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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die ein Automatisierungselement und mindestens einen Sensor aufweist. Weiterhin betrifft sie ein Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Geräte, die im Bereich der industriellen Automatisierung eingesetzt werden, benötigen zu ihrer Steuerung Sensoren. Solche Sensoren, wie beispielsweise Näherungssensoren, liefern Informationen über einen Arbeitsvorgang und melden diesen an eine übergeordnete Steuereinheit. Diese steuert dann Aktuatoren des Automatisierungssystems in Abhängigkeit von den erhaltenen Sensordaten an.
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Verschiedenste Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise Vibrationen oder starke Temperaturänderungen, können sowohl die Funktion der Sensoren als auch die Funktion der unter Verwendung der Sensordaten gesteuerte Aktuatoren negativ beeinflussen. Wenn sich die Lage eines Sensors ändert, weil sich beispielsweise seine Befestigung durch Vibrationen gelöst hat, so liefert dieser keine zuverlässigen Messwerte mehr. Vibrationen sind auch oft ein Zeichen für ein mechanisches Problem der gesamten Maschine, das zu einer Gefahrensituation führen kann. Es ist deshalb wünschenswert, Umgebungsdaten zu überwachen, welche die Funktion des Automatisierungssystems beeinflussen könnten. Hierzu steht eine Vielzahl individueller Sensoren zur Verfügung. Das Anbringen von Sensoren zur Ermittlung der Umgebungsdaten ist jedoch je nach Design des Automatisierungssystems oftmals nicht möglich oder sie können nur so weit entfernt von den zu überwachenden Sensoren oder Aktuatoren angebracht werden, dass sie keine zuverlässige Aussage mehr über die Umgebungsbedingungen am zu überwachenden Ort ermöglichen.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht, in einem Automatisierungssystem Umgebungsdaten zu messen, ohne hierbei zusätzliche Einbaustellen für weiteren Sensoren in dem Automatisierungssystem vorsehen zu müssen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine solche Vorrichtung betrieben werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, welche ein Automatisierungselement aufweist, das in dem Gehäuse angeordnet ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse mindestens ein erster Sensor angeordnet. Dieser ist eingerichtet, um die Umgebung des Automatisierungselements innerhalb der Vorrichtung oder die Umgebung, insbesondere die Anwendungsumgebung, der Vorrichtung charakterisierende Umgebungsdaten zu messen. In dem Gehäuse ist außerdem ein Rechengerät angeordnet, das jeweils eine Datenverbindung bzw. Signalverbindung zu dem Automatisierungselement und zu dem ersten Sensor aufweist. Schließlich weist die Vorrichtung eine Schnittstelle auf, die eingerichtet ist, um Daten von dem Rechengerät an einen Empfänger außerhalb des Gehäuses weiterzuleiten.
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Das Automatisierungselement kann grundsätzlich ein Element sein, das für eine beliebige Funktion eines industriellen Automatisierungssystems eingerichtet ist. Beispielsweise kann es sich dabei um einen Aktuator handeln. Andere Beispiele von Automatisierungselementen sind I/O-Module, I/O-Schnittstellen, Ventilinseln, Ventile, wie insbesondere Steuerventile und Regelventile, IO-Link/Bluetooth-Schnittstellen, IO-Link/IEC232-Konverter, RFID-Lese/Schreibköpfe, RFID-Prozessoreinheiten, Benutzerschnittstellen (Human-Machine Interface ; HMI), insbesondere Signalsäulen, Lichtvorhänge und elektronische Netzwerkkomponenten. Es ist jedoch bevorzugt, dass das Automatisierungselement ein zweiter Sensor ist, der besonders bevorzugt aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus induktiven, magnetischen, magneto-induktiven, optoelektronischen, magnetostrikiven und kapazitiven Sensoren besteht. Für derartige Sensoren und ihr Gehäuse ist in Automatisierungssystemen bereits eine vorgegebene Einbauposition vorgesehen. Indem nun der erste Sensor gemeinsam mit dem Automatisierungselement in einem Gehäuse angeordnet wird, wird es ermöglicht, eine Messung vom Umgebungsdaten des Automatisierungselements vorzunehmen, ohne dass hierzu zusätzlicher Bauraum im Automatisierungssystem vorgesehen werden müsste. Indem sich das Automatisierungselement und der erste Sensor ein gemeinsames Rechengerät teilen, welches die Kommunikation des Automatisierungselements und des ersten Sensors mit dem Empfänger über eine gemeinsame Schnittstelle verwalten kann, wird eine kompakte Ausführung aller im Gehäuse enthaltenen Komponenten ermöglicht, so dass das Gehäuse gegenüber dem Gehäuse eines herkömmlichen Automatisierungselements nicht vergrößert werden muss.
