-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen eines Betriebs einer Anlage, insbesondere einer industriellen Produktionsanlage.
-
Es ist bekannt, zur Überwachung von Anlagen verschiedenste Parameter wie beispielsweise eine Temperatur zu messen. Übersteigt beispielsweise ein gemessener Parameter einen gesetzten Grenzwert, kann die Anlage zum Schutz vor Beschädigung automatisch abgeschaltet werden. Regelmäßig besteht bei derartigen Überwachungen aber die Schwierigkeit, zwischen kritischen Situationen, in denen beispielsweise eine Abschaltung erforderlich ist, und unkritischen Situationen, in denen keine Maßnahme erforderlich ist, zuverlässig zu unterscheiden.
-
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu verringern. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung zum Überwachen eines Betriebs einer Anlage vorgestellt werden, mit denen besonders zuverlässig zwischen kritischen und unkritischen Situationen unterschieden werden kann.
-
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren und einer Anordnung zum Überwachen einer Anlage gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Anordnung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
-
Hierzu trägt ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebs einer Anlage mittels einer Mehrzahl von Sensoren bei, welches zumindest folgende Schritte umfasst:
- a) Ermitteln von jeweiligen zeitlichen Verläufen von mit den Sensoren aufnehmbaren Messwerten in einem störungsfreien Betrieb der Anlage,
- b) Ermitteln von Abhängigkeiten zwischen den gemäß Schritt a) ermittelten zeitlichen Verläufen der Messwerte,
- c) Aufnehmen von jeweiligen zeitlichen Verläufen von Messwerten mit den Sensoren in einem zu überwachenden Betrieb der Anlage, und
- d) Entscheiden, ob im zu überwachenden Betrieb der Anlage eine Störung vorliegt durch Auswerten der in Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufe anhand der in Schritt b) ermittelten Abhängigkeiten.
-
Das beschriebene Verfahren ist insbesondere zur Überwachung von industriellen Produktionsanlagen bestimmt und eingerichtet. Bei der Anlage kann es sich insbesondere um eine Maschine handeln, mit der Produkte teilweise oder vollständig automatisiert hergestellt werden. Auch kann es sich bei der Anlage um eine Arbeitsmaschine wie einen Bagger oder einen Kran handeln.
-
Die Anlage umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Komponenten und Bauteile wie beispielsweise einen oder mehrere Motoren, Hydraulikelemente, Pneumatikelemente, elektronische Bauteile, Leitungen, Ventile und/oder Schalter.
-
Im Betrieb der Anlage kann es bei den Komponenten der Anlage beispielsweise zu einer Temperaturentwicklung (insbesondere in aktiv angetriebenen Komponenten wie Motoren) kommen. Auch können an Komponenten Vibrationen entstehen. So kann ein Betrieb eines Motors Vibrationen im Motor und/oder in anderen Komponenten verursachen. Auch kann das Betätigen eines Ventils eine Vibration oder eine kurzzeitig auftretende Beschleunigung am Ventil selbst verursachen. Weiterhin können beim Betrieb der Anlage magnetische Felder auftreten. Aus der Stärke und/oder Richtung magnetischer Felder kann auf einen Betrieb der Anlage geschlossen werden. Auch kann eine Lichtintensität im Bereich der Anlage oder eines Teils der Anlage während des Betriebs variieren.
-
Die Überwachung der Anlage kann insbesondere dadurch erfolgen, dass Messwerte aufgenommen und/oder ausgewertet werden, die einen Rückschluss darauf zulassen, ob die Anlage störungsfrei arbeitet. Dabei kann es sich insbesondere um Messwerte für Größen handeln, die unmittelbar einen Schluss auf eine Belastung und/oder Beschädigung der Anlage oder einer Komponente davon und/oder auf eine Störung oder eine Anomalie im Betrieb der Anlage zulassen. Wird beispielsweise eine besonders hohe Temperatur an einem Motor gemessen, kann dies auf eine Überhitzung des Motors und damit auf eine Belastung und/oder eine drohende Beschädigung des Motors hindeuten.
-
Die Überwachung der Anlage kann mittels zumindest einer der folgenden Größen erfolgen bzw. durchgeführt werden:
- - eine Temperatur,
- - ein magnetisches Feld (das durch eine Richtung und/oder einen Betrag gekennzeichnet sein kann),
- - eine Beschleunigung (die durch eine Richtung und/oder einen Betrag gekennzeichnet sein kann),
- - eine Lichtintensität.
