DE102020208394A1 - System und Verfahren zum Ermitteln eines Kabelverschleißzustands - Google Patents

System und Verfahren zum Ermitteln eines Kabelverschleißzustands Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) für die Industrieautomatisierung, umfassend ein Feldgerät (1) mit einer Funktionseinheit (2), insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, die ausgebildet ist, gemäß empfangener Nutzdaten (ND) eine Funktion bereitzustellen, sowie einer Kommunikationseinheit (3) zum Empfangen eines die Nutzdaten (ND) enthaltenden Nutzdatensignals (DS) über ein Kabel (4), wobei die Kommunikationseinheit (3) ausgebildet ist, auf Basis des Nutzdatensignals (DS) einen Parametersatz (PS) bereitzustellen und unter Verwendung des Parametersatzes (PS) eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals (DS) durchzuführen, um die Nutzdaten (ND) aus dem Nutzdatensignal (DS) zu gewinnen, wobei das System (10) ferner eine Diagnoseeinrichtung (5) umfasst, die ausgebildet ist, gemäß einer auf dem Parametersatz (PS) basierenden Indikatorgröße (IG) einen Kabelverschleißzustand des Kabels (4) zu ermitteln.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System für die Industrieautomatisierung, umfassend ein Feldgerät mit einer Funktionseinheit, insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, die ausgebildet ist, gemäß empfangenen Nutzdaten eine Funktion bereitzustellen, sowie einer Kommunikationseinheit zum Empfangen eines die Nutzdaten enthaltenden Nutzdatensignals über ein Kabel. Die Kommunikationseinheit ist ausgebildet, auf Basis des Nutzdatensignals einen Parametersatz bereitzustellen und unter Verwendung des Parametersatzes eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals durchzuführen, um die Nutzdaten aus dem Nutzdatensignal zu gewinnen.
  • Bei dem Kabel handelt es sich beispielsweise um ein Bus-Kabel. Das Kabel kann auch als Datenübertragungskabel bezeichnet werden. Das Kabel ist zweckmäßigerweise in einer Schleppkette angeordnet und/oder unterliegt einer mechanischen Belastung, wie Zug, Torsion oder Biegung, wodurch sich im Laufe der Zeit die Übertragungseigenschaften des Kabels verschlechtern. Beispielsweise umfasst das System eine Aktoreinrichtung, durch die das Kabel in eine Kabelbewegung versetzt wird. Ferner können Temperatur und/oder Luftfeuchte eine Belastung des Kabels darstellen und zu einer Verschlechterung der Übertragungseigenschaften führen. Insbesondere können sich mechanische Verformungen des Kabels auf die hochfrequenten Übertragungseigenschaften des Kabels auswirken. Das Kabel weist zweckmäßigerweise eine symmetrische Geometrie auf und ist beispielsweise als Sternvierer-Kabel oder Twisted-Pair-Kabel ausgeführt. Durch eine Verformung des Kabels wird die Geometrie des Kabels gestört und beispielsweise ein Übersprechen zwischen Aderpaaren des Kabels verstärkt. Ferner kann ein Dielektrikum des Kabels - also die Umhüllung einer Ader des Kabels - durch die Belastung des Kabels beschädigt werden, da sich beispielsweise im Dielektrikum Risse ausbilden, die eine Übertragung von elektromagnetischen Wellen stören.
  • Durch die Belastung des Kabels erfährt das Kabel einen Kabelverschleiß. Ab einem bestimmten Kabelverschleißzustand (beispielsweise nach einer bestimmten Nutzungsdauer) kann es zu Übertragungsfehlern bis zu einem Ausfall der durch das Kabel bereitgestellten Übertragungsstrecke kommen.
  • Konventionell wird das Kabel nach einem Wartungsplan regelmäßig ausgetauscht, insbesondere bevor es einen kritischen Kabelverschleißzustand - also einem Kabelverschleißzustand, bei der die Übertragung des Nutzdatensignals über das Kabel nicht mehr möglich ist - aufweist.
  • Es ist bekannt, das Kabel mit einer Opferader (einer zusätzlichen, schwächeren Ader) zu versehen. Wird eine Unterbrechung der Opferader erkannt, so kann auf einen Kabelverschleißzustand geschlossen werden, bei dem das Kabel auszutauschen ist.
  • Von dem Unternehmen U.I. Lapp GmbH ist eine „Lapp Predictive Maintenance Box“ angekündigt, die in Serie an eine Datenleitung gesteckt werden kann und überwacht, ob die Übertragungseigenschaften einer Leitung nachlassen.
  • Die US 7,864,694 B1 beschreibt ein System und Verfahren zur Überwachung der Qualität einer Datenverbindung in einer 100-Mb-Ethernet-Physical-Layer-Vorrichtung. Eine Verbindungs-Qualitäts-Überwachungseinheit erfasst Betriebswerte von Datenverbindungsparametern. Wenn ein Betriebswert eines Datenverbindungsparameters einen hohen oder niedrigen Schwellenwert übersteigt, gibt die Verbindungs-Qualitäts-Überwachungseinheit ein Beendigungs-Verbindungs-Signal aus, um zu bewirken, dass eine derzeitige Datenverbindung beendet wird und eine neue Datenverbindung aufgebaut wird.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein zuverlässiges System für die Industrieautomatisierung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch das System gemäß Anspruch 1. Das System umfasst eine Diagnoseeinrichtung, die ausgebildet ist, gemäß einer auf dem Parametersatze basierenden Indikatorgröße einen Kabelverschleißzustand des Kabels zu ermitteln.
  • Bei der Indikatorgröße handelt es sich um eine Abbildung des Parametersatzes. Beispielsweise beruht die Indikatorgröße auf einem einzelnen, mehreren oder sämtlichen Parametern des Parametersatzes. Bevorzugt basiert die Indikatorgröße auf einer Summe mehrere Parameter des Parametersatzes. Ferner ist es möglich, dass die Indikatorgröße einen einzelnen, mehrere oder sämtliche Parameter des Parametersatzes darstellt. Beispielsweise kann als Indikatorgröße auch der Parametersatz selbst verwendet werden.
  • Die Ermittlung des Kabelverschleißzustands beruht (über die Indikatorgröße) also zweckmäßigerweise auf demjenigen Parametersatz, der bereits zum Empfang der Nutzdaten verwendet wird. Der Parametersatz umfasst als Parameter beispielsweise einen oder mehrere Koeffizienten einer Entzerrereinheit, die für die Signalverarbeitung des Nutzdatensignals eingesetzt wird. Die Entzerrereinheit kann auch als Equalizer bezeichnet werden. Die Entzerrereinheit dient dazu, eine durch das Kabel bewirkte, insbesondere frequenzabhängige Dämpfung des Nutzdatensignals zu kompensieren. Beispielsweise werden durch das Kabel hohe Frequenzen stärker gedämpft als niedrige Frequenzen. Die Entzerrereinheit dient insbesondere dazu, die Dämpfung der hohen Frequenzen zu kompensieren. Der Parametersatz und/oder die Indikatorgröße steht zweckmäßigerweise in Zusammenhang mit einer Übertragungseigenschaft, insbesondere einer Dämpfung, des Kabels. Beispielsweise zeigt der Parametersatz und/oder die Indikatorgröße an, wie stark die durch das Kabel bewirkte Dämpfung des Nutzdatensignals ist. Insbesondere zeigt der Parametersatz und/oder die Indikatorgröße die Stärke einer Kompensation der Dämpfung des Nutzdatensignals an. Die Übertragungseigenschaft, insbesondere die Dämpfung, des Kabels hängt mit dem Kabelverschleißzustand zusammen. Folglich kann der Kabelverschleißzustand auf Basis der auf dem Parametersatz basierenden Indikatorgröße ermittelt werden.
