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Fehlererkennungssystem für einzelne und zu Systemen zusammen-
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gefaßte Werkzeugmaschinen Die Erfindung betrifft ein Fehlererkennungssystem
für einzelne und zu Systemen zusammengefaßte Werkzeugmaschinen, deren Fehlersignalgewinnung
mittels Soll-Istwert-Vergleich digitaler Signale, Sensoren mit Signalausgang oder
Grenzwertüberwachung analoger Signale erfolgt, das Vorliegen von Fehlern mittels
codierter Fehleranzeige und codierter Primärfehleranzeige sichtbar ist und die Ausgabe
eines Warnsignales oder eines Steuersignales zur Stillsetzung der Maschine oder
des Systems bei Vorliegen mindestens eines Fehlersignales erfolgt.
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Es sind bereits auf der Grundlage der Überwachung des Betriebszustandes
von Werkzeugmaschinen oder ganzen Werkzeugmaschinensystemen arbeitende Behlererkennungssysteme
bekannt, die den durch das Steuersystem vorgeschriebenen Betriebszustand der Maschine
oder des Systems mit dem überwachten Betriebszustand vergleichen und ein Fehlersignal
liefern, wenn der vorgeschriebene Betriebszustand von dem überwachten Betriebszustand
deutlich abweicht. In diese Fehlererkennungssysteme sind, wie aus der DE-OS 21 11
935 entnehmbar, auch Hilfsfunktionen der Naschine oder des Systems einbezogen, welche
mittels in einem vorbestimmten Programm festgelegten Hilfsfunktionsdaten überwacht
werden. Gemeinsam ist diesen bekannten Überwachungssystemen die Verwertung auftretender
Fehlersignale über die optische Fehleranzeige hinaus für die Betätigung von Alarmvorrichtungen
oder die Stillsetzung der Maschine oder des Systems eigen.
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Diese aufgezeigte Verwertung der Fehlersignale ist Ausgangspunkt wesentlicher
Nachteile, die sich hinsichtlich der Verwertung von Fehlersignalen für die Betätigung
von Alarmeinrichtungen davon ableiten, daß Alarmeinrichtungen ihre Information auf
manuelle Reaktionen richten. Damit ist die Beseitigung von aufgetretenen und durch
Alarmeinrichtungen angezeigten Fehlern von der manuellen Qualität und Zuverlässigkeit
bei der Bewertung und Abstellung solcher aufgetretener Fehler abhängig, so daß
eine
derartige Fehlersignalverwertung das menschliche Versagen und sich möglicherweise
daraus entvJickelnde schwerwiegende Folgefehler einlralkuliert. Davon leitet sich
für Fehlersignale, deren ursächlicher Fehler mit einer Gefahr für Mensch und Maschine
verbunden sind bzw. die sich kosten- oder qualitätsbeeinflussend auswirken, die
Notwendigkeit der Stillsetzung der Maschine bzw. des Systems ab. Damit erfordert
diese geschilderte Verwertung der Fehlersignale einen hohen Anteil von Fehlersignalen,
die eine Stillsetzung der Maschine auslösen. Dieser Anteil von Fehlersignalen, welcher
die Stillsetzung der Maschine auslöst, steigt überproportional mit der Anzahl der
überwachten Funktionsdaten der Maschine, so daß die aufgezeigte Verwertung der Fehlersignale
mit fortschreitender bUberwachungsintensität zwangläufig eine Erhöhung der Stillstandszeiten
der maschine bzw. des Systems zur Folge hat.