-
Die Anlage kann geeignete Sensoren zur Erfassung der aufzunehmenden Größen aufweisen. So kann die Anlage insbesondere einen oder mehrere Temperatursensoren, Magnetfeldsensoren, Beschleunigungssensoren und/oder Lichtsensoren aufweisen.
-
Prinzipiell könnte aus einer einzelnen Messgröße eine Störung der Anlage erkannt werden. Übersteigt beispielsweise eine Motortemperatur einen als festen Wert vorgegebenen Grenzwert, kann das Vorliegen einer Störung angenommen werden. Mit einem derartigen Vorgehen können aber nur Extremsituationen (wie die Überhitzung eines Motors über eine Belastungsgrenze hinaus) erkannt werden. Unregelmäßigkeiten im Betrieb der Anlage, bei denen keine Grenzwertüberschreitung erfolgt, können so nicht erfasst werden.
-
Mit dem beschriebenen Verfahren können Zusammenhänge zwischen verschiedenen Messgrößen erkannt und dazu verwendet werden, auch anderweitig nicht erkennbare Unregelmäßigkeiten im Betrieb der Anlage zu erkennen. So kann beispielswiese berücksichtigt werden, dass im störungsfreien Betrieb der Anlage ein Einschalten eines Motors zu einer Temperaturerhöhung am Motor und zu Vibrationen in einem in der Nähe des Motors vorgesehenen elektronischen Bauteil führt. Werden in dem elektronischen Bauteil Vibrationen gemessen, kann dies als unkritische Situation eingestuft werden, wenn durch Messung einer entsprechenden Temperatur am Motor ein Betrieb des Motors erkannt wird. Deutet die Motortemperatur aber an, dass dieser ausgeschaltet ist, so kann das Vorliegen der Vibration in dem elektronischen Bauteil auf eine Störung hinweisen (sofern es im störungsfreien Betrieb der Anlage keine andere Quelle für derartige Vibrationen, wie beispielsweise einen weiteren Motor gibt).
-
Mit dem beschriebenen Verfahren können derartige Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Messgrößen für den störungsfreien Betrieb der Anlage festgestellt werden. Dazu werden in Schritt a) jeweilige zeitliche Verläufe von mit den Sensoren aufnehmbaren Messwerten in einem störungsfreien Betrieb der Anlage ermittelt.
-
Die Anlage kann in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. So können beispielsweise Komponenten der Anlage eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Auch können die Komponenten auf unterschiedliche Weise arbeiten. So kann beispielsweise ein Motor mit verschiedenen Drehzahlen arbeiten. Je nachdem, welche Komponenten der Anlage zu einem bestimmten Zeitpunkt auf welche Weise betrieben werden, kann beispielsweise in einer bestimmten Komponente der Anlage eine bestimmte Temperatur vorliegen. Dabei kann es auch einen Einfluss haben, über welchen Zeitraum eine bestimmte Komponente in einem bestimmten Zustand vorliegt. Wird beispielsweise ein Motor eingeschaltet, kann dies verzögert zu einer Temperaturerhöhung in einer anderen Komponente führen.
-
Mit Schritt a) werden vorzugsweise zumindest ein Teil der möglichen Betriebsmodi der Anlage (vorzugsweise alle möglichen Betriebsmodi der Anlage) abgedeckt. Das heißt insbesondere, dass die jeweiligen zeitlichen Verläufe der mit den Sensoren aufnehmbaren Messwerte zumindest für einen Teil der Betriebsmodi beziehungsweise für alle Betriebsmodi jeweils ermittelt werden.
-
In Schritt b) können zwischen den gemäß Schritt a) ermittelten zeitlichen Verläufen der Messwerte Abhängigkeiten ermittelt werden. In Schritt b) wird vorzugsweise ermittelt, wie sich eine erste Größe verhält, wenn sich eine zweite Größe oder auch weitere Größen verändern. So kann in Schritt b) beispielsweise ermittelt werden, dass es zu einer Verstärkung von Vibrationen in einem elektronischen Bauteil kommt, wenn ein Motor eingeschaltet wird und sich dadurch die Motortemperatur erhöht. Werden in Schritt a) mehrere Betriebsmodi abgedeckt, werden vorzugsweise auch in Schritt b) vorzugsweise mehrere Betriebsmodi abgedeckt.
