DE102020133684A1 - Condition monitoring for a drive train - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System für eine Vorrichtung für eine Zustandsüberwachung. Durch die Maßnahme einen zu überwachenden Messwert und zugeordnete Hauteinflussfaktoren zu erfassen und eine Segmentierung des Arbeitsbereiches vorzusehen, ist es möglich auch zeitlich schleichende Veränderungen des Betriebszustandes weit entfernt von einem gesetzten Grenzwert zu erfassen. Dabei ist sowohl eine schleichende Veränderung der Haupteinflussfaktoren als auch eine schleichende Veränderung, die nicht auf die Haupteinflussfaktoren zurückgeht zu identifizieren. Eine schleichende Veränderung der Haupteinflussfaktoren wird durch eine Veränderung der im Betrieb den Haupteinflussfaktoren zugeordneten Segmente in deren zeitlicher Abfolge erkannt. Eine durch weitere Einflussfaktoren begründete Veränderung wird durch eine Abweichung vom Referenzwert des jeweiligen Segmentes erkannt.The invention relates to a method and a system for a device for condition monitoring. With the measure of recording a measured value to be monitored and associated main influencing factors and providing for a segmentation of the working area, it is also possible to record changes in the operating status that are gradual over time and are far removed from a set limit value. Both a gradual change in the main influencing factors and a gradual change that is not due to the main influencing factors can be identified. A gradual change in the main influencing factors is recognized by a change in the chronological sequence of the segments assigned to the main influencing factors during operation. A change caused by other influencing factors is recognized by a deviation from the reference value of the respective segment.
Description
In vielen Anwendungen hat eine Zustandsüberwachung, auch als „Condition Monitoring“ bezeichnet Einzug gehalten. Die Firma Schäffler bietet eine Zustandsüberwachung von Lagern an. Bei dem System werden die von dem jeweiligen Lager abgegebenen Schwingungen, Geräusch und Temperatur herangezogen. Anhand von diesen Signalen kann eine Früherkennung von Schäden vorgenommen werden und eine Wartung der Lager frühzeitig geplant werden. Auch andere Firmen bieten Condition Monitoring Systeme an, z.B. MAN für Dampfturbinen.Condition monitoring, also known as condition monitoring, has found its way into many applications. The Schäffler company offers condition monitoring of bearings. The system uses vibration, noise and temperature from each bearing. Based on these signals, damage can be detected early and maintenance of the bearings can be planned at an early stage. Other companies also offer condition monitoring systems, e.g. MAN for steam turbines.
So ist z. B aus der
Üblicher Weise werden Zustandsüberwachungen mit Grenzwerten durchgeführt. Bei Überschreiten des ersten Grenzwertes wird ein Alarm ausgelöst und bei Überschreiten eines weiteren Grenzwertes wird die Maschine heruntergefahren.Condition monitoring is usually carried out using limit values. If the first limit value is exceeded, an alarm is triggered and if another limit value is exceeded, the machine is shut down.
Das Verhalten der Messgrößen für eine Bestimmung einer Grenzwertüberschreitung verändert sich unterschiedlich in Abhängigkeit von dem jeweiligen aktuellen Betriebspunkt. So hängt das Verhalten und das Niveau der Messgrößen häufig stark von dem Betriebsort und den Bedingungen im Antriebsstrang ab, z.B. Fundamente, Motor, Arbeitsmaschine, Umgebungsbedingungen und Kühlung um nur einige Einflussfaktoren zu nennen. Die Grenzwerte sind dabei so gewählt, dass die Grenzwerte den gesamten Betriebsbereich abdecken. In Betriebspunkten mit großem Abstand zu gesetzten Grenzwerten ist dadurch der Abstand zu dem Grenzwert bzw. den Grenzwerten recht hoch. Veränderungen werden dadurch nicht wahrgenommen.The behavior of the measured variables for determining whether a limit value has been exceeded changes differently depending on the respective current operating point. The behavior and the level of the measured variables often depend heavily on the operating location and the conditions in the drive train, e.g. foundations, engine, driven machine, ambient conditions and cooling, to name just a few influencing factors. The limit values are selected in such a way that the limit values cover the entire operating range. At operating points with a large distance to set limit values, the distance to the limit value or the limit values is therefore quite high. Changes are not perceived as a result.
Es ist Aufgabe der Erfindung die Zustandsüberwachung zu verbessern. So ist es insbesondere die Aufgabe auch Veränderungen unterhalb des gesetzten Grenzwertes besser erkennen zu können und ein System zu deren Erkennung bereitstellen zu können.It is the object of the invention to improve status monitoring. In particular, the task is also to be able to better recognize changes below the set limit value and to be able to provide a system for their recognition.
Eine Messgröße wird während des Betriebs gemessen. Hier wird unter Messgröße eine Messgröße verstanden, die mit einem Grenzwert versehen ist. Bei Überschreiten des Grenzwertes wird ein Alarmsignal erzeugt. Eine momentan gemessene Messgröße wird als IST-Wert bezeichnet.A measurand is measured during operation. Here, a measured variable is understood to mean a measured variable that is provided with a limit value. If the limit value is exceeded, an alarm signal is generated. A currently measured variable is referred to as an ACTUAL value.
Haupteinflussfaktoren sind Betriebsparameter, die einen Einfluss auf die Messgröße haben. Der Messwert wird erfasst, wobei parallel zu dem Messwert auch die momentanen Werte der Haupteinflussfaktoren erfasst werden und dem Messwert zugeordnet werden bzw. der Messwert den Haupteinflussfaktoren zugeordnet wird.The main influencing factors are operating parameters that have an impact on the measured variable. The measured value is recorded, with the instantaneous values of the main influencing factors also being recorded in parallel with the measured value and being assigned to the measured value or the measured value being assigned to the main influencing factors.