  • Als Kabelverschleißzustand kann insbesondere ein nichtkritischer Kabelverschleißzustand ermittelt werden, bei dem die Übertragungseigenschaft des Kabels bereits verschlechtert ist, das Nutzdatensignal aber weiterhin übertragen werden kann. Zweckmäßigerweise ist das System ausgebildet, bereits bei Vorliegen des nicht-kritischen Kabelverschleißzustands darauf hinzuweisen, dass das Kabel auszutauschen ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Kabel weiter bis zu einem kritischen Kabelverschleißzustand verschleißt, bei dem das Nutzdatensignal nicht mehr übertragen werden kann und es folglich zu Ausfällen und/oder Fehlfunktionen im System kommen kann.
  • Folglich wird es durch die Ermittlung des Kabelverschleißzustands möglich, ein aufgrund von Verschleiß auszutauschendes Kabel frühzeitig zu identifizieren, bevor dieses Kabel zu Ausfällen und/oder Fehlfunktionen im System führt. Somit kann die Zuverlässigkeit des Systems verbessert werden.
  • Der Parametersatz und/oder die Indikatorgröße wird durch das Feldgerät selbst bereitgestellt. Es ist also (zusätzlich zum Feldgerät) zweckmäßigerweise keine weitere Einheit erforderlich, um den Parametersatz und/oder die Indikatorgröße bereitzustellen. Das Feldgerät ist vorhanden, um die insbesondere mit dem industriellen Herstellungsprozess im Zusammenhang stehende Funktion bereitzustellen. Das Feldgerät ist also bereits aus einem anderen Grund als der Ermittlung des Kabelverschleißzustands im System vorhanden. Bei dem Feldgerät handelt es sich beispielsweise um eine Steuereinheit für einen Antrieb, einen Motorcontroller, eine Steuereinheit zum Auslesen einer Sensorik, eine Sensoreinheit, eine Kamera und/oder eine Aktoreinheit.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ermitteln eines Kabelverschleißzustands eines Kabels, umfassend die Schritte: Empfangen, an einem Feldgerät, eines Nutzdatensignals, Bereitstellen eines Parametersatzes auf Basis des Nutzdatensignals, Durchführen einer Signalverarbeitung des Nutzdatensignals unter Verwendung des Parametersatzes, um Nutzdaten aus dem Nutzdatensignal zu gewinnen, mittels einer Funktionseinheit, insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, des Feldgeräts, Bereitstellen einer Funktion gemäß den Nutzdaten, und Ermitteln eines Kabelverschleißzustands des Kabels gemäß einer auf dem Parametersatz basierenden Indikatorgröße.
  • Bevorzugt wird das Verfahren mit dem beschriebenen System für die Industrieautomatisierung durchgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Verfahren in Entsprechung zu einer Weiterbildung des Systems ausgebildet.
  • Weitere exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt
    • 1 eine schematische Darstellung eines Systems für die Industrieautomatisierung,
    • 2 eine schematische Darstellung eines Feldgeräts und
    • 3 einen zeitlichen Verlauf einer Indikatorgröße.
  • Die 1 zeigt ein System 10, das insbesondere zum Einsatz in der Industrieautomatisierung dient. Das System 10 kann auch als industrielles System bezeichnet werden. Das System 10 wird z.B. bei einem industriellen Herstellungsprozess eingesetzt. Beispielsweise ist das System 10 eine industrielle Fertigungslinie.
  • Das System 10 umfasst wenigstens ein Feldgerät 1. Bevorzugt umfasst das System 10 eine Mehrzahl an Feldgeräten 1. Rein exemplarisch umfassen die Feldgeräte 1 ein erstes Feldgerät 1A, ein zweites Feldgerät 1B, ein drittes Feldgerät 1C und/oder ein viertes Feldgerät 1D.
  • Die nachfolgenden, auf das Feldgerät 1 bezogenen Erläuterungen gelten zweckmäßigerweise jeweils für mehrere, vorzugsweise sämtliche, der Feldgeräte 1A, 1B, 1C, 1D.
  • Das Feldgerät 1 umfasst eine Funktionseinheit 2. Die Funktionseinheit 2 umfasst beispielsweise eine Aktoreinheit, eine Sensoreinheit und/oder eine Steuereinheit. Die Funktionseinheit 2 ist ausgebildet ist, gemäß empfangener Nutzdaten ND eine Funktion bereitzustellen.
  • Bevorzugt ist die Funktionseinheit 2 als Aktoreinheit ausgeführt, beispielsweise als elektrischer oder pneumatischer Antrieb, und ist ausgebildet, gemäß den Nutzdaten ND als die Funktion einen Antrieb, insbesondere eine Bewegung, bereitzustellen. Die Nutzdaten sind beispielsweise Steuerdaten für die Aktoreinheit und geben insbesondere den bereitzustellenden Antrieb, insbesondere die Bewegung, vor. Beispielsweise ist die Aktoreinheit ein elektro-pneumatischer Wandler.
  • Ferner kann die Funktionseinheit 2 als Sensoreinheit ausgeführt sein und beispielsweise dazu dienen, als die Funktion eine insbesondere mit einem industriellen Herstellungsprozess im Zusammenhang stehende physikalische Größe zu erfassen. Zweckmäßigerweise ist die Sensoreinheit ausgebildet, die Erfassung der physikalischen Größe gemäß den empfangenen Nutzdaten durchzuführen.
  • Ferner kann die Funktionseinheit 2 als Steuereinheit ausgeführt sein, und ist insbesondere ausgebildet, als die Funktion eine Aktoreinrichtung 8 anzusteuern, um zu bewirken, dass die Aktoreinrichtung 8 eine Bewegung 9 durchführt. Die Steuereinheit ist insbesondere ausgebildet, die Ansteuerung auf Basis der Nutzdaten ND durchzuführen. Beispielsweise geben die Nutzdaten ND die durchzuführende Ansteuerung der Aktoreinrichtung 8 vor.
  • Das Feldgerät 1 umfasst ferner eine Kommunikationseinheit 3 zum Empfangen eines Nutzdatensignals DS, das die Nutzdaten ND enthält. Das Feldgerät 1 ist über die Kommunikationseinheit 3 zweckmäßigerweise an einen Bus, insbesondere einen Feldbus angebunden. Das Feldgerät 1 ist zweckmäßigerweise ein Feldbusteilnehmer. Die Kommunikationseinheit 3 empfängt das Nutzdatensignal DS über ein Kabel 4. Das Kabel 4 ist exemplarisch an dem Feldgerät 1 angeschlossen. Das Kabel 4 ist zweckmäßigerweise Teil eines Busses, insbesondere eines industriellen Busses, vorzugsweise eines Feldbusses. Das Kabel 4 kann auch als Bus-Kabel bezeichnet werden.
  • Die Kommunikationseinheit 3 ist ausgebildet, auf Basis des Nutzdatensignals DS einen Parametersatz PS bereitzustellen und unter Verwendung des Parametersatzes PS eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals DS durchzuführen, um die Nutzdaten ND aus dem Nutzdatensignal DS zu gewinnen.
  • Das System 10 umfasst ferner eine Diagnoseeinrichtung 5, die ausgebildet ist, gemäß einer auf dem Parametersatz PS basierenden Indikatorgröße IG einen Kabelverschleißzustand des Kabels 4 zu ermitteln.