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Zweck der Erfindung ist es, die Stillstandszeiten bei gleichzeitigem
Ausschluß von folgenschweren Auswirkungen durch manuelles Versagen für eine vorausgesetzte
Anzahl überwachter Funktionsdaten zu senlren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fehlererkennungssystem für einzelne
und zu Systemen zusammengefaßte Werkzeugmaschinen, deren Fehlersignalgewinnung mittels
Soll- Istwert-Vergleich digitaler Signale, Sensoren mit Signalausgang oder Grenzwertüberwachung
analoger Signale erfolgt, das Vorliegen von Fehlern mittels codierter Fehleranzeige
und codierter Primärfehleranzeige sichtbar ist und die Ausgabe eines Warnsignales
oder eines Steuersignales zur Stillsetzung der Maschine oder des Systems bei Vorliegen
mindestens eines Fehlersignales erfolgt, zu schaffen, welche durch eine beurteilungsfähige
Fehlererkennung und -verarbeitung den Anteil der eine Stillsetzung auslösenden Fehlersignale
auf ein erforderliches Ilinimum begrenzt.
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Brfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an Eingängen
einer Fehlersignalgewinnungsbaugruppe mit einem Quantifiziergerät
Ist-Zustand-Signale
bzw. analoge Trendwert-Signale anliegen, welche ausgangsseitig als paritätische
bzw. systemintern bewertete Fehlersignale direkt oder über eine Fehlersignal-Summiereinheit
entsprechend ihrer Bedeutung für den Zustand einer Baugruppe, Maschine oder eines
Maschinensystems hierarchisch gewichtet an entsprechende Hierarchieebenen einer
Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe angelegt sind, deren Ausgang ge auf entsprechende
Hierarchieebenen der Fehler- und Primärfehleranzeige geführt sind, während die den
einzelnen Hierarchieebenen der Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe zugehörigen Steuersignale
an die Steuerung der Maschine bzw. des Maschine systems angeschlossen sind und parallel
dazu über eine Signalverbindung einer 1'#ehlerregistriereinheit und/oder einem Auswertezentrum
aufgeschaltet sind.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß aus,,angsseitig
hierarchisch bewertete Steuersignale der Fehlersi#nal-Verknüpfunpsbaugruppe eine
maschinen- bzw. svstemspezifische Zuordnung besitzen und das Steuersignal jeder
Hierarchieebene von jedem an seiner Hierarchieebene anliegenden Steuersignal alctivierbar
ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich
daraus, da jeder Hierarchieebene Fehlersignalverknüpfungs-und -anzeigeeinheiten
mit bestimmter Anzahl Fehlersignaleingänge in den Erfordernissen entsprechender
Anzahl zugeordnet und entsprechend untereinander verknüpft sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
für die Hierarchieebenen der Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe sowie deren hierarchisch
bewertete Steuersignale die Signalinformation mit der Rangordnung - Stillsetzung
der Maschine oder des Maschinensystems - Wiedereinschaltsperre nach Beendigung des
Bearbeitungsablaufes - naschineninternes Umschalten auf redundante Baugruppen -
Änderung der Naschinenparameter nach festgelegtem Regime - Durchführung von Wartungsarbeiten
erforderlich belegt und der Steuerung der Maschine bzw. des Maschinensystems
aufschaltbar
sind.
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Als vorteilhaft für die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dabei
vorgesehen, daß jeder redundanSen Baugruppe sowie jedem auf der Grundlage von Behlersignalen
änderbaren tiaschinenparameter eine Hierarchieebene zugeordnet ist.
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Die weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vorzugsweise vor, daß
systemintern bewertete Fehlersignale der auf die Fehler-und Primärfehleranzeige
beschränkten Hierarchieebene und Fehlersignale einer steuerungsbeeinflussenden Hierarchieebene
in vorbestimmter Summierung zu Fehlersignalen einer jeweils höheren Hierarchieebene
verknüpft sind.
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Zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen,
daß die systeminterne Bewertung der Fehlersignale mittels Quantifiziergerät auf
der Basis eines analogen Trendwert-Signales, welches über einen quantifizierenden
AD-Wandler geführt ist, erfolgt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht auch noch darin,
daß die systemintern bewerteten Fehlersignale am Ausgang des Quantifiziergerätes
durch Aufruf eines Zeittaktgebers teilweise zeitabhängig anliegen.
