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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Automatisierungssystems. Weiterhin betrifft sie ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens durchzuführen und ein Steuergerät, das eingerichtet ist, um ein Automatisierungssystem mittels des Verfahrens zu überwachen.
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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.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit bereitzustellen, ein Automatisierungssystem auf Umgebungseinflüsse zu überwachen, welche die Funktion des Automatisierungssystems beeinflussen könnten.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Überwachen eines Automatisierungssystems gelöst. Jenes wird mittels Automatisierungsdaten gesteuert. Das Verfahren umfasst das Messen der Automatisierungsdaten mittels eines ersten Sensors. Der erste Sensor ist insbesondere aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus induktiven, magnetischen, magneto-induktiven, optoelektronischen, magnetostrikiven und kapazitiven Sensoren besteht. Umgebungsdaten des ersten Sensors werden mittels mindestens eines zweiten Sensors gemessen, welcher eine Recheneinheit aufweist. Ein solcher zweiter Sensor wird auch als Smart-Sensor bezeichnet. In einer Recheneinheit des zweiten Sensors werden Verarbeitungsweisen der Umgebungsdaten vorgegeben. Die Umgebungsdaten werden gemäß der vorgegebenen Verarbeitungsweise verarbeitet. Jeweils eine Datenpriorität der Automatisierungsdaten und der Umgebungsdaten wird ebenfalls vorgegeben. Die Automatisierungsdaten und die verarbeiteten Umgebungsdaten werden anschließend gemäß den Datenprioritäten durch ein Steuergerät abgerufen.
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Dieses Verfahren ermöglicht einen zuverlässigeren Betrieb des Automatisierungssystems, indem nicht nur die unmittelbar zu seinem Betrieb erforderlichen Automatisierungsdaten gemessen werden, sondern weiterhin Daten zur Verfügung gestellt werden, die einen Hinweis auf Fehler des Automatisierungssystems oder des Sensors, der seine Automatisierungsdaten misst, liefern können.
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Unter Umgebungsdaten werden unmittelbar gemessene oder verarbeitete physikalische Daten verstanden. Die Beurteilung, welchen Einfluss die Umgebungsdaten auf das Automatisierungssystem haben, ist nicht Teil des Messvorgangs. Um solche Umgebungsdaten zu messen, die einen besonders signifikanten Einfluss auf ein Automatisierungssystem haben können, ist es bevorzugt, dass der zweite 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 der erste Sensor 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 ersten Sensors. Insbesondere können dessen Messdaten unter Kenntnis der Umgebungstemperatur korrigiert werden.
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Luftdrucksensoren liefern insbesondere dann wertvolle Umgebungsdaten, wenn das Automatisierungssystem einen pneumatischen Aktuator aufweist. Eine Leckage in Druckluftleitungen führt zu Druckschwankungen, die mittels eines Luftdrucksensors einfach zu messen sind. Auch Luftdrucksensoren 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 zweiten Sensors zu kompensieren. Plötzliche Änderungen in der Luftfeuchtigkeit können Hinweise auf unerwartete Vorgänge oder Undichtigkeiten sein.
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Der erste Sensor ist normalerweise für den Einsatz in einem vorgegebenen Bereich der Luftfeuchtigkeit vorgesehen.
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Helligkeitssensoren liefern Hinweise auf die Umgebung und auf die Zuverlässigkeit des Automatisierungssystems, sowie auf dessen Energieversorgung. Auch unerwünschte menschliche Aktivitäten im Umfeld des Automatisierungssystems können mittels Helligkeitssensoren erkannt werden. Weiterhin können diese ein Feuer erkennen, noch bevor der von diesem verursachte Temperaturanstieg mittels eines Temperatursensors messbar wäre.
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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 des ersten Sensors beeinträchtigen können. Außerdem können sie zur Verschiebung von Maschinenteilen führen.
