DE19746574C1 - Verfahren zur Funktionsüberwachung von Stufenschaltern - Google Patents
Verfahren zur Funktionsüberwachung von StufenschalternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsüberwachung von Stufenschaltern, wobei
erfaßte Meßwerte verglichen und klassifiziert werden.
Aus der japanischen Patentveröffentlichung JP 2-213 105 A ist bereits ein Verfahren zur
Funktionsüberwachung von Stufenschaltern bekannt, wobei unterschiedliche Meßwerte wie
Druck, Belastung der Betätigungsglieder, Strom und Ölverunreinigung erfaßt werden, die den
gegenwärtigen Ist-Zustand des Stufenschalters beschreiben, diese Meßwerte gespeichert und mit
vorab ebenfalls gespeicherten gerätespezifischen Sollwerten verglichen werden.
Ergibt dieser Vergleich Abweichungen, so werden Meldungen erzeugt, die sowohl zu Warnungen
als auch zum sofortigen Abschalten des Stufenschalters führen können.
Aus der DE 42 14 431 C2 ist weiterhin ein Verfahren zur Stellungserfassung bei einem
Stufenschalter bekannt, wobei mittels eines Stellungsgebers die jeweilige Stellung der
Antriebswelle des dem Stufenschalter zugeordneten Motorantriebes erfaßt und mittels einer
Auswerteeinheit in einen Binärwert umgewandelt wird, der wiederum redundant sowohl von einer
sogenannten Hardwaredecodierung als auch einem Mikrocontroller weiterverarbeitet werden
kann. Der Mikrocontroller überwacht damit über den Stellungsgeber die Bewegung der
Antriebswelle.
Aus der japanischen Patentanmeldung JP-60-176213 A ist es ferner bekannt, das Drehmoment der
Antriebswelle, die vom Motorantrieb zum Stufenschalter führt, bei jeder Betätigung des
Stufenschalters zu erfassen und zu speichern, um diesen tatsächlichen Drehmomentverlauf einem
charakteristischen typenspezifischen Soll-Drehmomentverlauf gegenüberzustellen.
Ein ähnliches Verfahren ist auch in der DD-Schrift 246 409 beschrieben; danach soll ebenfalls der
zeitliche Drehmomentenverlauf bei einer Umschaltung gemessen und das Ergebnis mit dem für
den jeweiligen Stufenschalter typischen zeitlichen Drehmomentenverlauf verglichen werden.
Generell werden Meßwerte, die später mit Sollwerten verglichen werden sollen, in der Regel als
ASCII-Datei gespeichert.
In den wenigsten Fällen erfolgt eine Datenverdichtung, um den Raum auf den zur Verfügung
stehenden Speichermedien maximal ausnutzen zu können.
Die Meßwerte werden als eine Reihe von Absolutwerten zum Zeitpunkt der Aufzeichnung im
Speichermedium abgelegt. Eine Aussage über die Wichtung dieser Werte wird anhand der zur
Verfügung stehenden Parametrierung des Eingangskanals getroffen.
Aus der Firmenschrift HydroTEC HT2000 der Firma Deltatronic Instruments GmbH, AT ist ein
Verfahren bekannt, bei dem die Informationen über Höhe und Zeitdauer eines anliegenden
Meßwertes als ASCII-Datei abgelegt werden, die im folgenden Beispiel einen
Speicherplatz von 30 Byte beansprucht:
Eine weitere Variante zur Speicherung von Meßdaten ist aus der Dissertation Viereck: Einsatz
von Sensoren in Transformatoren, TU Dresden, 1992 bekannt. Dabei wird über einen festgelegten
Zeitraum, der in definierte Zeitintervalle zerlegt wird, bei konstantem Analogwert neben diesen
die Zahl der Zeitintervalle als hexadezimaler Wert abgelegt, so daß auf nur zwei Adressen im
Speichermedium variable Zeiträume erfaßt werden können.
Damit enthält das Speichermedium unter Adresse 03H und 04H die Information, daß für 14
Intervalle (0E H) der Wert 28 (1C H) gemessen wurde.
Durch Kenntnis der Startzeit des Meßvorganges im Steuerrechner und unter der Annahme, daß
ein Meßintervall einer bestimmten Zeit, etwa fünf Minuten, entspricht, lassen sich relativ große
Zeitabschnitte bei konstanter Messung überstreichen.
Diese bekannten Verfahren besitzen eine Reihe von Nachteilen.
Erfolgt eine Datenkomprimierung mit herkömmlichen Verfahren der Datenverarbeitung, so sind
die Werte untereinander nicht mehr direkt ohne Dekomprimierung vergleichbar.
Die gespeicherten Daten enthalten ferner nur eine Aussage über ihren Absolutwert und sind damit
nur über diesen mit Meßwerten anderer Meßreihen korrelierbar.