-
Eine Abhängigkeit kann qualitativ oder quantitativ sein. So kann beispielsweise qualitativ ermittelt werden, dass ein Anstieg einer ersten Größe einen Anstieg einer zweiten Größe verursacht. Das kann auch unter Berücksichtigung einer zeitlichen Verzögerung ermittelt werden. So kann beispielsweise ermittelt werden, dass die zweite Größe erst nach einer quantitativ ermittelten Zeitspanne um einen nicht quantifizierten Betrag oder um einen quantifizierten Betrag ansteigt. Als eine Abhängigkeit kommt insbesondere auch eine mathematische Relation zwischen einer zeitabhängigen Größe von einer oder mehreren anderen zeitabhängigen Größen in Betracht. Auch können Charakteristika der zeitlichen Verläufe verschiedener Größen miteinander in Bezug gesetzt werden. So kann beispielsweise erkannt werden, dass ein bestimmtes Charakteristikum in einem ersten zeitlichen Verlauf früher oder später und/oder mit einer anderen Ausprägung vorliegt als in einem zweiten zeitlichen Verlauf.
-
Die Schritte a) und b) werden vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Das kann insbesondere einmalig erfolgen. So können die Schritte a) und b) bei der Konstruktion der Anlage oder beim Aufbau der Anlage durchgeführt werden. Werden mehrere baugleiche Anlagen hergestellt, können die Schritte a) und b) einmalig durchgeführt werden und die daraus erhaltenen Kenntnisse für alle der baugleichen Anlagen angewendet werden. Auch kann eine bestehende Anlage für eine Überwachung gemäß dem beschriebenen Verfahren eingerichtet werden. Dabei werden die Schritte a) und b) vorzugsweise einmalig beim oder nach dem Einrichten der Anlage durchgeführt.
-
Es ist möglich, die Schritte a) und b) mehrfach durchzuführen. So können insbesondere Veränderungen an der Anlage (etwa durch Umgestaltung der Anlage und/oder durch Verschleiß von Bauteilen) berücksichtigt werden.
-
Die zeitlichen Verläufe werden in Schritt a) vorzugsweise durch Aufnahme von Messwerten während des störungsfreien Betriebs der Anlage aufgenommen. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass die zeitlichen Verläufe in Schritt a) durch eine Simulation ermittelt werden.
-
Die durch die Schritte a) und b) ermittelten zeitlichen Verläufe und/oder deren Abhängigkeiten werden vorzugsweise in elektronischer Form derart gespeichert, dass im Betrieb der Anlage auf diese zurückgegriffen werden kann. Vorzugsweise weist die Anlage eine Auswerteeinheit auf, mit der die Überwachung während des Betriebs der Anlage durchgeführt werden kann. Die durch die Schritte a) und b) ermittelten zeitlichen Verläufe und/oder deren Abhängigkeiten sind vorzugsweise in der Auswerteeinheit hinterlegt. Insbesondere können die durch die Schritte a) und b) ermittelten zeitlichen Verläufe und deren Abhängigkeiten bereits bei Auslieferung oder Montage der Anlage in der Auswerteeinheit hinterlegt sein. Es ist auch möglich, dass die zeitlichen Verläufe und deren Abhängigkeiten gemäß den Schritten a) und b) erst nach Auslieferung und Montage der Anlage und insbesondere mit der Auswerteeinheit ermittelt werden. Das ist insbesondere bei komplexen Anlagen sinnvoll, bei denen es bei der tatsächlichen Montage zu Abweichungen von der Planung kommen kann bzw. bei denen es nur schwer möglich ist, beispielsweise die Ausbreitung von Vibrationen über die Anlage vor deren Montage anhand von Konstruktionszeichnungen vorherzusagen.
-
Durch die gemäß den Schritten a) und b) ermittelten zeitlichen Verläufe und deren Abhängigkeiten ist bekannt, wie sich die Anlage im störungsfreien Betrieb verhält. Kommt es zu einer Störung, kann dies in einer Abweichung von dem so bekannten Verhalten erkannt werden. Damit kann anhand der Gesamtheit mehrerer Messgrößen und damit besonders zuverlässig zwischen kritischen und unkritischen Situationen unterschieden werden.
-
In Schritt c) werden jeweilige zeitliche Verläufe von Messwerten mit den Sensoren in einem zu überwachenden Betrieb der Anlage aufgenommen.