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Es ist bevorzugt, dass die Verarbeitungsweise umfasst, dass aus den Umgebungsdaten erkannt wird, ob ein vorgegebener Betriebszustand oder eine logische Kombination mehrerer vorgegebener Betriebszustände des ersten Sensors vorliegt. Hierzu werden jeweils Listen hinterlegt, in denen für jeden Typ von Umgebungsdaten 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 Verarbeitungsweise, dass aus dem vorgegebenen Betriebszustand oder der logischen Kombination mehrerer vorgegebener Zustände eine Benachrichtigung erstellt wird. Diese kann sowohl an das Steuergerät als auch an ein separates Ausgabegerät beispielsweise in Form eines Displays weitergegeben werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Verarbeitungsweise umfasst, dass aus dem vorgegebenen Betriebszustand oder einer logischen Kombination mehrerer vorgegebener Betriebszustände ein Schaltsignal für einen Aktuator des Automatisierungssystems erstellt wird. Wenn erkannt wurde, dass sich das Automatisierungssystem in einem kritischen Betriebszustand befindet, so kann das Schaltsignal beispielsweise darin bestehen, dass der Aktuator abgeschaltet wird.
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Weiterhin kann aus dem vorgegebenen Betriebszustand oder einer logischen Kombination mehrerer vorgegebener Betriebszustände ein Schaltsignal für einen ersten Sensor erzeugt werden. Dieser kann beispielsweise in einen für die vorliegenden Umgebungsbedingungen besser geeigneten Messbereich umgeschaltet werden oder er kann bei Vorliegen kritischer Betriebsbedingungen abgeschaltet werden.
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Zu Dokumentationszwecken ist es bevorzugt, dass der vorgegebene Betriebszustand oder die logische Kombination mehrerer vorgegebenen Betriebszustände in einem nicht flüchtigen Speicher des zweiten Sensors gespeichert wird. Bei Auftreten von Schäden am Automatisierungssystem kann auf Reklamationen durch Auslesen des nicht flüchtigen Speichers reagiert werden, um so gegebenenfalls zu beweisen, dass ungünstige Umgebungsbedingungen für das Vorliegen des Defekts verantwortlich waren.
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Außerdem umfasst die Verarbeitungsweise vorzugsweise, dass aus den Umgebungsdaten ein Qualitätswert der Automatisierungsdaten erzeugt wird. Dies ermöglicht es die Zuverlässigkeit der vom ersten Sensor empfangenen Daten zu beurteilen.
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Weiterhin können die Automatisierungsdaten unter Verwendung der verarbeiteten Umgebungsdaten korrigiert werden. Wenn beispielsweise die Temperaturabhängigkeit eines Signals des ersten Sensors bekannt ist und es sich bei den Umgebungsdaten um Temperaturdaten handelt, so kann eine Korrektur vorgenommen werden.
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Das Verfahren bietet weiterhin die Möglichkeit, dass unter Verwendung der verarbeiteten Umgebungsdaten Einstellungen des ersten Sensors geändert werden, wenn dies aufgrund der vorliegenden Umgebungsbedingungen angemessen erscheint. Es ist bevorzugt, dass den Automatisierungsdaten eine höhere Datenpriorität zugewiesen wird als den Umgebungsdaten. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Automatisierungsdaten und die Umgebungsdaten über einen gemeinsamen Datenpfad an das Steuergerät gesendet werden. Weiterhin ist es in einer Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, dass die Automatisierungsdaten kontinuierlich oder zyklisch abgerufen werden und die Umgebungsdaten diskontinuierlich oder azyklisch abgerufen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die für die Steuerung erforderlichen Automatisierungsdaten stets zur Verfügung stehen, während die Umgebungsdaten nur dann abgerufen werden, wenn die erforderliche Rechenkapazität und Bandbreite in den verwendeten Datenpfaden zur Verfügung stehen. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Automatisierungsdaten kontinuierlich oder zyklisch abgerufen werden, während ein erster Teil der Umgebungsdaten kontinuierlich oder zyklisch abgerufen wird und ein zweiter Teil der Umgebungsdaten diskontinuierlich oder azyklisch abgerufen wird. Dabei kann der erste Teil besonders wichtige Daten umfassen, die mit hoher Priorität weitergeleitet werden sollen. Um dennoch mit der zur Verfügung stehenden Bandbreite auszukommen, sollte der erste Teil so ausgewählt werden, dass große Datenpakete der Umgebungsdaten im zweiten Teil azyklisch übermittelt werden.
