Beschreibung
System zur Störfallerkennung und Störfallanalyse
Die Erfindung betrifft ein System zur Störfallerkennung und zur Störfallanalyse für eine technische Anlage, wobei das System mindestens einen Sensor zur Ermittlung von Zustandsda- ten und/oder Prozessdaten der technischen Anlage aufweist, das System zur automatischen und/oder manuellen Störfaller- kennung vorgesehen ist, und die ermittelten Zustandsdaten und/oder die ermittelten Prozessdaten eines Störfalls speicherbar sind.
Ein derartiges System kommt bei Automatisierungssystemen, Produkt- oder Fördersystemen oder ähnlichen technischen Anlagen zum Einsatz. Um eine reibungslose Produktion mit komple¬ xen Automatisierungs- und Produktionsanlagen zu gewährleis¬ ten, gibt es verschiedene Systeme zur Störfallerkennung, die dazu verwendet werden, die Leerlaufzeit oder Ausfallzeit, die durch Störfälle auftreten, in technischen Anlagen zu reduzieren. Der technische Aufwand sowie der Personalaufwand zur Er¬ kennung und Behebung der Störfälle ist im Allgemeinen sehr hoch, so dass sich die Störfälle in der Regel sehr produkti¬ onshemmend bemerkbar machen. Im Allgemeinen werden verschie- dene Arten von Sensoren zur Überwachung solcher Anlagen eingesetzt. Hierbei sind Sensoren, insbesondere visueller Art, sehr verbreitet und oft universell einsetzbar.
Systeme zur Störfallerkennung bei technischen Anlagen verfü- gen meist über eine Visualisierung des vorhandenen Anlagenschaltbildes, das die gesamte Anlage im Überblick darstellt. Mit zunehmender Automatisierung und Komplexität einer derartigen technischen Anlage nimmt auch die Anzahl der durch die Sensoren erfassten Daten zu. Diese Daten werden in der Regel, beispielsweise mittels einer Speichereinheit gesammelt und mittels eines Computers verwaltet. Durch eine adäquate Plat¬ zierung der Sensoren ist es möglich, wichtige Informationen
als solche frühzeitig zu identifizieren und zur schnellen ma¬ nuellen Behebung des Störfalls zu verwenden. Mit derartigen ÜberwachungsSystemen ist es ebenfalls möglich, verschiedene Prozesszustände einer technischen Anlage gleichzeitig zu ü- berwachen bzw. zu identifizieren, wobei diese besonders übersichtlich darstellbar sind und bei Besonderheiten, insbesondere bei Störungen, unmittelbar frühzeitige Gegenmaßnahmen möglich machen.
Aus DE 44 38 854 C2 ist ein Überwachungssystem bekannt, wobei das Überwachungssystem für eine technische Anlage mit einer Anzahl von Anlageteilen, die als Informationselemente auf ei¬ ner Anzeigeeinheit darstellbar sind, wobei die Informations¬ elemente anhand von für einen Anlagenzustand relevanten Pro- zessdaten derart positioniert darstellbar sind, dass der Ab¬ stand zwischen jeweils zwei Informationselementen den Grad ihrer kontextuellen Ähnlichkeit repräsentiert. Mit einem der¬ artigen Überwachungssystem ist es nicht möglich die Ursache eines Störfalles zu erkennen und es ist ebenfalls nicht in der Lage, eine statistische Störfallanalyse durchzuführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische An¬ lage zu überwachen, Störungsfälle festzustellen, die Stö¬ rungsursache zu identifizieren und eine statistische Stör- fallanalyse durchzuführen.
Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das System für die automatische Er¬ kennung einer Störungsursache mittels der Zustandsdaten und/oder der Prozessdaten eines Störfalls und einer manuellen und/oder automatischen Störfallanalyse für das System konditionierbar ist, und dass das System Mittel zur automati¬ schen Erkennung der Störungsursache des Störfalls mittels der Zustandsdaten und/oder der Prozessdaten aufweist.