  • Im Folgenden soll näher auf den in der 1 gezeigten, exemplarischen Aufbau des Systems 10 eingegangen werden.
  • Exemplarisch umfasst das System 10 eine übergeordnete Steuerung 6, die beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung, SPS, ausgeführt ist. Die übergeordnete Steuerung 6 ist mit den Feldgeräten 1 kommunikativ verbunden, und zwar insbesondere über einen Bus, der zweckmäßigerweise über ein oder mehrere Kabel 4 verläuft. Die übergeordnete Steuerung 6 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, ein Nutzdatensignal bereitzustellen, dass an ein oder mehrere Feldgeräte 1 gerichtete Nutzdaten enthält, und das Nutzdatensignal über das eine oder die mehreren Kabel 4 an das ein oder die mehreren Feldgeräte 1 zu übertragen.
  • Bevorzugt umfasst das System 10 mehrere Kabel 4. Exemplarisch umfassen die Kabel 4 ein erstes Kabel 4A, ein zweites Kabel 4B, ein drittes Kabel 4C und ein viertes Kabel 4D. Jedes Kabel 4 ist zweckmäßigerweise an einen Eingang eines jeweiligen Feldgeräts 1 angeschlossen. Das erste Kabel 4A ist an einen Eingang des ersten Feldgeräts 1A angeschlossen. Das zweite Kabel 4B ist an einen Eingang des zweiten Feldgeräts 4B angeschlossen. Das dritte Kabel 4C ist an einen Eingang des dritten Feldgeräts 4C angeschlossen. Das vierte Kabel 4D ist an einen Eingang des vierten Feldgeräts 4D angeschlossen. Rein exemplarisch verbindet das erste Kabel 4A das erste Feldgerät 1A mit dem dritten Feldgerät 1C, das zweite Kabel 4B verbindet das zweite Feldgerät 1B mit dem vierten Feldgerät 1D, das dritte Kabel 4C verbindet das dritte Feldgerät 1C mit dem zweiten Feldgerät 1B und das vierte Kabel 4D verbindet das vierte Feldgerät mit der übergeordneten Steuerung 6.
  • Rein exemplarisch sind die Feldgeräte 1 (und zweckmäßigerweise die übergeordnete Steuerung 6) über die Kabel 4 in Reihe zueinander - also insbesondere in einer Linien-Topologie - geschaltet. Alternativ können die Feldgeräte 1 (und zweckmäßigerweise die übergeordnete Steuerung 6) über die Kabel 4 in einer anderen Topologie geschaltet sein.
  • Das System 10 umfasst bevorzugt wenigstens eine Aktoreinrichtung 8, die ausgebildet ist, eine Bewegung 9 bereitzustellen. Rein exemplarisch umfasst das System mehrere Aktoreinrichtungen 8, die jeweils eine jeweilige Bewegung 9 bereitstellen. Exemplarisch wird durch jede Bewegung 9 ein jeweiliges Kabel 4 in eine jeweilige Kabelbewegung versetzt. Die Kabelbewegung kann zu einer Belastung und insbesondere zu einem Verschleiß des jeweiligen Kabels 4 führen. Rein exemplarisch ist eine erste Aktoreinrichtung 8A vorhanden, die eine Kabelbewegung des ersten Kabels 4A bewirkt. Ferner ist rein exemplarisch eine zweite Aktoreinrichtung 8B vorhanden, die eine Kabelbewegung des zweiten Kabels 4B und/oder des dritten Kabels 4C bewirkt. Exemplarisch ist das erste Feldgerät 1A an der ersten Aktoreinrichtung 8A gekoppelt, insbesondere an der ersten Aktoreinrichtung 8A befestigt, so dass die von der ersten Aktoreinrichtung 8A bereitgestellte Bewegung 9 zu einer Bewegung des ersten Feldgeräts 1A führt, wodurch die Kabelbewegung des ersten Kabels 4A bewirkt wird. Exemplarisch ist das zweite Feldgerät 1B an der zweiten Aktoreinrichtung 8B gekoppelt, insbesondere an der zweiten Aktoreinrichtung 8B befestigt, so dass die von der zweiten Aktoreinrichtung 8B bereitgestellte Bewegung 9 zu einer Bewegung des zweiten Feldgeräts 1A führt, wodurch die Kabelbewegung des zweiten Kabels 4B und/oder des dritten Kabels 4C bewirkt wird.
  • Bevorzugt umfasst die Diagnoseeinrichtung 5 wenigstens eine lokale Diagnoseeinheit 16, die Teil des Feldgeräts 1 ist. Zweckmäßigerweise ist die lokale Diagnoseeinheit 16 in dem Feldgerät 1 integriert. Insbesondere ist die lokale Diagnoseeinheit 16 in einem Gehäuse 21 des Feldgeräts 1 angeordnet. Exemplarisch umfasst die Diagnoseeinrichtung 5 mehrere lokale Diagnoseeinheiten 16, wobei jede lokale Diagnoseeinheit 16 Teil eines jeweiligen Feldgeräts 1 ist. Jede lokale Diagnoseeinheit 16 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, lokal in dem jeweiligen Feldgerät 1 den Kabelverschleißzustand gemäß der auf dem jeweiligen Parameterdatensatz basierenden jeweiligen Indikatorgröße IG zu ermitteln. Vorzugsweise ist jede lokale Diagnoseeinheit 16 ausgebildet, auf Basis des Parameterdatensatzes die Indikatorgröße IG bereitzustellen.
  • Exemplarisch umfasst die Diagnoseeinrichtung 5 eine zentrale Diagnoseeinheit 17, insbesondere alternativ oder zusätzlich zu den lokalen Diagnoseeinheiten 16. Exemplarisch ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 Teil der übergeordneten Steuerung 6. Zweckmäßigerweise ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 in der übergeordneten Steuerung 6 integriert. Insbesondere ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 in einem Gehäuse der übergeordneten Steuerung 6 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 ausgebildet, auf Basis einer Indikatorgröße IG eines der Feldgeräte 1 einen Kabelverschleißzustand zu ermitteln. Exemplarisch ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 ausgebildet, für eine Mehrzahl an Kabeln 4 jeweils einen jeweiligen Kabelverschleißzustand auf Basis einer jeweiligen Indikatorgröße IG zu ermitteln. Beispielsweise ist das System 10 ausgebildet, wenigstens einen, insbesondere mehrere Parametersätze und/oder Indikatorgrößen IG, von einem oder mehreren Feldgeräten 1 an die zentrale Diagnoseeinheit 17 zu übertragen, insbesondere über den Bus, vorzugsweise über die Kabel 4. Zweckmäßigerweise ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 ausgebildet, auf Basis jedes empfangenen Parametersatzes eine jeweilige Indikatorgröße IG bereitzustellen.