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Die Verwendung eines gemeinsamen Datenpfads ist insbesondere in einer Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, in welcher der erste Sensor und der mindestens eine zweite Sensor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dies ermöglicht es die Umgebungsdaten sehr dicht am ersten Sensor zu messen. Außerdem können der erste Sensor und alle zweiten Sensoren ein in dem Gehäuse angeordnetes gemeinsames Rechengerät nutzen, um die Sensordaten zu sammeln und zu priorisieren und sie dann mittels einer gemeinsamen Schnittstelle an das Steuergerät weiterzuleiten.
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In dieser Ausführungsform des Verfahrens kann das Rechengerät vorgegebene Verarbeitungsweisen und vorgegebene Datenprioritäten empfangen und an die Recheneinheiten der jeweiligen zweiten Sensoren verteilen. Es kann auch zur Datenarchivierung in einem nicht flüchtigen Speicher dienen. Insbesondere ist es auch möglich, dass in dieser Ausführungsform das Rechengerät über die Schnittstelle zum Steuergerät beispielsweise an ein mobiles Endgerät eines Technikers angeschlossen werden kann. Dieser kann darüber Änderungen der Verarbeitungsweise und/oder der Datenprioritäten vornehmen, indem er Befehle an ein Überwachungssystem sendet, das diese über das Steuergerät weiterleitet. Diese Änderungen werden bevorzugt in einem Zeitraum vorgenommen, in dem keine verarbeiteten Umgebungsdaten durch das Steuergerät abgerufen werden. Dies ermöglicht es, bei geringer Bandbreite der Kommunikation zwischen dem Steuergerät und dem zweiten Sensor die Befehle zu übertragen, ohne hierbei die Übertragung der Automatisierungsdaten zu beeinträchtigen. Der Techniker kann sich aber weiterhin auch Umgebungsdaten anzeigen lassen und zwar sowohl jene, die aktuell an das Steuergerät gesendet werden als auch Daten, die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind oder die in einem flüchtigen Speicher zum Abruf durch das Steuergerät bereitstehen. Dabei kann die Anzeige der Daten über das Endgerät konfiguriert werden.
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Auch wenn es ökonomisch ist, von einem gemeinsamen Rechengerät der Sensoren lediglich einen Datenpfad zum Steuergerät laufen zu lassen, kann es in einer Ausführungsform des Verfahrens auch vorgesehen sein, dass ein weiterer Datenpfad vorgesehen ist, der beispielsweise zur Übermittlung dringlicher Alarmmeldungen verwendet wird, wenn ein besonders kritischer Betriebszustand erkannt wurde.
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In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens sind der erste Sensor und die zweiten Sensoren in unterschiedlichen Gehäusen voneinander separiert. Dabei kann jeder zweite Sensor in der für seinen Sensortyp optimalen Position angeordnet werden. So wird beispielsweise ein Helligkeitssensor an einer Stelle positioniert, die nicht durch andere Komponenten des Automatisierungssystems beschattet wird, und ein Luftdrucksensor wird in unmittelbarer Nähe einer pneumatischen Leitung angeordnet. Es ist aber auch in dieser Ausführungsform möglich, einen oder mehrere zweite Sensoren im selben Gehäuse wie den ersten Sensor anzuordnen, wenn dies eine besonders hohe Aussagekraft der von ihnen gemessenen Daten erwarten lässt. Wenn der erste Sensor beispielsweise temperaturempfindlich ist, kann in seinem Gehäuse ein Temperatursensor als zweiter Sensor positioniert werden.