Weiterhin erfordert eine Aussage über die Überschreitung von Grenzwerten bei
exemplarspezifischen Meßdaten eine individuelle Definition dieser Grenzwerte. Beispielsweise ist
es bei Stufenschaltern, bei denen das Drehmoment als Indiz für den Zustand erfaßt und bewertet
wird, sinnvoll, Grenzwerte in Abhängigkeit vom Nennwert festzulegen, bei deren Überschreitung
Meldungen generiert werden sollen. So kann beispielsweise festgelegt werden, daß eine 300%ige
Überschreitung des Nenndrehmomentes auf jeden Fall das Abschalten des Antriebes erfordert;
eine Überschreitung von mehr als 150% des Nenndrehmomentes jedoch bereits eine Meldung
"nicht mehr zulässig" bewirkt, die zwar nicht sofort zum Abschalten führt, aber im Rahmen des
Monitoringsystems aufgezeichnet und bewertet wird, beispielsweise auf eine fälligwerdende
Wartung hinweist. Den Grenzwerten liegt in jedem Fall der Nennwert des Drehmomentes
zugrunde, dieser Nennwert, der 100% repräsentiert, kann jedoch durchaus schalterspezifisch
differieren. Ein Vergleich der Absolutwerte führt dabei nicht zum Ergebnis.
Schließlich besteht ein Nachteil der bekannten Verfahren im großen Speicherbedarf, der
erforderlich ist, um die jeweiligen Meßwerte zu erfassen und zu bewerten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das eine Bewertung exemplarspezifisch
individuell zu definierender Grenzwerte ermöglicht, wobei auch gestattet sein soll, eine
Datenverdichtung vorzunehmen, derart, daß mit geringstmöglichem Speicherbedarf eine
Erfassung, ein Vergleich und eine Speicherung von für den zu überwachenden Stufenschalter
repräsentativen Meß- und Vergleichswerten und daraus abgeleiteten Aussagen möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten
Patentanspruches gelöst.
Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt eine mehrfache Verdichtung der zur
Funktionsüberwachung erfaßten Meß- bzw. Vergleichswerte.
Eine erste Verdichtung erfolgt zunächst einmal dadurch, daß die jeweiligen Meßwerte mit der
Position, d. h. der aktuellen Stellung des Stufenschalters während der Umschaltung, verknüpft
werden. Diese Position kann sowohl direkt, z. B. über einen Resolver, als auch indirekt über eine
Zeitmessung erfaßt werden.
Eine zweite Verdichtung erfolgt dadurch, daß die gesamte Position, die bei einer kompletten
Lastumschaltung des Stufenschalters durchlaufen wird, in einzelne Positionsbereiche unterteilt
wird und für jeden dieser Positionsbereiche nach bestimmten Rechenvorschriften ein einziger
charakteristischer Wert der Meßgröße ermittelt wird.
Eine dritte Verdichtung erfolgt schließlich dadurch, daß dieser charakteristische Wert mit einer
vorab festgelegten Parameterdatei verglichen und klassifiziert wird und im Ergebnis nur die
klassifizierten Daten gespeichert werden bzw. zur Ausgabe von korrespondierenden Meldungen
bzw. Warnungen dienen.
Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens sind also kryptische Daten, die selbst keinen
Rückschluß mehr auf die zugrundeliegenden Meßgrößen geben.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist dieses Verfahren selbst in der Lage, die
exemplarspezifischen Grenzwerte festzulegen, indem eine Erfassung des jeweiligen Nennwertes
erfolgt und danach, anhand der prozentualen Vorgaben für die Grenzwerte, deren absolute Höhe
ermittelt und gespeichert wird.
Damit beinhaltet die notwendige Parametrierung nur noch relative Werte, die in Bezug zu den
Nennwerten stehen.
Zusammenfassend läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen charakterisieren:
Eine Klassifizierung der Daten erfolgt innerhalb eines Zeit- oder Positionsbereichs durch
Berechnung eines charakteristischen Wertes der aufgezeichneten Meßwerte und Zuordnung des in
der Parameterdatei für diesen charakteristischen Wert abgelegten Kennwertes, der diesen
Zeit- oder Positionsbereich repräsentiert.
Gespeichert werden nur die aus der Parameterdatei herangezogenen Kennwerte, die die
charakteristischen Werte der einzelnen Abschnitte des Vorganges beschreiben. Die eigentlichen
Meßdaten der Ausgabedatei erhalten dadurch einen kryptischen Charakter.
Das Verfahren gestattet durch den Bezug auf Werte, die beim Ermitteln der jeweiligen
Nennwerte, d. h. der 100%-Werte, ermittelt wurden, einen direkten Vergleich mit den Daten
anderer Geräte.
