EP2440981A1 - Verfahren und vorrichtung zur fehlerüberwachung eines mehrere anlagen aufweisenden gesamtsystems - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur fehlerüberwachung eines mehrere anlagen aufweisenden gesamtsystems

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EP2440981A1
EP2440981A1 EP10721507A EP10721507A EP2440981A1 EP 2440981 A1 EP2440981 A1 EP 2440981A1 EP 10721507 A EP10721507 A EP 10721507A EP 10721507 A EP10721507 A EP 10721507A EP 2440981 A1 EP2440981 A1 EP 2440981A1
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EP
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data transmission
bandwidth
components
data
transmission system
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Withdrawn
Application number
EP10721507A
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English (en)
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Karsten Haug
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for error monitoring of an overall system having a plurality of systems, wherein the systems communicate with each other via a data transmission system having a predetermined transmission bandwidth, at least one system component of each system providing predetermined information in a fixed time window of the transmission bandwidth or according to a defined arbitration method Data transmission system sends and a device for carrying out the method.
  • an external diagnostic unit is usually connected to this system component in the case of suspected incorrect operation of a machine or system component.
  • a sensor measures separate physical quantities, which are forwarded to a measuring computer and evaluated there. This selective use of fault monitoring has the consequence that only one already appearing defective system component is supplied to a maintenance. Other plant or machine components continue to work until they are suspected of having an error as well.
  • the method according to the invention for monitoring the faults of a complete system having a plurality of actuators with the features of claim 1 has the advantage that a preventive diagnosis of the entire system can be carried out.
  • a preventive diagnosis of the entire system can be carried out.
  • the idle time window in the bandwidth of the data transmission system is determined when the fault diagnosis is switched off.
  • the reliable determination of the free time window takes place in the normal operating state of the overall system, in which the systems execute the functions assigned to them in order to obtain a concrete statement about the regularly available unused bandwidth of the data transmission system.
  • the unoccupied time window of the systems of the overall system in the operating state is determined depending on whether the system components of the systems of the overall system operate without fluctuation in normal operation or a predetermined number of fluctuations in a defined time unit in the overall system or fluctuations in all System components of the systems of the entire system
  • fluctuations in the regular operation of the plants can have different causes, such as fluctuations in the physical processes, eg in the movement of pneumatic cylinders.
  • the fluctuations are also influenced by the number of defective parts of the system components, as the defective parts are treated differently than correctly manufactured and working
  • a weighted averaging can be used to determine an average unoccupied time window, which provides the basis for the exchange of fault diagnosis signals during the operation of the overall system for a reliable preventive system diagnosis.
  • the plant components of the plants to be monitored for errors are prioritized in an order, this order being taken into account in the allocation of the unoccupied time window in the bandwidth of the data transmission system.
  • fault diagnosis signals are selected in the configuration phase for each plant component to be monitored, each fault diagnostic signal being assigned a diagnostic bandwidth within the unoccupied time window of the transmission bandwidth of the data transmission system. Due to this determination of the bandwidth of the idle time window In the case of fluctuations in the unoccupied time window during operation of the overall system, the fault diagnosis signals for transmission to the evaluation unit can be selected quickly, which fit into the currently occurring unoccupied time window of the transmission bandwidth of the data transmission system due to their associated diagnostic bandwidth.
  • Operating state of the overall system gradually reduces the prioritized fault diagnostic signals of each plant component according to their prioritization, starting with fault diagnosis signals of the lowest priority.
  • the two-dimensional prioritization strategy (prioritization of the plant components and prioritization of the fault diagnostic signals) allows the selection of the fault diagnosis signals to be easily and quickly adapted to the limits set by the overall system in the event of an operation.