Je nach Ausdehnung der technischen Anlage, insbesondere einer Fertigungs- oder Produktionslinie oder Verpackungslinie wer-
den ein oder mehrere Sensoren derart installiert, dass der gesamte Produktionsvorgang erfasst werden kann. Hierbei zeichnen die Sensoren die Daten des Produktionsvorganges kon¬ tinuierlich in einem Umlaufpuffer auf, der je nach Bedarf die Sensordaten eines bestimmten Zeitintervalls, zum Beispiel 10 bis 30 Sekunden speichern kann. Tritt ein Fehler oder Störfall (zum Beispiel eine Störungsmeldung in einer der Maschinensteuerungen der Produktionslinie) auf, so werden die Um¬ laufpuffer der Sensoren, die den Bereich vor oder nach der Maschine erfassen, zusammen mit der Störungsmeldung im Betriebsdatenerfassungssystem gespeichert. Auch der Umlaufpuffer der Sensoren, die andere relevante Messgrößen der Störungsstelle erfassen, werden ebenfalls abgespeichert. Im Ein¬ zelnen könnten dies beispielsweise die visuellen Aufzeich- nungen eines Kamerasensors, eines Temperaturmessfühlers oder auch einer Lichtschranke, oder ähnliches sein. Die Stö¬ rungsmeldung selbst dient als Trigger für das sofortige An¬ halten des Observierungsmodus . Der Inhalt des Umlaufpuffers wird zur Bearbeitung weitergegeben oder zwischengespeichert, sodass kein Datenverlust der relevanten Rohdaten des Störfalls auftritt. Auch das verzögerte Anhalten der Sensorauf¬ zeichnungen kann für die optimale Datenerfassung zur Charakterisierung des Störfalls von Vorteil sein. Das Zeitintervall für welches der Umlaufpuffer Daten liefert, ist hierbei opti- mal auf die Maschine, bzw. die technische Anlage eingestellt. So kann dieses Zeitintervall beispielsweise mit der Aufzeich¬ nung von ca. 10 Sekunden vor und bis 5 Sekunden nach der Störung enthalten. Anhand des abgelegten Datenmaterials wird ei¬ ne Störfallanalyse durchgeführt, die die Störungsursache er- mittelt. Die Störungsanalyse kann hierbei manuell oder auto¬ matisch erfolgen. Das Datenmaterial wird mit der Diagnose ins Betriebsdatenerfassungssystem eingetragen, um unter anderem eine statistische Auswertung aller erkannter Störfälle zu er¬ möglichen .
Eine automatische Störursachenermittlung ist durch ein entsprechend entwickeltes System möglich, welches die Erkennung
bestimmter Störungsursachen gelernt hat, bzw. dafür konditioniert ist. Dieses System legt neben dem Datenmaterial auch die selbst erkannte Störungsursache zusammen mit der Stö¬ rungsmeldung auf dem Betriebsdatenerfassungssystem ab. Im Falle einer automatischen Störungsursachenerkennung allein durch das System können erkannte Störungsursachen sofort in das Betriebsdatenerfassungssystem eingetragen werden. Für nicht automatisch erkannte Störungen wird anhand eines aufge¬ zeichneten und abgespeicherten Datenmaterials nachträglich eine manuelle Analyse durchgeführt und somit nachträglich die Störungsursache ermittelt. Nach der Ermittlung der Störungs¬ ursache wird das System derart konditioniert, so dass bei ei¬ nem weiteren Auftreten derselben Störungsursache das System in der Lage ist, diese automatisch zu erkennen und das Daten- material mit der korrekten Diagnose abzulegen. Eine entspre¬ chende Konditionierung des Systems nach einer bislang noch nicht aufgetretenen Störungsursache, die erkannt und manuell analysiert worden ist, kann so aussehen, dass ein entspre¬ chender Algorithmus an die automatische Auswerteeinheit zu- sammen mit einer neuen Störungskennung weitergegeben wird, damit die künftige automatische Störungserkennung gesichert ist. Durch die kontinuierliche Verbesserung der Störungsursa¬ chenerkennung wird eine manuelle Störungsursachenermittlung aus der Störungsmeldung heraus und dem aufgezeichneten Daten- material immer seltener werden. Ziel ist es, die manuelle
Störungsursachenerkennung möglichst zu minimieren und auf die Anlaufphase des Systems zu beschränken. Ein weiteres Ziel ist es, die erkannten Störungsursachen abzulegen bzw. zu speichern und mit Datenverarbeitungsgeräten zu analysieren. Die Analyse lässt beispielsweise Aussagen über die Vor- und
Nachteile der technischen Anlage zu und/oder lässt Verschlei¬ ßerscheinungen erkennen und/oder identifiziert mangelhafte Ausgangsmaterialien .
