungseinheit kann auf der Basis der Bewegungszeit bestimmen, ob sich die hin und her gehende Bewegungsoperation des Kolbens in dem Zwischenzustand befindet oder nicht.
Wenn sich die Bewegungszeit ändert, kann eine solche Änderung als Anzeichen gewertet werden, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, beispielsweise eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall (von Komponenten für den Betrieb) des Zylinders. Daher ist es auf der Basis der Bewegungszeit möglich, den Bestimmungsprozess für die hin und her gehende Bewegungsoperation sehr effizient durchzuführen. Außerdem bestimmt die Bestimmungseinheit, dass die hin und her gehende Bewegungsoperation des Kolbens sich in einem Normalzustand befindet, wenn die Bewegungszeit innerhalb eines ersten Zeitraumschwellenwertes liegt. Außerdem bestimmt die Bestimmungseinheit, dass sich die hin und her gehende Bewegungsoperation in dem Zwischenzustand befindet, in dem eine Verschlechterung der Leistung des Zylinders aufgetreten ist, auch wenn die hin und her gehende Bewegungsoperation noch normal ist, wenn die Bewegungszeit von dem ersten Zeitraumschwellenwert abweicht und innerhalb eines zweiten Zeitraumschwellenwertes liegt. Außerdem bestimmt die Bestimmungseinheit, dass sich die hin und her gehende Bewegungsoperation in dem abnormalen Zustand befindet, wenn die Bewegungszeit von dem zweiten Zeitraumschwellenwert abweicht.
Auch in diesem Fall kann die Bestimmungseinheit für die die hin und her gehende Bewegungsoperation die Erkennungen und Bestimmungen jeweils des Normalzustandes, des Zwischenzustandes und des abnormalen Zustandes durchführen. Da der Bestimmungsprozess (Fehlervorhersagefunktion) für den Zwischenzustand durchgeführt wird, indem der erste Zeitraumschwellenwert und der zweite Zeitraumschwellenwert als Referenzwerte verwendet werden, ist es auch während des Normalbetriebes möglich, den Zwischenzustand, in welchem sich die Leistung gegenüber dem ursprünglichen Zustand verschlechtert hat, einfach zu bestimmen.
Außerdem kann die Betriebszustands-Überwachungsvorrichtung eine Benachrichtigungseinheit aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, eine Benachrichtigung über das Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit zu liefern.
Wenn der oben beschriebene Zwischenzustand als ein Warnzustand für eine Abnormalität, wie einen Ausfall oder dergleichen, bevor der Zylinder tatsächlich ausfällt, behandelt wird, kann die Verschlechterung der Leistung des Zylinders an ein übergeordnetes System oder dergleichen der Betriebszustands-Überwachungsvorrichtung gemeldet werden. Dementsprechend ist es möglich, einem Nutzer eine Nachricht zukommen zu lassen, dass eine Wartung des Zylinders vorgesehen werden sollte. Die Ausfallzeit des Gesamtsystems kann so minimiert werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm einer Überwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines in 1 gezeigten Detektors zeigt;
3 ist ein Fließdiagramm der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen eines ersten Druckwertes und eines zweiten Druckwertes über der Zeit zeigt;
5 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen des ersten Druckwertes und des zweiten Druckwertes über der Zeit zeigt;
6 ist ein Zeitdiagramm, das eine Bewegungszeit des Zylinders zeigt;
7 ist ein Fließdiagramm, das den Prozess von Schritt S7 in 3 zeigt;
8 ist ein Zeitdiagramm entsprechend dem Bestimmungsprozess in dem Fließbild gemäß 7;
9 ist ein Fließbild, das einen anderen Prozess von Schritt S7 in 3 zeigt; und
10 ist ein Zeitdiagramm, das dem Bestimmungsprozess des Fließbildes in 9 entspricht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Betriebszustands-Überwachungsvorrichtung für einen Zylinder gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
[1. Aufbau der vorliegenden Ausführungsform]
1 ist ein Blockdiagramm einer Zylinderbetriebszustands-Überwachungsvorrichtung 10 (nachfolgend der Einfachheit halber auch als "Überwachungsvorrichtung 10" bezeichnet) gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Überwachungsvorrichtung 10 dient als eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustandes eines Zylinders 12. Der Zylinder 12 umfasst einen Zylindergrundkörper 14, einen Kolben 16, der beweglich im Inneren des Zylindergrundkörpers 14 angeordnet ist, und eine Kolbenstange 18, die mit dem Kolben 16 verbunden ist. In dem Inneren des Zylindergrundkörpers 14 wird hierbei eine erste Zylinderkammer 20 zwischen dem Kolben 16 und einem Ende, das in 1 auf der linken Seite gezeigt ist, ausgebildet und zwischen dem Kolben 16 und dem anderen, in 1 auf der rechten Seite gezeigten Ende ist eine zweite Zylinderkammer 22 ausgebildet.
Wie in 1 gezeigt ist, ist die Kolbenstange 18 außerdem mit einer Seitenfläche des Kolbens 16 verbunden, welche der zweiten Zylinderkammer 22 zugewandt ist. Das distale Ende der Kolbenstange 18 erstreckt sich von dem rechten Ende des Zylindergrundkörpers 14 nach außen. Somit handelt es sich bei dem Zylinder 12 um einen Einzelwellenzylinder.
An einer Seitenfläche des Zylindergrundkörpers 14 an der Seite der ersten Zylinderkammer 20 ist eine erste Anschlussöffnung 24 ausgebildet, und mit dem ersten Anschluss 24 ist ein Endabschnitt einer ersten Leitung 26 verbunden. Andererseits ist an einer Seitenfläche des Zylindergrundkörpers 14 an der Seite der zweiten Zylinderkammer 22 eine zweite Anschlussöffnung 28 ausgebildet, und mit dem zweiten Anschluss 28 ist ein Endabschnitt einer zweiten Leitung 30 verbunden.
Ein anderer Endabschnitt der ersten Leitung 26 ist mit einem ersten Verbindungsanschluss 34 eines Umschaltventils 32 verbunden. Außerdem ist ein anderer Endabschnitt der zweiten Leitung 30 mit einem zweiten Verbindungsanschluss 36 des Umschaltventils 32 verbunden. Eine Zufuhrleitung 40 ist mit einem Zufuhranschluss 38 des Umschaltventils 32 verbunden. Die Zufuhrleitung 40 ist mit einer Fluidzufuhrquelle 42 verbunden, wobei an einer mittleren Position in der Zufuhrleitung 40 ein Druckreduzierventil 44 vorgesehen ist.
Das Umschaltventil 32 ist ein einzeln wirkendes Fünfwege-Elektromagnetventil und wird durch Befehlssignale (Ströme) angetrieben, die einem Elektromagneten 46 von außen zugeführt werden.
Wenn dem Elektromagneten 46 kein Befehlssignal zugeführt wird, stehen der Zufuhranschluss 38 und der zweite Verbindungsanschluss 36 miteinander in Verbindung, wobei der erste Verbindungsanschluss 34 zur Umgebung offen ist. Dementsprechend wird das von der Fluidzufuhrquelle 42 zugeführte Fluid durch das Druckreduzierventil 44 auf einen festgelegten Druck geregelt und über die Zufuhrleitung 40 dem Zufuhranschluss 38 des Umschaltventils 32 zugeführt. Das druckgewandelte Fluid (Druckfluid) wird der zweiten Zylinderkammer 22 über den Zufuhranschluss 38, den zweiten Verbindungsanschluss 36, die zweite Leitung 30 und den zweiten Anschluss 28 zugeführt.
Hierdurch wird der Kolben 16 durch das Druckfluid zu der Seite der ersten Zylinderkammer 20 gedrückt und bewegt sich in der Richtung des Pfeils C. Gleichzeitig wird das Fluid (Druckfluid) in der ersten Zylinderkammer 20, welches durch den Kolben 16 gepresst wird, von dem ersten Anschluss 24 über die erste Leitung 26, den ersten Verbindungsanschluss 34 und das Umschaltventil 32 nach außen abgelassen.
Wenn dem Elektromagnetventil 46 andererseits ein Befehlssignal zugeführt wird, treten der Zufuhranschluss 38 und der erste Verbindungsanschluss 34 in Verbindung, während der zweite Verbindungsanschluss 36 zur Umgebung geöffnet wird. Dementsprechend wird das Druckfluid, das von der Fluidzufuhrquelle 42 zugeführt wird und dessen Druck durch das Druckreduzierventil 44 auf einen festgelegten Druckwert gewandelt wird, von der Zufuhrleitung 40 über den Zufuhranschluss 38, den ersten Verbindungsanschluss 34, die erste Leitung 26 und den ersten Anschuss 24 der ersten Zylinderkammer 20 zugeführt.
Somit wird der Kolben 16 durch das Druckfluid zu der Seite der zweiten Zylinderkammer 22 gepresst und bewegt sich in Richtung des Pfeils D. Gleichzeitig wird das Fluid in der zweiten Zylinderkammer 22, das durch den Kolben 16 gepresst wird, von dem zweiten Anschluss 28 über die zweite Leitung 30, den zweiten Verbindungsanschluss 36 und das Umschaltventil 32 nach außen abgelassen.
Durch den Schaltvorgang des Umschaltventils 32 wird auf diese Weise das Druckfluid von der Fluidzufuhrquelle 42 über die erste Leitung 26 der ersten Zylinderkammer 20 oder über die zweite Leitung 30 von der Fluidzufuhrquelle 42 der zweiten Zylinderkammer 22 zugeführt, wodurch der Kolben 16 und die Kolbenstange 18 eine hin und her gehende Bewegung in Richtung des Pfeils C und in Richtung des Pfeils D durchführen können. Der Zylinder 12 ist somit ein doppelt wirkender Zylinder.