-
Der zu überwachende Betrieb der Anlage kann insbesondere ein nach einer ersten Inbetriebnahme erfolgender bestimmungsgemäßer Betrieb der Anlage sein. Im zu überwachenden Betrieb können so beispielsweise Produkte hergestellt werden.
-
Sofern der zu überwachende Betrieb der Anlage störungsfrei ist, kann davon ausgegangen werden, dass sich die zeitlichen Verläufe der gemäß Schritt c) aufgenommenen Messwerte nicht von den gemäß Schritt a) ermittelten zeitlichen Verläufen unterschieden. Sofern die Anlage in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann, gilt dies zumindest insoweit, als dass die gemäß Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufe den gemäß Schritt a) für den entsprechenden Betriebsmodus ermittelten zeitlichen Verläufen entsprechen.
-
Liegt hingegen eine Störung vor, kann diese zu einer Abweichung zwischen den gemäß Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufen und den gemäß Schritt a) ermittelten zeitlichen Verläufen führen. Aus einer derartigen Abweichung kann mithin eine Störung erkannt werden. Um eine besonders zuverlässige Unterscheidung zwischen kritischen und unkritischen Situationen zu erreichen, wird bei dem beschriebenen Verfahren dabei insbesondere auf die gemäß Schritt b) ermittelten Abhängigkeiten zwischen den zeitlichen Verläufen zurückgegriffen.
-
In Schritt d) wird durch Auswerten der in Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufe anhand der in Schritt b) ermittelten Abhängigkeiten entschieden, ob im zu überwachenden Betrieb der Anlage eine Störung vorliegt.
-
Weisen die gemäß Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufe die gemäß Schritt b) ermittelten Abhängigkeiten auf, kann ein störungsfreier Betrieb angenommen werden. Wird beispielsweise in Schritt c) eine Temperaturerhöhung eines Motors und eine Verstärkung einer Vibration einer elektronischen Komponente festgestellt, die so auch in Schritt b) als Abhängigkeit ermittelt wurde, wird keine Störung angenommen. Wird in Schritt c) hingegen eine Verstärkung der Vibration der elektronischen Komponente ohne Temperaturerhöhung am Motor erkannt und wurde in Schritt b) keine derartige Abhängigkeit ermittelt, wird in Schritt d) vorzugsweise auf Vorliegen einer Störung entschieden.
-
Alle Sensoren können zur Messung der gleichen physikalischen Größe bestimmt und eingerichtet sein.
-
Dabei ist unter einer physikalischen Größe eine Eigenschaft zu verstehen, die zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Orten gemessen werden kann. Physikalische Größen sind beispielsweise eine Temperatur, eine Beschleunigung, eine magnetische Flussdichte und eine Lichtintensität. Wird beispielsweise die Temperatur zu einem ersten Zeitpunkt an einem Motor und zu einem zweiten Zeitpunkt an einem Ventil gemessen, handelt es sich doch bei beiden Messungen um eine Messung der gleichen physikalischen Größe, der Temperatur. Die Motortemperatur und die Ventiltemperatur sind zwar verschiedene Parameter, nicht aber verschiedene physikalische Größen.
-
In dieser Ausführungsform kann beispielsweise die Temperatur als die physikalische Größe an verschiedenen Orten der Anlage gemessen werden. Die Beschränkung auf eine physikalische Größe kann das beschriebene Verfahren vereinfachen, weil Abhängigkeiten zwischen Messwerten verschiedener physikalischer Größen besonders kompliziert und schwer vorhersehbar sein können.
-
Alternativ ist es bevorzugt, dass die Mehrzahl der Sensoren zur Messung verschiedener physikalischer Größen bestimmt und eingerichtet ist.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest Schritt d) mit einer Auswerteeinheit durchgeführt, an die die in Schritt c) aufgenommenen Messwerte von mindestens einem der Sensoren durch berührungslose Kommunikation übermittelt werden.
-
Die Auswerteeinheit umfasst vorzugsweise einen Computer, mit dem zumindest Schritt d) durchgeführt werden kann. Vorzugsweise werden in Schritt c) die mit den Sensoren aufgenommenen Messwerte von der Auswerteeinheit empfangen und mit dieser zu den zeitlichen Verläufen zusammengesetzt. Insoweit wird auch Schritt c) vorzugsweise mit der Auswerteeinheit durchgeführt.