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Systems zur Störfall¬ erkennung und zur Störfallanalyse für eine automatisierte oder technische Anlage ist ein System, welches einen Daten-
Speicher aufweist, der für Diagnosedaten der erkannten Störungsursachen aus den Zustandsdaten und/oder den Prozessdaten vorgesehen ist. Der Vorteil besteht aus der statistischen Störungsanalyse, die im Hinblick auf die Prozessdaten und/oder Zustandsdaten ausgeführt wird. Dies bedeutet, zum Beispiel, dass die Häufigkeit, die Zeitpunkte oder eine sys¬ tematische Fehlerursache der Störungsursachen ermittelt wer¬ den kann. Beispielsweise können auch andere Informationen, die für den Betreiber der technischen Anlage wichtig sind, aus den Diagnosedaten entnommen werden. Die Diagnosedaten ermöglichen somit eine Minimierung der Stillstandszeiten bei zukünftigen Störfällen.
Von großem Vorteil ist auch eine zentrale Speichereinheit, in der die Zustandsdaten und/oder die Prozessdaten und/oder die Diagnosedaten speicherbar sind. Weist das System eine derartige zentrale Speichereinheit auf, so sind die Diagnosedaten und/oder Zustandsdaten und/oder Prozessdaten mehrerer Sensoren erfassbar, speicherbar und analysierbar. Auf diese Weise können Störungsfälle, die auf Maschineneinheiten zurückgehen, die insgesamt eine große Verflechtung mit anderen Maschinenteilen der Anlage aufweisen, beobachtet und analysiert wer¬ den. Auf diese Weise sind Störfälle, die einen übergreifen¬ den, also einen nicht-lokalen Charakter haben, analysierbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Zustandsdaten und/oder die Prozessdaten und/oder die Diagnosedaten mittels einer Datenverarbeitungseinheit analysierbar. Eine Datenverarbeitungseinheit ermöglicht eine schnellere und effizientere Störfallanalyse der technischen Anlage, insbe¬ sondere wenn diese sehr komplex ist. Weiterhin ermöglicht ei¬ ne Datenverarbeitungseinheit in diesem Zusammenhang eine leichtere Handhabbarkeit des Systems, einerseits durch eine adäquate graphische Darstellung, andererseits durch die effi- ziente Handhabe und Analyse umfangreicher Datenmengen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist/sind die Datenverarbeitungseinheit und/oder die zentrale Speicherein¬ heit und/oder der Sensor als Mobileinheiten vorgesehen. Der Vorteil entsteht dadurch, dass die Mittel zur Analyse- und Störfallursachenerkennung im Bereich der technischen Anlage flexibel bewegbar sind, um somit eine automatische oder manu¬ elle Analyse vor Ort zu ermöglichen. Insbesondere bei der Konditionierung ist es vorteilhaft, wenn die Mittel zur Ana¬ lyse direkt bei der Örtlichkeit des aufgetretenen Störfalls verwendbar sind. Außerdem ist es hilfreich, wenn die zentrale Speichereinheit vor Ort zur manuellen Störfallanalyse eines neuen Störfalls herangezogen werden kann. Das gleiche gilt auch für die Datenverarbeitungseinheit. Des Weiteren ist es vorteilhaft, einen Sensor mobil einsetzen zu können. Auf die- se Weise können in Abhängigkeit einer bestimmten Problemlage ganz bestimmte Teile einer technischen Anlage oder Teilanlage speziell zur Untersuchung eines Störfalltyps durch den Sensor observiert werden. In der gleichen Weise sind mehrere Senso¬ ren auf einen bestimmten Teilbereich ansetzbar.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das System mindestens ei¬ nen intelligenten Sensor aufweist, bzw. dieser intelligente Sensor in das System integriert ist. Der intelligente Sensor ist in der Lage, eine gewisse Voranalyse auszuführen. Dies macht die automatische Störfallursachenerkennung schneller und einfacher, da der intelligente Sensor, ähnlich wie das ganze System, für einen bestimmten Störfall oder mehrere bestimmte Störfälle konditioniert wird, so dass die Störfallur¬ sachenerkennung lokal funktioniert.
Vorteilhafterweise weist der Sensor zum Ablegen von Zustands- daten und/oder Prozessdaten einen digitalen und/oder analogen Umlaufpuffer auf, wodurch die Sicherung der Rohdaten unabhängig von dem derzeitigen Zustand des Gesamtsystems gewährleis- tet ist. Weiterhin kann der Sensor in einer intelligenten Weise selbst eine Voranalyse an den abgelegten Zustand und/oder Prozessdaten durchführen und/oder diese an das Sys-
tem weiterleiten, beziehungsweise auch die selbst erstellten Diagnosedaten im System weiterleiten.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Systems ist ein System, welches die Möglichkeit bietet, einen Sensor stör- fallabhängig an der automatisierten Anlage zu positionieren. Dazu sind Mittel am Sensor und/oder Mittel an der technischen Anlage vorgesehen, um eine einfache Deplatzierung bzw. Positionierung der Sensoren für die relevante Teilanlage zu be- werkstelligen . Auf diese Weise können Sensoren von Positionen abgezogen werden, die ab einem gewissen Zeitpunkt als stör- fallunkritisch angesehen werden.