Kennfeld ist ein n-dimensionales Feld, wobei n die Anzahl der Haupteinflussfaktoren ist. Werden also zwei Haupteinflussfaktoren herangezogen, so ist das Kennfeld ein 2-dimensionales Feld. Werden z.B. Drehmoment und Drehzahl als Haupteinflussfaktoren herangezogen, so ist der mögliche Wertebereich von Drehzahl und Drehmoment durch das Kennfeld abgedeckt. Dieses Kennfeld wird in Teilbereiche unterteilt. Durch die Teilbereiche werden Segmente oder auch im 2-dimensionalen als Raster bezeichnet, aufgespannt.Map is an n-dimensional array, where n is the number of key drivers. So if two main influencing factors are used, the map is a 2-dimensional field. If, for example, torque and speed are used as the main influencing factors, the possible range of values for speed and torque is covered by the map. This map is divided into sub-areas. Segments or also referred to as grids in the 2-dimensional are spanned by the sub-areas.
Referenzwerte der Messgröße werden jedem Segment zugeordnet. Diese Referenzwerte werden gesondert eingelernt.Reference values of the measurand are assigned to each segment. These reference values are taught separately.
Beharrungszustand ist ein Verweilen in einem Segment über eine vorbestimmte Mindestzeitdauer ohne Unterbrechung.Steady state is staying in a segment for a predetermined minimum amount of time without interruption.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und das System gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.The object is achieved by the method with the features according to claim 1 and the system according to claim 10. Further advantageous features are specified in the dependent claims.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren einer Zustandsüberwachung ist vorgesehen nicht einen Vergleich mit einem Alarmwert durchzuführen. Alarmwerte sind unabhängig von einem Betriebsbereich hinterlegt und stellen eine absolute obere oder untere Grenze für einen hinterlegten Messwert dar. Dahingegen ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen einen Vergleich mit einem hinterlegten Referenzwert durchzuführen. Der hinterlegte Referenzwert ist in Abhängigkeit von Haupteinflussfaktoren hinterlegt. Die Haupteinflussfaktoren haben einen Einfluss auf den Messwert. Dadurch ist es möglich Referenzwerte zu hinterlegen, die von dem Alarmwert deutlich abweichen. Durch den Bezug auf die Haupteinflussfaktoren ist ein Bezug zu der momentanen Betriebssituation hergestellt. Dadurch sind sowohl kleinere Veränderungen als auch eine Veränderung der Betriebssituation erkennbar. Bei einer deutlichen Veränderung der Haupteinflussfaktoren wird ein Vergleich des Messwertes mit einem anderen Referenzwert durchgeführt.In the state monitoring method according to the invention, it is not provided to carry out a comparison with an alarm value. Alarm values are stored independently of an operating range and represent an absolute upper or lower limit for a stored measured value. In contrast, the method according to the invention provides for a comparison with a stored reference value to be carried out. The stored reference value is stored depending on the main influencing factors. The main influencing factors have an impact on the measured value. This makes it possible to store reference values that deviate significantly from the alarm value. By referring to the main influencing factors, a relation to the current operational situation. As a result, both minor changes and a change in the operating situation can be identified. If there is a significant change in the main influencing factors, the measured value is compared with another reference value.
Es kann vorgesehen sein die Haupteinflussfaktoren in Bereiche zu unterteilen und dadurch eine Segmentierung durchzuführen. Je kleiner die Bereiche der Haupteinflussfaktoren gewählt werden, desto feiner ist die Unterteilung in Segmente und desto spezifischer können Referenzwerte hinterlegt werden. Es ist auch möglich die Unterteilung der einzelnen Haupteinflussfaktoren für eine Segmentierung unterschiedlich fein über den Betriebsbereich des jeweiligen Haupteinflussfaktors als auch unterschiedlich für die einzelnen Haupteinflussfaktoren selbst vorzusehen.It can be provided to subdivide the main influencing factors into areas and thereby carry out a segmentation. The smaller the ranges of the main influencing factors are selected, the finer the subdivision into segments and the more specific reference values can be stored. It is also possible to provide for the subdivision of the individual main influencing factors for a segmentation with different fineness over the operating range of the respective main influencing factor and also differently for the individual main influencing factors themselves.
Durch den Vergleich des Messwertes mit dem Referenzwert wird in Abhängigkeit von der Abweichung des Messwertes von dem Referenzwert ein Zustandswert generiert. Durch diesen Zustandswert werden auch schleichende Veränderungen deutlich.By comparing the measured value with the reference value, a status value is generated as a function of the deviation of the measured value from the reference value. This status value also makes gradual changes clear.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass n Haupteinflussfaktoren ein n-dimensionales Kennfeld aufspannen und dieses Kennfeld in n-dimensionale Segmente unterteilt ist, wobei jedem Segment genau ein Referenzwert zugeordnet werden kann. Durch die Zuordnung von Referenzwerten zu den Segmenten ist es möglich eine Vielzahl an Referenzwerten zu hinterlegen. Durch die Berücksichtigung von n Haupteinflussfaktoren kann auch eine Veränderung außerhalb dieser Haupteinflussfaktoren erkannt werden. Je mehr Haupteinflussfaktoren berücksichtigt werden, desto spezifischer kann ein Referenzwert zugeordnet werden. Die Zustandsüberwachung wird genauer. Auch die Veränderung der Haupteinflussfaktoren im Betrieb wird so nachvollziehbar, wodurch sich auf einen Haupteinflussfaktor bezogenen Wartungen besser vorhersagen und planen lassen.In a preferred embodiment, it is provided that n main influencing factors span an n-dimensional map and this map is subdivided into n-dimensional segments, with each segment being able to be assigned exactly one reference value. By assigning reference values to the segments, it is possible to store a large number of reference values. By considering n main influencing factors, a change outside of these main influencing factors can also be recognized. The more main influencing factors are taken into account, the more specifically a reference value can be assigned. Condition monitoring becomes more accurate. Changes in the main influencing factors in operation also become comprehensible, which means that maintenance related to a main influencing factor can be better predicted and planned.