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Unter Umgebungsdaten werden unmittelbar gemessene oder verarbeitete physikalische Daten verstanden. Die Beurteilung, welchen Einfluss die Umgebungsdaten auf das Automatisierungselement bzw. Automatisierungssystem haben, ist nicht Teil des Messvorgangs. Um solche Umgebungsdaten zu messen, die einen besonders signifikanten Einfluss auf ein Automatisierungselement bzw. Automatisierungssystem haben können, ist es bevorzugt, dass der erste Sensor aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Bewegungssensoren, Schallsensoren, Temperatursensoren, Luftdrucksensoren, Luftfeuchtigkeitssensoren, Helligkeitssensoren und Magnetfeldsensoren besteht. Dabei sind Bewegungssensoren, Temperatursensoren und Schallsensoren besonders bevorzugt.
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Unter Bewegungssensoren werden sowohl solche Sensoren verstanden, die eine dauerhafte Positionsänderung ermitteln als auch Schock- und Vibrationssensoren. Wenn die Vorrichtung in einem ordnungsgemäß arbeitenden Automatisierungssystem eine bestimmte Position und Orientierung haben soll, dann weist jede Abweichung davon auf eine Verschlechterung des Ursprungszustands hin. Wiederholte Stöße und kontinuierliche Vibrationen können zu einer Degradation des Automatisierungssystems führen, indem beispielsweise elektrische Schaltkreise brechen. Insbesondere können Bewegungssensoren in Form von Beschleunigungssensoren, Gyroskope, beispielsweise integrierte inertiale Bewegungssensoreinheiten mit sechs Achsen oder neun Achsen, Trägheitssensoren, piezoelektrische Beschleunigungssensoren, kapazitive oder piezoelektrische Cantilever-Sensoren, Proportional-Beschleunigungssensoren oder in Form von robusteren aber weniger genauen Stoßsensoren ausgeführt sein. Derartige Sensoren können als mikroelektromechanische Systeme (MEMS) einfach auf einer Leiterplatte angeordnet werden.
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Schallsensoren, die insbesondere als Mikrofone zur Luftschallmessung oder Körperschallmessung ausgeführt sein können, können Informationen über lose Befestigungen, fehlende Schmierung, Abnutzung und Bruch von Lagerungen, Kavitationen in Flüssigkeiten, Zusammenstöße und dergleichen liefern, die alle charakteristische Geräusche auslösen. Die Anwesenheit oder die Änderung von Geräuschen, die anhand ihrer akustischen Fingerabdrücke identifiziert werden können, ermöglicht Rückschlüsse auf sich ändernde Bedingungen im Automatisierungssystem. Die Schallsensoren können insbesondere als kapazitive, piezoelektrische oder MEMS-Mikrofone ausgeführt sein.
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Temperatursensoren sind als SMD-Sensoren verfügbar. Die Temperatur ist eine wichtige Messgröße zur Überwachung des Automatisierungselements bzw. Automatisierungssystems. Insbesondere dann, wenn es sich bei dem Automatisierungselement um einen zweiten Sensor handelt, können dessen Messdaten unter Kenntnis der Umgebungstemperatur korrigiert werden. Erhöhte Temperaturwerte von Lagergehäusen, Motoren und anderen Aktuatoren zeigen den Verschleiß oder unerwünschten Betriebszustände an.
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Luftdrucksensoren liefern insbesondere dann wertvolle Umgebungsdaten, wenn das Automatisierungselement als pneumatischer Aktuator ausgeführt ist. Eine Leckage in Druckluftleitungen führt zu Druckschwankungen, die durch Eindringen der Druckluft in das abgeschlossene Gehäuse schnell große Werte annehmen können, welche einfach zu messen sind. Auch Drucksensoren sind in Form von MEMS-Sensoren oder anderen auf Leiterplatten anordenbaren Sensoren verfügbar. Sie können beispielsweise als piezoresistive Brücken, kapazitive Druckzellen oder vollintegrierte digitale Chips ausgeführt sein. Je nachdem, ob ein normaler Betriebsbereich in der Nähe des Atmosphärendrucks liegt oder ob ein Vakuum oder bei Überdruck gearbeitet werden soll, können unterschiedliche Typen von Luftdrucksensoren bevorzugt sein.
