DE19959068A1 - Vorrichtung und Verfahren zur (vibro-)akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses mit einem Klopfsensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur (vibro-)akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses 2 mit mindestens einem Singalerfassungsmittel 10, 11, 12, 13 zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiterverarbeitung in Überwachungsmitteln 6. Zur Reduzierung des Kostenaufwands für das Signalerfassungsmittel wird vorgeschlagen, daß das Signalerfassungsmittel 10, 11, 12, 13 ein Klopfsensor ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur (vibro-)akusti­ schen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstech­ nischen Prozesses mit Signalerfassungsmitteln zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiter­ verarbeitung in Überwachungsmitteln.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur (vibro-)aku­ stischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungs­ technischen Prozesses, bei dem Luft- und/oder Körperschall­ signale zur digitalen Weiterverarbeitung erfaßt werden.

Eine derartige Vorrichtung kommt beispielsweise bei einem fertigungstechnischen Prozeß im Rahmen einer Überwachung von Qualität und Betriebsmitteln zum Einsatz. Dabei kann mit Hil­ fe von akustischen Meßsignalen eine akustische und/oder vi­ broakustische Prüfung von Prüflingen, beispielsweise von Mo­ toren etc. erfolgen. Bei verfahrenstechnischen Prozessen ist mit Hilfe einer (vibro-)akustischen Überwachung durch Aus­ wertung und Detektion von auffälligen Meßsignalen beispiels­ weise eine Detektion von Störungen eines verfahrenstechni­ schen Prozessschrittes möglich.

Aus der DE-A-198 55 874 ist ein System und ein Verfahren zur Projektierung und Durchführung von Prüfabläufen mit Hilfe ei­ nes (vibro-)akustischen Prüfsystems bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur (vibro-)akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses anzugeben, bei der bzw. dem der Kostenaufwand bezüglich des Signal­ erfassungsmittels möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art dadurch gelöst, daß mindestens ein Signalerfassungs­ mittel ein Klopfsensor ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Signalerfassungsmittel mindestens ein Klopfsensor vorgesehen ist.

Durch den Einsatz eines Klopfsensors wird der Kostenaufwand für die Hardware bei der (vibro-)akustischen Überwachung deutlich verringert. Klopfsensoren wurden bislang lediglich im Bereich von Kraftfahrzeug-Motorüberwachungen eingesetzt. Durch den Einsatz im Zusammenhang mit einer (vibro-)akusti­ schen Überwachungsvorrichtung wird ein völlig neuer Anwen­ dungsbereich bei Produktionsmitteln erschlossen, der in die­ sem Anwendungsbereich zu einer deutlichen Kostenreduktion führt.

Ein vorteilhafter Anwendungsfall besteht darin, daß die Vor­ richtung zur Überwachung und Steuerung eines Brauprozesses vorgesehen ist. Für eine Grobklassifizierung bestimmter Teil­ prozesse ist auch mit Hilfe eines kostengünstigen Klopfsen­ sors eine zuverlässige Erfassung und Klassifizierung bei­ spielsweise von Maschinenschwingungen sichergestellt.

Eine Vermeidung mechanisches Schäden an Betriebsmitteln des Prozesses sowie darüber hinaus eine automatisierte Aufzeich­ nung des Prozeßverlaufs beispielsweise hinsichtlich der Qua­ lität von Rohstoffen etc. kann dadurch sichergestellt werden, daß die Signalerfassungsmittel zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur Erfassung von akustischen Signalen des Brauprozesses, insbesondere zur Erfassung von Mahlgeräuschen beim Mahlen von Getreiderohstoffen vorgesehen sind. So kann mittels der Auswertung der Mahlgeräusche eine qualitative Beurteilung des Mahlgutes hinsichtlich Verunrei­ nigungen beispielsweise durch Fremdkörper wie Steinen etc. erfolgen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Prinzipdarstellung zur Hardwarekonfiguration eines (vibro-)akustischen Prüf- und Überwachungssystem mit einem Klopfsensor,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur (vibro-)akustischen Überwachung ei­ nes verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Pro­ zesses unter Verwendung von Klopfsensoren und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur (vibro-) akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses unter Verwendung von Klopfsensoren am Beispiel eines Brauprozesses.

