DE19959069A1 - Vorrichtung und Verfahren zur (vibro)-akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur (vibro)-akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses 2 mit Signalerfassungsmitteln 10, 11, 12, 13 zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiterverarbeitung in Überwachungsmitteln 6, mit Steuerungsmitteln 5 zur Steuerung des Prozesses 2 und mit einem Bedien- und Beobachtungssystem 4 zum Bedienen und Beobachten des Prozesses 2. Zur Reduzierung des Hardwareaufwands wird vorgeschlagen, daß die Überwachungsmittel 6, die Steuerungsmittel 5 und das Bedien- und Beobachtungssystem 4 als Softwareprogramme für einen Standard-Rechner 7 ausgebildet sind, wobei zur Kommunikation zwischen den Überwachungsmitteln 6, den Steuerungsmitteln 5 und dem Bedien- und Beobachtungssystem 4 OPC-Mechanismen vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur (vibro-)akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses.
Eine derartige Vorrichtung kommt beispielsweise bei einem fertigungstechnischen Prozeß im Rahmen einer Prozessüberwa­ chung zur Überwachung von Qualität und Betriebsmitteln zum Einsatz. Dabei kann mit Hilfe von (vibro-)akustischen Meßsi­ gnalen eine akustische und/oder vibroakustische Prüfung von Prüflingen, beispielsweise von Motoren etc. erfolgen. Bei verfahrenstechnischen Prozessen ist mit Hilfe einer (vibro-) akustischen Überwachung durch Auswertung und Detektion von auffälligen Meßsignalen beispielsweise eine Detektion von Störungen eines verfahrenstechnischen Prozessschrittes mög­ lich.
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 akustischen Überwachung eines verfah­ rens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses anzugeben, die bzw. das einen geringen Hardwareaufwand erfordert und eine verzögerungsfreie übergreifende Prozeßüberwachung und Prozeß­ steuerung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch 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, mit Steuerungsmitteln zur Steuerung des Prozesses und mit einem Bedien- und Beob­ achtungssystem zum Bedienen und Beobachten des Prozesses ge­ löst, wobei die Überwachungsmittel, die Steuerungsmittel und das Bedien- und Beobachtungssystem als Softwareprogramme für einen Standard-Rechner ausgebildet sind und wobei zur Kommu­ nikation zwischen den Überwachungsmitteln, zwischen den Steuerungsmitteln und dem Bedien- und Beobachtungssystem OPC- Mechanismen vorgesehen sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur (vibro-)akusti­ schen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstech­ nischen Prozesses gelöst, bei dem Luft- und/oder Körper­ schallsignale zur digitalen Weiterverarbeitung in Überwa­ chungsmitteln erfaßt werden, bei dem der Prozeß über Steue­ rungsmittel gesteuert wird und bei dem der Prozeß über ein Bedien- und Beobachtungssystem bedient und beobachtet wird, wobei die Überwachungsmittel, die Steuerungsmittel und das Bedien- und Beobachtungssystem als Softwareprogramme auf ei­ nem Standard-Rechner ablaufen und die Überwachungsmittel, die Steuerungsmittel und das Bedien- und Beobachtungssystem über OPC-Mechanismen kommunizieren.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Einbin­ dung einer Vorrichtung zur akustischen Überwachung in einen verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozeß dann einen hohen Aufwand erfordert, wenn die Installation und Vernetzung des akustischen Überwachungssystems in ein bestehendes Be­ dien- und Beobachtungssystem sowie ein ebenfalls erforderli­ ches Steuerungssystem verschiedene Hardwarekomponenten erfor­ dert. Derartige singuläre Lösungen mit separatem Überwa­ chungssystem, Bedien- und Beobachtungssystem sowie separaten Steuerungssystem erfordern nämlich neben einer unterschiedli­ chen Hardware auch eine aufwendige Kommunikation zwischen diesen Systemen beispielsweise über unterschiedliche Bussys­ teme. Sind hingegen die Überwachungsmittel, d. h. die Auf­ zeichnungs- und Auswertemittel zur Auswertung dar Luft- und/oder Körperschallsignale, sowie das Bedien- und Beobach­ tungssystem und darüber hinaus die Steuerungsmittel zur Steuerung des Prozesses als Softwareprogramme auf einen ein­ heitlichen Standard-Rechner enthalten, so entfällt zum einen der Aufwand für unterschiedliche Hardware in Form unter­ schiedlicher Rechnersysteme und darüber hinaus auch der Auf­ wand für unterschiedliche Bussysteme zur Kommunikation zwi­ schen diesen Systemen. Die Kommunikation der Softwareprogram­ me für Überwachung, Steuerung und Bedienen und Beobachten er­ folgt über vorhandene OPC-Mechanismen. Eine separate Hardware für die Systeme selbst sowie für deren Kommunikation ist nicht erforderlich.