Außerdem ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine distale Endposition der Kolbenstange 18, wenn sich der Kolben 16 zu dem einen Ende in der Richtung des Pfeils C im Inneren des Zylindergrundkörpers 14 bewegt hat, als eine Position A definiert, während die distale Endposition der Kolbenstange 18, wenn sich der Kolben 16 in der Richtung des Pfeils D im Inneren des Zylindergrundkörpers 14 zu dem anderen Ende bewegt hat, als eine Position B definiert wird. Außerdem wird in der nachfolgenden Beschreibung ein Fall, bei dem sich der Kolben 16 in der Richtung des Pfeils D von einem Ende zu dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 bewegt, wenn dem Elektromagnet 46 Strom zugeführt wird (wenn das Umschaltventil 32 an ist) auch als "Vorwärtsbewegung" bezeichnet. Wenn der Kolben 16 das andere Ende in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht und die distale Endposition der Kolbenstange 18 an der Position B ankommt, werden außerdem das andere Ende, das einem Hubende entspricht, und die Position B auch als ein "erstes Ende" bezeichnet.
Dagegen wird bei der nachfolgenden Beschreibung die Bewegung des Kolbens 16 in der Richtung des Pfeils C von dem anderen Ende zu dem einen Ende in dem Zylindergrundkörper 14, wenn dem Elektromagneten 46 kein Strom zugeführt wird (wenn das Umschaltventil 32 aus ist), auch als eine "Rückwärtsbewegung" bezeichnet. In dem Fall, dass der Kolben 16 das eine Ende in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht und die distale Endposition der Kolbenstange 18 an der Position A ankommt, werden außerdem das eine Ende, welches einem Hubende entspricht, und die Position A auch als ein "zweites Ende" bezeichnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist außerdem das Umschaltventil 32 nicht auf das in 1 gezeigte Elektromagnetventil eingeschränkt, sondern kann auch jede andere bekannte Art von Elektromagnetventil sein. Anstelle eines einzeln wirkenden Elektromagnetventils kann außerdem als Umschaltventil 32 auch ein bekanntes doppelt wirkendes Elektromagnetventil eingesetzt werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Fall erläutert, bei dem ein einzeln wirkendes Fünfwege-Elektromagnetventil, das in 1 gezeigt ist, als das Umschaltventil 32 dient.
Wenn der Zylinder 12 in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist, umfasst die Überwachungsvorrichtung 10 zusätzlich zu der Fluidzufuhrquelle 42, dem Druckreduzierventil 44 und dem Umschaltventil 32 etc. außerdem einen ersten Drucksensor 50 (erste Druckdetektionseinheit), einen zweiten Drucksensor 52 (zweite Druckdetektionseinheit) und einen Detektor 54.
Der erste Drucksensor 50 detektiert sequentiell einen Druckwert (erster Druckwert) P1 des Druckfluids in der ersten Leitung 26 und gibt ein erstes Drucksignal entsprechend dem detektierten ersten Druckwert P1 an den Detektor 54 aus. Der zweite Drucksensor 52 detektiert sequentiell einen Druckwert (zweiter Druckwert) P2 des Druckfluids in der zweiten Leitung 30 und gibt ein zweites Drucksignal entsprechend dem detektierten zweiten Druckwert P2 an den Detektor 54 aus.
Da die erste Leitung 26 mit der ersten Zylinderkammer 20 verbunden ist, ist außerdem der erste Druckwert P1 ein Druckwert, welcher einem Druckwert der ersten Zylinderkammer 20 entspricht. Da die zweite Leitung 30 mit der zweiten Zylinderkammer 22 verbunden ist, ist der zweite Druckwert P2 ein Druckwert, welcher einem Druckwert der zweiten Zylinderkammer 22 entspricht. Außerdem können verschiedene bekannte Druckdetektionsmittel als erster Drucksensor 50 und als zweiter Drucksensor 52 verwendet werden. Auf die detaillierte Beschreibung dieser bekannten Druckdetektionsmittel wird an dieser Stelle verzichtet.
Wenn das erste Drucksignal und das zweite Drucksignal sequentiell in den Detektor 54 eingegeben werden, so bestimmt der Detektor 54 dann auf der Basis des ersten Druckwertes P1, der dem ersten Drucksignal entspricht, und des zweiten Druckwertes P2, der dem zweiten Drucksignal entspricht, ob der Kolben 16 das eine Ende (zweites Ende) oder das andere Ende (erstes Ende) des Zylindergrundkörpers 14 erreicht hat oder nicht. Als Ergebnis eines solchen Bestimmungs- oder Erkennungsprozesses gibt der Detektor 54 ein Signal (erstes Endsignal) aus, das anzeigt, dass der Kolben 16 das erste Ende erreicht hat, oder ein Signal (zweites Endsignal), das anzeigt, dass der Kolben 16 das zweite Ende erreicht hat.
Nach Abschluss der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 und auf der Basis des Differenzdrucks zwischen dem ersten Druckwert P1 und dem zweiten Druckwert P2 und/oder der Bewegungszeit T des Kolbens 16 zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Zylindergrundkörpers 14, wenn sich der Kolben 16 zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Zylindergrundkörpers 14 bewegt, führt der Detektor 54 einen Bestimmungsprozess (Prozess zur Bestimmung eines Zwischenzustandes vor einem Ausfall) eines normalen oder abnormalen (Ausfall-)Zustands des Betriebszustandes des Zylinders 12 sowie einen Prozess zur Bestimmung einer Verschlechterung der Leistung des Zylinders 12 gegenüber seinem Ursprungszustand durch. Die Bestimmungsergebnisse werden in Form eines Benachrichtigungssignals nach außen abgegeben.
Die oben beschriebenen Bestimmungsprozesse, die in dem Detektor 54 durchgeführt werden, werden später im Detail beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm, das den inneren Aufbau des Detektors 54 zeigt. Der Detektor 54 generiert das erste Endsignal oder das zweite Endsignal, indem er einen bestimmten digitalen Signalprozess (Bestimmungsprozess) unter Verwendung des ersten Drucksignals und des zweiten Drucksignals durchführt.
Der Detektor 54 umfasst eine Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 (Benachrichtigungseinheit), einen Mikrocomputer 62 (Differenzdruckberechnungseinheit, Bestimmungseinheit), eine Betätigungseinheit 64, eine Anzeigeeinheit 66 (Benachrichtigungseinheit), einen Speicher 68 (Speichereinheit) und einen Timer 70 (Timereinheit).
Die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 erhält nacheinander das erste Drucksignal und das zweite Drucksignal und gibt den ersten Druckwert P1, der durch das erste Drucksignal angezeigt wird, und den zweiten Druckwert P2, der durch das zweite Drucksignal angezeigt wird, an den Mikrocomputer 62 aus. Wie später beschrieben wird, gibt außerdem in dem Fall, wenn der Mikrocomputer 62 das erste Endsignal oder das zweite Endsignal auf der Basis des ersten Druckwertes P1 und des zweiten Druckwertes P2 generiert, die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 das erste Endsignal oder das zweite Endsignal nach außen aus. In dem Fall, dass der Mikrocomputer 62 den Betriebszustand (Normalzustand, abnormaler Zustand oder Zwischenzustand (Verschlechterung der Leistung vor dem Ausfall)) des Zylinders 12 erkennt und bestimmt, gibt außerdem die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 ein Benachrichtigungssignal, welches das Bestimmungsergebnis anzeigt, nach außen aus (beispielsweise an einen übergeordneten Computer des Fluidsystems, das den Zylinder 12 enthält).
Die Betätigungseinheit 64 ist ein Betätigungsmittel, wie ein Bedienfeld, ein Betätigungsknopf oder dergleichen, das durch einen Nutzer der Überwachungsvorrichtung 10 und des Zylinders 12 betätigt wird. Durch Betätigen der Betätigungseinheit 64 stellt der Nutzer Referenzwerte ein, die für den digitalen Signalprozess (Bestimmungsprozess), der durch den Mikrocomputer 62 durchgeführt wird, notwendig sind. Die eingestellten Referenzwerte werden dem Mikrocomputer 62 zugeführt. Durch Betätigen der Betätigungseinheit 64 kann der Nutzer dementsprechend die oben genannten Referenzwerte entsprechend der Betriebsumgebung des Zylinders 12 sowie der Art des Zylinders 12 und dergleichen in geeigneter Weise einstellen. Hierbei können als Referenzwerte die folgenden Werte (1) bis (6) berücksichtigt werden.

(1) Ein erster Referenzdifferenzdruck ΔP12ref, der als ein Referenzwert zu einem ersten Differenzdruck (P1 – P2) = ΔP12 zwischen dem ersten Druckwert P1 und dem zweiten Druckwert P2 dient. Der erste Referenzdifferenzdruck ΔP12ref steht für einen Minimalwert (Schwellenwert) des ersten Differenzdrucks ΔP12, wenn der Kolben 16 das andere Ende in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht. Wenn der erste Differenzdruck ΔP12 größer ist als der erste Referenzdifferenzdruck ΔP12ref, kann dementsprechend erkannt und bestimmt werden, dass der Kolben 16 an dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 angekommen ist.