-
Vorzugsweise sind die gemäß den Schritten a) und b) erhaltenen zeitlichen Verläufe bzw. deren Abhängigkeiten in der Auswerteeinheit hinterlegt. Es ist aber auch bevorzugt, dass Schritt b) mit der Auswerteeinheit durchgeführt wird. Auch können die zeitlichen Verläufe in Schritt a) insoweit mit der Auswerteeinheit durchgeführt werden, dass die mit den Sensoren aufgenommenen Messwerte von der Auswerteeinheit empfangen und mit dieser zu den zeitlichen Verläufen zusammengesetzt werden und dass daraus die Abhängigkeiten mit der Auswerteeinheit ermittelt werden. Auch können mit der Auswerteeinheit Simulationen zur Ermittlung der zeitlichen Verläufe gemäß Schritt a) durchgeführt werden. Insbesondere derartige Simulationen können aber auch mit einem externen Computer durchgeführt werden, wobei die Ergebnisse der Simulation in der Auswerteeinheit hinterlegt werden.
-
Als berührungslose Kommunikation kommt insbesondere eine Kommunikation über Funk, Bluetooth®, WLAN, Infrarot und/oder Mobilfunk in Betracht. So kann eine Anlage für eine Überwachung gemäß dem beschriebenen Verfahren eingerichtet werden, ohne dass in großem Umfang Kabel an der Anlage verlegt werden müssen.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Übermitteln durch berührungslose Kommunikation diskontinuierlich.
-
Unter einer diskontinuierlichen Übermitteln ist insbesondere zu verstehen, dass die Messwerte nicht unmittelbar nach deren Aufnahme übermittelt werden. Stattdessen werden vorzugsweise mehrere Messwerte aufgenommen, in einem dem Sensor zugeordneten Speicher zwischengespeichert und gruppenweise übermittelt. So kann Energie für die Übermittlung gespart werden, weil eine Verbindung nicht dauerhaft aufrecht erhalten werden muss. Es genügt, dass die Verbindung an bestimmten diskreten Übermittlungszeitpunkten aufgebaut wird. An derartigen Übermittlungszeitpunkten können dann die seit dem letzten Übermittlungszeitpunkt aufgenommenen Messwerte übermittelt werden. Es werden also Messwerte „gesammelt“ und dann im Paket übermittelt.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird den in Schritt c) aufgenommenen Messwerten ein jeweiliger Zeitstempel zugefügt.
-
Vorzugsweise werden die Messwerte in Schritt c) als Wertepaare aus dem gemessenen Wert und dem Zeitpunkt der Messung aufgenommen.
-
Insbesondere ist diese Ausführungsform bevorzugt, wenn die Messwerte diskontinuierlich an die Auswerteeinheit übermittelt werden. So kann ein Zusammensetzen der Messwerte zu einem beliebigen Zeitpunkt nach dem Aufnehmen der Messwerte erfolgen.
-
Alternativ zu der vorliegenden Ausführungsform können die einzelnen Messwerte ohne Zeitstempel aufgenommen werden und beispielsweise in der Auswerteeinheit nach Eingang in dieser in den zeitlichen Verlauf eingefügt werden. Dabei kann der Zeitpunkt des Eingangs als Zeitpunkt der Messung angesehen werden. Das ist insbesondere bei einer kontinuierlichen Übermittlung der Messwerte möglich. Sofern die Zeit zwischen Aufnahme und Eintragung in den zeitlichen Verlauf bei allen Messwerten gleich ist, kann auch so ein korrekter zeitlicher Verlauf erhalten werden. Bei einer diskontinuierlichen Übermittlung können die Messwerte beispielsweise unter der Annahme zu dem zeitlichen Verlauf zusammengesetzt werden, dass die Messwerte in gleichen zeitlichen Abständen aufgenommen werden. In dem Fall können die Messwerte beispielsweise nummeriert werden und entsprechend der Nummerierung zu dem zeitlichen Verlauf zusammengesetzt werden.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Abhängigkeiten in Schritt b) mit mindestens einem (künstlichen) neuronalen Netz durch Erlernen ermittelt.
-
Das neuronale Netz kann insbesondere ein Maschine Learning Device sein bzw. von diesem umfasst sein. Insbesondere kann das neuronale Netz als eine Software und/oder Hardware implementiert sein. Das neuronale Netz umfasst vorzugsweise eine Vielzahl künstlicher Neuronen, mit denen ein Erlernen nach dem Vorbild eines Gehirns erfolgen kann.