Ein vorteilhafter Anwendungsfall besteht darin, daß die Vor­ richtung zur Überwachung und Steuerung eines Brauprozesses vorgesehen ist. Die Luft- und Körperschallsensoren können da­ bei zumindest an den wesentlichen den Brauprozeß kennzeich­ nenden Teilprozessen und/oder Prozeßschritten vorgesehen wer­ den, wobei über die einheitliche Benutzeroberfläche des Stan­ dardrechners sowohl zur Signalerfassung, als auch zur Steue­ rung und zum Bedienen- und Beobachten des Prozesses ein schnelles automatisiertes oder auch manuelles Eingreifen bei­ spielsweise im Störungsfall möglich wird.
Eine Vermeidung mechanischer 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 vibroakusti­ schen Signalen des Brauprozesses, insbesondere zur Erfassung von Mahlgeräuschen beim Mahlen und/oder Quetschen von Roh­ stoffen des Brauprozesses vorgesehen sind. So kann mittels der Auswertung der Mahlgeräusche eine qualitative Beurteilung des gemahlenen und/oder des gequetschten Gutes hinsichtlich Verunreinigungen beispielsweise durch Fremdkörper wie Steinen etc. erfolgen.
Eine Ankopplung von externen Sensoren und Aktoren des Prozes­ ses kann dadurch sichergestellt werden, daß die Steuerungs­ mittel eine Ein-/Ausgangsbaugruppe aufweist, die zur Anschal­ tung von Sensoren und/oder Aktoren vorgesehen ist.
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 einer Vorrichtung zur vibroakustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozes­ ses und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur vibroaku­ stischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses am Beispiel eines Brauprozesses.
Fig. 1 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 Körperschallsensoren oder Lasern 11. .13 überwacht. Hierzu werden Überwachungssignale 22, die von dem Luftschall­ sensor 10 bzw. den Körperschallsensoren oder Laser 11. .13 ge­ liefert werden an Überwachungsmittel 6 eines Standard-Rech­ ners 1 weitergeleitet. Neben den Überwachungsmitteln 6 ent­ hält der Standard-Rechner 1 darüber hinaus ein Bedien- und Beobachtungssystem 4 zum Bedienen und Beobachten des Prozesses 2 sowie Steuerungsmittel 5 zur Steuerung des Prozesses 2. Die Kommunikation zwischen den Überwachungsmitteln 6, zwi­ schen den Steuerungsmitteln 5 sowie dem Bedien- und Beobach­ tungssystem 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. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist der Standard-Rechner 1, auf dem sowohl die Steuerungsmit­ tel 5, die Überwachungsmittel 6 sowie das Bedien- und Beob­ achtungssystem 4 als Softwareprogramme installiert sind. Die Kommunikation zwischen diesen Systemen 4, 5, 6 erfolgt ohne eigenes separates Bussystem, sondern lediglich softwaremäßig über OPC (Open-Process-Control)-Mechanismen. Lediglich die Verknüpfung von Sensorik und Aktorik erfolgt mit Hilfe der Ein-/Ausgangsbaugruppe 3. Die Kommuniktaion zwischen Rechner 1 und Prozess 2 erfolgt über die Busverbindung 20 mit den Kommunikationsverbindungen 23. .27. Bei dem in Fig. 1 darge­ stellten 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 Luftschallsensors, beispielsweise mit Hilfe eines Mikrofons 10 sowie mit Hilfe der Körperschallsensoren oder Laser 11. .13 als Abschluß eines Fertigungsprozesses durch ei­ nen 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 Überwachungsmitteln 6 einen Fehler des Pro­ zesses 2, so kann über die Steuerungsmittel 5 an die Ein- /Ausgangsbaugruppe ein Steuerungssignal 19 abgegeben werden, welches beispielsweise eine Aussonderung des fehlerhaften Teils ermöglicht. Eine derartige Prozeßsteuerung kann dabei automatisch oder mit Hilfe des Bedien- und Beobachtungssystem 4 erfolgen, welches auch einen manuellen Eingriff in den Pro­ zeß 2 über die Busverbindungen 20, 23. .26, 27 ermöglicht.