  • a further development of the invention relates to a device for error monitoring of a multiple systems having total system, the systems communicate with each other over a predetermined transmission bandwidth exhibiting data transmission system, at least one plant component of each system sends a predetermined information in a fixed time window of the transmission bandwidth of the data transmission system ,
  • the data transmission system is connected to the system components of each system and a central evaluation unit and transmits to them within the predetermined transmission bandwidth information about a fault diagnosis of the system components of each system,
  • At least one system component of each installation to be monitored for errors sends its error diagnosis data over an unoccupied time window in the transmission bandwidth of the data transmission system to the central evaluation unit, which receives the fault diagnosis data of all system components to be monitored via the data transmission system.
  • the advantage of the invention is that all diagnostic data of the entire system are summarized in the evaluation and thus any errors can be detected very early and prevented. By using only one diagnostic computer for all system components of the systems of the overall system, the costs for such a preventive measure are significantly
  • the data transmission system is designed as a fieldbus.
  • a fieldbus connects all sensors, actuators and drives of a system with the evaluation unit.
  • the signals to be transmitted are sent with high reliability and fast availability.
  • the fieldbus networks the plant components of the plants in a wired data network, whereby the control and control of production processes is easily possible. Likewise is a transmission over
  • Figure 1 a schematic representation of a production system according to the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic flowchart for a fault diagnosis in a production system according to FIG. 1
  • FIG. 2a configuration phase
  • FIG. 2b realization phase Identical features are identified by the same reference numerals.
  • FIG. 1 shows a production system 1 with a large number of machines and systems.
  • four plants 2, 3, 4, 5 are restricted.
  • Each of these plants 2, 3, 4, 5 has a large number of components in the form of sensors, actuators and drives. The number varies from plant to plant.
  • the plant 2 the components 2a, 2b and 2c.
  • the system 3 has the components 3a and 3b, while the system 4 has the components 4a, 4b, 4c and 4d.
  • the system 5 has only the components 5a and 5b.
  • the number of components is not limited to the number shown, but can exceed them by far.
  • Each of these components 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b provides a
  • each individual component 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b is connected to a single diagnostic computer 6 which receives the fault diagnosis signals of the components 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b collects and evaluates.
  • 5a, 5b of the systems 2, 3, 4, 5 are connected by data technology via a field bus 7 to the diagnostic computer 6 and thereby e.g. networked according to the Ethernet standard.
  • a fieldbus 7 which works with this Ethernet standard, for example, Profinet or Sercos is used.
  • Each component 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b is connected via a line 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7j, 7k, 71 with the Fieldbus 7 connected.
  • the fixed transmission bandwidth is divided into fixed time windows, which contain the functional data to be transmitted, that of one of the components 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b during the production process is sent, are permanently assigned (isochronous transfer).
  • a remaining time window is provided for an asynchronous protocol.
  • For diagnostic monitoring of the production system either a free isochronous window or parts of the asynchronous window is used. The utilization of this remaining time window for diagnostic purposes will be explained in more detail with reference to FIG 2.
  • the procedure is subdivided into a configuration phase in which the free time window of the bandwidth of the fieldbus 7 is theoretically distributed to the components 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b to be monitored, and in FIG a realization phase in which the error diagnosis signals to be sent are adapted to the fluctuating free time window of the bandwidth of the fieldbus 7 during the production processes.
  • the production system 1 operates in normal operation.
  • the diagnosis or error monitoring is deactivated.
  • the free time window of the bandwidth of the field bus 7 of the production system 1 is determined in block 102.
  • the production system 1 operates with a minimum bandwidth requirement.
  • a defective part occurs every 10 minutes, while in a third maximum operating case on all systems 2, 3, 4, 5 of the overall system 1 permanently defective parts occur.
  • the data transfer on the field bus 7 is monitored and evaluated over a longer period of time, the size of the free time window being determined for each case.
  • an average free time window is determined from the free time windows determined in the three operating cases considered.
  • the components 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b to be monitored are subjected to prioritization.
  • an order of the components 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b is created according to their importance.