Bei einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass Referenzwerte nach Inbetriebnahme zu jeweils den einzelnen Segmenten, vorzugsweise innerhalb einer vorbestimmten Einlernzeit, generiert werden und zugeordnet zu dem jeweiligen Segment hinterlegt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass die Referenzwerte einen Status festhalten, der einem Neuzustand nahe kommt.In one embodiment, it is provided that reference values are generated for the respective individual segments after commissioning, preferably within a predetermined learning time, and are stored assigned to the respective segment. This ensures that the reference values record a status that comes close to being new.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass auch nach Ablauf der Einlernzeit für Segmente Referenzwerte generiert werden, wobei bislang diesen Segmenten noch kein Referenzwert zugeordnet ist. Diese „späten“ Referenzwerte werden jedoch gesondert markiert, so dass ersichtlich ist, dass hier kein Vergleich mit einem eine neuwertigen Anlage repräsentierenden Referenzwert erfolgt. Dadurch wird es ermöglicht, dass auch für Betriebsbereiche, denen anfänglich kein Referenzwert zugeordnet worden ist eine Veränderung detektiert werden kann. Damit ist auch bei einer geänderten Verwendung eine Zustandsüberwachung möglich.In one embodiment, it is provided that reference values are generated for segments even after the teach-in time has elapsed, with these segments not yet being assigned a reference value. However, these "late" reference values are marked separately so that it is clear that there is no comparison with a reference value representing a new system. This makes it possible for a change to be detected even for operating ranges to which no reference value was initially assigned. This means that status monitoring is also possible in the event of a change in use.
Bei einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Referenzwerte nur in einem Beharrungszustand generiert werden können. In dem Beharrungszustand müssen alle einem Segment zugeordneten Haupteinflussfaktoren durchgängig über eine vorbestimmte Zeitdauer in dem dem jeweiligen Segment zugeordneten Bereich verbleiben. Vorzugsweise beträgt die vorbestimmte Zeitdauer mindestens einige Minuten, besonders bevorzugt mindestens 10 Minuten und ganz besonders bevorzugt mindestens 30 Minuten.In one embodiment, it is provided that the reference values can only be generated in a steady state. In the steady state, all main influencing factors assigned to a segment must remain in the area assigned to the respective segment continuously for a predetermined period of time. The predetermined period of time is preferably at least a few minutes, particularly preferably at least 10 minutes and very particularly preferably at least 30 minutes.
Bei einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass eine Abweichung von einem aktuellen Messwert zu dem Referenzwert des jeweiligen Segmentes mittels einer Ratingfunktion bewertet wird. Dabei wird in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Ratings eine Anzeige des Ratings ausgelöst. Somit erfolgt nur eine Anzeige, wenn die Zustandsüberwachung kritischer wird. Es wird ein andauerndes Signal vermieden, um bei Anzeige des Ratings eine erhöhte Aufmerksamkeit zu erreichen.In one embodiment, it is provided that a deviation from a current measured value to the reference value of the respective segment is evaluated using a rating function. Depending on the result of the rating, a display of the rating is triggered. This means that there is only an indication when the status monitoring becomes more critical. A constant signal is avoided in order to attract increased attention when the rating is displayed.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ratingfunktion in Abhängigkeit von dem hinterlegten Referenzwert und in Abhängigkeit von dem Abstand des Referenzwertes zu einem Alarmwert ein Rating durchführt. Der Alarmwert ist von den Haupteinflussfaktoren unabhängig.A preferred embodiment provides for the rating function to carry out a rating depending on the stored reference value and depending on the distance between the reference value and an alarm value. The alarm value is independent of the main influencing factors.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch die Ratingfunktion ein Ratingwert zu dem Messwert generiert wird, wobei ein Rating, wie grün, gelb oder orange, von dem prozentualen Abstand des Messwertes bezogen auf den Alarmwert abhängt. Die Bereiche des Ratings sind von einem prozentualen Abstand des Referenzwertes bezogen auf den Alarmwert hinterlegt.A preferred embodiment provides for the rating function to generate a rating value for the measured value, with a rating such as green, yellow or orange depending on the percentage difference between the measured value and the alarm value. The rating areas are based on a percentage difference between the reference value and the alarm value.
Bei einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass ein vom Referenzwert abhängiges Rating bei einem prozentual vorbestimmten Wert des Alarmwertes überschreitenden Referenzwert unterbleibt. Vorzugweise unterbleibt ein Rating, wenn der Referenzwert mindestens 90% des Alarmwertes beträgt. Dadurch wird verdeutlicht, dass in diesem Betriebsbereich bereits eine große Nähe zu dem Alarmwert gegeben ist.In one embodiment variant, it is provided that a rating dependent on the reference value is omitted when the reference value exceeds a predetermined percentage of the alarm value. A rating is preferably omitted if the reference value is at least 90% of the alarm value. This makes it clear that the alarm value is already very close in this operating range.
In einer Bevorzugten Anwendung des Verfahrens ist vorgesehen, das Verfahren für eine Erfassung einer Veränderung eines Schwingungsverhaltens einer Abtriebswelle vorzusehen. Es hat sich insbesondere als vorteilhafte Verwendung für eine Erfassung einer Schwingung einer Abtriebswelle einer Antriebseinheit mit einem veränderlichen Getriebe herausgestellt.A preferred application of the method provides for the method to be used to detect a change in the vibration behavior of an output shaft. In particular, it has turned out to be an advantageous use for detecting a vibration of an output shaft of a drive unit with a variable transmission.