Fig. 1 zeigt eine Übersicht zur Hardwarekonfiguration eines (vibro-)akustischen Prüf- und Überwachungssystems für einen verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozeß. Die Hard­ warekonfiguration besteht aus einem Computer 1 mit einer di­ gitalen Signalerfassungsvorrichtung 6. Die digitale Signaler­ fassunsgvorrichtung 6 weist Analog/Digital-Wandler 31 und Di­ gital/Analog-Wandler 34 auf, die mit Signalkonditionierungs­ mitteln 32 koppelbar sind. Mit der Signalkonditionierungsmit­ teln 32 sind ein Klopfsensor 11 sowie ein Luftschallsensor 10 koppelbar. Mit der digitalen Signalerfassungsvorrichtung 6 ist ein Lautsprecher und /oder Kopfhörer 33 sowie der Luft­ schallsensor 10 verbindbar. Der Lautsprecher 33 ist mit dem Analog/Digital-Wandler 34 und der Luftschallsensor 10 mit dem Digital/Analog-Wandler gekoppelt. Weiter ist mit dem Bezugs­ zeichen 30 eine digitale Schnittstelle als Eingang/Ausgang gekennzeichnet.

Die Besonderheit des in Fig. 1 dargestellten Überwachungssy­ stems besteht darin, daß durch den Einsatz des Klopfsensors 11 der Kostenaufwand für die Hardware bei der (vibro-)akusti­ schen Überwachung deutlich verringert wird. Klopfsensoren wurden bislang lediglich im Bereich von Kraftfahrzeug-Motor­ überwachungen eingesetzt. Durch den Einsatz im Zusammenhang mit einer (vibro-)akustischen Überwachungsvorrichtung wird ein völlig neuer Anwendungsbereich bei Produktionsmitteln er­ schlossen, der in diesem Anwendungsbereich zu einer deutli­ chen Kostenreduktion führt.

Fig. 2 zeigt eine Blockschaltbild einer Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur vibroakustischen Überwachung eines ver­ fahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses 2. Der Pro­ zeß 2 besteht aus Teilprozessen 14. .17. Die Teilprozesse 14. .17 werden mit Hilfe eines Luftschallsensors 10 sowie mit Hilfe von als Klopfsensoren ausgebildeten Körperschallsenso­ ren 11. .13 überwacht. Die Klopfsensoren dienen der Erfassung von Maschinenschwingungen zur Produktions- und/oder Prozess­ überwachung. Hierzu werden Überwachungssignale 22, die von dem Luftschallsensor 10 bzw. den Körperschallsensoren 11. .13 geliefert werden, an Überwachungsmittel 6 eines Standard- Rechners 1 weitergeleitet. Neben den Überwachungsmitteln 6 enthält der Standard-Rechner 1 darüber hinaus ein Bedien- und Beobachtungssystem 4 zum Bedienen und Beobachten des Prozes­ ses 2 sowie Steuerungsmittel 5 zur Steuerung des Prozesses 2. Die Kommunikation zwischen den Überwachungsmitteln 6, zwi­ schen den Steuerungsmitteln 5 sowie dem Bedien- und Beobachtungssystem 4 erfolgt über OPC-Mechanismen (OPC = Open- Process-Control). Dies ist in Fig. 1 durch Kommunikations­ pfade 7, 8, 9 symbolisiert. Zwischen Prozeß 2 und Standard- Rechner 1 ist eine Ein-/Ausgangsbaugruppe 3 vorgesehen, über die eine Anschaltung von in Fig. 1 aus Gründen der Über­ sichtlichkeit nicht näher dargestellten Sensoren und Aktoren des Prozesses über Eingangssignale 18 und Ausgangssignale 19 erfolgt. Die Kommunikation zwischen Ein-/Ausgangsbaugruppe 3 und Standard-Rechner 1 erfolgt über einen Kommunikationsweg 21. Über Busankopplungen 23. .26 zwischen den Teilprozessen 14. .17 und einem Bussystem 20 besteht darüber hinaus eine Kommunikationanbindung des Prozesses 2 an weitere Rechnerein­ heiten, die mit dem Bussystem 20 koppelbar sind. Über eine Busankopplung 27 erfolgt eine Kommunikation zwischen dem Pro­ zeß 2 und dem Rechner 1.