  • a selection of the signals to be monitored, which are to be subjected to the fault diagnosis, takes place in block 104.
  • the production system 1 operates in block 201 in normal operation and the diagnosis and error monitoring by the central diagnosis computer 6 is active.
  • block 202 it is ascertained which demand of bandwidth of the fieldbus 7 requires the actual processing by the systems 2, 3, 4, 5 and determines therefrom the free time window available for the diagnosis.
  • 4d, 5a, 5b defines a ranking of their signals according to required bandwidth. Thereafter, within the components, the signals to be transmitted are blocked in stages, so that the bandwidth required for the transfer of the error diagnosis signals is reduced.
  • the free bandwidth of the field bus 7 can also be distributed in a complex manner under the monitored components 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b in complex systems become. If faulty images change, priorities can be quickly changed or additional signals can be recorded. It is also ensured that the existing bandwidth of the fieldbus 7 is always optimally utilized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerüberwachung eines mehrere Anlagen aufweisenden Gesamtsystems, wobei die Anlagen (2, 3, 4, 5) über ein, eine vorgegebene Übertragungsbandbreite aufweisendes Datenübertragungssystem (7) miteinander kommunizieren, wobei mindestens eine Anlagenkomponente (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) eine vorgegebene Informationen in einem festgelegten Zeitfenster der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) sendet. Um eine vorausschauende Maschinendiagnose des Gesamtsystems durchführen zu können, werden über die vorgegebene Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) Informationen über eine Fehlerdiagnose der Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) übertragen, wobei mindestens eine, auf Fehler zu überwachende Anlagenkomponente (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) seine Fehlerdiagnosedaten über ein unbelegtes Zeitfenster innerhalb der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) an eine zentrale Auswerteeinheit (6) sendet, welche über das Datenübertragungssystem (7) die Fehlerdiagnosedaten aller zu überwachenden Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) der Anlagen (2, 3, 4, 5) empfängt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Fehlerüberwachung eines mehrere Anlagen aufweisenden Gesamtsystems
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerüberwachung eines mehrere Anlagen aufweisenden Gesamtsystems, wobei die Anlagen über ein, eine vorgege- bene Übertragungsbandbreite aufweisendes Datenübertragungssystem miteinander kommunizieren, wobei mindestens eine Anlagenkomponente jeder Anlage eine vorgegebene Informationen in einem festgelegten Zeitfenster der Übertragungsbandbreite oder nach einem festgelegten Arbitrierungsverfahren des Datenübertragungssystems sendet sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Fehlerdiagnostik in einer Maschine oder Anlage wird heute bei einer vermuteten fehlerhaften Funktionsweise einer Maschinen- oder Anlagenkomponente meist eine externe Diagnoseeinheit an diese Anlagenkomponente angeschlos- sen. Bei dieser Diagnoseeinheit misst ein Sensor separate physikalische Größen, welche an einen Messrechner weitergeleitet und dort ausgewertet werden. Dieser punktuelle Einsatz der Fehlerüberwachung hat zur Folge, dass nur eine schon defekt erscheinende Anlagenkomponente einer Wartung zugeführt wird. Andere Anlagen- oder Maschinenkomponenten arbeiten weiter, bis auch bei die- sen ein Verdacht auf einen Fehler vorliegt.