  • Exemplarisch umfasst die Diagnoseeinrichtung eine externe Diagnoseeinheit 18, insbesondere alternativ oder zusätzlich zu den lokalen Diagnoseeinheiten 16 und/oder der zentralen Diagnoseeinheit 17. Exemplarisch ist die externe Diagnoseeinheit 18 Teil einer externen Rechnereinheit 7. Die externe Rechnereinheit 7 ist beispielsweise ein Mobilgerät, insbesondere ein Smartphone oder ein Tablet. Ferner kann die externe Rechnereinheit 7 auch ein externer Server, beispielsweise ein Cloud-Server sein. Die externe Rechnereinheit 7 ist zweckmäßigerweise über ein Weitverkehrsnetz 19, insbesondere das Internet, mit der übergeordneten Steuerung 6 und/oder den Feldgeräten 1 verbunden. Zweckmäßigerweise ist die externe Diagnoseeinheit 18 ausgebildet, auf Basis der Indikatorgröße IG eines der Feldgeräte 1, einen Kabelverschleißzustand zu ermitteln. Exemplarisch ist die externe Diagnoseeinheit 18 ausgebildet, für eine Mehrzahl an Kabeln 4 jeweils einen jeweiligen Kabelverschleißzustand auf Basis einer jeweiligen Indikatorgröße IG zu ermitteln. Beispielsweise ist das System 10 ausgebildet, wenigstens einen, insbesondere mehrere Parametersätze und/oder Indikatorgrößen IG, von einem oder mehreren Feldgeräten 1 an die externe Diagnoseeinheit 18 zu übertragen, insbesondere über das Weitverkehrsnetz 19. Zweckmäßigerweise ist die externe Diagnoseeinheit 18 ausgebildet, auf Basis jedes empfangenen Parametersatzes eine jeweilige Indikatorgröße IG bereitzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 soll im Folgenden näher auf den Aufbau des Feldgeräts 1 und auf die im Feldgerät 1 durchgeführte Signalverarbeitung eingegangen werden.
  • Das Feldgerät 1 umfasst das Gehäuse 21, das insbesondere ein Außengehäuse des Feldgeräts 1 darstellt. Das Feldgerät 1 umfasst die Kommunikationseinheit 3, die Diagnoseeinrichtung 5 (exemplarisch als lokale Diagnoseeinheit 16 der Diagnoseeinrichtung 5) und die Funktionseinheit 2, die zweckmäßigerweise im Gehäuse 21 angeordnet sind.
  • Die Kommunikationseinheit 3 ist ausgebildet, auf Basis des empfangenen Nutzdatensignals DS den Parametersatz PS bereitzustellen. Der Parametersatz PS steht exemplarisch im Zusammenhang mit einer Übertragungseigenschaft des Kabels. Beispielsweise bildet der Parametersatz PS eine insbesondere frequenzabhängige Dämpfung des Kabels 4 ab. Der Parametersatz umfasst einen oder mehrere Parameter, wobei zweckmäßigerweise jeder Parameter die Dämpfung eines anderen Frequenzbands des Nutzdatensignals DS abbildet.
  • Exemplarisch umfasst die Kommunikationseinheit 3 eine Entzerrereinheit 12, die ausgebildet ist, als die Signalverarbeitung unter Verwendung des Parametersatzes PS eine Signalentzerrung des Nutzdatensignals DS durchzuführen. Der Parametersatz umfasst als Parameter vorzugsweise Koeffizienten, die die Entzerrereinheit 12 zur Entzerrung des Nutzdatensignals DS einsetzt. Die Entzerrereinheit 12 kann auch als Equalizer bezeichnet werden. Jeder Koeffizient ist zweckmäßigerweise einem jeweiligen Frequenzband zugeordnet und beschreibt die von der Entzerrereinheit 12 durchzuführende Verstärkung dieses Frequenzbands. Die Entzerrereinheit 12 ist beispielsweise als digitales Filter, insbesondere als FIR-Filter, ausgeführt.
  • Die Kommunikationseinheit 3 umfasst exemplarisch eine Parametersatzeinheit 15, die ausgebildet ist, den Parametersatz PS auf Basis des Nutzdatensignals DS bereitzustellen. Die Parametersatzeinheit 15 ist insbesondere ausgebildet, den Parametersatz gemäß einer Dämpfung des Nutzdatensignals DS bereitzustellen, derart, dass eine auf Basis des Parametersatzes durchgeführte Signalverarbeitung, insbesondere Signalentzerrung, die Dämpfung des Nutzdatensignals DS kompensiert. Die Parametersatzeinheit 15 ist zweckmäßigerweise als digitales Filter, insbesondere als FIR-Filter, ausgeführt.
  • Exemplarisch empfängt die Kommunikationseinheit 3 das Nutzdatensignal DS über das Kabel 4 als analoges Nutzdatensignal ADS. Die Kommunikationseinheit 3 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 11, der das analoge Nutzdatensignal ADS in ein digitales Nutzdatensignal DDS wandelt. Das digitale Nutzdatensignal DDS umfasst zweckmäßigerweise eine Abfolge von Signalwerten, die den zeitlichen Verlauf des analogen Nutzdatensignals ADS - und somit insbesondere die Signalform des analogen Nutzdatensignals ADS - abbilden. Die einzelnen Signalwerte des digitalen Nutzdatensignals DDS haben zweckmäßigerweise eine Auflösung von mehr als einem Bit.
  • Die Kommunikationseinheit 3 führt das digitale Nutzdatensignal DDS der Entzerrereinheit 12 zu, die auf Basis des digitalen Nutzdatensignals DDS und unter Verwendung des Parametersatzes PS ein entzerrtes Nutzdatensignal EDS bereitstellt.
  • Die Kommunikationseinheit 3 führt das digitale Nutzdatensignal DDS und/oder das entzerrte Nutzdatensignal EDS der Parametersatzeinheit 15 zu, die auf Basis des digitalen Nutzdatensignals DDS und/oder des entzerrten Nutzdatensignals EDS den Parametersatz PS bereitstellt, insbesondere berechnet oder auswählt.
  • Die Kommunikationseinheit 3 umfasst exemplarisch ferner eine Extrahierungseinheit 14, die die Nutzdaten aus dem entzerrten Nutzdatensignal EDS extrahiert und die Nutzdaten der Funktionseinheit 2 bereitstellt.
  • Im Folgenden soll näher auf die Ermittlung des Kabelverschleißzustands eingegangen werden.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Auswahl und/oder eine Gewichtung der Parameter des Parametersatzes durchzuführen und die Indikatorgröße IG auf Basis der ausgewählten und/oder gewichteten Parameter bereitzustellen, insbesondere zu berechnen. Beispielsweise legt das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, bei der Inbetriebnahme die Auswahl und/oder Gewichtung der für die Indikatorgröße IG zu verwendenden Parameter fest. Insbesondere werden für die Bereitstellung der Indikatorgröße IG diejenigen Parameter, die eine stärkere Korrelation zum Kabelverschleiß als andere Parameter aufweisen, ausgewählt und/oder stärker als die anderen Parameter gewichtet. Bei der Indikatorgröße IG kann es sich insbesondere um eine skalare oder um eine vektorielle Größe handeln. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgröße IG kontinuierlich auf Basis des sich über die Zeit verändernden Parametersatzes bereitzustellen, insbesondere zu berechnen. Die Indikatorgröße IG liegt insbesondere als Indikatorgröße-Signal vor, das sich über die Zeit verändert.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgröße IG als Funktion des Parametersatzes zu berechnen. Beispielsweise beruht die Indikatorgröße IG auf einem einzelnen, mehreren oder sämtlichen Parametern des Parametersatzes. Bevorzugt basiert die Indikatorgröße IG auf einer Summe mehrere oder sämtlicher Parameter des Parametersatzes. Insbesondere basiert die Indikatorgröße IG auf der Summe der ausgewählten Parameter des Parametersatzes.
  • Ferner ist es möglich, dass die Indikatorgröße IG einen einzelnen, mehrere oder sämtliche Parameter des Parametersatzes darstellt. Beispielsweise kann als Indikatorgröße IG auch der Parametersatz selbst verwendet werden.