Weitere Vorteile können durch einen Sensor erreicht werden, der zur drahtlosen Datenübertragung mit der Datenverarbeitungseinheit und/oder der zentralen Speichereinheit vorge¬ sehen ist. Ein Sensor dieser Art ist leichter positionierbar als Sensoren, die eine direkte Verbindung in Form eines Ka¬ bels zur Datenverarbeitungseinheit benötigen, welches für be- stimmte technische Anlagen und Gegebenheiten nicht heranführbar oder sicherheitstechnisch zu gefährlich ist.
Vorteilhafterweise ist ein Sensor zum Anschluss an eine Er¬ kennungseinheit vorgesehen, wodurch eine effiziente Voranaly- se bzw. vollständige Erkennung der Störungsursache ermöglicht wird. Auf diese Weise ist es möglich, einen Sensor daraufhin auszurichten, dass er alle oder einige Funktionen des Systems übernehmen kann. Solch eine mobile Einheit ist als Analyse¬ gerät ausführbar, das nicht aufwendigerweise in die techni- sehe Anlage integriert werden muss. Diese Aus führungsform ist deshalb eine Art von Servicegerät zur Störfallerkennung und Störfallanalyse für technische Anlagen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Systems ist ein System, das eine Erkennungseinheit zur Erstellung von Diagno¬ sedaten und/oder zur Erkennung mindestens einer Störungsursache vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Erkennung der
Störungsursache lokal erfolgen, aber die statistische Auswer¬ tung kann durch die erstellten Diagnosedaten nachträglich erfolgen. Hierzu sendet die Erkennungseinheit selbstständig oder auf Anfrage Zustandsdaten und/oder Prozessdaten und/oder Diagnosedaten an die zentrale Speichereinheit.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Systems ist ein System dessen Sensoren Erkennungseinheiten aufweisen, die bei einem Störfall zur Übermittlung von Zustandsdaten und/oder Prozessdaten aus dem Umlaufpuffer an die zentrale Speichereinheit vorgesehen sind. Auf diese Weise kann die Störfall- ursachenanalyse zentral ausgeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Systems ist ein System, das Sensoren aufweist, welche auf Anfrage der Daten¬ verarbeitungseinheit zur Übermittlung von Zustandsdaten und/oder Prozessdaten aus dem Umlaufpuffer an die zentrale Speichereinheit vorgesehen sind, um im Falle eines Störfalls, durch die möglicherweise große Datenmenge, die durch die Sen- soren zur Verfügung gestellt wird, keine Überlastung des Systems zu verursachen. Die Datenverarbeitungseinheit richtet dann die Anfrage an einen Sensor, wenn diese dafür Zeit aufbringen kann. Damit wird sichergestellt, dass kein Datenver¬ lust bei einem Störfall insbesondere einem zahlreiche Maschi- nenteile übergreifenden Störfall auftritt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbil¬ dungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert .
Es zeigen:
FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems zur
Störfallerkennung und Störfallanalyse einer technischen Anlage,
FIG 2 das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 bei einem Störfall, und
FIG 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Systems zur
Störfallerkennung und Störfallanalyse mit einem in- telligenten Sensor.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems 1 zur Störfallerkennung und Störfallanalyse einer technischen Anlage. An störungsanfälligen Stellen der technischen Anlage 2, die als Produktionslinie oder Fertigungslinie oder Verpa¬ ckungslinie ausgeführt sein kann, sind Kameras als Sensoren 4 positioniert. Die technische Anlage 2 kann Maschinen, För- derlemente, Linienelemente etc. aufweisen. Wird von einem der Maschinen 13, 14, 15 eine Störung gemeldet, so wird der ent- sprechend zugehörige als Kamera ausgelegte Sensor 4 getrig- gert . Der Sensor 4 schickt dann die im Umlaufpuffer 6 befindlichen Bilder oder Filmsequenz, die den Prozessablauf der letzten ca. 10 bis 30 Sekunden vor der Störung beinhalten, an die Datenverarbeitungseinheit 9 und/oder an die zentrale Speichereinheit 8, die als Einheit des Betriebsdatenerfas¬ sungssystems 16 ausgeführt sein kann. In der zentralen Spei¬ chereinheit 8 werden die Daten der Bilder bzw. Filmsequenz zusammen mit den Daten der Störungsmeldung abgelegt. Anhand dieser Daten der abgelegten Bilder bzw. der Filmsequenz wird anschließend die Störungsursache manuell, oder falls das Sys¬ tem bereits für die Störung konditioniert ist, automatisch ermittelt. Da häufig die eigentliche Störfallursache nicht unmittelbar im Umfeld der betroffenen Maschine oder Komponente liegt, die die Störmeldung erzeugt hat, können bei Auftre- ten einer Störmeldung alternativ große Teile oder alle der verfügbaren Sensoren abgezogen werden bzw. unmittelbar vor der betroffenen Maschine oder Komponente bzw. nach der be-
troffenen Maschine oder Komponente positioniert werden. So liegt beispielsweise die zweite Maschine 14, sowie das För¬ derband davor und danach im visuellen Sensorbereich beider Sensoren 4. Unterschiedlichste Strategien in Abhängigkeit von den technischen Gegebenheiten der Produktionslinie beziehungsweise technische Anlage sind denkbar.