-
Das neuronale Netz wird vorzugsweise mit den gemäß Schritt a) ermittelten Messwerten trainiert, so dass das neuronale Netz gemäß Schritt b) Zusammenhänge zwischen den zeitlichen Verläufen erlernt. So kann beispielsweise erlernt werden, wie sich eine bestimmte Größe in Abhängigkeit von anderen Größen zu einem bestimmten Zeitpunkt verhält. Beispielsweise kann erlernt werden, dass eine Temperaturerhöhung in einem Motor regelmäßig zur Folge hat, dass eine Temperatur in einem elektronischen Bauteil mit zeitlicher Verzögerung ansteigt. Wird dann gemäß Schritt c) ein derartiges Verhalten der beiden Temperaturen gemessen, kann dies als eine unkritische Situation eingestuft werden.
-
Das Training wird im störungsfreien Normalbetrieb, also bei funktionierender Anlage im Sollzustand durchgeführt. Im zu überwachenden Betrieb der Anlage („im Feld“) kann dann gemäß Schritt d) entschieden werden, ob die zeitlichen Verläufe den zuvor erlernten Abhängigkeiten genügen. Falls nicht, ist das ein Anzeichen für eine Störung.
-
Kann die Anlage in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, erfolgt das Training vorzugsweise unter Verwendung zumindest eines Teils der Betriebsmodi, vorzugsweise unter Verwendung aller dieser Betriebsmodi. Ein neuronales Netz kann dabei insbesondere derart trainiert werden, dass es eine Mehrzahl von verschiedenen Abhängigkeiten zwischen Größen (entsprechend der verschiedenen Betriebsmodi) erlernt. Im zu überwachenden Betrieb muss dann nicht etwa manuell eingegeben werden, welcher Betriebsmodus aktuell vorliegt.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden zeitliche Ableitungen der in Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufe in Schritt d) gebildet und bei der Entscheidung, ob im zu überwachenden Betrieb der Anlage eine Störung vorliegt, berücksichtigt.
-
Veränderungen der Messwerte können besonders gut an den entsprechenden zeitlichen Ableitungen erkannt werden. Somit kann die Verwendung von zeitlichen Ableitungen die Genauigkeit des beschriebenen Verfahrens verbessern.
-
Als ein weiterer Aspekt wird eine Anordnung zum Überwachen eines Betriebs einer Anlage gemäß dem beschriebenen Verfahren vorgestellt. Die Anlage umfasst zumindest eine Mehrzahl von Sensoren und eine Auswerteeinheit, die über berührungslose Kommunikation mit mindestens einem der Sensoren verbunden ist.
-
Die für das Verfahren beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf die Anordnung anwendbar und übertragbar, und umgekehrt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung weist die Auswerteeinheit mindestens ein neuronales Netz zum Ermitteln der Abhängigkeiten in Schritt b) durch Erlernen auf.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist mindestens einer der Sensoren in einer jeweiligen autarken Sensoreinheit angeordnet.
-
Unter einer autarken Sensoreinheit ist hier ein Bauteil mit mindestens einem Sensor zu verstehen, das ohne Kabelverbindung betrieben werden kann. Zudem weist die Sensoreinheit vorzugsweise einen Mikroprozessor zur Verarbeitung der Messwerte auf. Auch weist die Sensoreinheit vorzugsweise ein Kommunikationsmodul zur Übermittlung der Messwerte auf, insbesondere durch berührungslose Kommunikation. Das Kommunikationsmodul kann insbesondere eine Antenne umfassen. Weiterhin weist die Sensoreinheit vorzugsweise eine Batterie zur Energieversorgung (insbesondere des mindestens einen Sensors, des Mikroprozessors und/oder des Kommunikationsmoduls) auf.
-
Alternativ oder zusätzlich zu in autarken Sensoreinheiten angeordneten Sensoren können bei dem beschriebenen Verfahren auch andere Sensoren verwendet werden, beispielsweise solche, die über Kabelverbindungen mit der Auswerteeinheit verbunden sind. Auch können auch Messwerte verwendet werden, die beispielsweise über einen CAN-Bus Gateway verfügbar sind.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung weist jede Sensoreinheit jeweils eine Uhr auf, wobei die Uhren der Sensoreinheiten miteinander synchronisiert sind.
-
Durch die Uhr können die Messwerte insbesondere mit einem Zeitstempel versehen werden.