  • Bevorzugt verfügt die Diagnoseeinrichtung 5 über einen Referenzwert und ist ausgebildet, die Indikatorgröße IG mit dem Referenzwert zu vergleichen, um den Kabelverschleißzustand zu ermitteln. Beispielsweise ist das System 10 ausgebildet, den Referenzwert bei der Inbetriebnahme des Systems 10 aufzunehmen, also insbesondere dann, wenn das Kabel 4 neu ist und keinen Verschleiß aufweist.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Änderung der Indikatorgröße IG zu berechnen und den Kabelverschleißzustand auf Basis der Änderung zu ermitteln. Beispielsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die erste zeitliche Ableitung und/oder die zweite zeitliche Ableitung der Indikatorgröße IG zu berechnen und den Kabelverschleißzustand auf Basis der ersten zeitlichen Ableitung und/oder der zweiten zeitlichen Ableitung zu ermitteln.
  • Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, den Kabelverschleißzustand im laufenden Betrieb, also insbesondere während eines mit dem System 10 durchgeführten, laufenden industriellen Herstellungsprozesses zu ermitteln. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgröße IG auf Basis eines im laufenden Betrieb bereitgestellten Parametersatzes bereitzustellen und den Kabelverschleißzustand auf Basis der Indikatorgröße IG zu ermitteln.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis des ermittelten Kabelverschleißzustands eine Kabelverschleiß-Information bereitzustellen, insbesondere zu speichern, zu übertragen und/oder an einen Benutzer auszugeben, beispielsweise auf einer Anzeige anzuzeigen. Die Kabelverschleiß-Information zeigt beispielsweise an, dass das Kabel 4, dessen Kabelverschleißzustand ermittelt wurde, auszuwechseln ist. Die Kabelverschleiß-Information wird beispielsweise von einem Feldgerät 1 angezeigt, insbesondere auf eine von einem Anwender wahrnehmbare Art und Weise, beispielsweise visuell und/oder akustisch. Beispielsweise umfasst das Feldgerät 1 eine Anzeige, insbesondere ein Display und/oder eine LED, mit der das Feldgerät 1 die Kabelverschleiß-Information anzeigt.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Kabelverschleiß-Information, die anzeigt, dass ein Kabel 4 ausgetauscht werden muss, zu einem Zeitpunkt bereitzustellen, zu dem das Kabel 4 das Nutzdatensignal DS noch gut genug übertragen kann, dass die Kommunikationseinheit 3 die mit dem Nutzdatensignal DS zu übertragenden Nutzdaten ND vollständig aus dem Nutzdatensignal DS extrahieren kann, so dass also insbesondere keine Nutzdaten ND verloren gehen.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis des ermittelten Kabelverschleißzustands eine Restlebensdauer-Prognose bereitzustellen, insbesondere zu berechnen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Restlebensdauer-Prognose als Prognoseinformation zu speichern, zu übertragen und/oder auszugeben, insbesondere einem Anwender anzuzeigen.
  • Exemplarisch ist die insbesondere als Mobilgerät ausgeführte externe Rechnereinheit 7 ausgebildet, den ermittelten Kabelverschleißzustand eines oder mehrerer Kabel 4 anzuzeigen, insbesondere auf einem Display der externen Rechnereinheit 7.
  • Exemplarisch ist die Aktoreinrichtung 8 ausgebildet, eine Bewegung 9 durchzuführen, durch die das Kabel 4 in eine Kabelbewegung versetzt wird. Exemplarisch ist die Aktoreinrichtung 8 zusätzlich zum Feldgerät 1 vorhanden und versetzt das Feldgerät 1 in Bewegung, wodurch das Kabel 4 in die Kabelbewegung versetzt wird. Alternativ dazu kann die Aktoreinrichtung Teil des Feldgeräts sein; beispielsweise kann die Aktoreinrichtung die Funktionseinheit des Feldgeräts sein, und die Aktoreinrichtung versetzt das Kabel 4 in die Kabelbewegung.
  • Das Kabel 4 kann zweckmäßigerweise in einer Kabelführung, beispielsweise einer Schleppkette und/oder Energieführungskette geführt sein.
  • Die Aktoreinrichtung 8 ist insbesondere ausgebildet, die Bewegung 9 als sich periodisch wiederholende Bewegung bereitzustellen, so dass das Kabel 4 in eine sich periodisch wiederholende Kabelbewegung versetzt wird.
  • Die Kabelbewegung führt zweckmäßigerweise zu einem Verschleiß des Kabels. Insbesondere führt die Kabelbewegung zu einem mechanischen Stress, der zu einer Alterung führt. Durch die Kabelbewegung kommt es insbesondere zu einer Veränderung der Geometrie und/oder des Dielektrikums des Kabels 4.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Bewegungsinformation über die Kabelbewegung zu erfassen und die Bewegungsinformation bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands zu berücksichtigen. Die Bewegungsinformation zeigt beispielsweise an, wann eine Kabelbewegung erfolgt. Zweckmäßigerweise unterliegt der Parametersatz PS - und damit auch die Indikatorgröße IG - insbesondere aufgrund der Kabelbewegung einer zeitlichen Änderung.
  • Die 3 zeigt einen exemplarischen zeitlichen Verlauf der Indikatorgröße IG. Der zeitliche Verlauf der Indikatorgröße IG soll auch als Indikatorgröße-Signal bezeichnet werden. Das Indikatorgröße-Signal weist eine Mehrzahl von Signalcharakteristiken SC auf, bei denen es sich exemplarisch um lokale Maxima handelt. Alternativ kann es sich bei den Signalcharakteristiken um Minima oder um andere charakteristische Merkmale des Indikatorgröße-Signal handeln. Exemplarisch unterliegt das Kabel 4, das dem gezeigten Indikatorgröße-Signal zugeordnet ist, einer periodischen Bewegung mit der Periodendauer PD.
  • Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, für die Ermittlung des Kabelverschleißzustands aus dem Indikatorgröße-Signal diejenigen Indikatorgröße-Signalwerte auszuwählen und/oder stärker als andere Indikatorgröße-Signalwerte zu gewichten, bei denen eine bestimmte Kabelbewegung und/oder eine durch die Kabelbewegung bewirkte bestimmte Verformung des Kabels 4 vorliegt. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, anhand der Bewegungsinformation für jeden Indikatorgröße-Signalwert zu erkennen, ob die bestimmte Kabelbewegung und/oder die bestimmte Kabel-Verformung bei diesem Indikatorgröße-Signalwert vorliegt, und auf Basis dieser Erkennung den Indikatorgröße-Signalwert auszuwählen, zu verwerfen und/oder zu gewichten. Die Diagnoseeinrichtung ist insbesondere ausgebildet, den Kabelverschleißzustand auf Basis der ausgewählten und/oder gewichteten Indikatorgröße-Signalwerte zu ermitteln.
  • Exemplarisch umfasst die Bewegungsinformation beispielsweise die Periode PD der Kabelbewegung. Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, diejenigen Signalcharakteristiken, die mit der Bewegungsinformation, insbesondere der Periode PD korrelieren, als Indikatorgröße-Signalwerte bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands zu berücksichtigen. Exemplarisch weisen mehrere Signalcharakteristiken - hier z.B. die Signalcharakteristiken SC1, SC2, SC4, SC5 - die Periode PD als zeitlichen Abstand zueinander auf. Die Diagnoseeinrichtung 5 stellt fest, dass diese Signalcharakteristiken SC1, SC2, SC4, SC5 der Bewegungsinformation entsprechen und verwendet die diesen Signalcharakteristiken zugehörigen Indikatorgröße-Signalwerte bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands. Ferner ist die Diagnoseeinrichtung 5 zweckmäßigerweise ausgebildet, festzustellen, dass die Signalcharakteristik SC4 nicht der Bewegungsinformation entspricht, und die der Signalcharakteristik SC4 zugehörigen Indikatorgröße-Signalwerte bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands nicht zu berücksichtigen oder schwächer als andere Indikatorgröße-Signalwerte zu gewichten.