Die Erfindung betrifft ein System für eine Trendanalyse einer Vorrichtung mit einer Steuerung und einer Anzeige und einer Sensorik von Haupteinflussfaktoren und einer Sensorik für die Erfassung eines Messwertes. Die Steuerung im Sinne dieser Erfindung umfasste eine Datenverarbeitung und einen Datenspeicher. Von der Steuerung können Signale drahtgebunden oder drahtlos weitergegeben werden. Dabei ist in der Steuerung für den Messwert ein Alarmwert hinterlegt. Dieser Alarmwert ist ein unabhängiger Wert und gilt für den gesamten Betriebsbereich. Darüber hinaus ist eine Erfassung von n Haupteinflussfaktoren vorgesehen. Zugeordnet zu den n-Haupteinflussfaktoren ist ein n-dimensionales Feld hinterlegt. Vorzugsweise ist das n-dimensionale Feld in Segmente unterteilt und für jedes Segment kann ein Referenzwert hinterlegt werden. Der Referenzwert stellt dabei ein von den Haupteinflussfaktoren abhängiger Bezugspunkt dar. Dieser Referenzwert soll einen Zustand der Vorrichtung im „Neuzustand“ wiedergeben. Durch die Abhängigkeit dieser Referenzwerte von den Haupteinflussfaktoren kann eine Veränderung der Vorrichtung in ihrem Verhalten erkannt werden. Dabei ist die dann erkennbare Veränderung von den Haupteinflussfaktoren unabhängig. Eine Veränderung der Haupteinflussfaktoren im andauernden Betrieb wird durch eine Veränderung des jeweils zeitlich zugeordneten Segmentes im Betrieb erkennbar.The invention relates to a system for a trend analysis of a device with a controller and a display and a sensor system of main influencing factors and a sensor system for recording a measured value. The controller within the meaning of this invention includes data processing and a data memory. Signals can be transmitted wired or wirelessly from the controller. An alarm value is stored in the controller for the measured value. This alarm value is an independent value and applies to the entire operating range. In addition, a recording of n main influencing factors is planned. An n-dimensional field is assigned to the n main influencing factors. The n-dimensional field is preferably divided into segments and a reference value can be stored for each segment. In this case, the reference value represents a reference point dependent on the main influencing factors. This reference value is intended to reflect a state of the device in the “new state”. Due to the dependence of these reference values on the main influencing factors, a change in the behavior of the device can be detected. The change then recognizable is independent of the main influencing factors. A change in the main influencing factors in ongoing operation can be recognized by a change in the time-related segment during operation.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Systems ist vorgesehen, dass in dem System ein Alarmwert hinterlegt ist und bei Überschreiten des Alarmwertes von dem Messwert auf einer Anzeige das Erreichen des Alarmwertes angezeigt wird.In a preferred embodiment of the system, an alarm value is stored in the system and when the alarm value is exceeded by the measured value, a display indicates that the alarm value has been reached.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, bereits bei einem Messwert in einem den Alarmwert umgebenden vorbestimmten Bereich diese Nähe zum Alarmwert zu signalisieren. Häufig ist bei Überschreiten des Alarmwertes ein Herunterfahren der Antriebsleistung zumindestens aber eine Reduzierung der Antriebsleistung vorgesehen. Durch diese klare Signalisierung kann dem entgegengewirkt werden und ein Erreichen des Alarmwertes verhindert werden.In a particularly preferred embodiment, it is provided that this proximity to the alarm value is already signaled when a measured value is in a predetermined range surrounding the alarm value. When the alarm value is exceeded, the drive power is often shut down or at least a reduction in the drive power is provided. This clear signaling can counteract this and prevent the alarm value from being reached.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Steuerung eine Ratingfunktion aufweist. Durch die Ratingfunktion kann eine Bewertung des Messwertes in Abhängigkeit von dem jeweiligen Referenzwert erfolgen. Das Rating ist eine Klassifizierung. Auf einer Anzeige kann das Ergebnis zumindestens eines kritischen Ratings erfolgen. Dadurch können erforderliche Wartungsmaßnahmen besonders früh eingeplant werden und somit ein über die Betriebsdauer effizienter Betrieb erreicht werden, was sich auf die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung vorteilhaft auswirkt.In one embodiment, it is provided that the controller has a rating function. The rating function can be used to evaluate the measured value depending on the respective reference value. The rating is a classification. The result of at least one critical rating can appear on a display. As a result, necessary maintenance measures can be planned particularly early and thus efficient operation over the service life can be achieved, which has an advantageous effect on the cost-effectiveness of the device.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Ratingfunktion auf den Alarmwert zurückgreift und bei der Bewertung des Messwertes das Verhältnis von Referenzwert und Alarmwert eingeht. Dadurch kann das Betriebsverhalten besonders abgestimmt auf den momentanen Betriebsbereich vorgenommen werden. Es kann ein Einleiten von Maßnahmen besonders zielgerichtet erfolgen.In an embodiment variant it is provided that the rating function uses the alarm value and the ratio of reference value and alarm value is included in the evaluation of the measured value. As a result, the operating behavior can be made particularly tailored to the current operating range. Measures can be initiated in a particularly targeted manner.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Vorrichtung ein Antriebsstrang ist und der Messwert die Schwingung einer Getriebewelle erfasst. Dadurch kann eine Veränderung des Schwingungsverhalten der Abtriebswelle frühzeitig erkannt werden und damit auch eine durch diese Schwingungen erhöhte Beanspruchung der Vorrichtung vermindert werden, was sich vorteilhaft auf die Betriebsdauer und das Betriebsverhalten der Vorrichtung auswirkt. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein durch ein derartiges Verfahren Gehäuseschwingungen und Lagertemperaturen und/oder Öldrücke zu überwachen. Dadurch kann der Zustand der Vorrichtung detailiert überwacht werden und erforderliche oder empfehlenswerte Maßnahmen frühzeitig eingeplant werden.It has turned out to be advantageous that the device is a drive train and the measured value detects the vibration of a transmission shaft. As a result, a change in the vibration behavior of the output shaft can be detected early and thus increased stress on the device caused by these vibrations can also be reduced, which has an advantageous effect on the operating time and the operating behavior of the device. In addition, such a method can also be used to monitor housing vibrations and bearing temperatures and/or oil pressures. As a result, the condition of the device can be monitored in detail and necessary or recommended measures can be planned at an early stage.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass ein Haupteinflussfaktor das von der Abtriebwelle übertragene Drehmoment ist und ein Haupteinflussfaktor die Drehzahl der Abtriebswelle ist. Diese Kennwerte lassen sich erfassen und zum anderen ist deren Einfluss auf das Schwingverhalten der Abtriebswelle groß. In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen auch die Temperatur des Schmiermittels mit einzubeziehen.In a preferred embodiment it is provided that a main influencing factor is the torque transmitted by the output shaft and a main influencing factor is the speed of the output shaft. These characteristic values can be recorded and, on the other hand, their influence on the vibration behavior of the output wave big. In a preferred embodiment, the temperature of the lubricant is also included.