(2) Ein zweiter Referenzdifferenzdruck ΔP21ref, der als ein Referenzwert zu einem zweiten Differenzdruck (P2 – P1) = ΔP21 zwischen dem zweiten Druckwert P2 und dem ersten Druckwert P1 dient. Der zweite Referenzdifferenzdruck ΔP21ref steht für einen Minimalwert (Schwellenwert) des zweiten Differenzdruckes ΔP21, wenn der Kolben 16 das eine Ende in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht. Wenn der zweite Differenzdruck ΔP21 größer ist als der zweite Differenzdruck ΔP21ref, kann erkannt und bestimmt werden, dass der Kolben 16 an dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 angekommen ist.
(3) Ein erster Differenzdruckschwellenwert X1, der als ein erster Schwellenwert für den ersten Differenzdruck ΔP12 oder den zweiten Differenzdruck ΔP21 dient, wenn sich der Kolben 16 zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Zylindergrundkörpers 14 bewegt (vgl. 8). Der erste Differenzdruckschwellenwert X1 ist ein oberer Grenzwert (Schwellenwert) des ersten Differenzdruckes ΔP12 oder des zweiten Differenzdruckes ΔP21 zu einem Zeitpunkt, wenn der Betrieb des Zylinders 12 (hin und her gehende Bewegung des Kolbens 16) in einem Normalzustand ist. Wenn der erste Differenzdruck ΔP12 oder der zweite Differenzdruck ΔP21 größer oder gleich dem ersten Differenzdruckschwellenwert X1 ist, kann dementsprechend erkannt werden, dass sich die Leistung des Zylinders 12 gegenüber seinem Ursprungszustand verschlechtert hat, obwohl der Zylinder 12 im Übrigen noch normal arbeitet.
(4) Ein zweiter Differenzdruckschwellenwert X2, der als ein zweiter Schwellenwert für den ersten Differenzwert ΔP12 oder den zweiten Differenzdruck ΔP21 dient, wenn sich der Kolben 16 zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende des Zylindergrundkörpers 14 bewegt (vgl. 8). Der zweite Differenzdruckschwellenwert X2 ist ein unterer Grenzwert (Schwellenwert) des ersten Differenzdruckes ΔP12 oder der zweiten Differenzdruckes ΔP21 zu einer Zeit, zu der der Betrieb des Zylinders 12 (hin und her gehende Bewegung des Kolbens 16) in einem abnormalen Zustand ist. Wenn der erste Differenzdruck ΔP12 oder der zweite Differenzdruck ΔP21 größer oder gleich dem zweiten Differenzdruckschwellenwert X2 ist, kann dementsprechend erkannt werden, dass der Betrieb des Zylinders 12 in einem abnormalen Zustand ist (der Zylinder 12 ausfällt oder versagt).
(5) Ein erster Zeitraumschwellenwert ΔT1, der als ein erster zulässiger Bereich für eine Bewegungszeit T des Kolbens 16 dient (vgl. 10). Der erste Zeitraumschwellenwert ΔT1 ist ein festgelegter Zeitraum, der um die Bewegungszeit T0 des Zylinders 12 in dessen Ursprungszustand zentriert ist. Wenn die Bewegungszeit T innerhalb eines Bereichs des ersten Zeitraumschwellenwerts ΔT1 liegt, kann erkannt werden, dass der Kolben 16 normal arbeitet (der Betrieb des Zylinders 12 ist in einem Normalzustand).
(6) Ein zweiter Zeitraumschwellenwert ΔT2, der als ein zweiter zulässiger Bereich für die Bewegungszeit T des Kolbens 16 dient (vgl. 10). Der zweite Zeitraumschwellenwert ΔT2 ist ein festgelegter Zeitraum, der um die Bewegungszeit T0 des Zylinders 12 in dessen Ursprungszustand zentriert ist und der so eingestellt ist, dass er länger ist als der erste Zeitraumschwellenwert ΔT1. Wenn die Bewegungszeit T innerhalb des zweiten Zeitraumschwellenwertes ΔT2 liegt, kann erkannt werden, dass der Zylinder 12 in einem Zwischenzustand ist, in dem die Leistung des Zylinders 12 gegenüber dessen Ursprungszustand sich verschlechtert hat, obwohl der Kolben 16 normal arbeitet (der Betrieb des Zylinders 12 ist normal). Wenn die Bewegungszeit T von dem zweiten Zeitraumschwellenwert ΔT2 abweicht, kann dementsprechend bestimmt werden, dass der Betrieb des Zylinders 12 in einem abnormalen Zustand ist (der Zylinder 12 ist ausgefallen).

Außerdem wird der Einstellvorgang für jeden der Referenzwerte von dem Nutzer umgesetzt, indem er ein System, welches die Überwachungsvorrichtung 10 und den Zylinder 12 etc. umfasst, aufbaut und indem der Nutzer anschließend während eines Versuchsbetriebs die Betätigungseinheit 64 betätigt und die Betriebsbedingungen für den Zylinder 12 einstellt. Alternativ kann jeder der Referenzwerte durch die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 mittels Kommunikation mit der Umgebung oder dergleichen eingestellt oder geändert werden.
Der Mikrocomputer 62 führt eine arithmetische Verarbeitung des ersten Druckwertes P1 und des zweiten Druckwertes P2 durch, die sequentiell von der Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 eingegeben werden, und berechnet den ersten Differenzdruck ΔP12 und den zweiten Differenzdruck ΔP21. Auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem berechneten ersten Differenzdruck ΔP12 und dem berechneten zweiten Differenzdruck ΔP21 sowie den oben beschriebenen Referenzwerten (der erste Referenzdifferenzdruck ΔP12ref und der zweite Referenzdifferenzdruck ΔP21ref) bestimmt der Mikrocomputer 62 außerdem, ob der Kolben 16 das eine Ende (zweites Ende) oder das andere Ende (erstes Ende) in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht hat oder nicht.
Wenn der Kolben 16 an dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 angekommen ist, generiert der Mikrocomputer 62 das erste Endsignal, das anzeigt, dass der Kolben 16 und die Kolbenstange 18 an dem ersten Ende angekommen sind. Wenn andererseits der Kolben 16 an dem einen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 angekommen ist, generiert der Mikrocomputer 62 das zweite Endsignal, das anzeigt, dass der Kolben 16 und die Kolbenstange 18 an dem zweiten Ende angekommen sind. Das generierte erste Endsignal oder das generierte zweite Endsignal wird über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 in die Umgebung ausgegeben.
Unabhängig davon, ob der Kolben 16 an dem einen Ende oder dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 angekommen ist oder nicht, speichert in diesem Fall der Mikrocomputer 62 jedes Mal, wenn der oben beschriebene Bestimmungsprozess durchgeführt wird, das Bestimmungsergebnis zusammen mit dem ersten Differenzdruck ΔP12 und dem zweiten Differenzdruck ΔP21, die bei der Bestimmung verwendet werden, in dem Speicher 68.
Über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 ist der Mikrocomputer 62 außerdem in der Lage, dem Elektromagneten 46 des Umschaltventils 32 Befehlssignale zuzuführen.
In dem Fall, dass der Timer 70 die Messung an einem Zeitpunkt beginnt, an welchem die Zufuhr des Befehlssignals von dem Mikrocomputer 62 zu dem Elektromagneten 46 beginnt, und der Timer 70 die Bewegungszeit T von diesem Zeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt misst, zu dem der Kolben 16 an dem ersten Ende angekommen ist, speichert der Mikrocomputer 62 außerdem die Bewegungszeit T, die durch den Timer 70 gemessen wurde, in dem Speicher 68.
Wie in den 4, 5, 8 und 10 gezeigt ist, steigen außerdem der erste Differenzdruck ΔP12 und der zweite Differenzdruck ΔP21 über den Zeitverlauf sehr schnell an, wenn der Kolben 16 die Bewegung von dem einen Ende oder dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 beginnt und das andere Ende oder das eine Ende in dem Zylindergrundkörper erreicht. Dementsprechend ist die Bewegungszeit T ein Zeitraum von dem Zeitpunkt (Zeit t1, t5), zu welchem die Zufuhr des Befehlssignals begonnen wird, bis zu dem Zeitpunkt (Zeit t4, t8), zu welchem der erste Differenzdruck ΔP12 oder der zweite Differenzdruck ΔP21 schnell ansteigt, weil der Kolben 16 an dem anderen Ende oder dem einen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 ankommt.
Nach Abschluss der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 liest der Mikrocomputer 62 außerdem von den ersten Differenzdrücken ΔP12 und den zweiten Differenzdrücken ΔP21, die in dem Speicher 68 gespeichert sind, erste Differenzdrücke ΔP12 und zweite Differenzdrücke ΔP21 aus, die einem Bestimmungsergebnis (Bestimmungsergebnis während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16) entsprechen, wonach der Kolben 16 noch nicht an dem ersten Ende oder dem zweiten Ende angekommen ist. Auf der Basis eines Vergleichs zwischen den ersten Differenzdrücken ΔP12 und den zweiten Differenzdrücken ΔP21, die ausgelesen wurden, und dem ersten Differenzdruckschwellenwert X1 und dem zweiten Differenzdruckschwellenwert X2 bestimmt der Mikrocomputer 62, ob der Betrieb des Zylinders 12 in einem Normalzustand oder einem abnormalen Zustand ist oder nicht. Er bestimmt außerdem, ob der Zylinder 12 in einem Zwischenzustand ist, in welchem eine Verschlechterung der Leistung des Zylinders 12 auftritt.
Alternativ kann der Mikrocomputer 62 nach dem Abschluss der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 die Bewegungszeit T, die in dem Speicher 68 gespeichert ist, auslesen. Auf der Basis eines Vergleichs zwischen der Bewegungszeit T, die ausgelesen wurde, und dem ersten Zeitraumschwellenwert ΔT1 und dem zweiten Zeitraumschwellenwert ΔT2 kann der Mikrocomputer 62 bestimmen, ob der Betrieb des Zylinders 12 in einem Normalzustand oder in einem abnormalen Zustand ist oder nicht. Er kann außerdem bestimmen, ob der Zylinder 12 in einem Zwischenzustand ist, in dem eine Verschlechterung der Leistung des Zylinders 12 auftritt.