-
Als ein weiterer Aspekt wird ein Computerprogramm vorgestellt, welches zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
-
Die für das Verfahren beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf das Computerprogramm anwendbar und übertragbar.
-
Als ein weiterer Aspekt wird ein maschinenlesbarer Datenträger vorgestellt, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
-
Die für das Verfahren beschriebenen besonderen Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale sind auf den maschinenlesbaren Datenträger anwendbar und übertragbar.
-
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Klarstellend sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren veranschaulichten technischen Merkmale auch mit Merkmalen anderer Figuren und/oder der Beschreibung kombiniert werden können, ohne dass es der Übernahme anderer technischer Merkmale einer Figur bedarf. Soweit eine technische Notwendigkeit besteht, Ausprägungen eines technischen Merkmals mit denen eines anderen zu kombinieren, wird hierauf explizit Bezug genommen bzw. hingewiesen, so dass andernfalls eine freie Kombinierbarkeit dieser Merkmale gegeben ist.
-
Es zeigen schematisch:
- 1: zeitliche Verläufe von in einem störungsfreien Betrieb einer Anlage aufnehmbaren Messwerten,
- 2: zeitliche Verläufe von Messwerten der in 1 gezeigten Größen in einem zu überwachenden Betrieb der Anlage,
- 3: die Anlage mit einer Anordnung zur Überwachung der Anlage, mit der die in den 1 und 2 gezeigten Messwerte erhalten wurden,
- 4: eine Sensoreinheit der Anordnung aus 3, und
- 5: ein Verfahren zur Überwachung der Anlage aus 3.
-
1 zeigt einen ersten zeitlichen Verlauf 1, einen zweiten zeitlichen Verlauf 2, einen dritten zeitlichen Verlauf 3 und einen vierten zeitlichen Verlauf 4 von Temperaturen, die an verschiedenen Stellen einer (in 3 gezeigten) Anlage aufnehmbar sind. Gezeigt sind dabei Messwerte, die für einen störungsfreien Betrieb der Anlage aufgenommen werden können. Die zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 können beispielsweise durch Messung oder durch Simulation ermittelt werden.
-
Die zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 unterscheiden sich grundsätzlich durch einen jeweiligen zeitlich konstanten Temperaturunterschied voneinander. Zu erkennen ist weiterhin, dass die zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 jeweils eine Mehrzahl von Charakteristika 5, 6, 7 aufweisen. Bei den Charakteristika 5, 6, 7 unterschieden sich die zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 nicht bloß durch einen zeitlich konstanten Temperaturunterschied. Ein erstes Charakteristikum 5 liegt beispielsweise für den ersten zeitlichen Verlauf 1, den dritten zeitlichen Verlauf 3 und den vierten zeitlichen Verlauf 4 zur gleichen Zeit und für den zweiten zeitlichen Verlauf 2 zu einem späteren Zeitpunkt vor. Das ist auch für ein zweites Charakteristikum 6 der Fall. Im Gegensatz zum ersten Charakteristikum 5 unterscheiden sich die zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 im zweiten Charakteristikum 6 zusätzlich durch die Stärke der Ausprägung des zweiten Charakteristikums 6. So ist das zweite Charakteristikum 6 beim dritten zeitlichen Verlauf 3 stärker ausgeprägt als bei den anderen zeitlichen Verläufen 1, 2, 4. Ein drittes Charakteristikum 7 liegt mit gleicher Ausprägung bei allen zeitlichen Verläufen 1, 2, 3, 4 zu leicht unterschiedlichen Zeitpunkten vor.
-
2 zeigt die zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 wie 1. Hier ist jedoch nicht der störungsfreie Betrieb, sondern ein (realer) zu überwachender Betrieb der Anlage gezeigt. Darin weist der erste zeitliche Verlauf ein viertes Charakteristikum 8 auf, das im störungsfreien Betrieb nicht vorlag. Entsprechend kann auf das Vorliegen einer Störung geschlossen werden.
-
3 zeigt eine Anlage 13. An einem Motor 14, an zwei Hydraulikeinheiten 15 und an einem Kettenantrieb 16 sind ein erster Sensor 9, ein zweiter Sensor 10, ein dritter Sensor 11 beziehungsweise ein vierter Sensor 12 vorgesehen. Die Sensoren 9, 10, 11, 12 sind Temperatursensoren. Mit dem ersten Sensor 9 kann der erste zeitliche Verlauf 1 aus 1 und 2 erhalten werden. Mit dem zweiten Sensor 10 kann der zweite zeitliche Verlauf 2 aus 1 und 2 erhalten werden. Mit dem dritten Sensor 11 kann der dritte zeitliche Verlauf 3 aus 1 und 2 erhalten werden. Mit dem vierten Sensor 12 kann der vierte zeitliche Verlauf 4 aus 1 und 2 erhalten werden.