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Luftfeuchtigkeitssensoren sind üblicherweise elektrisch leitfähige, polymerbasierte kapazitive Sensoren, die interne Elemente zur Temperaturmessung aufweisen. Die dabei gemessene Temperatur dient dazu den Messwert des ersten Sensors zu kompensieren, wobei diese Kompensation entweder im ersten Sensor selbst oder im Rechengerät erfolgen kann. Plötzliche Änderungen in der Luftfeuchtigkeit können Hinweise auf unerwartete Vorgänge oder Undichtigkeiten insbesondere im abgeschlossenen Gehäuse sein. Automatisierungselemente sind normalerweise für den Einsatz in einem vorgegebenen Bereich der Luftfeuchtigkeit vorgesehen.
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Helligkeitssensoren liefern Hinweise auf die Umgebung der Vorrichtung und auf die Zuverlässigkeit eines Automatisierungssystems, in welches die Vorrichtung eingebaut ist sowie auf dessen Energieversorgung. Auch unerwünschte menschliche Aktivitäten im Umfeld der Vorrichtung können mittels Helligkeitssensoren erkannt werden. Weiterhin können diese ein Feuer erkennen, noch bevor der von diesem verursachte Temperaturanstieg mittels eines Temperatursensors messbar wäre. Wenn der erste Sensor ein Helligkeitssensor ist, dann ist das Gehäuse insbesondere zumindest teilweise transparent.
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Magnetfeldsensoren können zur Integration auf einer Leiterplatte, beispielsweise als Halleffekt-Sensoren, als magnetoresistive Sensoren oder als integrierte Magnetfeldmesschips ausgeführt sein. Sie ermöglichen die Detektion magnetischer Leckagen in Motoren, unerwünschter Magnetisierungen von Bauteilen oder starker Magnetfelder, welche die Funktion eines als magnetischen oder magnetostriktiven Sensors oder als induktiven Sensors ausgeführten Automatisierungselements beeinträchtigen können. Außerdem können sie zur Verschiebung von Maschinenteilen führen.
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Der erste Sensor weist vorzugsweise eine eigene Recheneinheit auf. Diese ist dazu eingerichtet, um die vom ersten Sensor gemessenen Messdaten zu verarbeiten, bevor sie als verarbeitete Daten an das Rechengerät weitergeleitet werden. Ein derartiger Sensor kann auch als Smart-Sensor bezeichnet werden. Die Recheneinheit ermöglicht es, sensortypspezifische Verarbeitungsschritte bereits vor dem Zusammenbau der Vorrichtung im ersten Sensor zu hinterlegen und außerdem das Rechengerät von solchen Verarbeitungsschritten zu entlasten.
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Um eine kompakte Realisierung der Vorrichtung zu ermöglichen und außerdem die Datenverbindungen in einfacher Weise bereitzustellen, ist es weiterhin bevorzugt, dass das Automatisierungselement, der erste Sensor und das Rechengerät auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Insbesondere als MEMS ausgeführte erste Sensoren sind für die Anordnung auf einer solchen Leiterplatte geeignet.
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Damit anhand der vom ersten Sensor gelieferten Umgebungsdaten eine zuverlässige Aussage über die Umgebungsbedingungen des Automatisierungselements getroffen werden kann, ist es weiterhin bevorzugt, dass der erste Sensor nahe an dem Automatisierungselement angeordnet ist und/oder je nach Sensortyp beispielsweise in gutem thermischen, akustischen, mechanischen oder optischen Kontakt zur Anwendungsumgebung der Vorrichtung steht.
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Außerdem ist in dem Gehäuse vorzugsweise ein nicht flüchtiger Speicher angeordnet. Dieser weist entweder eine Datenverbindung zu dem Rechengerät auf oder er ist ein Teil des Rechengeräts. In dem Speicher können beispielsweise Log-Dateien abgeleitet werden, die Daten des ersten Sensors enthalten. Wenn dann eine Beanstandung der Vorrichtung aufgrund eines Defekts des Automatisierungselements erfolgt, so kann nachvollzogen werden, ob dieser Defekt möglicherweise auf ungünstigen Umgebungsbedingungen beruhte, die von dem ersten Sensor gemessen und in einer Log-Datei hinterlegt wurden.
