DE69921135T2

DE69921135T2 - Überwachungsverfahren für elektromagnetische, pneumatische oder hydraulische aktuatoren und vorrichtungen zu seiner durchführung

Info

Publication number: DE69921135T2
Application number: DE69921135T
Authority: DE
Inventors: Didier Thieriot; Pierre Darchis
Original assignee: LA POSTE (EXPLOITANT PUBLIC); POSTE
Current assignee: LA POSTE (EXPLOITANT PUBLIC); POSTE
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: EP1090304A1; WO2000000838A1; FR2780513A1; DE69921135D1; EP1090304B1; US6584431B1; FR2780513B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Überwachung einer Vielzahl elektromechanischer, pneumatischer oder hydraulischer Aktuatoren, die zusammen innerhalb der gleichen funktionellen Einheit angeordnet sind.
Eine solche Einheit ist typischerweise eine Postverteiler-Vorrichtung, welche gleichartige Elektromagnete mit der gleichen Funktion umfaßt, bei denen es heutzutage sehr schwer ist, eine effiziente und detaillierte Überprüfung im Zuge einer präventiven Wartung durchzuführen. Das gleiche gilt für Einheiten, die gleichartige pneumatische oder hydraulische Aktuatoren umfassen.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen einer Vielzahl elektrischer Aktuatoren ist aus dem Dokument WO97/20224 bekannt. In diesem System sind an jedem Aktuator eine Vielzahl von Sensoren angebracht, deren Messungen in Signale transformiert werden, die einen Identifikationscode aufweisen. Die so gekennzeichneten Signale werden von einem Datenverarbeitungssystem empfangen, wo sie mit Nominalwerten verglichen werden.
Falls ein Signal von einem Nominalwert abweicht, wird die Information ausgegeben, daß der Aktuator, von dem dieses stammt, fehlerhaft ist. Dieses System ist aufwendig, da für jeden Aktuator eine Vielzahl von Sensoren vorgesehen sind und da ferner für jeden Aktuator ein Sensorsatz notwendig ist.
Die Erfindung ist das Ergebnis eines einfacheren und effizienteren Lösungsansatzes für dieses Problem.
Die Erfindung betrifft ein Überwachungs- und Diagnoseverfahren für eine Vielzahl identischer Aktuatoren, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

– Versorgen jedes einzelnen der Vielzahl identischer Aktuatoren einzeln und nacheinander aus derselben elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Energiequelle und unter den gleichen Schaltungsbedingungen;
– Erstellen einer Aufstellung oder Kurve des gemessenen Flusses in Abhängigkeit von der Zeit für jeden Aktuator;
– Erstellen einer Superposition ausgehend von der Gesamtheit der Kurven, wobei sich die Superposition ergibt, indem ein Verlauf definiert wird, der sich aus der überwiegenden Mehrzahl der Kurven zusammensetzt und diesbezüglich als Normierungsverlauf betrachtet wird;
– Isolieren der Kurven, die Abweichungen von dem Verlauf aufweisen; und
– Erstellen einer Anomaliediagnose jeder einzelnen Kurve auf der Basis dieser Abweichung oder Abweichungen, die sich mit diesem Verlauf ergibt.