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Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild
eines Fehlererkennungssystems nach der Erfindung in Verbindung mit einer Maschinensteuerung
Fig. 2 die schematische Darstellung einer Hierarchieebene der Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe
und der Fehler-und Primärfehleranzeige nach Fig. 1 Fig. 3 die schematische Darstellung
einer Fehlersignalverknüpfungs- und -anzeigeeinheit einer Hierarchieebene.
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Das in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Fehlererkennungssystem
besitzt eine Fehlersignalgewinnungsbaugruppe 1 mit einem
Quantifiziergerät
2. An der Fehlersignalgewinnungsbaugruppe 1 liegen eingangsseitig Ist-Zustand-Signale
überwachter kaschinenparameter in Form binärer Signale oder von Spannungspotentialen
an. Zur näheren Erläuterung sind in Fig. 1 aus der den überwachten Naschinenparametern
entsprechenden Vielzahl angeschlossener Ist-Zustand-Signale einige als Beispiele
dargestellt. So ist eine mögliche Art ein Ist-Zustand-Signal 3 durch Kontaktbetätigung.
Diese Art Ist-Zustand-Signale 3 können beispielsweise von Sensoren mit Signalausgang
oder von der Programmsteuerung der maschine aufgeschaltet sein. Als eine weitere
Art können an der Fehlersignalgewinnungsbaugruppe 1 Ist-Zustand-Signale 4 als Analogwertsignale
angelegt sein, welche mit einem Sollwertsignal 5 verglichen und die Abweichung mittels
eines Grenzwertschalters 6 überwacht wird. Bei diesen Ist-Zustand-Signalen 4 kann
es sich beispielsweise um Istwerte analoger Antriebe oder um separate Meßgrößen,
z.B. des Pumpendruckes, handeln. Ein Ist-Zustand-Signal 7 kann beispielsweise auch
ein Analogwertsignal sein, welches direkt von einem Grenzwertschalter 8 überwacht
wird. Diese Art Ist-Zustand-Signale 7 kann beispielsweise allen Naximum-Ninimum-Überwachungen
zugeordnet sein. An dem Quantifiziergerät 2 liegen analoge Trendwert-Signale 9 an,
welche über einen quantifizierenden AD-Wandler 10 mit dezimalem Ausgang geführt
sind und am Ausgang des Quantifiziergerätes 2 als systemintern bewertete Fehlersignale
11 anstehen. Teilweise liegen die systemintern bewerteten Fehlersignale 11, durch
einen Zeittaktgeber 12 aktiviert, zeitabhängig am Ausgang des Quantifiziergerätes
2 an. Die auf die beschriebene Weise gewonnenen und an den Ausgängen zuäng e n der
Fehlersignalgewinnungsbaugruppe 1 anstehenden paritätischen Fehlersignale 13 sowie
die an den Ausgängen des Quantifiziergerätes 2 anstehenden systemintern bewerteten
Fehlersignale 11 werden, entsprechend ihrer Bedeutung für den Zustand und den weiteren
Funktionsablauf der Maschine oder eines Maschinensystems, als Fehlersignale mit
Signalinformationen unterschiedlicher Rangordnung gewichtet und direkt bzw. über
eine Fehlerffiignalsummiereinheit 14 an Eingange dieser Rangordnung entsprechenden
Hierarchieebenen 15, 16,
17, 18, 19 einer Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe
20 angeschlossen. Die hierarchisch bewerteten und entsprechend an die Fehlersignal-Verknünfungsbaugruppe
20 angeschlossenen systemintern bewerteten bzw. paritätischen Fehlersignale 11 bzw.
13 sind von der Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe 20 auf Eingänge identischer Hierarchieebenen
15, 16, 17, 18, 19 einer Fehler-und Primärfehleranzeige 21 geführt. Die entsprechend
der Rangordnung der Fehlersignalinformationen maschinen- bzw. systemintern festgelegten
Hierarchieebenen geben an die Steuerung 22 der maschine bzw. eines Maschinensystems
jeweils ein der Hierarchieebene zugeordnetes Steuersignal 23 ab. Unabhängig davon,
ob an einer Hierarchieebene ein oder gleichzeitig mehrere Fehlersignale 11 bzw.