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An dem Gehäuse ist vorzugsweise ein Anzeigeelement angeordnet, das eine Datenverbindung zu dem Rechengerät aufweist. Das Anzeigeelement kann beispielsweise eine LED sein. Mittels des Anzeigeelements können vom Rechengerät aus den Umgebungsdaten ermittelte Informationen direkt an der Vorrichtung angezeigt werden. Dies gilt insbesondere für Warnungen bei kritischen Umgebungsbedingungen. Das Anzeigeelement kann entweder allein zu diesem Zweck vorgesehen sein oder es kann auch Informationen ausgeben, die sich aus den Daten des Automatisierungselements ergeben.
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Die Schnittstelle kann sowohl eine drahtgebundene Schnittstelle als auch eine drahtlose Schnittstelle sein. Insbesondere ist sie eine IO-Link-Schnittstelle bzw. eine IO-Link-Wireless-Schnittstelle.
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Weiterhin wird die Aufgabe durch das Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung gelöst. In diesem Verfahren liefern das Automatisierungselement und der erste Sensor jeweils kontinuierlich oder zyklisch Daten an das Rechengerät. Das Rechengerät leitet die Daten mittels der Schnittstelle an einen Empfänger außerhalb des Gehäuses weiter.
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Es ist bevorzugt, dass die Daten des ersten Sensors innerhalb des Gehäuses verarbeitet werden, bevor sie an den Empfänger weitergeleitet werden. Das jeweils anzuwendende Verarbeitungsverfahren kann dabei mittels über die Schnittstelle empfangenen Informationen vorgegeben werden.
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Eine bevorzugte Verarbeitungsweise sieht vor, dass die Daten des ersten Sensors bei der Verarbeitung hinsichtlich einer Zuverlässigkeit der Daten des Automatisierungselements bewertet werden. Dies ermöglicht es dem Empfänger bzw. der Steuereinheit den Daten des Automatisierungselements ein Qualitätsmerkmal oder einen Fehlerbereich zuzuweisen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Daten des ersten Sensors bei der Verarbeitung hinsichtlich einer Gefährdung der Vorrichtung oder des Automatisierungssystems bewertet werden. Wenn eine solche Gefährdung bereits innerhalb der Vorrichtung erfolgt, dann ist es möglich bei Vorliegen einer Gefährdung innerhalb der Vorrichtung mindestens eine Gegenmaßnahme einzuleiten. Diese kann beispielsweise in einem Abschalten des Automatisierungselements bestehen.
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Es ist bevorzugt, dass aus den Daten des ersten Sensors erkannt wird, ob ein vorgegebener Betriebszustand oder eine logische Kombination mehrerer vorgegebener Betriebszustände des Automatisierungselements vorliegt. Hierzu werden jeweils Listen hinterlegt, in denen für jeden Typ von Daten beispielsweise Schwellenwerte für einen Betrieb in einem unkritischen Bereich und für Betriebszustände, in denen der jeweilige Umgebungswert zu hoch oder zu niedrig ist, hinterlegt sind. Dabei können weitere Schwellenwerte vorgesehen sein, um die zu hohen bzw. zu niedrigen Bereiche in Teilbereiche mit unterschiedlich kritischen Betriebsbedingungen zu unterteilen. Es können auch Tabellen verwendet werden oder Betriebszustände erst dann erkannt werden, wenn vorgegebene Umgebungsbedingungen über einen vorgegebenen Zeitraum oder eine vorgegebene Anzahl von Messpunkten vorliegen. Logische Kombinationen solcher Betriebszustände sind für die weitere Verarbeitung insbesondere dann relevant, wenn mehrere Umgebungseffekte sich addieren. So kann eine Betriebsbedingung beispielsweise in einem Betrieb bei zu starken Vibrationen bestehen. Eine andere Betriebsbedingung kann in einem Betrieb bei zu niedriger Temperatur bestehen. Treten diese beiden Betriebszustände in Kombination auf, so kann in einem weiteren Schritt der Verarbeitung erkannt werden, dass die zu hohe Vibration Komponenten zwar bei einer normalen Temperatur noch nicht übermäßig belasten würde, es jedoch bei der niedrigeren Temperatur zu einer Versprödung der Komponenten kommt, die in Kombination mit der starken Vibration zu einer akuten Bruchgefahr führen.