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Die Kommunikation zwischen dem Steuergerät und der Recheneinheit eines zweiten Sensors kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Insbesondere erfolgt sie über ein IO-Link-Protokoll bzw. ein IO-Link-Wireless-Protokoll, wobei das Steuergerät als IO-Link-Master fungiert.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm gelöst, das die Schritte des Vorgeben einer Verarbeitungsweise der Umgebungsdaten in einer Recheneinheit des zweiten Sensors, des Vorgeben jeweils einer Datenpriorität der Automatisierungsdaten und der Umgebungsdaten, und des Abrufen der Automatisierungsdaten und der verarbeiteten Umgebungsdaten durch ein Steuergerät gemäß den Datenprioritäten durchführt, wenn es in einem Steuergerät abläuft.
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Schließlich wird die Aufgabe durch ein Steuergerät gelöst, das eingerichtet ist, um ein Automatisierungssystem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überwachen.
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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 schematische Darstellung einer Automatisierungsvorrichtung, die mittels eines Ausführungsbeispiels der Erfindung überwacht werden kann.
- 2 zeigt in einem Ablaufdiagramm die Verarbeitung von Umgebungsdaten in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 3 zeigt in einem Ablaufdiagramm Unterschritte des Ablaufdiagramms gemäß 2.
- 4 zeigt schematisch die Kommunikation zwischen einem Rechengerät, einem Steuergerät und einem mobilen Endgerät in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dient zum Überwachen eines Automatisierungssystems 100, das in den 1 dargestellt ist. Dieses weist einen Aktuator 110 auf, der vorliegend als pneumatischer Zylinder ausgeführt ist. Ein kapazitiver Näherungssensor 120 dient zur Abstandsmessung innerhalb des Automatisierungssystems 100. Ein MEMS-Vibrationssensor 130 ist gemeinsam mit dem Näherungssensor 120 mit einem Rechengerät 140 in Form eines Mikrocontrollers verbunden. Während die Verbindung mit dem Näherungssensor 120 unmittelbar über eine Datenverbindung erfolgt, so dass die von diesem gemessenen Daten direkt an das Rechengerät 140 weitergeleitet werden, ist der MEMS-Vibrationssensor 130 als Smart-Sensor ausgeführt. Dies bedeutet, dass er über eine eigene Recheneinheit 131 verfügt, welches die gemessenen Daten zunächst verarbeitet, bevor sie an das Rechengerät 140 weitergeleitet werden. Diese Sensoren 120, 130 und das Rechengerät 140 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 150 angeordnet. Ein weiterer Vibrationssensor 160, der ebenfalls über eine Recheneinheit 161 verfügt, ist außerhalb des Gehäuses 150 in dem Automatisierungssystem 100 angeordnet. Er bildet zusammen mit dem MEMS-Vibrationssensor 130 einen Sensorcluster. Die Vibrationssensoren 130, 160 messen vorliegende Vibrationen im Bereich von 100 Hz bis 1.600 Hz in einem Zeitfenster von jeweils 50 Millisekunden. Als Steuergerät 200 des Automatisierungssystems 100, dient ein IO-Link-Master. Weiterhin sind eine speicherprogrammierbare Steuerung 300 (SPS, englisch: Programmable Logic Controller, PLC), ein Überwachungssystem 500 und ein mobiles Endgerät 600 vorgesehen. Das Steuergerät 200 verfügt über IO-Link-Anschlüsse 210 und über Ethernet-Anschlüsse 220. Es kommuniziert über ein IO-Link-Protokoll mittels IO-Link-Verbindungen 711, 712 mit dem Rechengerät 140 und der Recheneinheit 161 des weiteren Vibrationssensors 160. Über eine Ethernet-Verbindung 721 ist das Steuergerät 200 mit der Steuerung 300 verbunden, die den Aktuator 110 über eine Datenverbindung 722 steuert. Eine weitere Ethernet-Verbindung 723 verbindet das Steuergerät 200 mit dem Überwachungssystem 500. Diese kommuniziert drahtlos über eine WLAN-Verbindung 730 mit dem mobilen Endgerät 600.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Steuergerät 200 auch in die speicherprogrammierbare Steuerung 300 integriert sein.