Kernelement des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels sind die Klopfsensoren 11. .13, die sonst lediglich im Bereich der Automobiltechnik zur Motorüberwachung Verwendung finden. Die Klopfsensoren liefern ihre Überwachungssignale an den Standard-Rechner 1, auf dem sowohl die Steuerungsmittel 5, die Überwachungsmittel 6 sowie das Bedien- und Beobachtungs­ system 4 als Softwareprogramme installiert sind. Die Kommuni­ kation zwischen diesen Systemen 4, 5, 6 erfolgt ohne eigenes separates Bussystem, sondern lediglich softwaremäßig über OPC (Open-Process-Control)-Mechanismen. Lediglich die Verknüp­ fung von Sensorik und Aktorik erfolgt mit Hilfe der Ein-/Aus­ gangsbaugruppe 3. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Prozeß 2 handelt es sich beispielsweise um einen fertigungstechnischen Prozeß zur Fertigung von Motoren. Der Prozeß 2 gliedert sich in Teilprozesse 14. .17, bei denen mit Hilfe des Luftschall­ sensors, beispielsweise mit Hilfe eines Mikrofons 10 sowie mit Hilfe der Körperschallsensoren 11. .13 als Abschluß eines Fertigungsprozesses durch einen Probelauf eines gefertigten Motors beispielsweise Meßsignale 22 erzeugt und mit Hilfe der Überwachungsmittel 6 des Standard-Rechners 1 ausgewertet werden. Ergibt eine derartige Auswertung in den Überwachungsmit­ teln 6 einen Fehler des Prozesses 2, so kann über die Steue­ rungsmittel 5 an die Ein-/Ausgangsbaugruppe ein Steuerungs­ signal 19 abgegeben werden, welches beispielsweise eine Aus­ sonderung des fehlerhaften Teils ermöglicht. Eine derartige Prozeßsteuerung kann dabei automatisch oder mit Hilfe des Be­ dien- und Beobachtungssystem 4 erfolgen, welches auch einen manuellen Eingriff in den Prozeß 2 ermöglicht.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Steuerungs-, Überwachungs- und Bedien- und Beobachtungssys­ tems für einen Brauprozeß 2. Der Brauprozeß 2 dient der Über­ wachung von Teilprozessen 14. .17 eines Sudhauses. Dabei er­ folgt mit Hilfe eines Mikrofons 10 sowie mit Hilfe von der klopfsensoren 11. .13 eine (vibro-)akustische Überprüfung von Teilprozessen 14. .17 des Brauprozesses 2. Das Mikrofon 10 so­ wie die Körperschallsensoren 11. .13 liefern Überwachungssig­ nale 22, die an ein Überwachungssystem 6 weitergeleitet wer­ den. Als Überwachungssystem kommt dabei ein unter der Be­ zeichnung "AKUT" von der Firma Siemens Aktiengesellschaft vertriebenes akustisches Überwachungssystem zum Einsatz. Das Überwachungssystem 6 ist als Softwareprogramm auf einen Stan­ dard-Rechner 1 installiert. Auf dem Standard-Rechner 1 ist darüber hinaus ein Bedien- und Beobachtungssystem 4 ablauffä­ hig. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein ebenfalls von der Firma Siemens Aktiengesellschaft vertriebenes Bedien- und Beobachtungssystem auf Basis von WinCC oder um ein spe­ zielles für Brauprozesse verfügbares Bedien- und Beobach­ tungssystem wie "Braumat" von Siemens oder Brewmaxx" anderer funktionsähnlicher Systeme. Als dritte für die Prozeßüberwa­ chung und Steuerung erforderliche Softwarekomponente dient als Steuerungssystem die Steuerungssoftware 5. Neben den ge­ zeigten Softwarekomponenten 4, 5, 6 zur Steuerung, Überwa­ chung und zum Bedienen und Beobachten des Prozesses 2 sind darüber hinaus die zum Betrieb eines Standard-PCs erforder­ lichen weiteren Softwarekomponenten wie beispielsweise ein Betriebssystem wie Windows etc. installiert. Die Ansteuerung von Aktoren und Sensoren des Prozesses 2 erfolgt über Ein­ gangssignale 18 bzw. Ausgangssignale 19 über eine Ein-/Aus­ gangssbaugruppe 3, beispielsweise in Form einer von der Firma Siemens lieferbaren sogenannten SIMATIC-Soft-PLC als Steue­ rungsmittel 5. Die Kommunikation zwischen den Softwarekompo­ nenten 4, 5, 6 erfolgt über OPC-Mechanismen, was in Fig. 3 durch die Kommunikationspfade 7, 8, 9 symbolisiert ist. Über Kommunikationswege 23. .26 sind die Teilprozesse 14. .17 des Brauprozesses 2 an ein Bussystem 20 und damit an andere Rech­ nereinheiten ankoppelbar.