Der Mikrocomputer 62 gibt ein Benachrichtigungssignal, welches das Erkennungsergebnis (Normalzustand, abnormaler Zustand oder Zwischenzustand) anzeigt, an die Anzeigeeinheit 66 aus und bewirkt dadurch, dass die Anzeigeeinheit 66 das Bestimmungsergebnis anzeigt und den Nutzer benachrichtigt. Alternativ wird das Benachrichtigungssignal ausgegeben und eine Benachrichtigung über die Bestimmung wird über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 an einen externen Computer auf einem höheren Niveau oder dergleichen gegeben.
Die Anzeigeeinheit 66 zeigt die Referenzwerte, die durch den Nutzer, der die Betätigungseinheit 64 betätigt, eingestellt wurden oder die Ergebnisse der verschiedenen Erkennungs- oder Bestimmungsprozesse, die durch den Mikrocomputer 62 durchgeführt werden. Der Speicher 68 speichert alle Referenzwerte, die durch die Betätigungseinheit 64 eingestellt wurden, die oben genannten Bestimmungsergebnisse, die ersten Differenzdrücke ΔP12, die zweiten Differenzdrücke ΔP21 und die Bewegungszeiten T. Wie oben angemerkt wurde, misst der Timer 70 die Bewegungszeit T des Kolbens 16 innerhalb des Zylindergrundkörpers 14, indem er die Zeitmessung zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem die Zufuhr des Befehlssignals von dem Mikrocomputer 62 zu dem Elektromagneten 46 begonnen wird.
[2. Betriebsweise der vorliegenden Ausführungsform]
Die Überwachungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist im Wesentlichen in der oben beschriebenen Weise aufgebaut. Als nächstes wird die Betriebsweise der Überwachungsvorrichtung 10 mit Bezug auf die 3 bis 10 beschrieben. Soweit notwendig, wird bei dieser Beschreibung auch auf die 1 und 2 Bezug genommen.
Während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 und auf der Basis eines Vergleichs zwischen dem ersten Differenzdruck ΔP12 (= P1 – P2) und dem ersten Referenzdifferenzdruck ΔP12ref und/oder eines Vergleichs zwischen dem zweiten Differenzdruck ΔP21 (= P2 – P1) und dem zweiten Referenzdifferenzdruck ΔP21ref wird hierbei in dem Mikrocomputer 62 wiederholt bestimmt, ob der Kolben 16 das eine Ende (zweites Ende) oder das andere Ende (erstes Ende) innerhalb des Zylindergrundkörpers 14 erreicht hat oder nicht (Schritte S1 bis S6 in 3). Die Bestimmungsergebnisse des Mikrocomputers 62, der erste Differenzdruck ΔP12, der zweite Differenzdruck ΔP21 (= P2 – P1) und die Bewegungszeit T werden sequentiell in dem Speicher 68 gespeichert.
Nach Abschluss der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 wird in dem Mikrocomputer 62 außerdem auf der Basis der Bewegungszeit T oder des ersten Differenzdruckes ΔP12 und des zweiten Differenzdruckes ΔP21 zu einer Zeit, während der der Kolben 16 sich zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 hin und her bewegt, ein Bestimmungsprozess (zur Bestimmung, ob der Normalzustand, der abnormale Zustand oder der Zwischenzustand vorliegt) für den Betriebszustand des Zylinders 12 durchgeführt (Schritt S7).
Im Einzelnen erfolgt die Beschreibung mit Bezug auf die Fließdiagramme der 3, 7 und 9 sowie auf die Zeitdiagramme der 4 bis 6 und der 8 bis 10. 3 ist ein Fließdiagramm, welches den Bestimmungsprozess zeigt, der von dem Mikrocomputer 62 durchgeführt wird.
4 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderungen des ersten Druckwertes P1 und des zweiten Druckwertes P2 über der Zeit zeigt, wenn der Kolben 16 und die Kolbenstange 18 in dem Zylinder 12 gemäß 1 in Richtung des Pfeils D vorwärts bewegt werden. 5 ist ein Zeitdiagramm, das die Änderungen des ersten Druckwertes P1 und des zweiten Druckwertes P2 über der Zeit zeigt, wenn der Kolben 16 und die Kolbenstange 18 in dem Zylinder 12 gemäß 1 in Richtung des Pfeils C zurückgezogen werden. Der Bestimmungsprozess gemäß 3 wird erläutert, nachdem zunächst die Zeitdiagramme der 4 und 5 erklärt wurden.
In dem Fall einer Vorwärtsbewegung des Kolbens 16, wie es in 4 gezeigt wird, wird dann, wenn das Umschaltventil 32 gemäß 1 aus ist (in einem Zeitraum vor der Zeit t1), Druckfluid von der Fluidzufuhrquelle 42 über das Druckreduzierventil 44, den Zufuhranschluss 38, den zweiten Verbindungsanschluss 36 und die zweite Leitung 30 der zweiten Zylinderkammer 22 zugeführt. Hierdurch wird der Kolben 16 zu dem einen Ende in dem Inneren des Zylindergrundkörpers 14 gepresst. Da die erste Zylinderkammer 20 über die erste Leitung 26 und den ersten Verbindungsanschluss 34 mit der Umgebung kommuniziert, wird andererseits das Fluid aus der ersten Zylinderkammer 20 durch die erste Leitung 26 über das Umschaltventil 32 abgeführt. Dementsprechend ist der erste Druckwert P1 in dem ersten Zeitraum vor der Zeit t1 im Wesentlichen gleich null und der zweite Druckwert P2 ist ein vorbestimmter Druckwert (der Druckwert Pv des Druckfluides, das von dem Druckreduzierventil 44 ausgegeben wird).
Als nächstes wird zu der Zeit t1, wenn dem Elektromagneten 46 von dem Mikrocomputer 62 in 2 ein Befehlssignal zugeführt wird, das Umschaltventil 32 angetrieben und eingeschaltet. Hierdurch wird der Verbindungszustand des Umschaltventils 32 geschaltet und die Zufuhr von Druckfluid von der Fluidzufuhrquelle 42 über das Druckreduzierventil 44, den Zufuhranschluss 38, den ersten Verbindungsanschluss 34 und die erste Leitung 26 zu der ersten Zylinderkammer 20 wird gestartet. Andererseits kommuniziert die zweite Zylinderkammer 22 über die zweite Leitung 30 und den zweiten Verbindungsanschluss 36 mit der Umgebung, wodurch das Ablassen des Druckfluides aus der zweiten Zylinderkammer 22 durch die zweite Leitung 30 über das Umschaltventil 32 in die Umgebung beginnt.
Dementsprechend steigt ab dem Zeitpunkt t1 der erste Druckwert P1 des Druckfluides in der ersten Leitung 26 mit dem Verstreichen der Zeit schnell an und gleichzeitig sinkt der zweite Druckwert P2 des Druckfluides in der zweiten Leitung 30 mit der Zeit schnell. Zum Zeitpunkt t2 übersteigt der erste Druckwert P1 den zweiten Druckwert P2.
Anschließend steigt zum Zeitpunkt t3 der erste Druckwert P1 auf einen festgelegten Druckwert (beispielsweise den zweiten Druckwert P2 (Druckwert Pv) vor dem Zeitpunkt t1), woraufhin der Kolben 16 beginnt, sich in der Richtung des Pfeils D vorwärts zu bewegen. In dem Fall, wenn der Kolben 16 die Vorwärtsbewegung des Pfeils D beginnt, sinkt durch eine Volumenänderung der ersten Zylinderkammer 20 der Druckwert P1 von dem Druckwert Pv ab. Gleichzeitig sinkt auch der zweite Druckwert P2 ab.
Obwohl in 4 ein Beispiel gezeigt ist, bei welchem der erste Druckwert P1 zum Zeitpunkt t3 auf den Druckwert Pv steigt, gibt es tatsächlich auch Fälle, bei denen der Kolben 16 die Vorwärtsbewegung in Richtung des Pfeils D beginnt, bevor der erste Druckwert P1 auf den Druckwert Pv steigt. In der nachfolgenden Beschreibung werden Fälle erläutert, bei welchen der Kolben 16 die Vorwärtsoder Rückwärtsbewegung beginnt, nachdem der erste Druckwert P1 oder der zweite Druckwert P2 auf den Druckwert Pv oder einen Wert gestiegen ist, der diesem sehr nahe liegt.
Während der Vorwärtsbewegung des Kolbens 16 nimmt durch Volumenänderungen der ersten Zylinderkammer 20 und der zweiten Zylinderkammer 22 der erste Druckwert P1 und der zweite Druckwert P2 mit der Zeit allmählich ab. In diesem Fall sinken der erste Druckwert P1 und der zweite Druckwert P2, wobei ein im Wesentlichen konstanter erster Differenzdruck ΔP12 (= P1 – P2) erhalten bleibt.
Wenn der Kolben 16 zum Zeitpunkt t4 das andere Ende (erstes Ende) in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht, wird das Volumen der zweiten Zylinderkammer 22 im Wesentlichen gleich null. Anschließend fällt nach dem Zeitpunkt t4 der zweite Druckwert P2 im Wesentlichen auf null (Umgebungsdruck), während der erste Druckwert P1 auf den Druckwert Pv ansteigt. Wenn der Kolben 16 das andere Ende in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht, steigt insbesondere der erste Differenzdruck ΔP12 von einem konstanten Wert schnell an.