  • Exemplarisch kann die Diagnoseeinrichtung 5 die Bewegungsinformation auf Basis der Nutzdaten ND bereitstellen, beispielsweise dann, wenn die Nutzdaten ND Steuerdaten für die Aktoreinrichtung 8 umfassen. Ferner kann die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet sein, die Bewegungsinformation auf Basis des Parametersatzes und/oder der Indikatorgröße, insbesondere auf Basis einer zeitlichen Änderung des Parametersatzes und/oder der Indikatorgröße zu erfassen. Beispielsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine periodische Änderung des Parametersatzes und/oder der Indikatorgröße zu erfassen und auf Basis dieser periodischen Änderung die Bewegungsinformation bereitzustellen. Die Bewegungsinformation betrifft zweckmäßigerweise eine Periodizität, insbesondere eine Periode, der Kabelbewegung.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, als die Bewegungsinformation eine Anzahl von Kabelbewegungen zu zählen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet auf Basis der Bewegungsinformation eine Anzahl von Schaltspielen insbesondere der Aktoreinrichtung 8 zu berechnen.
  • Bevorzugt umfasst das System 10 eine Mehrzahl an Feldgeräten 1. Jedes Feldgerät 1 verfügt über eine jeweilige Kommunikationseinheit 3, die ausgebildet ist, über ein jeweiliges Kabel 4 ein jeweiliges Nutzdatensignal DS zu empfangen, gemäß dem jeweiligen Nutzdatensignal DS einen jeweiligen Parametersatz PS bereitzustellen und unter Verwendung des jeweiligen Parametersatzes PS eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals DS durchzuführen, um in dem jeweiligen Nutzdatensignal DS enthaltene jeweilige Nutzdaten ND zu gewinnen. Das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ist ausgebildet, für jedes Kabel 4 einen jeweiligen Kabelverschleißzustand gemäß einer jeweiligen Indikatorgröße, die auf dem jeweiligen Parametersatz basiert, zu ermitteln.
  • Beispielsweise ermittelt die Diagnoseeinrichtung 5 einen ersten Kabelverschleißzustand für das erste Kabel 4A gemäß einer ersten Indikatorgröße, die auf einem ersten Parametersatz basiert, den das erste Feldgerät 1A zur Signalverarbeitung eines über das erste Kabel 4A empfangenen ersten Nutzdatensignals verwendet. Ferner ermittelt die Diagnoseeinrichtung 5 einen zweiten Kabelverschleißzustand für das zweite Kabel 4B gemäß einer zweiten Indikatorgröße, die auf einem zweiten Parametersatz basiert, den das zweite Feldgerät 1B zur Signalverarbeitung eines über das zweite Kabel 4B empfangenen zweiten Nutzdatensignals verwendet. Ferner ermittelt die Diagnoseeinrichtung 5 einen dritten Kabelverschleißzustand für das dritte Kabel 4C gemäß einer dritten Indikatorgröße, die auf einem dritten Parametersatz basiert, den das dritte Feldgerät 1C zur Signalverarbeitung eines über das dritte Kabel 4C empfangenen dritten Nutzdatensignals verwendet. Ferner ermittelt die Diagnoseeinrichtung 5 einen vierten Kabelverschleißzustand für das vierte Kabel 4D gemäß einer vierten Indikatorgröße, die auf einem vierten Parametersatz basiert, den das vierte Feldgerät 1D zur Signalverarbeitung eines über das vierte Kabel 4D empfangenen vierten Nutzdatensignals verwendet.
  • Bevorzugt ist das System 10 ausgebildet, den Kabelverschleißzustand des ersten Kabels 4A, das an dem ersten Feldgerät 1A angeschlossen ist, auf Basis der dem ersten Feldgerät 1A zugehörigen ersten Indikatorgröße (die auf dem ersten Parametersatz basiert) und auf Basis der dem zweiten Feldgerät 1B zugehörigen zweiten Indikatorgröße (die auf dem zweiten Parametersatz basiert) zu ermitteln. Beispielsweise ist das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ausgebildet, bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands eines Kabels 4 die den anderen Kabeln 4 zugeordneten Indikatorgrößen und/oder Parametersätze zu berücksichtigen, insbesondere als Referenzgrößen. Beispielsweise ist das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ausgebildet, zu erkennen, dass sich die Indikatorgröße eines ersten Feldgeräts 1A im Vergleich zu den Indikatorgrößen anderer Feldgeräte stärker verändert, und auf Basis dieser Erkennung den Kabelverschleißzustand des an dem ersten Feldgerät 1A angeschlossenen ersten Kabels 4A zu ermitteln. Das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ist ausgebildet, den Kabelverschleißzustand gemäß einer Veränderung über der Zeit der ersten Indikatorgröße relativ zu einer Veränderung über der Zeit der zweiten Indikatorgröße zu ermitteln.
  • Bevorzugt verfügt das System 10 für jedes Kabel 4 über eine Eigenschaftsinformation, die eine Typeninformation des jeweiligen Kabels und/oder eine Belastungsinformation des jeweiligen Kabels umfasst. Das System 10 ist ausgebildet, den Kabelverschleißzustand unter Berücksichtigung der Eigenschaftsinformation zu ermitteln. Exemplarisch ist das System ausgebildet, die Kabel 4 auf Basis der jeweiligen Eigenschaftsinformation in verschiedene Kabel-Gruppen zu gruppieren und den jeweiligen Kabelverschleißzustand jedes Kabels 4 unter Berücksichtigung der jeweiligen Kabel-Gruppe zu ermitteln. Beispielsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, einen Referenzwert gemäß einer jeweiligen Kabel-Gruppe anzupassen und den Kabelverschleißzustand auf Basis eines Vergleichs der Indikatorgröße mit dem angepassten Referenzwert zu ermitteln.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgrößen verschiedener Feldgerät 1 zusammenzuführen, beispielsweise in der externen Diagnoseeinheit 18, und vorzugsweise einer Big-Data-Analyse zu unterziehen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine KI-Komponente, beispielsweise ein künstliches neuronales Netzwerk, auf Basis der Indikatorgrößen, insbesondere auf Basis der Big-Data-Analyse, zu trainieren und bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands einzusetzen.
  • Das System 10 kann insbesondere gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren zum Ermitteln eines Kabelverschleißzustands eines Kabels 4 betrieben werden. Das Verfahren umfasst die Schritte: Empfangen, an einem Feldgerät 1, eines Nutzdatensignals DS, Bereitstellen eines Parametersatzes PS auf Basis des Nutzdatensignals DS, Durchführen einer Signalverarbeitung des Nutzdatensignals DS unter Verwendung des Parametersatzes PS, um Nutzdaten ND aus dem Nutzdatensignal zu gewinnen, mittels einer Funktionseinheit 2, insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, des Feldgeräts 1, Bereitstellen einer Funktion gemäß den Nutzdaten, und Ermitteln eines Kabelverschleißzustands des Kabels 4 gemäß einer auf dem Parametersatz PS basierenden Indikatorgröße.
  • Nachstehend sollen weitere exemplarische Details erläutert werden.