Die Originalwerte sind jedoch bei Kenntnis der Parameterdatei und der Klassifizierungsvorschrift
wieder reproduzierbar.
Dieses Verfahren soll nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung noch
näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines um zusätzliche Verfahrensschritte ergänzten,
weitergebildeten Verfahrens;
Fig. 3 den physischen Ablauf der Bewertung von Meßwerten im Zeitbereich beim in
Fig. 2 dargestellten Verfahren.
Zunächst soll das in Fig. 1 schematisch dargestellte Verfahren beschrieben werden.
Dabei wird ein für die Funktionsüberwachung des jeweiligen Stufenschalters typischer Meßwert in
kurzen Intervallen erfaßt und aufgezeichnet. Als Beispiel ist hier die Erfassung des Drehmomentes
an der Antriebswelle des Motorantriebes, der den jeweiligen Stufenschalter betätigt, gewählt. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf die Meßwertaufzeichnung des Drehmomentes begrenzt.
Anschließend wird der aufgezeichnete Meßwert, hier also das jeweilige Drehmoment, mit der
jeweils aktuellen Position des Stufenschalters während einer Umschaltung verknüpft.
Die Erfassung der jeweiligen Position kann dabei entweder direkt erfolgen, z. B. durch einen
Resolver an der Antriebswelle. Sie kann auch indirekt erfolgen, beispielsweise durch eine
Zeitmessung; dabei beginnt die Messung der verstrichenen Zeit in dem Moment, in dem die
Betätigung des Motorantriebes und damit der Umschaltvorgang des entsprechenden
Stufenschalters eingeleitet ist.
Nachfolgend wird der Gesamtpositions- bzw. -zeitbereich, der bei jeder vollständigen
Umschaltung des Stufenschalters durchlaufen wird, in für den Schaltablauf typische Teilbereiche
unterteilt. In Fig. 3 sind solche typischen Teilbereiche aufgeführt; die Zeiten t0 bis t7 begrenzen
jeweils typische, nacheinander ablaufende Ereignisse der Schaltsequenz und legen damit
entsprechende Teilbereiche fest.
Anschließend wiederum werden in jedem abgelaufenen Teilbereich die entsprechenden
charakteristischen Werte des aufgezeichneten Meßwertes, hier also des Drehmomentes
berechnet. Diese Berechnung des charakteristischen Wertes erfolgt nach einer vorab festgelegten
Rechenvorschrift. Beispielsweise kann hierbei als charakteristischer Wert der arithmetische
Mittelwert bzw. der Durchschnittswert berechnet werden.
Im Anschluß daran erfolgt die Zuordnung dieser ermittelten charakteristischen Werte zu einer
definierten Kennung. Dazu wird eine Parameterdatei benutzt, die eine Klassifizierungsvorschrift
beinhaltet und vorab nicht flüchtig gespeichert ist. In dieser Parameterdatei sind bestimmte
Meßwerte, also bestimmte Drehmomentwerte, entsprechenden Kennungen zugeordnet.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Meßwerte als prozentuale Abweichungen vom
entsprechenden Nennwert, also vom Nenndrehmoment, vorliegen. Dazu ist es in Weiterbildung
des Verfahrens sinnvoll, eine Nullmessung des entsprechenden Meßwertes vorzunehmen, bei der
dessen Nennwert ermittelt und gespeichert wird und als Grundlage der Klassifizierungsvorschrift
der Parameterdatei dient. Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist es durchaus möglich, daß dieser
Nennwert der Meßgröße, hier das Nenndrehmoment, typenspezifisch bzw. exemplarspezifisch in
weiten Grenzen unterschiedlich ist. Durch die beschriebene Nullmessung ist es trotz dieser
unterschiedlichen Ausgangsposition für einen Meßwertvergleich möglich, in der Parameterdatei
prozentuale Abweichungen direkt den Kennungen zuzuordnen.
Nur diese kurzen Kennungen werden gespeichert und letztendlich für die Funktionsüberwachung
herangezogen.
Aus der jeweiligen Kennung, die aus dem beschriebenen Vergleich der charakteristischen Werte
mit der Parameterdatei abgeleitet sind, ergeben sich dann die notwendigen Meldungen bzw.
Informationen. Dies ist ebenfalls in Fig. 3 dargestellt; es ist ersichtlich, daß bei dieser Darstellung
unterschiedliche Kennungen zur gleichen Meldung führen können.
In Fig. 2 ist ein weitergebildetes Verfahren dargestellt. Dabei erfolgt nach der bereits
beschriebenen Verknüpfung mit der jeweiligen Position im Ergebnis der Positions- bzw.