In dem Fall einer Rückwärtsbewegung des Kolbens 16, wie es in 5 gezeigt ist, wird andererseits dann, wenn das Umschaltventil 32 gemäß 1 eingeschaltet ist (in einem Zeitraum vor der Zeit t5), Druckfluid von der Fluidzufuhrquelle 42 über das Druckreduzierventil 44, den Zufuhranschluss 38, den ersten Verbindungsanschluss 34 und die erste Leitung 26 der ersten Zylinderkammer 20 zugeführt, und der Kolben 16 wird zu dem anderen Ende in dem Inneren des Zylindergrundkörpers gepresst. Da die zweite Zylinderkammer 22 über die zweite Leitung 30 und den zweiten Verbindungsanschluss 36 mit der Umgebung in Verbindung steht, wird andererseits das Fluid aus der zweiten Zylinderkammer 22 durch die zweite Leitung 30 über das Umschaltventil 32 abgelassen. Dementsprechend bleibt in dem Zeitraum vor der Zeit t5 der erste Druckwert P1 auf dem Druckwert Pv und der zweite Druckwert P2 ist im Wesentlichen gleich null.
Wenn als nächstes zu der Zeit t5 die Zufuhr des Befehlssignals von dem Mikrocomputer 62 gemäß 2 zu dem Elektromagneten 46 unterbrochen wird, wird der Antrieb des Umschaltventils 32 gestoppt und das Umschaltventil 32 wird abgeschaltet. Hierdurch wird durch eine Federrückstellkraft des Umschaltventils 32 der Verbindungszustand des Umschaltventils 32 umgeschaltet und die Zufuhr von Druckfluid von der Fluidzufuhrquelle 42 über das Druckreduzierventil 44, den Zufuhranschluss 38, den zweiten Verbindungsanschluss 36 und die zweite Leitung 30 in die zweite Zylinderkammer 22 wird gestartet. Andererseits steht die erste Zylinderkammer 20 über die erste Leitung 26 und den ersten Verbindungsanschluss 34 mit der Umgebung in Verbindung, wodurch das Ablassen des Druckfluids aus der ersten Zylinderkammer 20 durch die erste Leitung 26 über das Umschaltventil 32 in die Umgebung beginnt.
Dementsprechend steigt ab der Zeit t5 der zweite Druckwert P2 des Druckfluides in der zweiten Leitung 30 mit der Zeit schnell an. Anschließend sinkt der erste Druckwert P1 des Druckfluides in der ersten Leitung 26 mit der Zeit schnell ab. Hierdurch übersteigt zum Zeitpunkt t6 der zweite Druckwert P2 den ersten Druckwert P1.
Anschließend steigt zum Zeitpunkt t7 der zweite Druckwert P2 auf einen festgelegten Druckwert (beispielsweise den Druckwert Pv), woraufhin der Kolben 16 seine Rückwärtsbewegung in Richtung des Pfeils C beginnt. Durch eine Volumenänderung der zweiten Zylinderkammer 22 sinkt in diesem Fall der zweite Druckwert P2 von dem Druckwert Pv ab und gleichzeitig sinkt auch der erste Druckwert P1 ab.
Während der Rückwärtsbewegung des Kolbens 16 sinken durch Volumenänderungen der ersten Zylinderkammer 20 und der zweiten Zylinderkammer 22 der erste Druckwert P1 und der zweite Druckwert P2 mit der Zeit allmählich ab. In diesem Fall sinken der erste Druckwert P1 und der zweite Druckwert P2, wobei ein im Wesentlichen konstanter zweiter Differenzdruck ΔP21 (= P2 – P1) erhalten bleibt.
Der Absolutwert des ersten Differenzdruckes ΔP12 in 4 und der Absolutwert des zweiten Differenzdruckes ΔP21 in 5 sind von unterschiedlicher Größenordnung. Dies liegt daran, dass die Kolbenstange 18 mit der Seitenfläche (rechte Seitenfläche) des Kolbens 16 in der zweiten Zylinderkammer 22 gemäß 1 verbunden ist, wodurch sich die Druckaufnahmeflächen der rechten Seitenfläche und der anderen Seitenfläche (linke Seitenfläche) des Kolbens 16 in der ersten Zylinderkammer 20 voneinander unterscheiden.
Wenn der Kolben 16 das eine Ende in dem Zylindergrundkörper 14 zum Zeitpunkt t8 erreicht, wird das Volumen der ersten Zylinderkammer 20 im Wesentlichen gleich null. Nach dem Zeitpunkt t8 fällt daher der erste Druckwert P1 im Wesentlichen auf null (Umgebungsdruck), während der zweite Druckwert P2 auf den Druckwert Pv ansteigt. Wenn der Kolben 16 das eine Ende in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht, steigt der zweite Differenzdruck ΔP21 von einem konstanten Wert aus sehr schnell an.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird außerdem während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 durch Erkennen der abrupten Änderung des ersten Differenzdruckes ΔP12 oder des zweiten Differenzdruckes ΔP21 zu den oben genannten Zeitpunkten t4 und t8 bestimmt, ob der Kolben 16 das eine Ende (zweites Ende) oder das andere Ende (erstes Ende) in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht hat oder nicht.
Im Einzelnen werden der erste Druckwert P1, der durch den ersten Drucksensor 50 gemäß 1 detektiert wird, und der zweite Druckwert P2, der durch den zweiten Drucksensor 52 detektiert wird, sequentiell über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60, die in 2 gezeigt ist, in den Mikrocomputer 62 eingegeben. Jedes Mal, wenn der erste Druckwert P1 und der zweite Druckwert P2 in den Mikrocomputer 62 eingegeben werden, führt somit der Mikrocomputer den in 3 gezeigten Erkennungs- oder Bestimmungsprozess durch.
Im Einzelnen berechnet der Mikrocomputer 62 in Schritt S1 von 3 den ersten Differenzdruck ΔP12 durch Subtraktion des zweiten Druckwertes P2 von dem ersten Druckwert P1. Als nächstes bestimmt der Mikrocomputer 62, ob der erste Differenzdruck ΔP12 den ersten Referenzdifferenzdruck ΔP12ref, der als ein vorab in dem Speicher 68 gespeicherter Referenzwert dient, überschritten hat oder nicht.
Wenn ΔP12 > ΔP12ref (Schritt S1: JA), so bewegt der Mikrocomputer 62 dann in dem folgenden Schritt S2 den Kolben 16 von dem einen Ende zu dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14, weil die Vorzeichen von ΔP12 und ΔP12ref jeweils positiv sind, und bestimmt, dass der Kolben 16 das andere Ende erreicht hat (die Kolbenstange 18 ist an der Position B angekommen).
Dann generiert der Mikrocomputer 62 das erste Endsignal, das anzeigt, dass der Kolben 16 an dem anderen Ende angekommen ist, und gibt das erste Endsignal über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 an die Umgebung aus. Außerdem zeigt der Mikrocomputer 62 das Bestimmungsergebnis auf der Anzeigeeinheit 66 an und benachrichtigt den Nutzer über die Ankunft des Kolbens 16 an dem ersten Ende. Außerdem speichert der Mikrocomputer 62 das Bestimmungsergebnis und den ersten Differenzdruck ΔP12, der für das Bestimmungsergebnis verwendet wurde, in dem Speicher 68.
In dem nachfolgenden Schritt S3 führt der Mikrocomputer 62 für den Fall, dass die hin und her gehende Bewegung des Kolbens 16 weitergeführt wird (Schritt S3: NEIN), den Erkennungsprozess gemäß Schritts 1 wiederholt aus.
In dem Fall, dass in Schritt S1 ΔP12 ≤ ΔP12ref (Schritt S1: NEIN), so subtrahiert andererseits der Mikrocomputer 62 in dem folgenden Schritt S4 den ersten Druckwert P1 von dem zweiten Druckwert P2 und berechnet den zweiten Differenzdruck ΔP21. Außerdem kann der Mikrocomputer 62 das Vorzeichen des ersten Differenzdrucks ΔP12 einfach umkehren, um dadurch den zweiten Differenzdruck ΔP21 (= –ΔP12) zu berechnen. Als nächstes bestimmt der Mikrocomputer 62, ob der zweite Differenzdruck ΔP21 den zweiten Referenzdifferenzdruck ΔP21ref, der als ein vorab in dem Speicher 68 gespeicherter Referenzwert dient, überschritten hat oder nicht.
Wenn ΔP21 > ΔP21ref (Schritt S4: JA), so zieht der Mikrocomputer 62 in dem nachfolgenden Schritt S6 den Kolben 16 von dem anderen Ende zu dem einen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 zurück, weil die Vorzeichen von ΔP21 und ΔP21ref jeweils positiv sind, und bestimmt, dass der Kolben 16 das eine Ende erreicht hat (die Kolbenstange 18 ist an der Position A angekommen).
Dann generiert der Mikrocomputer 62 das zweite Endsignal, das anzeigt, dass der Kolben 16 an dem einen Ende angekommen ist, und gibt das zweite Endsignal über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 an die Umgebung aus. Außerdem zeigt der Mikrocomputer 62 das Bestimmungsergebnis auf der Anzeigeeinheit 66 an und benachrichtigt den Nutzer über die Ankunft des Kolbens 16 an dem zweiten Ende. Außerdem speichert der Mikrocomputer 62 das bestimmte Ergebnis und den zweiten Differenzdruck ΔP21, der für das Bestimmungsergebnis verwendet wurde, in dem Speicher 68.