  • Der Parametersatz kann beispielsweise Parameter einer automatisch eingestellten Vorverstärkung, Betriebsparameter von Signalentzerrern (Equalizer), das Maß des Übersprechens eines Ausgangsports auf einen Eingangsport der Kommunikationseinheit 3, statistische Signalparameter, Fehlerindikatoren des Busprotokolls wie z.B. CRC Fehler, und/oder Fehlerindikatoren der Symbolkodierung umfassen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Koeffizienten aus der Entzerrereinheit 12 und/oder weitere Systemparameter der über das Kabel 4 verlaufenden Übertragungsstrecke im laufenden Betrieb kontinuierlich auszuwerten und den zeitlichen Verlauf zu analysieren, um den Kabelverschleißzustand zu ermitteln.
  • Bei den Parametern des Parametersatzes handelt es sich vorzugsweise um sich stetig ändernde Größen. Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, den Parametersatz und/oder die Indikatorgröße einer Mittelwertbildung und/oder Filterung (z.B. mittels eines Medianfilter) zu unterziehen, insbesondere um kurzzeitige Störungen oder Messfehler zu reduzieren oder entfernen. Die Diagnoseeinrichtung 5 setzt insbesondere einen zeitbasierten Filter ein, der eine zählbare Größe in eine stetig änderbare Größe wandelt. Optional ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, bei der Berechnung der Indikatorgröße die Parameter des Parametersatzes gemäß ihrem Zusammenhang mit der Übertragungseigenschaft, beispielsweise der Übertragungsqualität, des Kabels 4 zu gewichten und/oder zeitlich zu filtern. Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, abhängig davon, in welcher Protokollschicht ein Fehler auftrifft, die Gewichtung des Fehlers bei der Bestimmung der Indikatorgröße festzulegen, insbesondere derart, dass ein Fehler einer höheren Protokollschicht schwächer gewichtet wird als ein Fehler in einer niedrigeren Protokollschicht. Z.B. kann ein CRC Fehler auf eine externe elektromagnetische Störung hinweisen und dementsprechend schwächer gewichtet werden.
  • Das Kabel 4 ist insbesondere in einer Schleppkette angeordnet, die exemplarisch einem zyklischen Bewegungsablauf unterliegt, so dass das Kabel 4 eine zyklische mechanische Belastung erfährt. Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, zwischen Störungsereignissen eines Parameters des Parametersatzes die Periodendauer zu messen und wenn die Periodendauer konstant ist, darauf zu schließen, dass die Störungsereignisse durch die mechanische Belastung verursacht wird (und nicht z.B. durch eine externe elektromagnetische Störung) und den Parameter in die Indikatorgröße IG einfließen zu lassen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf diese Weise bei einer zeitlichen Filterung wiederkehrende Störungsmuster zu erkennen.
  • Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, zur Ermittlung des Kabelverschleißzustands einen relativen Vergleich von Indikatorgrößen durchzuführen, die verschiedenen Feldgeräten 1 und/oder Kabeln 4 zugeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, zur Ermittlung des Kabelverschleißzustands einen Vergleich mit einem (insbesondere absoluten) Referenzwert durchzuführen.
  • Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, ein verteiltes, systemweites Bewertungsverfahren der Parametersätze und/oder Indikatorgrößen durchzuführen. Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Ermittlung der jeweiligen Kabelverschleißzustände lokal, d.h. in jedem Feldgerät 1 relativ zu einem Referenzwert, z.B. dem Neuzustand und/oder einem vorab aus entsprechenden Stichproben ermittelten Referenzwert zu ermitteln.
  • Bevorzugt umfasst das System 10 eine Anzahl N von Kabeln 4 (exemplarisch vier Kabel 4). Von diesen N Kabeln 4 sind exemplarisch eine Anzahl M Kabel (exemplarisch drei Kabel: das erste Kabel 4A, das zweite Kabel 4B und das dritte Kabel 4C) einer besonderen Belastung - exemplarisch der Bewegung 9 - ausgesetzt. Es kann davon ausgegangen werden, dass mit der Zunahme der Betriebsdauer die M Kabel gegenüber der N-M unbelasteten Kabeln (exemplarisch das Kabel 4D) schneller altern; sich also die Änderungsgeschwindigkeit der Indikatorgrößen der M Kabel von der Änderungsgeschwindigkeit der N-M unbelasteten Kabel unterscheidet.
  • Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, im Neuzustand insbesondere entsprechend der Kabellänge einen Erwartungskorridor für die Indikatorgröße zu bestimmen und den Kabelverschleißzustand auf Basis des Erwartungskorridors zu ermitteln. Der Erwartungskorridor ist ein Beispiel des Referenzwerts.
  • Insbesondere ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen darauf, dass die Indikatorgröße des Kabels 4 außerhalb des Erwartungskorridors liegt, als den Kabelverschleißzustand eine Beschädigung zu bestimmen und/oder auf eine falsche Montage zu schließen und zweckmäßigerweise eine diesbezügliche Information bereitzustellen, insbesondere auszugeben.
  • Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis der Indikatorgröße eine nicht-korrekt angezogene Steckerverschraubungen zu erkennen und eine entsprechende Information bereitzustellen.
  • Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Ermittlung des Kabelverschleißzustands eines einzelnen, unabhängigen Kabels 4 auf Basis eines Vergleichs mit einem Referenzwert und/oder eines Vergleichs der Indikatorgröße im Neuzustand bei der Erstinbetriebnahme durchzuführen.
  • Insbesondere ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Koeffizienten aus der Entzerrereinheit 12 und optional weitere im Zusammenhang mit dem Kabel 4 stehende Systemparameter im laufenden Betrieb kontinuierlich auszuwerten und den zeitlichen Verlauf zu analysieren.
  • Optional ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, jedem Kabel 4 ein Belastungsprofil (z.B. in Bezug auf eine Biegung, Torsion, Temperatur und/oder Luftfeuchte) zuzuweisen, um gemäß dem Belastungsprofil einen/den Erwartungskorridor anzupassen. Die Diagnoseeinrichtung 5 vergleicht den angepassten Erwartungskorridor mit der Indikatorgröße, um den Kabelverschleißzustand zu ermitteln. Das Belastungsprofil ist ein Beispiel einer Belastungsinformation.
  • Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, ausgehend von einem Anfangszustand des Systems 10 die Indikatorgrößen und/oder Parametersätze der Kabel 4 (die zu verschiedenen Feldgeräten 1 führen) untereinander zu vergleichen - gesamt oder segmentiert in Gruppen.
  • Die einer gleichen Gruppe zugeordneten Kabel 4 befinden sich am selben Ort (einer Maschine oder mehrere baugleiche Maschinen welche parallel betrieben werden) und/oder erfahren ähnliche Betriebsbedingungen (gleicher Raum/Standort). Es kann davon ausgegangen werden, dass die einer gleichen Gruppe zugeordneten Kabel 4 untereinander jeweils einem ähnlichen Verschleiß unterliegen. Zweckmäßigerweise ist das System 10 ausgebildet, Kabel 4, die einer besonders hohen Belastung ausgesetzt sind, einer oder mehrerer Gruppen zuzuordnen.
  • Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis von mehreren Indikatorgrößen, die verschiedenen Kabeln 4 zugeordnet sind, insbesondere verschiedenen Kabeln 4 der gleichen Gruppe, eine der Indikatorgrößen als Ausreiser zu erkennen und auf Basis dieser Erkennung einen Kabelverschleißzustand für das zugehörige Kabel zu ermitteln. Exemplarisch befindet sich die als Ausreiser erkannte Indikatorgröße noch im Erwartungskorridor von (insbesondere absoluten) Referenzwerten.
  • Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, das der als Ausreiser erkannten Indikatorgröße zugehörige Kabel 4 mit einem engeren Erwartungskorridor zu beobachten und/oder für dieses Kabel 4 eine Kabelverschleiß-Information bereitzustellen, die einen Austausch des Kabels 4 fordert.