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Im Betrieb des Automatisierungssystems 100 misst der Näherungssensor 120 zyklisch Näherungsdaten und leitet diese an das Rechengerät 140 weiter. Sie werden von diesem an das Steuergerät 200 weitergeleitet, welcher sie an die Steuerung 300 weiterleitet. Diese verwendet die Näherungsdaten, um den Aktuator 110 des Automatisierungssystems 100 zu steuern. Das Steuergerät 200 fungiert dabei als Empfänger und die Steuerung 300 als Verbraucher der Näherungsdaten. Gleichzeitig misst auch der MEMS-Vibrationssensor 130 zyklisch Daten. Diese werden in seiner Recheneinheit 131 zunächst verarbeitet, bevor sie anschließend an das Rechengerät 140 weitergegeben werden.
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Ein Beispiel dieser Datenverarbeitung ist in 2 dargestellt. Auf einen Messschritt 410 folgt ein Datenacquisitionsschritt 420 in dem die gemessenen Daten in einen digitalen Parameter umgewandelt werden, der eine physikalische Umgebungsgröße repräsentiert. In einem Datenmanipulationsschritt 420 erfolgt eine Signalanalyse und in einem Statusdetektionsschritt 440 werden die analysierten Daten auf einen vorgegebenen Betriebszustand oder eine logische Kombination mehrerer vorgegebener Betriebszustände des Näherungssensors 120 untersucht. Weitere Datenverarbeitungsschritte beinhalten eine Zustandsbewertung 450, eine Prognose 460 und eine abschließende Empfehlung 470 über den weiteren Betrieb des Automatisierungssystems 100. Diese letzten drei Schritte 450 - 470 können aber auch erst im Steuergerät 200 ablaufen. Dort können die Daten auch verwendet werden, um Messwerte des Näherungssensors 120 zu korrigieren. Ein Abruf von Daten jedes der Verarbeitungsschritte 420 - 470 kann mittels des Steuergeräts 200 erfolgen. Dieses gibt sie an das Überwachungssystem 500 weiter. Dabei fungiert das Steuergerät 200 als Empfänger und das Überwachungssystem 500 als Verbraucher der Daten. Mittels des mobilen Endgeräts 600 können die Daten aus dem Überwachungssystem 500 ausgelesen werden. Sowohl das Überwachungssystem 500 selbst als auch das mobile Endgerät 600 kann auch zum Konfigurieren der Verarbeitungsweise verwendet werden.
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Details der Datenverarbeitung sind in 3 dargestellt. Im Messschritt 410 wird zunächst in einem Unterschritt 411 vom MEMS-Vibrationssensor 130 eine Beschleunigung gemessen und deren Rohwert als Beschleunigung in drei Raumrichtungen des Sensors an den 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 dem 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 den Statusdetektionsschritt 440 übergeben. Dieser weist einen Unterschritt 441 auf, in dem der quadratische Mittelwert klassifiziert wird und hieraus eine Schwere der Vibration ermittelt wird. Während der Messschritt 410 im MEMS-Vibrationssensor 130 abläuft und der Datenacquisitionsschritt 420 und der Datenmanipulationsschritt 430 in dessen Recheneinheit 131 abläuft, kann der Statusdetektionsschritt 440 wahlweise in der Recheneinheit 131 oder auch im Rechengerät 140 durchgeführt werden.
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Aus der Schwere der Vibration kann eine Benachrichtigung an einen Techniker erstellt werden. Es kann auch ein Schaltsignal für den Aktuator 110 oder für den Näherungssensor 120 erzeugt werden. Während ein Schalsignal für den Näherungssensor 120 dabei lediglich innerhalb des Gehäuses 150 weitergeleitet wird, fließt das Schaltsignal für den Aktuator 110 über die Verbindungen 711, 721 und 722.