In dem nachfolgenden Schritt S3 kehrt anschließend der Mikrocomputer 62 zu Schritt S1 zurück, wenn die hin und her gehende Bewegung des Kolbens 16 weitergeführt werden soll (Schritt S3: NEIN), und führt den Bestimmungsprozess des Schrittes S1 wiederholt aus.
In dem Fall, dass in Schritt S4 ΔP21 ≤ ΔP21ref (S4: NEIN), so bestimmt der Mikrocomputer 62 außerdem in dem nachfolgenden Schritt S6, dass der Kolben 16 das eine Ende oder das andere Ende in dem Zylindergrundkörper 14 nicht erreicht hat (der Kolben 16 verbleibt an einer Position zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende). Da in diesem Fall das Bestimmungsergebnis in Schritt S6 die Bestimmungsprozesse der Schritte S1 und S4 bereits durchlaufen hat, speichert der Mikrocomputer 62 ein Bestimmungsergebnis in dem Speicher 68, das aussagt, dass sich der Kolben 16 an einer Position zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 befindet. Es speichert außerdem den ersten Differenzdruck ΔP12 und den zweiten Differenzdruck ΔP21, die für das Bestimmungsergebnis verwendet wurden.
In dem nachfolgenden Schritt S3 kehrt anschließend der Mikrocomputer 62 zu Schritt S1 zurück, wenn die hin und her gehende Bewegung des Kolbens 16 weitergeführt werden soll (Schritt S3: NEIN), und führt den Bestimmungsprozess des Schrittes S1 wiederholt aus.
Während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 führt der Mikrocomputer 62 dementsprechend jedes Mal, wenn ihm der erste Druckwert P1 und der zweite Druckwert P2 eingegeben werden, wiederholt die Beurteilungsprozesse der Schritte S1 bis S6 durch und bestimmt, ob der Kolben 16 das eine Ende oder das andere Ende in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht hat oder nicht.
Während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 beginnt der Timer 70 außerdem die Zeitmessung zu dem Zeitpunkt, an dem die Zufuhr des Befehlssignals von dem Mikrocomputer 62 zu dem Elektromagneten 46 gestartet wurde. Die Bewegungszeit T von diesem Zeitpunkt bis dann, wenn der Kolben 16 an dem ersten Ende ankommt, wird gemessen. Dementsprechend führt der Mikrocomputer 62 gleichzeitig parallel zu den Bestimmungsprozessen der Schritte S1 bis S6 in 3 einen Prozess durch, bei dem er in dem Speicher 68 die Bewegungszeit T, die durch den Timer 70 gemessen wurde, speichert.
Wenn die hin und her gehende Bewegung des Kolbens 16 in Schritt S3 abgeschlossen ist (Schritt S3: JA), so bestimmt der Mikrocomputer 62 dann in dem folgenden Schritt S7, ob der Betriebszustand des Zylinders 12 normal oder abnormal ist. Er bestimmt außerdem, ob der Zylinder 12 in einem Zustand (Zwischenzustand) ist, in welchem sich die Leistung gegenüber seinem Ursprungszustand verschlechtert hat.
6 ist ein Zeitdiagramm, das die Unterschiede in der Bewegungszeit T für Fälle zeigt, bei denen sich der Zylinder 12 in einem Normalzustand (durchgezogene Linie), einem Zwischenzustand, in welchem sich die Leistung des Zylinders 12 gegenüber dem Ursprungszustand verschlechtert hat (strichpunktierte Linie), und einem abnormalen Zustand, in welchem eine Abnormalität, wie ein Ausfall oder dergleichen, aufgetreten ist (gestrichelte Linie), befindet.
Wenn der Betrieb des Zylinders 12 in einem Normalzustand ist, bewegt sich der Kolben 16 innerhalb der Bewegungszeit T1 zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14. Außerdem bewegt sich der Kolben 16 in einem Zwischenzustand, in welchem der Betrieb des Zylinders 12 normal ist, die Leistung sich aber gegenüber seinem Ursprungszustand verschlechtert hat, mit einer Bewegungszeit T2, die länger ist als die Bewegungszeit T1, zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14. In diesem Fall ist ein Zeitraum bis zum Verstreichen einer Zeitperiode ΔT von der Bewegungszeit T1 ein Zeitraum (ein Zeitraum in einem Zwischenzustand vor dem tatsächlichen Ausfall), während dem sich eine Leistungsverschlechterung des Zylinders 12 zeigt. Außerdem besteht in einer Zeitzone, die die Bewegungszeit T3 überschreitet, nachdem der Zeitraum ΔT von der Bewegungszeit T1 verstrichen ist, die Möglichkeit eines abnormalen Zustands, in welchem eine Abnormalität, wie eine Ausfall oder dergleichen des Zylinders 12, erfolgt.
Herkömmlicherweise wird ein Bestimmungsprozess durchgeführt, um zu erkennen, ob der Betrieb des Zylinders 12 in einem Normalzustand oder einem abnormalen Zustand, wie bei einem Ausfall oder dergleichen, ist. Da es aber keinen Standard gibt, um einen Zwischenzustand vor dem Ausfall zu beurteilen, bei dem die Leistung des Zylinders 12 sich verschlechtert hat, ein Ausfall aber noch nicht aufgetreten ist, wurde auch kein Bestimmungsprozess für einen solchen Zwischenzustand durchgeführt.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bestimmungsprozess für den Betriebszustand des Zylinders 12 durchgeführt, der auch einen Bestimmungsprozess für die Zwischenzustände berücksichtigt, wie es in den 7 bis 10 gezeigt ist.
Hierbei wird eine Beschreibung gegeben für (1) einen Fall, bei dem ein Bestimmungsprozess für den Betriebszustand des Zylinders 12 auf der Basis eines ersten Differenzdruckes ΔP12 und eines zweiten Differenzdruckens ΔP21 (ein erster Differenzdruck ΔP12 während des Zeitraums t3 bis t4, ein zweiter Differenzdruck ΔP21 während des Zeitraums t7 bis t8) während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 durchgeführt wird (vgl. 7 und 8), und (2) für einen Fall, bei dem ein Bestimmungsprozess für den Betriebszustand des Zylinders 12 auf der Basis einer Bewegungszeit T während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 durchgeführt wird (vgl. 9 und 10).
Zunächst wird der Bestimmungsprozess, der in den 7 und 8 gezeigt ist, beschrieben.
In Schritt S11 von 7 liest der Mikrocomputer 62 aus dem Speicher 68 den ersten Differenzdruck ΔP12 und den zweiten Differenzdruck ΔP21 aus, welche dem Bestimmungsergebnis in Schritt S6 aus 3 entsprechen. Als nächstes bestimmt der Mikrocomputer 62, ob der erste Differenzdruck ΔP12 oder der zweite Differenzdruck ΔP21 kleiner ist als der erste Differenzdruckschwellenwert X1 oder nicht.
Wenn ΔP12 (oder ΔP21) < X1 (Schritt S11: JA), dann bestimmt der Mikrocomputer 62 in dem folgenden Schritt S12, dass der Betrieb des Zylinders 12 in einem Normalzustand ist, und gibt über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 ein Benachrichtigungssignal nach außen aus, das ein Bestimmungsergebnis ausgibt, wonach der Betrieb in einem Normalzustand war (Schritt S13). In Schritt S13 gibt der Mikrocomputer 62 außerdem das Benachrichtigungssignal an die Anzeigeeinheit 66 und liefert eine Benachrichtigung an den Nutzer, indem er auf der Anzeigeeinheit 66 anzeigt, dass der Betrieb des Zylinders 12 in einem Normalzustand ist.
Wenn ΔP12 (oder ΔP21) ≥ X1 in Schritt S11 (Schritt S11: NEIN), so bestimmt der Mikrocomputer 62 in dem folgenden Schritt S14, ob X1 ≤ ΔP12 (oder ΔP21) < X2 ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S14 bestätigend war (Schritt S14: JA), dann bestimmt der Mikrocomputer 62, dass der Zylinder 12 in einem Zwischenzustand ist, in welchem sich seine Leistung gegenüber dem Ursprungszustand verschlechtert hat, obwohl der Betrieb des Zylinders 12 noch normal ist (Schritt S15). Anschließend gibt der Mikrocomputer 62 in Schritt S13 über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 ein Benachrichtigungssignal nach außen aus, das das Bestimmungsergebnis anzeigt, wonach die Leistung des Zylinders 12 sich in einem Zwischenzustand befindet. Er gibt außerdem das Benachrichtigungssignal an die Anzeigeeinheit 66, wodurch er eine Benachrichtigung an den Nutzer liefert, indem auf der Anzeigeeinheit 66 die Verschlechterung der Leistung des Zylinders 12 (Zwischenzustand) angezeigt wird.
Wenn ΔP12 (oder ΔP21) ≥ X2 in Schritt S14 (Schritt S14: NEIN), so bestimmt der Mikrocomputer 62 außerdem, dass der Zylinder 12 sich in einem abnormalen Zustand befindet (ein Fehlverhalten tritt auf) (Schritt S16). Dementsprechend gibt der Mikrocomputer 62 in Schritt S13 über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 ein Benachrichtigungssignal nach außen aus, welches das Bestimmungsergebnis anzeigt, wonach der Zylinder 12 einen Fehler aufweist. Er gibt das Benachrichtigungssignal außerdem an die Anzeigeeinheit 66 aus, wodurch der Nutzer eine Benachrichtigung erhält, indem auf der Anzeigeeinheit 66 der Fehler (abnormaler Zustand) des Zylinders 12 angezeigt wird.
Als nächstes wird der Bestimmungsprozess, der in den 9 und 10 gezeigt ist, beschrieben.