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Vorzugsweise umfasst die Verarbeitung, dass aus dem vorgegebenen Betriebszustand oder der logischen Kombination mehrerer vorgegebener Zustände eine Benachrichtigung erstellt wird. Diese kann sowohl an eine Steuereinheit als auch an ein separates Ausgabegerät beispielsweise in Form eines Displays weitergegeben werden.
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Außerdem wird vorzugsweise aus den Umgebungsdaten ein Qualitätswert der Automatisierungsdaten erzeugt. Dies ermöglicht es der Steuereinheit die Zuverlässigkeit von vom Automatisierungselement empfangenen Daten zu beurteilen.
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Grundsätzlich kann jeder der Verarbeitungsschritte in dem Rechengerät durchgeführt werden. Wenn der erste Sensor jedoch eine eigene Recheneinheit aufweist, so ist es bevorzugt, dass die Verarbeitung oder die Vorverarbeitung bereits in dieser Recheneinheit geschieht und dem Rechengerät das Ergebnis der (Vor)Verarbeitung zur Verfügung gestellt wird.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Daten des ersten Sensors zumindest teilweise in einem Speicher in dem Gehäuse gespeichert werden. Handelt es sich hierbei um einen nicht flüchtigen Speicher, so kann diese Speicherung Dokumentationszwecken dienen. Eine vollständige Speicherung der Daten des ersten Sensors, die gegebenenfalls auch nur vorübergehend in einem flüchtigen Speicher erfolgen kann, ermöglicht es in einer Ausführungsform des Verfahrens, dass nur die Daten des Automatisierungselements von dem Rechengerät zyklisch an den Empfänger weitergeleitet werden. Die Daten des ersten Sensors werden dagegen nur auf eine Anforderung des Empfängers hin aus dem Speicher ausgelesen und an den Empfänger weitergeleitet. Dies ermöglicht es Bandbreite bei der Kommunikation zwischen der Vorrichtung und dem Empfänger einzusparen, indem das Abrufen der Daten des ersten Sensors beispielsweise nur stichprobenartig erfolgt oder indem die gesammelten Daten des ersten Sensors in einem Betriebszustand übertragen werden, in dem das Automatisierungselement und der erste Sensor abgeschaltet sind.
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Insbesondere ist nur ein einziger Datenpfad zwischen der Schnittstelle und dem Empfänger vorgesehen. Die Daten des Automatisierungselements und des ersten Sensors werden dann gemeinsam über diesen Datenpfad an den Empfänger gesandt, wobei den Daten des Automatisierungselements eine höhere Priorität als den Daten des ersten Sensors zugewiesen wird. Warnmeldungen des ersten Sensors können dabei allerdings mit ebenso hoher Priorität versandt werden, wie die Daten des Automatisierungselements.
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Eine besonders gut geeignete Realisierung der Kommunikation zwischen der Schnittstelle und dem Empfänger besteht darin, dass das Versenden über ein IO-Link-Protokoll erfolgt, wobei der Empfänger ein IO-Link-Master ist, welcher in einem Automatisierungssystem zur Verwendung der Daten des Automatisierungselements integriert ist.
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Mittels eines IO-Link-Masters ist es auch möglich, dass eine Verarbeitung von Daten des ersten Sensors in der Vorrichtung konfiguriert wird. Hierbei kann wahlweise die Konfiguration in dem Rechengerät oder in einer Recheneinheit eines als Smart-Sensor ausgeführten ersten Sensors erfolgen. Diese Verarbeitung umfasst sowohl eine Art der Datenacquisition, der Datenmanipulation sowie eine Erkennung eines Status der Vorrichtung aus den Daten.
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Wenn es sich bei dem Automatisierungselement um einen zweiten Sensor handelt, dann können dessen Daten insbesondere unter Verwendung der verarbeiteten Daten des ersten Sensors korrigiert werden. Wenn beispielsweise die Temperaturabhängigkeit eines Signals des zweiten Sensors bekannt ist und es sich bei den Daten des ersten Sensors um Temperaturdaten handelt, so kann eine Korrektur vorgenommen werden.