Insbesondere ist es vorteilhaft in den unterschiedlichen durch die Haupteinflussfaktoren festgelegten Betriebsbereichen einen Vergleich mit üblichen Signalniveaus des Messwertes durchführen zu können und Veränderungen entsprechend frühzeitig anzeigen zu können.In particular, it is advantageous to be able to carry out a comparison with the usual signal levels of the measured value in the different operating ranges defined by the main influencing factors and to be able to display changes accordingly at an early stage.
Durch die Verwendung dieses Systems in einem Beharrungszustand wird erreicht, dass Einflüsse des vorhergehenden Betriebszustandes keinen Einfluss mehr auf den Messwert haben.By using this system in a state of equilibrium, it is achieved that influences from the previous operating state no longer have any influence on the measured value.
Durch dieses System und Verfahren können schleichende Änderungen bzw. ein „davonlaufen“ der Messwerte frühzeitig erkannt und angezeigt werden. Auch können Wartungsarbeiten frühzeitig und zielgerichtet eingesetzt werden. Durch das Monitoring in Abhängigkeit von den Haupteinflussfaktoren ist es auch möglich anzuzeigen, welche der Haupteinflussfaktoren sich im Betrieb stark verändern. Durch die Änderung zumindestens eines der Haupteinflussfaktoren verändert sich das zugeordnete Segment. Durch die Veränderung des zugeordneten Segmentes wird ein Vergleich mit dem diesem Segment zugeordneten Messwert durchgeführt.With this system and method, gradual changes or a "running away" of the measured values can be recognized and displayed at an early stage. Maintenance work can also be carried out early and in a targeted manner. By monitoring depending on the main influencing factors, it is also possible to show which of the main influencing factors change significantly during operation. The assigned segment changes as a result of the change in at least one of the main influencing factors. By changing the assigned segment, a comparison is made with the measured value assigned to this segment.
Durch Erkennen von Veränderungen ist es möglich durch eine Wartung dieser Veränderung entgegenzuwirken. Daraus kann eine Schonung der gesamten Anlage erreicht werden.By recognizing changes, it is possible to counteract these changes through maintenance. This means that the entire system can be protected.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
-
1 : Signalzuordnung -
2 : Datenkennfeld -
3 : Antriebsstrang -
4 : Rating innerhalb eines Segmentes -
5 : 2-dimensionales Kennfeld mit Ratingfunktion -
6 : Verfahren einer Trendanalyse
-
1 : signal mapping -
2 : data map -
3 : powertrain -
4 : Rating within a segment -
5 : 2-dimensional map with rating function -
6 : Method of trend analysis
Anhand von
Bei einem Antriebsstrang 1 ist für die Abtriebswelle 5 eine maximal zulässige Schwingung, als Alarmwert 75 bezeichnet, vorbestimmt. Auf das Schwingungsverhalten der Abtriebswelle 5 haben die Faktoren wie Abtriebsdrehzahl, Abtriebsmoment als Haupteinflussfaktoren 45 einen großen Einfluss. Dabei fungieren der Drehmomentsensor 9 und der Drehzahlsensor 13 und der Temperatursensor 11 als Sensoren der Haupteinflussfaktoren, wie in
Ein zulässiger Betriebsbereich ist durch den gesetzten Alarmwert 75 begrenzt und vorbestimmt. Der zulässige Betriebsbereich ist ein n-dimensionales Feld, wenn n Haupteinflussfaktoren erfasst werden. In
Es kann vorgesehen sein, dass diese Hinterlegung von Referenzwerten 65 nur innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ab erster Inbetriebnahme zulässig ist. Diese Zeitdauer wird mit „Einlernzeit aktiv“, Bezugszeichen 118, bezeichnet. Nach Verstreichen dieser Zeitdauer bezeichnet, können noch nicht mit einem Referenzwert versehenen Segmente 31 zwar auch noch mit einem Referenzwert 65 versehen werden, jedoch kann dieser gesondert markiert werden. Dadurch wird es möglich zu erkennen, ob im laufenden Betrieb sich der Betriebsbereich verändert hat. Diese Veränderung kann auch mit einem schleichenden Verschleiß zusammenhängen oder einen Hinweis auf einen veränderten Betrieb oder eine geänderte Verwendung geben.It can be provided that this storage of reference values 65 is only permitted within a predetermined period of time from the first start-up. This period of time is referred to as "learning time active",
Rating Funktion 33:
- Wird im weiteren Betrieb eines der eingelernten Felder angefahren und befinden sich die
Haupteinflussfaktoren 45 in der definierten Beharrung, so findet eine Bewertung, auch als Rating bezeichnet, des aktuell gemessenen Messwertes 55 unter Berücksichtigung des zuvor eingelernten Referenzwertes 65 statt. Diese Verfahrensschritte sind in6 in derAbfolge Referenzwert ermitteln 150,Rating durchführen 152 und ggf.Anzeige 154 des Ratings vorgesehen.