Fig. 2 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 Kör­ perschallsensoren oder Laser 11. .13 eine (vibro-)akustische Überprüfung von Teilprozessen 14. .17 des Brauprozesses 2. Das Mikrofon 10 sowie die Körperschallsensoren oder Laser 11. .13 liefern Überwachungssignale 22, die an ein Überwachungssystem 6 weitergeleitet werden. Als Überwachungssystem kommt dabei ein unter der Bezeichnung "AKUT" von der Firma Siemens Aktiengesellschaft vertriebenes vibroakustisches Überwa­ chungssystem zum Einsatz. Das Überwachungssystem 6 ist als Softwareprogramm auf einen Standard-Rechner 1 installiert. Auf dem Standard-Rechner 1 ist darüber hinaus ein Bedien- und Beobachtungssystem 4 ablauffähig. Dabei handelt es sich bei­ spielsweise um ein ebenfalls von der Firma Siemens Aktienge­ sellschaft vertriebenes Bedien- und Beobachtungssystem auf Basis von WinCC oder um ein spezielles für Brauprozesse ver­ fügbares Bedien- und Beobachtungssystem wie "Braumat" von Siemens oder Brewmaxx" anderer funktionsähnlicher Systeme. Als dritte für die Prozeßüberwachung und Steuerung erforder­ liche Softwarekomponente dient als Steuerungssystem die Steuerungssoftware 5. Neben den gezeigten Softwarekomponenten 4, 5, 6 zur Steuerung, Überwachung und zum Bedienen und Beob­ achten des Prozesses 2 sind darüber hinaus die zum Betrieb eines Standard-PCs erforderlichen weiteren Softwarekomponen­ ten wie beispielsweise ein Betriebssystem wie Windows etc. installiert. Die Ansteuerung von Aktoren und Sensoren des Prozesses 2 erfolgt über Eingangssignale 18 bzw. Ausgangs­ signale 19 über eine Ein-/Ausgangssbaugruppe 3, beispielswei­ se in Form einer von der Firma Siemens lieferbaren sogenann­ ten SIMATIC-Soft-PLC. Die Kommunikation zwischen den Softwa­ rekomponenten 4, 5, 6 erfolgt über OPC-Mechanismen, was in Fig. 2 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 Rechnereinheiten ankoppelbar.
Beim Teilprozeß 14 des Brauprozesses 2 handelt es sich bei­ spielsweise um den Mahl- oder Quetschprozeß beim Verarbeiten von Rohstoffen für den Brauprozess. Hierbei wird mit Hilfe des Mikrofons 10 und/oder mit Hilfe eines Körperschallsensors oder Lasers 11. .13 ein (vibro-)akustisches Überwachungs­ signal generiert, welches von dem Überwachungssystem 6 ausge­ wertet wird. Eine derartige Auswertung dient einer frühzeiti­ gen Erkennung von Qualitätsabweichungen und Produktionsstö­ rungen. So kann beispielsweise eine Verunreinigung des gemah­ lenen Getreiderohstoffs durch Steine oder sonstige Fremdkör­ per detektiert werden und über den Kommunikationsweg 8 auf dem Bedien- und Beobachtungssystem 4 visualisiert werden. Über das Bedien- und Beobachtungssystem 4 und/oder über die Steuerungssoftware 5 ist darüber hinaus auch ein manueller und/oder automatischer Eingriff in den Brauprozeß 2 über die Busverbindung 27 möglich.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung somit Vorrichtung und ein Verfahren zur akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses 2 mit Signalerfas­ sungsmitteln 10, 11, 12, 13 zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiterverarbeitung in Überwachungsmitteln 6, mit Steuerungsmitteln 5 zur Steuerung des Prozesses 2 und mit einem Bedien- und Beobachtungssystem 4 zum Bedienen und Beobachten des Prozesses 2. Zur Reduzie­ rung des Hardwareaufwands wird vorgeschlagen, daß die Überwa­ chungsmittel 6, die Steuerungsmittel 5 und das Bedien- und Beobachtungssystem 4 als Softwareprogramme für einen Stan­ dard-Rechner 7 ausgebildet sind und wobei zur Kommunikation zwischen den Überwachungsmitteln 6, den Steuerungsmitteln 5 und dem Bedien- und Beobachtungssystem 4 Open-Process- Control-Mechanismen vorgesehen sind.