13 anliegen, wird von der Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe 20 nur ein, dieser
Hierarchieebene zugeordnetes Steuersignal 23 der Steuerung 22 aufgeschaltet. So
können den Hierarchieebenen 15, 16, 17, 18, 19 beispielsweise Steuersignale 23 mit
folgenden Steuersignalinformationen, mit der höchsten Rangordnung beginnend, zugeordnet
sein: - Stillsetzung der Maschine oder des I¢saschinensystems - Wiedereinschaltsperre
nach Beendigung des Bearbeitungsablaufes - maschineninternes Umschalten auf redundante
Baugruppen - Änderung der ilaschinenparameter nach festgelegtem Regime - Durchführung
von Wartungsarbeiten erforderlich.
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Dabei ist jeder redundanten Baugruppe als auch jedem fehlerbedingt
ansteuerbaren Maschinenparameter eine Hierarchieebene mit einem Steuersignalausgang
zugeordnet. Der Hierarchieebene 19 sind lediglich Trendwert-Signale 9 im Anfangsstadium
eines fehlerhaften Zustandes zugeordnet, deren Vorliegen durch die Fehler- und Primärfehleranzeige
21 ausgewiesen wird. Die Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe 20 ist zur Fehlersignalübertragung
an eine Fehlerregistriereinheit 24 undfoder ein Auswertezentrum 25 mittels Signalverbindung
26 angeschlossen. Eine weitere Signalverbindung 27 ist für ein Felilereingangssperrsignal
28, eine externe Fehlersignallöschung 29 und eine Iöschsperre 30 zwischen
der
Steuerung 22 und der Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe 20 vorgesehen.
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Die in Fig. 2 dargestellte Hierarchieebene kann beispielsweise die
Hierarchieebene 15 der Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe 20 und der Fehler- und
Primärfehleranzeige 21 nach Fig. 1 sein.
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In Fig. 2 ist die Hierarchieebene 15, aufgebaut aus beispielsweise
drei Fehlersignalverknüpfungs- und -anzeigeeinheiten 31, 32, 33, die jeweils aus
einem Fehlersignal-Verknüpfungsbaustein 34, 35, 36 und einem Einzel- und Primärfehleranzeigebaustein
37, 38, 39 bestehen, dargestellt. Eingangsseitig liegen, wie auch aus Fig. 1 ersichtlich,
an den Fehlersignal-Verknüpfungsbausteinen 34, 35, 36 die systemintern bewerteten
Fehlersignale 11 und die paritätischen Fehlersignale 13 an. Weiterhin sind von der
Steuerung 22 der Maschine über die Signalverbindung 27 (Fig. 1) das Fehlereingangssperrsignal
28, die externe #ehlersignallöschung 29 und die Löschsperre 30 an die 1##ehlersignal-Verknüpfungsbausteine
34, 35, 36 angeschlossen. Das aus den Fehlersignal-Verknüpfungsbausteinen 34, 35,
36 herausgeführte Steuersignal 23 ist gleichzeitig als Primärfehlersperre genutzt
und dazu als Ringsignal über alle Fehlersignal-Verknüpfungsbausteine 34, 35, 36
der Hierarchieebene 15 geführt. Von den Fehlersignal-Verknüpfungsbausteinen 34,
35, 36 sind an die zugeordneten Einzel- und Primärfehler-Anzeigebausteine 37, 38,
39 jeweils Signalverbindungen für Primärfehler 40 und für Einzelfehler 41 angeschlossen.
Die in de den einzelnen Fehlersignal-Verknüpfungsbausteinen 34, 35, 36 vorliegenden
Fehlersignale werden über die Signalverbindung 26 zu der Felilerregistriereinheit
24 und/oder dem Auswertezentrum 25 übertragen (Fig. 1).