Diese Vorgehensweise erhöht die Wahrscheinlichkeit eines unverhofften Ausfalls der Anlagenkomponente, wenn nicht gar der ganzen Maschine oder Anlage, was zu unerwünschten Stillstands- und Reparaturzeiten führt, die den normalen Ar- beitsablauf eines Gesamtsystems, in welchen die Maschine oder Anlage eingeordnet ist, empfindlich stören können. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fehlerrüberwachung eines mehrere AnIa- gen aufweisenden Gesamtsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass präventiv eine Diagnostik des Gesamtsystems durchgeführt werden kann. Dadurch, dass über die vorgegebene Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems Informationen über eine Fehlerdiagnose der Anlagenkomponenten jeder Anlage übertragen werden, wobei mindestens eine auf Fehler zu überwachende Anlagenkomponente jeder Anlage seine Fehlerdiagnosedaten über ein unbelegtes Zeitfenster in der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems an eine zentrale Auswerteeinheit sendet, welche über das Datenübertragungssystem die Fehlerdiagnosedaten aller zu überwachenden Anlagenkomponenten der Anlagen empfängt, ist es möglich, eine Vielzahl von Maschinenzuständen zu überwachen und auszuwerten. Durch die Verwendung von freien Zeitfenstern in der Bandbreite des Datenübertragungssystems können sowohl physikalische Größen wie Ströme und Spannungen als auch Ablaufzeiten, wie beispielsweise die Bewegung bestimmter mechanischer Stellglieder des Gesamtsystems ausgewertet werden. Daraus lässt sich einfach eine Tendenz ableiten, welche Anlagenkomponenten störgefährdet sind und möglicherweise bereits eine Ersatzteilbestellung einleiten. Durch diese frühzeitige Feststellung eines Fehlers werden Wartungsintervalle verkürzt.
Vorteilhafterweise wird das unbelegte Zeitfenster in der Bandbreite des Daten- Übertragungssystems bei abgeschalteter Fehlerdiagnose bestimmt. Die zuverlässige Bestimmung des freien Zeitfensters erfolgt im normalen Betriebszustand des Gesamtsystems, in welchem die Anlagen die ihnen zugewiesenen Funktionen ausführen, um eine konkrete Aussage über die regelmäßig zur Verfügung stehende unbelegte Bandbreite des Datenübertragungssystems zu erhalten.
In einer Ausgestaltung wird das unbelegte Zeitfenster der sich im Betriebszustand befindenden Anlagen des Gesamtsystems in Abhängigkeit davon bestimmt, ob die Anlagenkomponenten der Anlagen des Gesamtsystems im Regelbetrieb schwankungsfrei arbeiten oder eine vorgegebene Anzahl von Schwan- kungen in einer definierten Zeiteinheit im Gesamtsystem auftreten oder Schwankungen in allen Anlagenkomponenten der Anlagen des Gesamtsystems auftre- ten. Diese Schwankungen im Regelbetrieb der Anlagen können verschiedene Ursachen haben, wie Schwankungen in den physikalischen Vorgängen, z.B. bei der Bewegung von Pneumatikzylindern. Die Schwankungen werden aber auch durch die Anzahl von defekten Teilen der Anlagenkomponenten beeinflusst, da die defekten Teile anders behandelt werden als korrekt gefertigte und arbeitende
Teile. Solche Schwankungen der Anlagen sorgen dafür, dass das unbelegte Zeitfenster in seiner Bandbreite schwankt.
Aus den drei verschiedenen Betriebszuständen lässt sich durch eine gewichtete Mittelwertbildung eine durchschnittlich unbelegtes Zeitfenster ermitteln, welches die Grundlage für den Austausch von Fehlerdiagnosesignalen während des Betriebes des Gesamtsystems für eine zuverlässige vorbeugende Systemdiagnose liefert.
In einer Weiterbildung werden zur Feststellung des unbelegten Zeitfensters die
Datenübertragungen innerhalb der vorgegebenen Bandbreite des Datenübertragungssystems während des Betriebszustandes der Anlagenkomponenten der Anlagen des Gesamtsystems überwacht und ausgewertet. Mit dieser Vorgehensweise wird das freie Zeitfenster ohne zusätzlichen Zeitaufwand sehr einfach während des normalen Betriebes des Gesamtsystems bestimmt.