- If one of the taught-in fields is approached during further operation and the main influencing
factors 45 are in the defined persistence, then an evaluation, also known as a rating, of the currently measured measuredvalue 55 takes place, taking into account the previously taught-inreference value 65 . These procedural steps are in6 provided in the sequence determinereference value 150, performrating 152 and, if necessary,display 154 the rating.
Zusätzlich kann vorgesehen sein auch den vorbestimmten Alarmwert 75 mit einzubeziehen. Dabei kann berücksichtigt werden, wie weit das angefahrene Segment 31 von dem vorbestimmten Alarmwert 75 entfernt ist,
Ein Beispiel eines derartigen hinterlegten Ratings, bei dem auch der feste vorbestimmte Alarmwert 75 mit einbezogen ist, ist in
Wird bezogen auf das konkrete Ausführungsbeispiel im folgenden Betrieb der Antriebsstrang 1 wieder mit einer Drehzahl und einem Drehmoment betrieben, die zu einem Segment 31 führen, bei dem ein Referenzwert 65 hinterlegt ist, so wird der momentane Schwingungswert als Messwert 55 der Abtriebswelle 5 mit dem hinterlegten Referenzwert 65 verglichen. Ist diese Abweichung groß, so ist dies ein Hinweis auf einen Fehler oder Defekt im Antriebsstrang 1. Da diese Abweichung nicht durch die Haupteinflussfaktoren 45 beeinflusst ist, muss die Änderung andere Ursachen haben. Dadurch können insbesondere schleichende Veränderungen erkannt werden.If, based on the specific exemplary embodiment, in the following operation the drive train 1 is again operated with a speed and a torque that lead to a
Es kann eine Klassifizierung, auch als Rating bezeichnet, der Abweichung des Messwertes 55 von dem Referenzwert 65 vorgesehen sein. Dabei kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass ein Rating 60 von dem Verhältnis von Referenzwert 65 zu Alarmwert 75 abhängt. Beispielsweise sind Abhängigkeiten wie in den nachfolgenden Tabellen aufgeführt gewählt und in der Steuerung hinterlegt. Tabelle1: Bewertung der Differenz zwischen Messwert und Referenzwert
Ist die Abweichung z.B. das Verhältnis von Messwert 55 zu Referenzwert zwischen 0,1 und 0,55 und ist der Referenzwert kleiner als 12,5% des Alarmwertes so ergibt sich als Rating „grün“.For example, if the deviation is the ratio of the measured
Auf Basis der Haupteinflussfaktoren 45 wird ein entsprechendes Kennfeld 30 definiert und in Segmente 31 sinnvoller Größe unterteilt. Die Größe hängt dabei von dem Anwendungsfall ab. Dafür wird die jeweilige Ausgangsgröße, Messwert, Referenzwert als Skalarfeld der Eingangsgrößen (Einflussfaktoren) modelliert, i.e. als y ≙ f(x1,x2, ...).A corresponding characteristics map 30 is defined on the basis of the main influencing
Die Lernfunktion des Referenzwert ist in
Prüfung Beharrungszustand 120:
- Um eine Trendanalyse durchführen zu können, sollte zuerst
ein Referenzwert 65 ermittelt werden. Dazu wird ein Filter implementiert, der eine stationäre Betriebssituation „Beharrungszustand“ erkennt. DerFilter mit Funktionsfeld 120 soll für die zu analysierende Haupteinflussfaktoren 45 einen eindeutig definierten Beharrungszustand erkennen, 120. Der Beharrungszustand tritt dann ein, wenn alle festgelegten Haupteinflussfaktoren 45 über einen vorbestimmten Zeitraum t_prüf innerhalb eines gewählten Toleranzbereichs bleiben. Für diesen Fall werden die Werte der Haupteinflussfakten fortlaufend in einem Ringspeicher zur weiteren Verarbeitung abgespeichert.
- In order to be able to carry out a trend analysis, a
reference value 65 should first be determined. For this purpose, a filter is implemented that recognizes a stationary operating situation "steady state". The filter withfunction field 120 should recognize a clearly defined steady state for the main influencingfactors 45 to be analyzed, 120. The steady state occurs when all defined main influencingfactors 45 remain within a selected tolerance range over a predetermined period of time t_test. In this case, the values of the main influencing factors are continuously stored in a ring memory for further processing.
Ermittlung des aktuellen Segments 114:
- Werden die Bedingungen für den Beharrungszustand
von allen Haupteinflussfaktoren 45 gleichzeitig über den gesamten Beobachtungszeitraum eingehalten, werden Daten des Messwertes 55 abgespeichert. Die Daten des Messwertes werden gespeichert und ggf. über einen vorbestimmten Zeitraum gemittelt.Der Messwert 55 wirdals Referenzwert 65 dieser Paarung der Haupteinflussfaktoren 45 zugeordnet. Durch die Paarung an Haupteinflussfaktoren wird das zugeordnete Segment bestimmt und der bestimmte Referenzwert wird diesem Segment zugeordnet, 140.
- If the conditions for the steady state are met by all main influencing
factors 45 simultaneously over the entire observation period, data of the measuredvalue 55 are stored. The measured value data is stored and, if necessary, averaged over a predetermined period of time. The measuredvalue 55 is assigned as areference value 65 to this pairing of the main influencingfactors 45 . The assigned segment is determined by the pairing of main influencing factors and the determined reference value is assigned to this segment, 140.