Figur 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel eines Systems 1 zur Störfallerkennung und Störfallanalyse einer technischen Anlage aus Figur 1 bei einem Störfall. Findet ein Störfall, beispielsweise eine Störung 17 der dritten Maschine 15 der technischen Anlage 2 statt, so werden die visuellen Informationen zu diesem Störfall im Umlaufpuffer 6 des Sensors 4 abgelegt, wobei der Sensor 4 als Kamera ausgeführt ist. Die ge- stoppte Maschine in der dritten Maschine 15 liefert ein Trig¬ gersignal, welches dazu verwendet wird, den Umlaufpuffer 6 im Sensor 4 auszulesen. Die visuellen Informationen werden durch den Sensor 4 in Daten umgewandelt und stellen zumindest einen Teil der Diagnosedaten 7 dar, die an eine Einheit der Be- triebsdatenerfassung 16 weitergeleitet werden. Eine Störfall- ursachenerkennung ist durch eine Voranalyse des als Kamera ausgeführten Sensors 4 denkbar. Der Sensor 4 sendet dann die erkannte Störungsursache bzw. die Diagnosedaten 7, die nun¬ mehr die Daten der Voranalyse, Bilder und/oder eine Filmse- quenz beinhalten können, an die Einheit der Betriebsdatenerfassung 16 bzw. legt die genannten Daten auf einer zentralen Speichereinheit 8 ab. Anhand der Bilder und/oder der Filmsequenz kann nachfolgend eine manuelle Kontrolle der automatischen Störfallursachenerkennung erfolgen bzw. kann der automatische Erkennungsalgorithmus verbessert und/oder neue mögliche Störungsursachen konditioniert werden. In die¬ sem Ausführungsbeispiel sind Techniken zum Betrieb eines Um¬ laufpuffers, der digitalen Bildaufzeichnung und der digitalen Bildauswertung anwendbar.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems 1 zur Störfallerkennung und zur Störfallanalyse mit einem intelli-
genten Sensor 12. Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 und 2, verwendet auch der intelligente Sensor 12 einen analogen oder digitalen Umlaufpuffer 6. Weiterhin ist der intelligente Sensor 12 mit einer Erkennungseinheit 10 ausgestattet. Die Erkennungseinheit 10 übernimmt die Auswer¬ tung der visuellen Rohdaten, wobei eine Voranalyse stattfindet, wodurch bestimmte Störfälle identifiziert werden. In diesem Ausführungsbeispiel leitet der intelligente Sensor 12 die Zustandsdaten und/oder die Diagnosedaten 7 eines Stör- falls direkt an die Datenverarbeitungseinheit 9. Zusammen mit den Prozessdaten 5 aus der Einheit der Betriebsdatenerfassung 16 liegen alle störfallrelevanten Daten zur Störfallanalyse und/oder statistischen Analyse auf der Grundlage einer Vielzahl von Störfällen vor.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein System zur Stör¬ fallerkennung und zur Störfallanalyse für eine technische An¬ lage, wobei das System zur automatischen und/oder manuellen Störfallerkennung vorgesehen ist, und die ermittelten Zu- Standsdaten und/oder die ermittelten Prozessdaten eines Störfalls speicherbar sind, um dazu verwendet zu werden das Sys¬ tem für zukünftige Störfalle zu konditionieren, mit dem Ziel die technische Anlage zu überwachen, Störungsfälle festzu¬ stellen, die Störungsursache automatisch zu identifizieren und eine statistische und oder systematische Störfallanalyse durchzuführen .