In dem Bestimmungsprozess liest der Mikrocomputer 62 unter Verwendung der Bewegungszeit T in Schritt S21 von 9 die Bewegungszeit T aus dem Speicher 68 aus und führt eine Bestimmung durch, ob die Bewegungszeit T innerhalb des ersten Zeitraumschwellenwerts ΔT1 liegt oder nicht.
Wenn die Bewegungszeit T innerhalb des ersten Zeitraumschwellenwerts ΔT1 liegt (Schritt S21: JA), dann bestimmt der Mikrocomputer 62 in dem folgenden Schritt S22, dass der Betrieb des Zylinders 12 in einem Normalzustand ist, und gibt über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 ein Benachrichtigungssignal nach außen aus, welches ein Bestimmungsergebnis anzeigt, wonach der Betrieb in einem Normalzustand war (Schritt S23). Außerdem gibt der Mikrocomputer 62 in Schritt S23 das Benachrichtigungssignal an die Anzeigeeinheit 66 aus und liefert dem Nutzer eine Benachrichtigung, indem er auf der Anzeigeeinheit 66 anzeigt, dass der Betrieb des Zylinders 12 in einem Normalzustand ist.
Wenn die Bewegungszeit T von dem ersten Zeitraumschwellenwert ΔT1 in Schritt S21 abweicht (Schritt S21: NEIN), so bestimmt der Mikrocomputer 62 in dem folgenden Schritt S24, ob die Bewegungszeit T innerhalb des Bereiches des zweiten Zeitraumschwellenwertes ΔT2 liegt oder nicht.
Wenn die Bewegungszeit T innerhalb des Bereiches des zweiten Zeitraumschwellenwerts ΔT2 liegt (Schritt S24: JA), dann bestimmt der Mikrocomputer 62, dass der Zylinder 12 in einem Zwischenzustand ist, in welchem sich seine Leistung gegenüber dem Ursprungszustand verschlechtert hat, obwohl der Betrieb des Zylinders 12 noch normal ist (Schritt S25). Anschließend gibt der Mikrocomputer 62 in Schritt S23 über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 ein Benachrichtigungssignal nach außen aus, welches das Bestimmungsergebnis anzeigt, wonach die Leistung des Zylinders 12 in einem Zwischenzustand ist. Er gibt außerdem das Benachrichtigungssignal an die Anzeigeeinheit 66 aus, wodurch dem Nutzer eine Benachrichtigung geliefert wird, indem auf der Anzeigeeinheit 66 die Verschlechterung der Leistung des Zylinders 12 angezeigt wird (Zwischenzustand).
Wenn die Bewegungszeit T von dem zweiten Zeitraumschwellenwert ΔT2 in Schritt S24 abweicht (Schritt S24: NEIN), bestimmt der Mikrocomputer 62 außerdem, dass der Zylinder 12 in einem abnormalen Zustand ist (ein Fehlverhalten tritt auf) (Schritt S26). Dementsprechend gibt der Mikrocomputer 62 in Schritt S23 über die Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelleneinheit 60 ein Benachrichtigungssignal nach außen aus, welches das Bestimmungsergebnis anzeigt, wonach der Zylinder 12 einen Fehler aufweist. Er gibt außerdem das Benachrichtigungssignal an die Anzeigeeinheit 66 aus, und liefert dem Nutzer dadurch eine Benachrichtigung, indem der Fehler (abnormaler Zustand) des Zylinders 12 auf der Anzeigeeinheit 66 angezeigt wird.
Dementsprechend erfolgt bei den Prozessen der 7 bis 9 bei jedem der Bestimmungsergebnisse des Normalzustands, des Zwischenzustands oder des abnormalen Zustands eine Benachrichtigung, indem das Benachrichtigungssignal nach außen abgegeben wird oder indem die Benachrichtigung auf der Anzeigeeinheit 66 angezeigt wird. Auf der Basis des Inhalts des Benachrichtigungssignals oder des angezeigten Inhalts auf der Anzeigeeinheit 66 kann daher ein Administrator oder ein Nutzer eines übergeordneten Systems beispielsweise dann, wenn das Bestimmungsergebnis einen abnormalen Zustand anzeigt, eine geeignete Gegenmaßnahme ergreifen, beispielsweise das Ausschalten des Fluidsystems mit dem Zylinder 12.
Außerdem wird gemäß der vorliegenden Erfindung entweder der Prozess gemäß 7 und 8 oder der Prozess gemäß 9 und 10 durchgeführt. Da die Differenzdrücke ΔP12, ΔP21 und die Bewegungszeit T in dem Speicher 68 gespeichert werden, ist aber der Mikrocomputer 62 nach Abschluss der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 in der Lage, sowohl den Prozess gemäß 7 und 8 als auch den Prozess gemäß 9 und 10 durchzuführen und dadurch beide Prozesse zur Bestimmung des Normalzustandes, des Zwischenzustandes oder des abnormalen Zustandes durchführen.
[3. Wirkungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung]
Mit der Überwachungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Druck (erster Druckwert P1 in der ersten Leitung 26, zweiter Druckwert P2 in der zweiten Leitung 30) in dem Fluidzufuhrweg von der Fluidzufuhrquelle 62 zu der ersten Zylinderkammer 20 oder der zweiten Zylinderkammer 22 erfasst, wodurch es möglich wird, den Druckwert der ersten Zylinderkammer 20 oder der zweiten Zylinderkammer 22 zu detektieren. Dementsprechend ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, Sensoren in der Nähe des Zylinders 12 zu installieren.
Außerdem bestimmt der Mikrocomputer 62, ob die Operation der Hin- und Herbewegung des Kolbens 16 in dem Zwischenzustand ist, auf der Basis des ersten Differenzdruckes ΔP12 und des zweiten Differenzdruckes ΔP21 zwischen dem ersten Druckwert P1, der von dem Druckwert in der ersten Zylinderkammer 20 abhängt, und dem zweiten Druckwert P2, der von dem Druckwert der zweiten Zylinderkammer 22 abhängt. Durch Hinzufügen eines solchen Bestimmungsprozesses (Fehlervorhersagefunktion) für den Zwischenzustand, auch wenn der Zylinder 12 normal arbeitet, ist es daher möglich, den Zwischenzustand zu erkennen, in dem sich die Leistung des Zylinders gegenüber dessen Ursprungszustand verschlechtert hat.
Während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 erfasst der erste Drucksensor 50 außerdem den ersten Druckwert P1 und der zweite Drucksensor 52 erfasst den zweiten Druckwert P2. Der Mikrocomputer 62 berechnet den ersten Differenzdruck ΔP12 und den zweiten Differenzdruck ΔP21 und speichert diese Werte in dem Speicher 68. Nach Abschluss der Operation für die Hin- und Herbewegung und auf der Basis des ersten Differenzdruckes ΔP12 und des zweiten Differenzdruckes ΔP21, die in dem Speicher 68 gespeichert sind, bestimmt der Mikrocomputer 62 dann, ob die Operation für die Hin- und Herbewegung in dem Zwischenzustand ist oder nicht.
Da der erste Differenzdruck ΔP12 und der zweite Differenzdruck ΔP21, die während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 berechnet wurden, bei Abschluss der Operation für die Hin- und Herbewegung analysiert werden, ist es hierdurch möglich, mit hoher Genauigkeit zu erkennen, ob sich die Operation für die Hin- und Herbewegung in dem Zwischenzustand befindet oder nicht. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit des Bestimmungsergebnisses verbessert werden.
Außerdem ist es bekannt, dass der erste Differenzdruck ΔP12 und der zweite Differenzdruck ΔP21 während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens 16 im Wesentlichen konstant bleiben. Dadurch kann eine Änderung des Niveaus des ersten Differenzdruckes ΔP12 und des zweiten Differenzdruckes ΔP21 als Signal betrachtet werden, dass eine Abnormalität aufgetreten ist, beispielsweise eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall des Zylinders oder von Komponenten, die sich auf seinen Betrieb beziehen. Durch Durchführen einer solchen Bestimmung auf der Basis des ersten Differenzdruckes ΔP12 und des zweiten Differenzdruckes ΔP21 ist es daher dem Mikrocomputer 62 möglich, den Bestimmungsprozess für die Operation der Hin- und Herbewegung sehr effizient durchzuführen.
Da der erste Drucksensor 50 in der ersten Leitung 26 vorgesehen ist und der zweite Drucksensor 52 in der zweiten Leitung 30 vorgesehen ist, ist es außerdem nicht notwendig, Sensoren sowie die Verdrahtung für diese Sensoren in der Nähe des Zylinders 12 zu installieren. Hierdurch ist es möglich, dass der Zylinder 12 in Einrichtungen genutzt werden kann, die für die Herstellung von Lebensmitteln gedacht sind. Es ist möglich, das Auftreten von Korrosion oder dergleichen der Sensoren und der Verdrahtung bei der Reinigung dieser Einrichtungen zu vermeiden.
Durch Durchführen des Bestimmungsprozesses gemäß 7 ist es außerdem möglich, dass der Mikrocomputer 62 die Bestimmung der Operation für die Hinund Herbewegung für den Normalzustand, den Zwischenzustand und den abnormalen Zustand durchführen kann. Weil der Bestimmungsprozess (Fehlervorhersagefunktion) für den Zwischenzustand durchgeführt wird, indem Referenzwerte des ersten Differenzdruckschwellenwerts X1 und des zweiten Differenzdruckschwellenwerts X2 verwendet werden, ist es auch während des normalen Betriebes möglich, den Zwischenzustand, bei dem die Leistung sich gegenüber dem Ursprungszustand verschlechtert hat, einfach zu erkennen.