Lernvorganglearning process
Während des Lernvorgangs werden auf Basis des Messwertes 55 im aktiven Segment 31 folgende Werte abgelegt:
- - Anzahl der Messpunkte
- - Min Signal Wert im Segment
- - Max Signal Wert im Segment
- - Signal Mittelwert → Referenzwert
- - Standard Abweichung
- - optional Variationskoeffizient
- - Number of measuring points
- - Min signal value in the segment
- - Max signal value in the segment
- - Mean signal → reference value
- - Standard Deviation
- - optional coefficient of variation
Die Segmente 31 können mit Unterbrechungen, z.B. Beharrungsbedingungen nicht erfüllt / Wechsel des Segments 31 durch Änderung der Haupteinflussfaktoren 45, angelernt werden.The
Der Lernvorgang wird für die einzelnen Segmente 31 durch die nachfolgenden Kriterien definiert und muss zum Abschluss folgende Bedingungen erfüllen: - Kennfeld Lerndauer t_Lern_Kf_ges ist der Zeitraum innerhalb dem die Maschine/ der Antriebsstrang als „neu“ gilt, 118. Es darf ein Referenzwert 65 eingelernt werden.The learning process is defined for the
Nach Ablauf dieser Zeitperiode 118 kann ein Segment 31 nicht mehr als „Referenzwert-neu“ eingelernt werden. Werden nach Ablauf dieser Zeitperiode Segmente 31 neu angefahren, für die noch kein Referenzwert hinterlegt ist, so werden Referenzwerte weiterhin ermittelt, 154 und 158. Diese „späten Referenzwerte werden mit einer gesonderten Kennzeichnung 156 hinterlegt. Dies gilt für das komplette Kennfeld 30. Dadurch ist es möglich auch Veränderungen, bei denen Segmente 31 erstmalig angefahren werden, gesondert zu betrachten.After this
Begrenzung Lerndauer, 118, für das einzelne Kennfeldrasterelement t_Lern_EI: T_Lern_EL ist eine vorbestimmte Zeitdauer und Einschränkung durch die festgelegt ist, ab wann für ein einzelnes Segement 31 im Kennfeld 30 ausreichend Daten vorliegen, so dass ein Referenzwert 65 ermittelt werden kann. Der Referenzwert 65 wird dabei in der Regel durch Mittelwertbildung aus den vorliegenden Messdaten für das jeweilige Segment 31 gebildet. Ist einem Segment 31 ein Referenzwert zugeordnet, so ist für dieses Segment 31 der Lernprozess abgeschlossen, 140. Die Einlernzeit kann das Einlernen von Referenzwerten 118 auf eine vorbestimmte Zeitdauer an Betriebsstunden nach erstmaliger Inbetriebnahme begrenzen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei erstmaligem Anfahren eines Segmentes 31 ein Referenzwert 65 ermittelt wird, wobei bei dem ermittelten Referenzwert 65 nicht schon umfangreiche Verschleißerscheinungen der Vorrichtung 1 mit eingeflossen sind.Learning duration limit, 118, for the individual map grid element t_Lern_EI: T_Lern_EL is a predetermined time period and restriction that defines when there is sufficient data for an
Für jedes Segment 31 im Kennfeld können die folgenden Zustände vorliegen:
Plausibilitätsbeurteilung 145 des Referenzwerts 65 :
- Vor dem Abspeichern ist
vorgesehen den Referenzwert 65 hinsichtlich seiner Plausibilität zu prüfen. Hierzu wird der Alarmwert 75 des Signals herangezogen. Für die Fälle des sehr kleinen oder sehr großen Referenzwerts 65 bezogen aufden Alarmwert 75 ist vorgesehen schon bei der Ablage des Referenzwerts eine Warnung auszugeben, dass der Referenzwert 65 bedenklich ist und eine nähere Untersuchung der Ursache erforderlich ist, siehe Tabelle.
- Before storing, the
reference value 65 is checked with regard to its plausibility. Thealarm value 75 of the signal is used for this. If thereference value 65 is very small or very large in relation to thealarm value 75, a warning is provided when the reference value is stored that thereference value 65 is questionable and that the cause needs to be investigated more closely, see table.
Rating-Funktion:
- Durch die Ratingfunktion findet ein Vergleich des aktuellen Messwerts 55 mit
dem entsprechenden Referenzwert 65 des aktivenSegments 31 statt. Die Differenz wird unter Berücksichtigung der festenSignal Alarmwertes 75 einer Bewertung unterzogen.
- The rating function compares the current measured
value 55 with thecorresponding reference value 65 of theactive segment 31 . The difference is subjected to an evaluation taking into account the fixedsignal alarm value 75 .
Bewertet werden nur Messwerte, die unterhalb des festen Alarmwertes 75 liegen. Es lässt sich eine präzise Aussage über die Veränderung eines Messsignals machen, indem die zulässige prozentuale Abweichung zwischen dem aktuellen Messwert und dem Referenzwert bestimmt wird. Dabei wird zusätzlich auch noch das prozentuale Verhältnis des Referenzwertes in Bezug auf den festen Alarmwert mit einbezogen. Der Bewertungsschlüssel bezieht sich somit auf das Verhältnis aus Referenzwert 65 und Alarmwert 75. Der Bereich zwischen Alarmwert und Referenzwert wird in verschiedene Zonen unterteilt. (z.B. grün, gelb, orange).Only measured values below the fixed alarm value of 75 are evaluated. A precise statement can be made about the change in a measurement signal by determining the permissible percentage deviation between the current measured value and the reference value. The percentage ratio of the reference value in relation to the fixed alarm value is also included. The evaluation key thus refers to the ratio of
Ist der Referenzwert 65 sehr klein oder sogar 0, so wird kein Rating durchgeführt, da dieses kein aussagekräftiges Ergebnis liefern würde. Ist der Referenzwert sehr groß, zum Beispiel >80% des Alarmwertes, muss eine deutlich strengere Beurteilung der Messwerte durchgeführt werden. Ein solch hoher Referenzwert 65 soll möglichst schnell identifiziert und gemeldet werden, um frühzeitig nach der Ursache suchen zu können.If the
Ist der Referenzwert bereits sehr groß, größer als 90% des Alarmwertes, wird keine Berechnung durchgeführt, da der Mehrwert einer solchen Rechnung sehr gering ist.If the reference value is already very high, greater than 90% of the alarm value, no calculation is carried out because the added value of such a calculation is very small.