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Der Aufbau einer der Fehlersignal-Verknüpfungs- und -anzeigeeinheiten
31, 32, 33 nach Big. 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Fehlersignal-Verknüpfungsbaustein
34 ist aus einem Fehlerspeicher 42 und einem Primärfehlerspeicher 43 aufgebaut.
Der Einzel- und Primärfehleranzeigebaustein 37 besteht aus der Einzelfehleranzeige
44 und der Primärfehleranzeige 45. Der Fehlerspeicher 42 besitzt eine bestimmte
Anzahl Signaleingänge, an welche die systemintern bewerteten Fehlersignale 11 des
Quantifiziergerätes 2
oder/und die paritätischen Fehlersignale
13 der Fehlersignalgevzimlungsbaugruppe 1 (Fig. 1) angeschlossen sind. Darüber hinaus
liegen an dem Fehlerspeicher 42 das Fehlereingangssperrsignal 28, die externe Fehlersignallöschung
29 und die töschsperre 30 an. Von dem Fehlerspeicher 42 ist eine Fehlersignalleitung
46, zur Signalverbindung 26 gehörig, weggeführt, die Signalverbindung 41 zur Libertragung
der Einzelfehler auf die Einzelfehleranzeige 44 an diese angeschlossen und eine
Signalleitung 47 zu dem Primärfehlerspeicher 43 geführt, an welchem weiterhin eine
Signalleitung 48 für die Primärfehlersperre angeschlossen ist.
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Von dem Primärfehlerspeicher 43 ist das Steuersignal 23 weggeführt
und das Primärfehlersignal mittels Signalverbindung 40 auf die Primärfehleranzeige
45 übertragen.
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Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Fehlererkennungssystems ist
folgende: Die an der Fehlersignalgewinnungsbaugruppe 1 anliegenden Ist-Zustand-Signale
3, 4, 7 in Form von Kontaktbetätigung oder von Spannungspotentialen werden auf ihren
Fehlerzustand geprüft und das vorliegende Fehlersignal an den zur Verarbeitung erforderlichen
Logilmegel angepaßt, so daß an den Ausgängen der Fehlersignalgewinnungsbaugruppe
1 die paritätischen Fehlersignale 13 anstehen.
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Bei den an dem Quantifiziergerät 2 anliegenden analogen Trend wert-Signalen
9 handelt es sich um überwachte Parameter der nMaschinen oder des Laschinensystems,
deren Analogwerte funktionsbedingt schon einen bestimmten Bereich überstreichen
können und in einem noch darüber hinausgehenden größeren Bereich diese Parameter
einen zunehmenden Fehlercharakter annehmen, der dann bis zu einem maschinenspezifischen
Grad lediglich einer mittel- oder kurzfristigen Wartung bedarf, jedoch bei weiterem
Heranwachsen zu einem Fehlersignal wird, welchem bereits Auswirkungen auf die Produktivität,
Qualität der Werkstücke oder die Sicherheit des Personals oder der Maschine zugrunde
liegen. Diesem Sachverhalt folgend, sind die analogen Trendwert-Signale 9 über quantifizierende
AD-Wandler geführt, an denen sie, entsprechend einer vorbestimmten maschinenspezifischen
Bewertung, in entsprechenden Dezimalgrößen
abgegriffen werden
und somit am Ausgang des Quantifiziergerätes 2 als systemintern bewertete Fehlersignale
11 anstehen. Diese Fehlersignale 11 können für Parameter-Trendeinschätzungen auch
zeitgetaktet erfaßt werden. Die systemintern bewerteten Fehlersignale 11 und die
paritätischen Fehlersignale 13 sind, da sie jeweils einem überwachten maschinen-
oder steuerungstechnischen Parameter zugeordnet sind, in ihren Auswirkungen auf