-
Bei dem Motor 14, den zwei Hydraulikeinheiten 15 und dem Kettenantrieb 16 handelt es sich um Komponenten der Anlage 14, deren Eigenschaften beim Betrieb der Anlage 13 überwacht werden können. Mit den Sensoren 9, 10, 11, 12 können Messwerte aufgenommen und an eine Auswerteeinheit 17 übermittelt werden. Die Auswerteeinheit 17 umfasst ein neuronales Netz 22.
-
Die Auswerteeinheit 17 und die Sensoren 9, 10, 11, 12 sind Teil einer Anordnung 18 zur Überwachung der Anlage 13.
-
Die Sensoren 9, 10, 11, 12 können insbesondere in einer jeweiligen Sensoreinheit (die in 3 nicht gezeigt ist) angeordnet sein. 4 zeigt eine Sensoreinheit 19, die beispielsweise den ersten Sensor 9 aufweist. Zudem weist die Sensoreinheit 19 eine Batterie 21, einen Mikroprozessor 23 mit einer Uhr 20 und ein Kommunikationsmodul 24 auf. Die Uhren 20 der Sensoreinheiten 19 der einzelnen Sensoren 9, 10, 11, 12 sind miteinander synchronisiert.
-
5 zeigt ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebs der Anlage 13 aus 3 mittels der Sensoren 9, 10, 11, 12 umfassend die Schritte:
- a) Ermitteln von jeweiligen zeitlichen Verläufen 1, 2, 3, 4 von mit den Sensoren 9, 10, 11, 12 aufnehmbaren Messwerten in einem störungsfreien Betrieb der Anlage 13,
- b) Ermitteln von Abhängigkeiten zwischen den gemäß Schritt a) ermittelten zeitlichen Verläufen 1, 2, 3, 4 der Messwerte,
- c) Aufnehmen von jeweiligen zeitlichen Verläufen 1, 2, 3, 4 von Messwerten mit den Sensoren 9, 10, 11, 12 in einem zu überwachenden Betrieb der Anlage 13, und
- d) Entscheiden, ob im zu überwachenden Betrieb der Anlage 13 eine Störung vorliegt durch Auswerten der in Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 anhand der in Schritt b) ermittelten Abhängigkeiten.
-
Die gemäß Schritt a) ermittelten zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 sind in 1 gezeigt. Die gemäß Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 sind in 2 gezeigt. Zumindest Schritt d) wird mit der Auswerteeinheit 17 durchgeführt, an die die in Schritt c) aufgenommenen Messwerte der Sensoren 9, 10, 11, 12 durch diskontinuierliche berührungslose Kommunikation übermittelt werden. Über die Uhren 20 der Sensoreinheiten 19 wird den Messwerten ein jeweiliger Zeitstempel zugefügt. Die Abhängigkeiten in Schritt b) werden mit dem neuronalen Netz 14 durch Erlernen ermittelt. In Schritt d) werden zeitliche Ableitungen der in Schritt c) aufgenommenen zeitlichen Verläufe 1, 2, 3, 4 gebildet und bei der Entscheidung, ob im zu überwachenden Betrieb der Anlage 13 eine Störung vorliegt, berücksichtigt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erster zeitlicher Verlauf
- 2
- zweiter zeitlicher Verlauf
- 3
- dritter zeitlicher Verlauf
- 4
- vierter zeitlicher Verlauf
- 5
- erstes Charakteristikum
- 6
- zweite Charakteristikum
- 7
- dritte Charakteristikum
- 8
- viertes Charakteristikum
- 9
- erste Sensoreinheit
- 10
- zweite Sensoreinheit
- 11
- dritte Sensoreinheit
- 12
- vierte Sensoreinheit
- 13
- Anlage
- 14
- Motor
- 15
- Hydraulikeinheit
- 16
- Kettenantrieb
- 17
- Auswerteeinheit
- 18
- Anordnung
- 19
- Sensoreinheit
- 20
- Uhr
- 21
- Batterie