Diese Superposition kann mit der Gesamtheit jeder dieser Kurven durchgeführt werden, wobei in diesem Fall die Anregungszeitdauer der Aktuatoren für alle gleich sein muß, oder sie kann alternativ mit signifikanten Abschnitten dieser Kurven ausgeführt werden, wobei in diesem Fall die Anregungszeitdauer der einzelnen Aktuatoren untereinander verschieden sein kann.
Da die Aktuatoren elektrische, pneumatische oder hydraulische Komponenten sein können, kann der gemessene Fluß dementsprechend ein Strom, eine Durchflußmenge komprimierter Luft oder eine Durchflußmenge einer hydraulischen Flüssigkeit sein.
In der Praxis hat das geringfügige Variieren der Nominalströme oder Nominalflüsse (erhöhter Strom oder Fluß während des Dauerversorgungszustands) der verschiedenen Aktuatoren innerhalb eines Toleranzbereichs schwerwiegende Folgen. Vor dem Schritt des Superpositionierens wäre es daher vorteilhaft, eine homothetische Transformation jeder Kurve auszuführen, um den nominal ermittelten Strom- oder Flußwert auf einen gewählten Mittelwert zurückzuführen. Selbstverständlich könnte vor diesem Schritt eine erste Überprüfung durchgeführt werden, um die Fehler des Nominalstroms (erfaßter Wert außerhalb des oben genannten Bereichs) zu erkennen und zu analysieren.
Die Erfindung betrifft gleichermaßen Vorrichtungen zum Ausführen des oben genannten Verfahrens, Vorrichtungen, die in die Einheiten oder Maschinen integriert werden können, welche die zu überwachenden Elemente umfassen, und unabhängige Diagnosegeräte.
Diese und weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden Beschreibung, in bezug auf die beigefügten Zeichnungen, wobei die Zeichnungen darstellen:
1 ist eine schematische Ansicht einer Aktuatoreneinheit, die mit einer Versorgungsquelle in einer Weise verbunden ist, welche die Umsetzung der Erfindung gestattet;
2 ist ein Diagramm, das die in den Aktuatoren der 1 auftretende Stromstärke in Abhängigkeit von der Zeit während aufeinanderfolgenden Ansteuerzyklen jeder dieser Aktuatoren darstellt;
3 ist ein Diagramm, das die Kurve von 2 in vergrößertem Maßstab für einen Zyklus eines der Aktuatoren darstellt;
4 ist ein Diagramm in dem gleichen Maßstab wie 2, das eine Superposition darstellt, die von den Kurven der 2 ausgeht, welche den einzelnen Aktuatoren entsprechen; und
5 ist ein Diagramm, das dem von 4 ähnelt, und das die Superposition nach der Verarbeitung darstellt.
Obwohl die Erfindung gemäß ihrem Prinzips für alle elektromechanischen Aktuatorentypen anwendbar ist, ist sie in den Zeichnungen und der folgenden Beschreibung mit Bezug auf Elektromagneten dargestellt.
Bezugnehmend auf 1 ist ein Schaltkreis schematisch dargestellt, der eine Vielzahl identischer Elektromagneten E umfaßt, nämlich E1, E2, E3, ..., En-1, En, die mit ihrem Widerstand R und ihrer Induktivität L symbolisiert sind und parallel mit einer gemeinsamen Gleichstrom-Versorgungsquelle S in einer Weise verbunden sind, daß diese selektiv und unter identischen Bedingungen einzeln versorgt werden können. Der Schaltkreis der 1 umfaßt für jeden Aktuator in gleicher Weise eine Schutzvorrichtung und eine Anschalt-Aufladevorrichtung, wobei es sich um einen Widerstand und einen Kondensator handelt. Diese können beispielsweise in den Postverteiler-Vor-richtungen des Karusselltyps befestigt sein, in welchen eine große Anzahl identischer Aktuatoren durch einen Arbeitsschritt, beispielsweise das Steuern des Öffnens/Schlie-ßens der Verschlußklappen der Ablagen, gleichzeitig betroffen sind. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen M einen Sensor, der vorgesehen ist, den aus der Versorgungsquelle S abfließenden Strom zu messen, wobei der Sensor in diesem Fall ein Hall-Sensor oder ein in Serie geschalteter kalibrierter Vorwiderstand (Shunt) oder ähnliches sein kann.
Für eine solche Aktuatoreinheit E, welche die Komponenten umfaßt, die ihr einzeln zugeordnet sind, hier ein Widerstand R und ein Kondensator C, umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zur präventiven Wartung die folgenden Schritte, um den Zustand der Aktuatoren individuell zu überwachen und deren Fehler zu diagnostizieren: Aktivieren aller Aktuatoreneinheiten reihum, indem diese einzeln, während der gleichen Zeitperiode von einer Quelle S versorgt werden, und kontinuierliches Messen des Stroms für jeden Arbeitszyklus, und Speichern des gemessenen Stroms in Abhängigkeit von der Zeit, um eine Folge von Kurven (c) zu erhalten, wie sie in der 2 für die ersten zehn Elektromagneten E der Einheit dargestellt ist.
Jeder Funktionszyklus hat beispielsweise eine Dauer von 0,2 Sekunden, wobei die Versorgungsdauer 0,1 Sekunden beträgt. Jede Kurve (c), wie die der 3, in der der Usprung der Zeitachse dem Anfangszeitpunkt entspricht, umfaßt eine Aufwärtsflanke bis zu dem Zeitpunkt t2, deren oberer Abschnitt nach einer leichten Abflachung am Zeitpunkt t1 einer Umstellung des Elektromagneten zwischen seinem Ruhezustand und seinem permanenten Versorgungszustand entspricht, und einen Absatz zwischen den Zeitpunkten t2 und t3, der dem permanenten Versorgungszustand entspricht und der ein Niveau aufweist, das geeigneterweise zur Ermittlung des Nominalstroms Inom des Elektromagneten herangezogen wird, sowie eine abfallende Flanke zwischen dem Zeitpunkten t3 und dem Zeitpunkt t4 am Ende des Zyklus, während der sich der zugeordnete Kondensator wieder auflädt.
Am Ende dieses ersten Verfahrensschritts kann eine erste Kontrolle durchgeführt werden, die den Wert des genannten Nominalstroms Inom betrifft. Aus dem Diagramm der 2 ist klar zu entnehmen, daß der sechste Elektromagnet an dieser Seite eine starke Anomalie in der Hinsicht aufweist, daß sich sein Nominalstrom Inom sehr stark von allen benachbarten Werten unterscheidet, die zu der Gruppe der neun anderen gehören.