Beim Teilprozeß 14 des Brauprozesses 2 handelt es sich bei­ spielsweise um den Mahlprozeß beim Mahlen und/oder Quetschen von Rohstoffen des Brauprozesses wie Getreidemahlen, Malz­ quetschen etc. . Dabei werden durch die Anbringung der Klopf­ sensoren beispielsweise an Lagern von Mühlen Mahl-, Schrotge­ räusche der Lager erfaßt und klassifiziert. Außerdem können weitere Teilprozesse des Sudhauses, beispielsweise Pumpgeräu­ sche von Pumpen mittels angekoppelter Klopfsensoren 11. .13 erfaßt und ausgewertet werden. Hierbei wird mit Hilfe des Mi­ krofons 10 und/oder mit Hilfe der Klopfsensoren 11. .13 ein (vibro-)akustisches Überwachungssignal generiert, welches von dem Überwachungssystem 6 ausgewertet wird. Eine derartige Auswertung dient einer frühzeitigen Erkennung von Qualitäts­ abweichungen und Produktionsstörungen. So kann beispielsweise eine Verunreinigung des gemahlenen Getreiderohstoffs durch Steine oder sonstige Fremdkörper detektiert werden und über den Kommunikationsweg 8 auf dem Bedien- und Beobachtungssy­ stem 4 visualisiert werden. Über das Bedien- und. Beobach­ tungssystem 4 und/oder über die Steuerungssoftware 5 ist dar­ über hinaus auch ein manueller und/oder automatischer Ein­ griff in den Brauprozeß 2 möglich.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur (vibro-)akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses 2 mit mindestens einem Signalerfassungsmittel 10, 11, 12, 13 zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digita­ len Weiterverarbeitung in Überwachungsmitteln 6. Zur Reduzie­ rung des Kostenaufwands für das Signalerfassungsmittel wird vorgeschlagen, daß das Signalerfassungsmittel 10, 11, 12, 13 ein Klopfsensor ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur (vibro-)akustischen Überwachung eines ver­ fahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses (2) mit Signalerfassungsmitteln (10, 11, 12, 13) zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiterver­ arbeitung in Überwachungsmitteln (6), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) ein Klopfsensor ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klopfsensor zur Erfassung von Maschinenschwingungen zur Produktions- und Prozessüberwachung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung eines Brau­ prozesses vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur Erfassung von (vibro-)akustischen Signalen des Brauprozesses, insbesondere zur Erfassung von Mahlgeräuschen beim Mahlen von. Getreideroh­ stoffen vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Klopfsensor an einer Mühle, insbesondere an einem La­ ger der Mühle angeordnet ist und daß das vom Klopfsensor er­ faßte Signal zur Klassifikation des Mahl- und/oder Schrotge­ räusches vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klopfsensor zur Pumpenüberwachung vorgesehen ist.

7. Verfahren zur (vibro-)akustischen Überwachung eines ver­ fahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses (2), bei dem Luft- und/oder Körperschallsignale zur digitalen Weiter­ verarbeitung erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) mindestens ein Klopfsensor vorgesehen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Brau­ prozesses vorgesehen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) zur Er­ fassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen (vibro-) akustische Signale des Brauprozesses, insbesondere von Mahl­ geräuschen beim Mahlen von Getreiderohstoffen erfaßt werden.