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), mit Steuerungsmitteln (5) zur Steuerung des Prozesses (2) und mit einem Bedien- und Beobachtungssystem (4) zum Bedienen und Beobachten des Pro­ zesses (2), wobei die Überwachungsmittel (6), die Steuerungs­ mittel (5) und das Bedien- und Beobachtungssystem (4) als Softwareprogramme für einen Standard-Rechner (7) ausgebildet sind und wobei zur Kommunikation zwischen den Überwachungs­ mitteln (6), den Steuerungsmitteln (5) und dem Bedien- und Beobachtungssystem (4) OPC-Mechanismen vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung eines Brau­ prozesses vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) zur Erfassung von (vibro-)akustischen Signalen des Brauprozesses, insbeson­ dere zur Erfassung von Geräuschen beim Mahlen und/oder Quet­ schen von Rohstoffen vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuerungsmittel (3, 5) eine Ein-/Ausgangsbau­ gruppe (3) gekoppelt ist, die zur Anschaltung von Sensoren und Aktoren vorgesehen ist.
5. Verfahren zur (vibro-)akustischen Überwachung eines ver­ fahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses (2), bei dem Luft- und/oder Körperschallsignale zur digitalen Weiter­ verarbeitung in Überwachungsmitteln (6) erfaßt werden, bei dem der Prozeß über Steuerungsmittel (5) gesteuert wird und bei dem der Prozeß über ein Bedien- und Beobachtungssystem (4) bedient und beobachtet wird, wobei die Überwachungsmittel (6), die Steuerungsmittel (5) und das Bedien- und Beobach­ tungssystem (4) als Softwareprogramme auf einem Standard- Rechner (7) ablaufen und die Überwachungsmittel (6), die Steuerungsmittel (5) und das Bedien- und Beobachtungssystem (4) über OPC-Mechanismen kommunizieren.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Brau­ prozesses vorgesehen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) (vibro-)akustische Signale des Brauprozesses, insbesondere von Geräuschen beim Mahlen und/oder Quetschen von Rohstoffen erfaßt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeß (2) über eine Ein-/Ausgangsbaugruppe (3) zur Anschaltung von Sensoren und/oder Aktoren mit dem Standard­ computer verbunden wird.
9. Computersystem (1) zur akustischen Überwachung eines ver­ fahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses (2) mit Überwachungsmitteln (6) zur digitalen Verarbeitung von von Signalerfassungsmitteln (10, 11, 12, 13) erfaßten Luft- und/oder Körperschallsignalen, mit Steuerungsmitteln (5) zur Steuerung des Prozesses (2) und mit einem Bedien- und Beob­ achtungsmitteln (4) zum Bedienen und Beobachten des Prozesses (2), wobei die Überwachungsmittel (6), die Steuerungsmittel (5) und das Bedien- und Beobachtungssystem (4) als Software­ programme für das Computersystem Rechner (1) ausgebildet sind und wobei zur Kommunikation zwischen den Überwachungsmitteln (6), den Steuerungsmitteln (5) und den Bedien- und Beobach­ tungsmitteln (4) OPC-Mechanismen vorgesehen sind.
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