Außerdem misst der Timer 70 als die Bewegungszeit T einen Zeitraum von einem Zeitpunkt, zu welchem der Kolben 16 die Bewegung von dem einen Ende zu dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper 14 beginnt, bis zu einem Zeitpunkt, bei dem der Kolben 16 das andere Ende oder das eine Ende in dem Zylindergrundkörper 14 erreicht und der erste Differenzdruck ΔP12 und der zweite Differenzdruck ΔP21 von dem konstanten Wert ansteigen. Der Mikrocomputer 62 bestimmt auf der Basis der Bewegungszeit T, ob die Operation für die Hin- und Herbewegung des Kolbens 16 in dem Zwischenzustand ist oder nicht.
Wenn sich die Bewegungszeit T ändert, so kann eine solche Änderung als Indikation einer Abnormalität betrachtet werden, beispielsweise eine Verschlechterung der Leistung oder ein Ausfall des Zylinders 12 oder von Komponenten, die sich auf seinen Betrieb beziehen. Auf der Basis der Bewegungszeit T kann der Mikrocomputer 62 daher den Bestimmungsprozess für die Operation der Hin- und Herbewegung sehr effizient durchführen.
Indem der Mikrocomputer 62 den Bestimmungsprozess gemäß 9 durchführt, kann er für die Operation der Hin- und Herbewegung den Normalzustand, den Zwischenzustand und den abnormalen Zustand bestimmen. Da der Bestimmungsprozess (Fehlervorhersagefunktion) für den Zwischenzustand durchgeführt wird, indem der erste Zeitraumschwellenwert ΔT1 und der zweite Zeitraumschwellenwert ΔT2 als Referenzwert verwendet werden, ist es außerdem auch während des Normalbetriebes möglich, den Zwischenzustand, in welchem sich die Leistung gegenüber des Ursprungszustands verschlechtert hat, einfach zu erkennen.
Indem gemäß der vorliegenden Erfindung der Zwischenzustand als ein Warnzustand für eine Abnormalität, beispielsweise ein Fehlverhalten oder dergleichen, behandelt wird, bevor der Zylinder 12 tatsächlich ausfällt, kann eine Verschlechterung der Leistung des Zylinders 12 an ein übergeordnetes System oder dergleichen der Überwachungsvorrichtung 10 gemeldet werden. Hierdurch ist es möglich, dem Nutzer eine Benachrichtigung für die Wartung des Zylinders 12 zu übermitteln und die Abschaltzeit des Gesamtsystems zu minimieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3857187 [0002, 0003, 0004]

Claims

Eine Betriebszustandsüberwachungsvorrichtung (10) für einen Zylinder (12), in welchem eine erste Zylinderkammer (20) zwischen einem Kolben (16) und einem Ende in einem Inneren eines Zylindergrundkörpers (14) ausgebildet ist, eine zweite Zylinderkammer (22) zwischen dem Kolben (16) und einem anderen Ende im Inneren des Zylindergrundkörpers (14) ausgebildet ist, und Fluid von einer Fluidzufuhrquelle (42) der ersten Zylinderkammer (20) oder der zweiten Zylinderkammer (22) zugeführt wird, wodurch der Kolben (16), der mit einer Kolbenstange (18) verbunden ist, eine hin und her gehende Bewegung zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper (14) vollzieht, mit: einer ersten Druckdetektionseinheit (50), die dazu ausgestaltet ist, einen Druckwert der ersten Zylinderkammer (20) zu erfassen, einer zweiten Druckdetektionseinheit (52), die dazu ausgestaltet ist, einen Druckwert der zweiten Zylinderkammer (22) zu erfassen, einer Differenzdruckberechnungseinheit (62), die dazu ausgestaltet ist, einen Differenzdruck (ΔP12, ΔP21) zwischen dem durch die erste Druckdetektionseinheit (50) detektierten Druckwert und dem durch die zweite Druckdetektionseinheit (52) detektierten Druckwert zu berechnen, und eine Bestimmungseinheit (62), die dazu ausgestaltet ist, auf der Basis des Differenzdruckes (ΔP12, ΔP21), der durch die Differenzdruckberechnungseinheit (62) berechnet wurde, zu bestimmen, ob sich die Operation der Hin- und Herbewegung des Kolbens (16) in einem Zwischenzustand zwischen einem Normalzustand und einem abnormalen Zustand befindet oder nicht.
Die Betriebszustandsüberwachungsvorrichtung (10) für einen Zylinder (12) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit (68), die dazu ausgestaltet ist, den berechneten Differenzdruck (ΔP12, ΔP21) zu speichern, wenn während der hin und her gehenden Bewegung des Kolbens (16) die erste Druckdetektionseinheit (50) den Druckwert der ersten Zylinderkammer (20) erfasst hat, die zweite Druckdetektionseinheit (52) den Druckwert der zweiten Zylinderkammer (22) erfasst hat und die Differenzdruckberechnungseinheit (62) den Differenzdruck (ΔP12, ΔP21) der jeweiligen Druckwerte berechnet hat, wobei beim Abschluss der Operation der Hin- und Herbewegung die Bestimmungseinheit (62) auf der Basis des Differenzdruckes (ΔP12, ΔP21, der in der Speichereinheit (68) gespeichert ist, bestimmt, ob die Operation der Hin- und Herbewegung sich in dem Zwischenzustand befindet oder nicht.
Die Betriebszustandsüberwachungsvorrichtung (10) für einen Zylinder (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidzufuhrquelle (42) der ersten Zylinderkammer (20) Fluid durch eine erste Leitung (26) zuführt oder der zweiten Zylinderkammer (22) Fluid durch eine zweite Leitung (30) zuführt, dass die erste Druckdetektionseinheit (50) einen ersten Druckwert (P1) des Fluids in der ersten Leitung (26) erfasst, der von dem Druckwert der ersten Zylinderkammer (20) abhängt, dass die zweite Druckdetektionseinheit (52) einen zweiten Druckwert (P2) des Fluids in der zweiten Leitung (30) erfasst, der von dem Druckwert der zweiten Zylinderkammer (22) abhängt, und dass die Differenzdruckberechnungseinheit (62) einen Differenzdruck (ΔP12, ΔP21) zwischen dem ersten Druckwert (P1) und dem zweiten Druckwert (P2) berechnet.
Die Betriebszustandsüberwachungsvorrichtung (10) für einen Zylinder (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (62) bestimmt, dass die Operation der Hin- und Herbewegung des Kolbens (16) sich in einem Normalzustand befindet, wenn der Differenzdruck (ΔP12, ΔP21) geringer ist als ein erster Differenzdruckschwellenwert (X1), bestimmt, dass die Operation der Hin- und Herbewegung sich in dem Zwischenzustand befindet, in welchem eine Verschlechterung der Leistung des Zylinders (12) aufgetreten ist, obwohl die Operation der Hin- und Herbewegung noch normal verläuft, wenn der Differenzdruck (ΔP12, ΔP21) größer oder gleich dem ersten Differenzdruckschwellenwert (X1) und geringer als ein zweiter Differenzdruckschwellenwert (X2) ist, und bestimmt, dass die Operation der Hin- und Herbewegung sich in dem abnormalen Zustand befindet, wenn der Differenzdruck (ΔP12, ΔP21) größer oder gleich dem zweiten Differenzdruckschwellenwert (X2) ist.
Die Betriebszustandsüberwachungsvorrichtung (10) für einen Zylinder (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Timereinheit (70), die dazu ausgestaltet ist, eine Bewegungszeit (T) des Kolbens (16) zwischen dem einen Ende und dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper (14) zu messen, wobei die Timereinheit (70) als die Bewegungszeit (T) einen Zeitraum von einem Zeitpunkt misst, zu welchem der Kolben (16) seine Bewegung von dem einen Ende oder dem anderen Ende in dem Zylindergrundkörper (14) beginnt, bis zu einem Zeitpunkt, zu welchem der Kolben (16) das andere Ende oder das eine Ende im Zylindergrundkörper (14) erreicht, und wobei der Differenzdruck (ΔP12, ΔP21) von einem konstanten Wert ansteigt, und wobei die Bestimmungseinheit (62) auf der Basis der Bewegungszeit (T) bestimmt, ob die Operation der Hin- und Herbewegung des Kolbens (16) sich in dem Zwischenzustand befindet oder nicht.
Die Betriebszustandsüberwachungsvorrichtung (10) für einen Zylinder (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinheit (62) bestimmt, dass die Operation der Hin- und Herbewegung des Kolbens (16) sich in dem Normalzustand befindet, wenn die Bewegungszeit (T) innerhalb eines ersten Zeitraumschwellenwerts (ΔT1) liegt, bestimmt, dass die Operation der Hin- und Herbewegung sich in dem Zwischenzustand befindet, in welchem eine Verschlechterung der Leistung des Zylinders (12) aufgetreten ist, obwohl die Operation der Hin- und Herbewegung noch normal ist, wenn die Bewegungszeit (T) von dem ersten Zeitraumschwellenwert (ΔT1) abweicht und innerhalb eines zweiten Zeitraumschwellenwerts (ΔT2) liegt, und bestimmt, dass die Operation der Hin- und Herbewegung sich in dem abnormalen Zustand befindet, wenn die Bewegungszeit (T) von dem zweiten Zeitraumschwellenwert (ΔT2) abweicht.
Die Betriebszustandsüberwachungsvorrichtung (10) für einen Zylinder (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Benachrichtigungseinheit (60, 66), die dazu ausgestaltet ist, eine Benachrichtigung über das Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit (62) zu liefern.