  • Die Überwachung der Kabel 4 kann lokal und/oder zentral erfolgen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine (insbesondere von den Indikatorgrößen anderer Kabel unabhängige) Ermittlung eines Kabelverschleißzustands eines Kabels 4 lokal durchzuführen. Ferner ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Ermittlung des Kabelverschleißzustands auf Basis von Indikatorgrößen und/oder Parametersätzen von verschiedenen Feldgeräten zentral durchzuführen. Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Bereitstellung und/oder Verarbeitung, beispielsweise eine Filterung, der jeweiligen Indikatorgröße und/oder des jeweiligen Parametersatzes lokal im jeweiligen Feldgerät 1 durchzuführen und die Indikatorgrößen und/oder Parametersätze der Feldgeräte 1 an die zentrale Diagnoseeinheit 17 und/oder die externe Diagnoseeinheit 18 zu übertragen, insbesondere zyklisch und/oder bei einer Änderung.
  • Bevorzugt sind die Systemkomponenten des Systems 10, die einen Einfluss auf die Übertragungsqualität über das Kabel 4 haben, versioniert. Diese Systemkomponenten umfassen beispielsweise die Kabel 4 und die Feldgeräte 1 insbesondere deren Kommunikationseinheiten 3. Die Diagnosevorrichtung ist zweckmäßigerweise ausgebildet, für verschiedene Versionen und Kombinationen der Systemkomponenten verschiedene Referenzwerte bereitzustellen. Insbesondere ist die Diagnosevorrichtung 5 ausgebildet, neue, erweiterte oder korrigierte Referenzwerte in die Feldgeräte 1 und/oder die zentrale Diagnoseeinheit 17 und/oder die externe Diagnoseeinheit 18 zu übertragen.
  • Zweckmäßigerweise ist die Diagnosevorrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgrößen der Feldgeräte 1 aufzuzeichnen und auf Basis der aufgezeichneten Indikatorgrößen einen Erwartungskorridor für die Ermittlung des Kabelverschleißzustands zu erzeugen und zweckmäßigerweise den Erwartungskorridor für die Ermittlung eines Kabelverschleißzustands eines neu hinzugekommenen Kabels 4 zu verwenden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7864694 B1 [0007]

Claims (12)

  1. System (10) für die Industrieautomatisierung, umfassend ein Feldgerät (1) mit einer Funktionseinheit (2), insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, die ausgebildet ist, gemäß empfangener Nutzdaten (ND) eine Funktion bereitzustellen, sowie einer Kommunikationseinheit (3) zum Empfangen eines die Nutzdaten (ND) enthaltenden Nutzdatensignals (DS) über ein Kabel (4), wobei die Kommunikationseinheit (3) ausgebildet ist, auf Basis des Nutzdatensignals (DS) einen Parametersatz (PS) bereitzustellen und unter Verwendung des Parametersatzes (PS) eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals (DS) durchzuführen, um die Nutzdaten (ND) aus dem Nutzdatensignal (DS) zu gewinnen, wobei das System (10) ferner eine Diagnoseeinrichtung (5) umfasst, die ausgebildet ist, gemäß einer auf dem Parametersatz (PS) basierenden Indikatorgröße (IG) einen Kabelverschleißzustand des Kabels (4) zu ermitteln.
  2. System (10) nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationseinheit (3) eine Entzerrereinheit (12) umfasst, die ausgebildet ist, als die Signalverarbeitung unter Verwendung des Parametersatzes (PS) eine Signalentzerrung des Nutzdatensignals (DS) durchzuführen.
  3. System (10) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Aktoreinrichtung (8) sowie das Kabel (4), wobei die Aktoreinrichtung (8) ausgebildet ist, eine Bewegung (9) durchzuführen, durch die das Kabel (4) in eine Kabelbewegung versetzt wird.
  4. System (10) nach Anspruch 3, wobei die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, eine Bewegungsinformation über die Kabelbewegung zu erfassen und die Bewegungsinformation bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands zu berücksichtigen.
  5. System (10) nach Anspruch 4, wobei die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, die Bewegungsinformation auf Basis der Indikatorgröße (IG) zu erfassen.
  6. System (10) nach Anspruch 4, wobei die Bewegungsinformation eine Periodizität der Kabelbewegung und/oder eine Anzahl von Kabelbewegungen betrifft.
  7. System (10) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei das System (10) eine Mehrzahl an Feldgeräten (1) umfasst und jedes Feldgerät (1) über eine jeweilige Kommunikationseinheit (3) verfügt, die ausgebildet ist, über ein jeweiliges Kabel (4) ein jeweiliges Nutzdatensignal (DS) zu empfangen, gemäß dem jeweiligen Nutzdatensignal (DS) einen jeweiligen Parametersatz (PS) bereitzustellen und unter Verwendung des jeweiligen Parametersatzes (PS) eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals (DS) durchzuführen, um in dem jeweiligen Nutzdatensignal (DS) enthaltene jeweilige Nutzdaten (ND) zu gewinnen, und wobei das System (10) ausgebildet ist, für jedes Kabel (4) einen jeweiligen Kabelverschleißzustand gemäß einer jeweiligen, auf dem jeweiligen Parametersatzes (PS) basierenden Indikatorgröße zu ermitteln.
  8. System (10) nach Anspruch 7, wobei das System (10) ausgebildet ist, den Kabelverschleißzustand eines ersten Kabels (4A), das an einem ersten Feldgerät (1A) angeschlossen ist, auf Basis einer dem ersten Feldgerät (1A) zugehörigen ersten Indikatorgröße und auf Basis einer einem zweiten Feldgerät (1B) zugehörigen zweiten Indikatorgröße zu ermitteln.
  9. System (10) nach Anspruch 8, wobei das System (10) ausgebildet ist, den Kabelverschleißzustand des ersten Kabels (4A) gemäß einer Veränderung über der Zeit der ersten Indikatorgröße relativ zu einer Veränderung über der Zeit der zweiten Indikatorgröße zu ermitteln.
  10. System (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das System (10) für jedes Kabel (4) über eine Eigenschaftsinformation verfügt, die eine Typeninformation des jeweiligen Kabels und/oder eine Belastungsinformation des jeweiligen Kabels umfasst, und wobei das System (10) ausgebildet ist, den Kabelverschleißzustand unter Berücksichtigung der Eigenschaftsinformation zu ermitteln.
  11. System (10) nach Anspruch 10, wobei das System ausgebildet ist, die Kabel (4) auf Basis der jeweiligen Eigenschaftsinformation in verschiedene Kabel-Gruppen zu gruppieren und den jeweiligen Kabelverschleißzustand jedes Kabels (4) unter Berücksichtigung der jeweiligen Kabel-Gruppe zu ermitteln.
  12. Verfahren zum Ermitteln eines Kabelverschleißzustands eines Kabels (4), umfassend die Schritte: - Empfangen, an einem Feldgerät (1), eines Nutzdatensignals (DS) , - Bereitstellen eines Parametersatzes (PS) auf Basis des Nutzdatensignals (DS), - Durchführen einer Signalverarbeitung des Nutzdatensignals (DS) unter Verwendung des Parametersatzes (PS), um Nutzdaten (ND) aus dem Nutzdatensignal zu gewinnen, - mittels einer Funktionseinheit (2), insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, des Feldgeräts (1), Bereitstellen einer Funktion gemäß den Nutzdaten, und - Ermitteln eines Kabelverschleißzustands des Kabels (4) gemäß einer auf dem Parametersatz (PS) basierenden Indikatorgröße.
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