die Produktivität, Qualität der Werkstücke und die Sicherheit von Personal und Maschine
bewertet und entsprechend dieser Bewertung den Hierarchieebenen 15, 16, 17, 18,
19 der #ehlersignal-Ver knüpfungsbaugruppe 20 aufgeschaltet. Davon ausgehend, daß
einzeln auftretende systemintern bewertete Fehlersignale 11 sowie auch paritätische
Fehlersignale 13 in ihren Auswirkungen anders einzuschätzen und zu bewerten sind
als das paar- oder gruppenweise Auftreten. solcher Fehlersignale in bestimmten Zusammensetzungen,
sind dafür in Betracht kommende systemintern bewertete Fehlersignale 11 und paritätische
Fehlersignale 13 über die Fehlersignal-Summiereinheit 14 geführt, in welcher sie
nach einer maschinen- bzw. systemspezifischen Logik summiert und als solche summierte
Signale bewertet einer entsprechenden höheren Hierarchieebene der Fehlersignal-Verknüpfungsbaugruppe
20 aufgeschaltet sind. Gemäß Fig. 3 sind die einer bestimmten Hierarchieebene, zum
Beispiel der Hierarchieebene 15 nach Fig. 1 und Fig. 2, aufgeschalteten systemintern
bewerteten Fehlersignale 11, paritätischen Fehlersignale 13 und die mittels Fehlersignal-Summiereinheit
14 summierten Signale einem der Fehlersignal-Verknüpfungsbausteine 34, 35, 36, z.B.
34 gemäß Fig. 3 zugeordnet und an dessen Fehlerspeicher 42 angeschlossen. Das zeitlich
erste der möglichen an dem Fehlerspeicher 42 anliegenden Fehlersignale wird über
Signalleitung 47 auf den Primärfehlerspeicher 43 übertragen und im Dual-Code gespeichert,
über die Signalverbindung 40 für den Primärfehler auf die Primärfehleranzeige 45
geführt und als codierter Fehler angezeigt. In dem Fehlerspeicher 42 werden mögliche
Folgefehler gespeichert, über die Signalverbindung 41 für Einzelfehler auf die Einzelfehleranzeige
44 übertragen und als codierte Fehler angezeigt. Aus dem Primärfehlerspeicher
43
wird das Steuersignal 23 herausgeführt und der Steuerung 22 der Maschine aufgeschaltet.
Die Primärfehlersperre erfolgt mittels der Signalleitung 48, die als Hingleitung
von dem Steuersignal 23 gemäß Fig. 2 abgezweigt ist. Das Fehlereingangssperr signal
28 ermöglicht bei entsprechender Beschaltung die Sperrung aller Fehlersignaleingänge,
um bei bestimmten Betriebsabläufen, beispielsweise beim Anlaufvorgang der Maschine,
aus dieser spezifischen Situation heraus bedingt im Fehlerbereich liegende Signale
zu unterbinden. Die externe Fehlersignallöschung 29 ermöglicht die externe Löschung
von Fehlersignalen in den Fehlerspeichern 42. Darüber hinaus ist mit der Löschsperre
30 dafür Sorge getragen, daß jegliche Löschmöglichkeiten von Fehlersignalen gesperrt
werden können.
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Das erfindungsgemäße Fehlererkennungssystem ermöglicht somit, alle
überwachten Maschinenparameter einzeln oder in Summierung von bestimmter Zusammensetzung
systemintern zu bewerten, entsprechenden Hierarchieebenen unter Berücksichtigung
der Fehlerwirkungen auf Produktivität, Qualität der Werkstücke und Sicherheit für
Personal und Maschine zuzuordnen und die dem jeweiligen Fehlerzustand angemessenen
Steuersignale auszugeben. Dabei werden alle Fehlersignale registriert, so daß auf
der Grundlage der Tendenzen von Parameter-Zeit-Driften bzw. Funktions-Zeit-Driften
Systemzustandsbeschreibungen ermöglicht sind.
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L e e r s e i t e