Für die Fälle des sehr kleinen oder sehr großen Referenzwerts 65 bezogen auf den Alarmwert 75 muss schon bei der Hinterlegung des Referenzwerts 65 eine Warnung ausgegeben werden, dass der Referenzwert 65 bedenklich ist und eine nähere Untersuchung der Ursache erforderlich ist.In cases where the
Liegt der aktuelle Messwert deutlich unter dem Referenzwert, wird auch eine Meldung erstellt. In diesem Fall ist entweder der Referenzwert 65 oder der Messwert 55 kritisch zu hinterfragen.If the current measured value is significantly below the reference value, a message is also generated. In this case, either the
Um ein eventuelles ständiges Hin- und Herspringen der Bewertung / Rating im Grenzbereich zwischen den verschiedenen Kategorien des Ratings, grün und gelb bzw. gelb und orange, zu vermeiden, kann eine weitere Bedingung hinterlegt sein. Ein Rating muss mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer, zum Beispiel über 10 Minuten, ununterbrochen vorliegen, bevor eine dieses Rating anzeigende Meldung erstellt und ausgegeben wird.In order to avoid a possible constant jumping back and forth of the evaluation / rating in the border area between the different categories of the rating, green and yellow or yellow and orange, an additional condition can be stored. A rating must be present without interruption for at least a predetermined period of time, for example in excess of 10 minutes, before a message indicating that rating is generated and issued.
Bewertung der Streuung der Messwerte :
- Als zusätzliches Bewertungskriterium kann vorgesehen sein, dass die Streuung des Messwertes in einem bestimmten Betriebsbereich durch die Bestimmung der Standardabweichung δ ermittelt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass aus Erfahrungswerten gewonnen Streuwerte bereits in der Steuerung hinterlegt sind und bei einem Rating berücksichtigt werden.
- As an additional evaluation criterion, it can be provided that the scatter of the measured value in a specific operating range is determined by determining the standard deviation δ. It can be provided that scattered values obtained from empirical values are already stored in the controller and are taken into account in a rating.
Die Standardabweichung bezieht sich immer auf einen dazugehörigen Mittelwert µ. Ein direkter Vergleich ist nicht gegeben. Der Variationskoeffizient V ist der Quotient aus fortlaufender Standardabweichung und fortlaufendem Mittelwert in %. Er ist somit ein anschauliches Maß der Streuung der Messwerte. Je kleiner der Variationskoeffizient, desto kleiner ist die Streuung der Werte.
Der Variationskoeffizient wird sowohl für den Referenzwert (V65) als auch für den aktuellen Messwert (V55) gebildet. Setzt man die beiden Variationskoeffizienten ins Verhältnis, erhält man ein Maß für die Abweichung der Streuung beider Datenreihen und kann diese wieder klassifizieren.The coefficient of variation is formed both for the reference value (V 65 ) and for the current measured value (V 55 ). If you put the two coefficients of variation in relation, you get a measure of the deviation of the scatter of both data series and can classify them again.
Bewertungsgrenzen Streuung
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Antriebsstrangpowertrain
- 33
- Antriebdrive
- 55
- Abtriebswelleoutput shaft
- 77
- Sensor HaupteinflussfaktorSensor main influencing factor
- 99
- Drehmomentsensortorque sensor
- 1111
- Temperatursensortemperature sensor
- 1313
- Drehzahlsensorspeed sensor
- 1515
- Schwingungssensorvibration sensor
- 1717
- Steuerungsteering
- 1919
- Anzeigeadvertisement
- 2121
- Grenzwert MesswertLimit reading
- 2323
- Referenzwertreference value
- 2525
- Betriebsbereichoperating range
- 3030
- Kennfeldmap
- 3131
- Segmentsegment
- 3333
- Rating Funktionrating function
- 3535
- Farb-Kodierungcolor coding
- 4545
- HaupteinflussfaktorenMain Influencing Factors
- 5555
- Messwertreading
- 6060
- Rating/ZustandswertRating/Condition Value
- 6565
- Referenzwertreference value
- 7575
- Alarmwertalarm value
- 112112
- Haupteinflussfaktoren ermittelnDetermine the main influencing factors
- 114114
- zugeordnetes Segment identifizierenidentify associated segment
- 118118
- Einlernzeit aktivLearning time active
- 120120
- Ermittlung Verweildauer/BeharrungszustandDetermination of residence time/steady state
- 130130
- Messwert ermittelnDetermine measured value
- 140140
- Referenzwertbildungreference value formation
- 145145
- Plausibilitätsprüfungplausibility check
- 150150
- Referenzwert für Segment abfragenQuery reference value for segment
- 152152
- Rating durchführencarry out a rating
- 154154
- Rating anzeigen oder speichernView or save rating
- 156156
- Referenzwertbildung nach EinlernzeitReference value creation after learning time
- 158158
- Zuordnung „Referenzwert nach Einlernzeit“ zum SegmentAllocation of "Reference value after teach-in time" to the segment
- 160160
- Warnungwarning
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 9091588 B2 [0002]US9091588B2 [0002]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020133684.5A DE102020133684A1 (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Condition monitoring for a drive train |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102020133684.5A DE102020133684A1 (en) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Condition monitoring for a drive train |
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---|---|
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2020
- 2020-12-16 DE DE102020133684.5A patent/DE102020133684A1/en active Pending
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