Aus dieser Anomalie des Nominalstroms kann eine erste Diagnose abgleitet und eventuell mit den folgenden Kontrollschritten bestätigt und/oder verfeinert werden.
Gemäß der Erfindung besteht ein zweiter Schritt des Verfahrens zum Kontrollieren und zum Überwachen der Aktuatoren E daraus, daß die Gesamtheit der Kurven der Aktuatoren E in dem gleichen Diagramm, 4, zusammengefaßt und überlagert werden. Vorzugsweise erfahren diese vorab eine Abgleichs-Homothetisierung, um alle einzelnen Mittelwerte des Nominalstroms auf ein gleiches Niveau zurückzuführen, um die geringfügigen Abweichungen zu entfernen, die sich aus den Toleranzen der Komponenten, insbesondere aus den Widerständen, ergeben.
Diese Superposition der Kurven (c'), welche eine Transformation der Kurven (c) von 4 darstellen, ergibt einen Verlauf T, der einen Mittenabschnitt aufweist, der dort besonders dicht ist, wo er dem Verlauf der Mehrheit der Kurven entspricht und der ferner deutlichere Bänder zu beiden Seiten dieses Mittenabschnitts aufweist.
Aus dem Verlauf T wird ein normalisierter Verlauf T', 5, abgeleitet, wobei das Normalisierungskriterium darin besteht, daß dieser den Bereich der Kurvenverläufe (c') für die meisten Elektromagneten darstellt. Es ist zu bemerken, daß der Verlauf T' eine variable Länge haben kann, oder genauer, daß sich zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb seiner Zeitdauer der Abstand zwischen seiner unteren und oberen Begrenzung in der Intensität deutlich verändern kann.
Von der Gruppe der Kurven (c'), die daraufhin eine nach der anderen mit dem Verlauf T' verglichen werden, sind diejenigen gedämpft, welche an einer oder an mehreren Stellen abweichen. Für jede Kurve stellen zudem der Wert jeder Abweichung (Mittelwert und/oder Spitzenwert), ihre Richtung (unterhalb oder oberhalb des Verlaufs T'), ihre Lage und ihr Betrag (beispielsweise bestimmt durch die Aufsummierung der Quadrate) Informationen dar, die verwendet werden können, um eine präzise Analyse des Fehlers und seiner Ursache durchzuführen. Als Beispiel kann ein Ausreißer jenseits des Verlaufs T' in dem Abschnitt oberhalb der Vorderflanke (t1, t2), der in der 5 gestrichelt dargestellt ist, einen Punkt angeben, an dem bewegliche Teile des Elektromagneten schwergängig sind, während eine Abweichung in dem ersten Abschnitt der Vorderflanke (0, t1) ein Problem der Induktivitäten und/oder der Widerstände darstellt; eine Abweichung auf der Höhe des Absatzes (t2, t3) kann ein Problem der Versorgung oder der Widerstände darstellen, und eine Abweichung bei der Hinterflanke (t3, t4) kann auf ein Problem des Kondensators und des Widerstands R hinweisen. Die Häufung von mehreren Abweichungen kann zudem auf einen Genauigkeitsfehler hinweisen: beispielsweise kann eine Abweichung auf der Höhe des ersten Abschnitts der Vorderflanke (0, t1) mit einer Abweichung auf der Höhe der Hinterflanke (t3, t4) dazu führen, daß mit hoher Wahrscheinlichkeit davon auszugehen ist, daß der Fehler von einer Anomalie des Widerstands R herrührt.
Aus dem Vorangegangenen kann geschlossen werden, daß die wesentlichen Abschnitte der Kurven (c) hauptsächlich ihre aufsteigenden Flanken und ihre abfallenden Flanken sind und weniger der Absatz in Relation zu dessen Dauer. Daher können ein Verlauf T' sowie Superpositionen mit den wesentlichsten Abschnitten der Kurven (c) erstellt werden, wodurch die Notwendigkeit der gleichen Anregungsdauer für die Gesamtheit der Aktuatoren entfallen kann.
Eine Vorrichtung zur Umsetzung des oben genannten erfindungsgemäßen Verfahrens zur präventiven Wartung und Diagnose umfaßt daher im wesentlichen Mittel, um die Abfolge der Aktivierung zu steuern, einen einzelnen Stromsensor, Datenaufzeichnungsmittel und Verarbeitungsmittel für die Ergebnisse, um Resultate vorzusehen, wobei diese Mittel insgesamt in einer Vorrichtung integriert sein oder getrennte Testgeräte umfassen können, in welchem Fall sie für mehrere unterschiedliche Aktuatoreneinheiten und für unterschiedliche Einheiten mit verschiedenen Aktuatoren verwendet werden können. Im zweiten Fall umfaßt das Testgerät demnach einen Stromsensor, vorzugsweise von einem Typ, der auf dem Hall-Effekt basiert, eine Steuereinheit, die mit der zu untersuchenden Maschine verbindbar ist, und Erfassungs- und Speichermittel für Daten. Die Verarbeitung der Daten, um Ergebnisse zu erhalten, wird vorzugsweise von einer getrennten Verarbeitungseinheit durchgeführt.
Obwohl die Erfindung hinsichtlich Elektromagneten beschrieben wurde, kann sie für diese oder für anderes angewandt werden, abgesehen von anzupassenden Unterschieden, wobei diese Anpassung vollständig im Bereich des Könnens des Fachmanns liegt, und sie kann ferner andere Kategorien elektromechanischer Aktuatoren, insbesondere Motoren, sowie pneumatische oder hydraulische Aktuatoren betreffen.
Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft hinsichtlich der Einfachheit und daher hinsichtlich der geringen Kosten der Mittel, die zur Umsetzung der Erfindung notwendig sind, und sie ist gleichermaßen vorteilhaft hinsichtlich der großen Zuverlässigkeit, die sich aus dem Prinzip der automatischen Kalibrierung ergibt. Insbesondere sind die Vorteile zu bemerken, die sich aus einem einzelnen Strom- oder Flußsensor hinsichtlich der Ökonomie bezüglich der Bauteilekosten ergeben, und Vorteile, die sich daraus ergeben, daß eine genaue und komplexe Eichkurve nicht notwendig ist, wobei diese notwendig wäre, wenn es mehrere wären.