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Die verarbeiteten Daten werden zunächst im Rechengerät 140 zwischengespeichert. Erst wenn eine Anforderung des Steuergeräts 200 ergeht, werden sie an dieses gesendet. Das Senden erfolgt dabei über denselben Datenpfad der IO-Link-Verbindung 711, über den auch die Daten des Näherungssensors 120 laufen. Dabei wird den Umgebungsdaten jedoch eine niedrigere Priorität zugewiesen. Die Prioritäten können ebenfalls mittels des Überwachungssystems 500 oder des mobilen Endgeräts 600 eingestellt werden. Dabei kann beispielsweise eingestellt werden, dass ein erster Teil der verarbeiteten Daten mit derselben Priorität versendet wird, wie die Daten des Näherungssensors, während ein zweiter Teil der verarbeiteten Daten weiterhin mit der niedrigeren Priorität versendet wird.
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In der Recheneinheit 161 des weiteren Vibrationssensors 160 laufen dieselben Schritte 410 - 440 ab. Seine verarbeiteten Daten werden ebenfalls an das Steuergerät 200 gesendet, wobei ihre Weiterleitung eine geringere Priorität als die Weiterleitung der Daten des Näherungssensors 120 hat. Die Verarbeitungsweise und die Datenpriorität können vom Steuergerät 200 in der Recheneinheit 161 des weiteren Vibrationssensors 160 vorgegeben werden, indem dieses Anweisungen aus dem Überwachungssystem 500 weiterleitet.
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In 4 ist dargestellt, wie das Rechengerät 140 mit der Steuerung 300, dem Überwachungssystem 500 und dem mobilen Endgerät 600 kommuniziert. Hierbei wurde auf eine Darstellung des Rechengeräts 140 selbst sowie des die Daten empfangenden und weiterleitende Steuergeräts 200 verzichtet. Es werden lediglich ausgewählte Komponenten im Gehäuse 150 sowie dort ablaufende Verfahrensschritte dargestellt. Das mobile Endgerät 600 kann eine Konfiguration 540 des MEMS-Vibrationssensors 130 vornehmen. Hierzu kann es auf im Überwachungssystem 500 abgelegte Verarbeitungsweisen 520 in den Schritten 420 - 440 zugreifen und diese verändern. Es kann auch Daten abrufen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert wurden 530 im Überwachungssystem. Weiterhin kann es eine Präsentation von Umgebungsdaten vorgeben 540 und diese dann gemäß der Vorgabe abrufen 550. Dabei ist sowohl ein Abrufen von gespeicherten Daten als auch von aktuellen Daten möglich. Das Überwachungssystem ist hierzu als Computerprogramm in einem Personalcomputer implementiert.
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Das Überwachungssystem 500 kann Daten aus dem Messschritt 410 oder aus jedem der Verarbeitungsschritte 420 - 440 anfordern. Diese kann es in den nichtflüchtigen Speicher schreiben 530 oder dem mobilen Endgerät 600 bereitstellen 550. Dabei können wahlweise entweder nur die empfangenen Daten zurückgegeben werden oder es können auch einige der Verarbeitungsschritte 420 - 440 im Überwachungssystem 500 durchgeführt werden. Aufgrund der Ergebnisse des Statusdetektionsschritts 440 kann eine Änderung der Verarbeitungsweisen 520 erfolgen. Ebenfalls kann in Reaktion auf die Ausgabe des Statusdetektionsschritts 440 eine Datenpriorität verändert werden, wenn beispielsweise ein kritischer Betriebszustand des Automatisierungssystems 100 erkannt wurde, in dem das Überwachungssystem 500 verarbeitete Umgebungsdaten mit höherer Priorität benötigt, um gegebenenfalls sofort Maßnahmen, wie beispielsweise ein Notabschaltung, einleiten zu können.