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Wenn an dem Gehäuse ein Anzeigeelement angeordnet ist, dann kann es in dem Verfahren auch vorgesehen sein, dass das Rechengerät Daten des ersten Sensors oder daraus abgeleitete Daten mittels des Anzeigeelements ausgibt.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Leiterplatte der Vorrichtung gemäß 1.
- 3 zeigt schematisch die Kommunikation zwischen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und einem Empfänger.
- 4 zeigt in einem Ablaufdiagramm die Verarbeitung von Umgebungsdaten in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das in den 1 und 2 dargestellt ist, dient diese zur Objekterkennung innerhalb einer Maschine. Die Vorrichtung 100 weist ein Gehäuse auf, das aus einer Kunststoffkappe 110 und einer Stahlummantelung 120 besteht, die einen Anschluss 121 aufweist. Ein Automatisierungselement 130 in Form eines induktiven Näherungssensors, ein Drop-In-Mikrofon 140 und ein MEMS-Vibrationssensor 150 sind gemeinsam auf einer Leiterplatte 160 in dem Gehäuse 110, 120 angeordnet. 1 zeigt das Drop-in-Mikrofon 140 dabei einmal in seiner an der Leiterplatte 160 angeordneten Position und einmal davon getrennt. Weiterhin ist ein Rechengerät 170 in Form eines Mikrocontrollers auf der Leiterplatte 160 angeordnet. Datenverbindungen 131, 141, 151 verbinden das Rechengerät 170 mit den Sensoren 130, 140, 150. Während die Verbindung mit dem induktiven Automatisierungselement 130 unmittelbar über eine Datenverbindung 131 erfolgt, so dass die von diesem gemessenen Daten direkt an das Rechengerät 170 weitergeleitet werden, sind das Drop-In-Mikrofon 140 und der MEMS-Vibrationssensor 150 jeweils als Smart-Sensors ausgeführt. Dies bedeutet, dass jeder der beiden Sensoren 140, 150 über eine eigene Recheneinheit 142, 152 verfügt, welches die vom jeweiligen Sensor 140, 150 gemessenen Daten zunächst verarbeitet, bevor sie an das Rechengerät 170 über die jeweilige Datenverbindung 141, 151 weitergeleitet werden. Ein nicht flüchtiger Speicher 180 ist auf der Leiterplatte 160 angeordnet und mittels einer weiteren Datenverbindung 181 mit dem Rechengerät 170 verbunden. Eine Schnittstelle 190 kontaktiert den Anschluss 121, um so einen drahtgebundenen Datenaustausch zu ermöglichen. Hierzu ist sie mittels einer weiteren Datenverbindung 191 mit dem Rechengerät 170 verbunden. Ein Anzeigeelement 122 ist im Anschluss 121 angeordnet und mittels einer weiteren nicht dargestellten Datenverbindung mit dem Rechengerät 170 verbunden.
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Als Empfänger 200 von Daten, die mittels der Schnittstelle 190 übermittelt werden, dient ein in 3 dargestellter IO-link-Master. Dieser kommuniziert mit der Schnittstelle 190 über einen Datenpfad 300 eines IO-Link-Protokolls. Er steuert außerdem über einen weiteren nicht dargestellten Datenpfad die Maschine. Diese stellt ein Automatisierungssystem dar, in welchem die Vorrichtung 100 eingesetzt ist.
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Im Betrieb des Automatisierungssystems misst das Automatisierungselement 130 zyklisch Näherungsdaten und leitet diese mittels seiner Datenverbindung 131 an das Rechengerät 170 weiter. Sie werden von diesem über die Schnittstelle 190 und den Datenpfad 300 durch den Empfänger 200 an eine Steuereinheit weitergeleitet, welche sie verwendet, um Aktuatoren der Maschine zu steuern. Gleichzeitig messen auch das Drop-In-Mikrofon 140 und der MEMS-Vibrationssensor 150 zyklisch Daten. Diese werden in ihrem jeweiligen Recheneinheit 142, 152 zunächst verarbeitet, bevor sie anschließend über die jeweiligen Datenverbindungen 141, 151 an das Rechengerät 170 weitergegeben werden.