Claims

Überwachungs- und Diagnoseverfahren für eine Vielzahl identischer Aktuatoren (E), das die folgenden Schritte umfaßt: – Versorgen jedes einzelnen der Vielzahl identischer Aktuatoren (E) nacheinander aus derselben elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Energiequelle (S) und unter den gleichen Schaltungsbedingungen; – Messen des Energieflusses am Ausgang der Versorgungsquelle (S) während eines Zyklus, in dem jeder Aktuator (E) aktiviert ist; – Erstellen einer Aufstellung oder Kurve (c) des gemessenen Flusses in Abhängigkeit von der Zeit für jeden Aktuator; – Erstellen einer Superposition ausgehend von der Gesamtheit der Kurven (c), wobei sich die Superposition (T) ergibt, indem ein Verlauf (T') definiert wird, der sich aus der deutlichen Mehrheit der Kurven zusammensetzt und diesbezüglich als Normierungsverlauf betrachtet wird; – Isolieren der Kurven, die Abweichungen von dem Verlauf (T') aufweisen; und – Erstellen einer Anomaliediagnose jeder einzelnen Kurve auf der Basis dieser Abweichung oder Abweichungen, die sich mit diesem Verlauf (T') ergibt bzw. ergeben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsperiode für alle Aktuatoren (E) identisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aktivierungsperioden der Aktuatoren voneinander unterscheiden, wobei die Superposition ausgehend von signifikanten Abschnitten der Kurven (c) erstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schritt des Erstellens einer Superposition eine homothetische Transformation jeder Kurve (c) ausgeführt wird, um den nominalen ermittelten Strom- oder Flußwert (Inom) auf einen gewählten Mittelwert zurückzuführen, wobei die Superposition (T) mit Kurven (c') ausgeführt wird, die sich aus der Transformation der Kurven (c) ergeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erstellen der Superposition eine erste Kontrolle durch Vergleichen der Kurven (c) ausgeführt wird, um diejenigen zu finden, die sich hinsichtlich der Höhe des nominalen Strom- oder Flußwerts (Inom) von der Mehrzahl unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es auf Elektromagneten angewandt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es auf Motoren angewandt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es auf pneumatische Aktuatoren angewandt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es auf hydraulische Aktuatoren angewandt wird.