Zeitmessung noch - als eingeschobener weiterer Verfahrensschritt - ein zusätzlicher Vergleich des
aufgezeichneten Meßwertes mit den zulässigen Parametern im Positionsbereich. Dies erfolgt
dadurch, daß auch maximal zulässige Grenzwerte Bestandteil der Parameterdatei sind. Beim
Überschreiten dieser maximal zulässigen Grenzwerte erfolgt in jedem Fall eine sofortige
Gefahrenmeldung, die in der Regel zum sofortigen Abschalten des Motorantriebes dient.
Fig. 3 zeigt den gesamten physischen Ablauf des Verfahrens zur Funktionsüberwachung. Im
oberen Teil ist die Meßwertaufzeichnung des Drehmomentes Md an der Antriebswelle des
Motorantriebes dargestellt. Dieser Meßwert wird über die erfaßte Laufzeit t mit der Position des
jeweiligen Stufenschalters während der Umschaltung verknüpft. Der Umschaltvorgang beginnt
zum Zeitpunkt t0 und ist zum Zeitpunkt t7 abgeschlossen. Dieser gesamte Umschaltvorgang ist in
sieben Teilbereiche unterteilt, die in der Mitte von Fig. 3 tabellarisch mit ihren entsprechenden
Funktionsabläufen innerhalb der Schaltsequenz dargestellt sind. Ebenfalls schematisch dargestellt
sind die in den entsprechenden Zeit- und damit Positionsbereichen zulässigen maximalen
Nenndrehmomente M1 bis M7. Schließlich sind auch die nach der jeweils angewandten
Rechenvorschrift berechneten charakteristischen Werte m1 bis m7 jedes Teilbereiches dargestellt.
Im unteren Teil von Fig. 3 ist beispielhaft eine mögliche Parameterdatei dargestellt, bei der eine
bestimmte Abweichung des gemessenen Drehmomentes Md vom entsprechenden
Nenndrehmoment jeweiligen Kennungen zugeordnet ist. Die unterschiedlichen Kennungen
ihrerseits erzeugen wiederum verschiedene Meldungen im Ergebnis der Funktionsüberwachung.
Es ist gezeigt, daß bei großen Abweichungen die Meldung "Stillegen" erzeugt wird, die zur
sofortigen Abschaltung führt, und bei weniger gravierenden Abweichungen die Meldung
"Wartung notwendig" erzeugt wird, die den gegenwärtigen Betrieb nicht behindert. Bei geringen
Abweichungen wird das Drehmoment als noch in Ordnung erkannt.
Claims (6)
1. Verfahren zur Funktionsüberwachung von Stufenschaltern,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- - ein jeweiliger, den Ist-Zustand am zu überwachenden Stufenschalter repräsentierender Meßwert wird in kurzen Intervallen erfaßt
- - es erfolgt eine Positionserfassung des Stufenschalters während der Umschaltung und eine Verknüpfung des jeweils ermittelten Meßwertes zur jeweiligen Position
- - der Gesamtpositions- bzw. Zeitbereich (t0-t7) wird in Teilbereiche (t0-t1, t1-t2, . . ., t6-t7), die bei einer Umschaltung nacheinander ablaufenden Teilfunktionen entsprechen, unterteilt
- - innerhalb jedes Teilbereiches wird nach bestimmten Rechenvorschriften ein charakteristischer Wert (m1-m7) des Meßwertes ermittelt
- - der charakteristische Wert des Meßwertes (m1-m7) wird mit einer nicht flüchtig gespeicherten Parameterdatei verglichen und klassifiziert, derart, daß ihm der klassifizierte Wert als Kennung (00H-0DH) zugeordnet wird
- - nur diese Kennung (00H-0DH) wird weiterverarbeitet, gespeichert und dient zur Erzeugung jeweils kennungsabhängiger Meldungen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Verknüpfung des jeweiligen Meßwertes mit der Position noch eine Bewertung
erfolgt, derart, daß der jeweilige Meßwert mit maximal zulässigen Grenzwerten (M1-M7),
die ebenfalls in der Parameterdatei nicht flüchtig gespeichert sind, verglichen wird und bei
Überschreiten des Grenzwertes eine sofortige Gefahrmeldung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Parameterdatei die Abweichungen (-30% bis +100%) des Meßwertes prozentual
zum Nennwert (0) abgelegt und entsprechenden Kennungen (00H-0DH) zugeordnet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor Beginn der Funktionsüberwachung eine Nullmessung am funktionsfähigen
Stufenschalter erfolgt, bei der der Nennwert (0) der Meßgröße ermittelt und als Ausgangswert
für die Parameterdatei verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Drehmoment an der Antriebswelle zwischen Motorantrieb und Stufenschalter als
Meßwert dient.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Rechenvorschrift der arithmetische Mittelwert gebildet wird.
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