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Ein Beispiel dieser Datenverarbeitung ist in 4 dargestellt. In einem Messschritt 410 wird zunächst in einem Unterschritt 411 vom MEMS-Vibrationssensor 150 eine Beschleunigung gemessen und deren Rohwert als Beschleunigung in drei Raumrichtungen des Sensors an einen Datenacquisitionsschritt 420 übergeben. Dort erfolgt in einem Unterschritt 421 zunächst eine Acquisition der Daten, wodurch kalibrierte und koordinatentransformierte Beschleunigungsdaten entlang einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse der Maschine erzeugt werden. In einem Auswahlunterschritt 422 werden dann die Beschleunigungsdaten einer dieser Achsen ausgewählt. Die ausgewählten Daten werden einem Datenmanipulationsschritt 430 übergeben. Dort werden sie in einem Filterunterschritt 431 zunächst gefiltert, um eine gefilterte Vibrationsbeschleunigung zu erhalten. In einem Integrationsunterschritt 432 wird diese durch eine Integration mit der Zeit in eine Vibrationsgeschwindigkeit umgewandelt. Die Daten werden in einem Pufferunterschritt 433 gepuffert, um für einen vorgegebenen Zeitraum eine Wellenform der Vibrationsgeschwindigkeit zu ermitteln. Hieraus wird in einem Mittelungsunterschritt 434 ein quadratischer Mittelwert gebildet. Dieser wird dann an einen Schritt 440 der Statusdetektion übergeben. Dieser weist einen Unterschritt 441 auf, in dem der quadratische Mittelwert klassifiziert wird und hieraus eine Schwere der Vibration ermittelt wird. Außerdem wird der quadratische Mittelwert auf einen vorgegebenen Betriebszustand oder eine logische Kombination mehrerer vorgegebener Betriebszustände des MEMS-Vibrationssensors 150 untersucht. Während der Messschritt 410 im MEMS-Vibrationssensor 150 abläuft und der Datenacquisitionsschritt 420 in dessen Recheneinheit 152 abläuft, können der Datenmanipulationsschritt 430 und der Statusdetektionsschritt 440 wahlweise in dem Recheneinheit 152 oder auch im Rechengerät 170 durchgeführt werden.
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Ergibt sich aus der ermittelten Schwere der Vibration ein unmittelbarer Handlungsbedarf, so kann das Rechengerät 170 Maßnahmen innerhalb der Vorrichtung 10 auslösen. So kann beispielsweise eine optische Warnung mittels des Anzeigeelementes 122 ausgegeben werden. Weiterhin kann zur Verhinderung von Schäden an der Vorrichtung 100 diese auch abgeschaltet werden. Außerdem wird über den Datenpfad 300 eine Warnmeldung an den Empfänger 200 gesendet, welcher dieselbe Priorität wie den Daten des Automatisierungselements 130 zugewiesen wird. Zusätzlich kann der Anschluss 121 eine weitere Leitung aufweisen, wodurch die Vorrichtung 100 ein Binärsignal zur unmittelbaren Gefährdungsmeldung ausgeben kann.
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Anderenfalls werden die verarbeiteten Daten zunächst im Rechengerät 170 zwischengespeichert. Erst wenn über den Datenpfad 300 eine Anforderung des Empfängers 200 ergeht, werden sie an diesen gesendet. Das Senden erfolgt dabei über denselben Datenpfad 300, über den auch die Daten des Automatisierungselements 130 laufen. Dabei wird den Umgebungsdaten jedoch eine niedrigere Priorität zugewiesen.
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Weiterhin erzeugt das Rechengerät 170 aus den von den Recheneinheiten 142, 152 empfangenen verarbeiteten Umgebungsdaten Logdateien und speichert diese im nicht flüchtigen Speicher 180 ab.
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Der Empfänger kann über den Datenpfad 300 Befehle zur Parametrierung der Datenerfassung und Datenverarbeitung senden. Diese werden vom Rechengerät 170 an die Recheneinheiten 142, 152 weitergeleitet, wo dann die Unterschritte der Schritte zur Datenacquisition 420 zur Datenmanipulation 430 und zur Statuserkennung 440 dementsprechend geändert werden. Die aktuell eingestellten Parameter der Datenerfassung und Datenverarbeitung können durch dem Empfänger über den Datenpfad 300 abgefragt werden.