Vorteilhafterweise werden in einer Konfigurationsphase die auf Fehler zu überwachenden Anlagenkomponenten der Anlagen in einer Reihenfolge priorisiert, wobei diese Reihenfolge bei der Zuweisung des unbelegten Zeitfensters in der Bandbreite des Datenübertragungssystems berücksichtigt wird. Dies hat den
Vorteil, dass von vornherein festgelegt ist, welche Anlagenkomponenten von besonderer Wichtigkeit sind, so dass die Fehlerdiagnosesignale dieser Anlagenkomponenten auch bei Schwankungen in der Bandbreite innerhalb des unbelegten Zeitfensters während des Normalbetriebes des Gesamtsystems sicher zu der Auswerteeinheit übertragen werden.
In einer Ausgestaltung werden in der Konfigurationsphase für jede zu überwachende Anlagenkomponente Fehlerdiagnosesignale ausgewählt, wobei jedes Fehlerdiagnosesignal eine Diagnosebandbreite innerhalb des unbelegten Zeit- fensters der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems zugeordnet wird. Auf Grund dieser Festlegung der Bandbreite des unbelegten Zeitfensters können im Falle von Schwankungen des unbelegten Zeitfensters während des Betriebs des Gesamtsystems schnell die Fehlerdiagnosesignale zur Übertragung an die Auswerteeinheit ausgewählt werden, die auf Grund der ihnen zugeordneten Diagnosebandbreite in das aktuell auftretende unbelegte Zeitfenster der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems passen.
In einer Weiterbildung werden bei einem erhöhten Bedarf an festgelegten Zeitfenstern in der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems während des Betriebszustandes des Gesamtsystems die Übertragung der Fehlerdi- agnosesignale solcher Anlagenkomponenten unterbunden, welche in der Reihenfolge der Anlagenkomponenten mit einer niederen Priorität eingeordnet wurden.
Vorteilhafterweise werden bei einem erhöhten Bedarf an festgelegten Zeitfens- tern in der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems während des
Betriebszustandes des Gesamtsystems die priorisierten Fehlerdiagnosesignale jeder Anlagenkomponente stufenweise entsprechend ihrer Priorisierung reduziert, beginnend mit Fehlerdiagnosesignalen der geringsten Priorität.
Durch die im Vorfeld getroffene, zweidimensionale Priorisierungsstrategie (Priorisierung der Anlagenkomponenten und Priorisierung der Fehlerdiagnosesignale) lässt sich die Auswahl der zu übertragenden Fehlerdiagnosesignale leicht und schnell an die, von dem sich im Betriebsfall befindlichen Gesamtsystem vorgegebenen Grenzen anpassen.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fehlerüberwachung eines mehrere Anlagen aufweisenden Gesamtsystems, wobei die Anlagen über ein, eine vorgegebene Übertragungsbandbreite aufweisendes Datenübertragungssystem miteinander kommunizieren, wobei mindestens eine An- lagenkomponente jeder Anlage eine vorgegebene Informationen in einem festgelegten Zeitfenster der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems sendet. Um eine vorausschauende Maschinendiagnose des Gesamtsystems durchführen zu können, ist das Datenübertragungssystem mit den Anlagenkomponenten jeder Anlage und einer zentralen Auswerteeinheit verbunden und über- trägt an diese innerhalb der vorgegebenen Übertragungsbandbreite Informationen über eine Fehlerdiagnose der Anlagenkomponenten jeder Anlage, wobei mindestens eine, auf Fehler zu überwachende Anlagenkomponente jeder Anlage seine Fehlerdiagnosedaten über ein unbelegtes Zeitfenster in der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems an die zentrale Auswerteeinheit sendet, welche über das Datenübertragungssystem die Fehlerdiagnosedaten aller zu überwachenden Anlagenkomponenten der Anlagen empfängt. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass alle Diagnosedaten des Gesamtsystems in der Auswerteinheit zusammengefasst werden und somit eventuelle Fehler sehr frühzeitig entdeckt und unterbunden werden können. Durch die Verwendung nur eines Diagnoserechners für alle Anlagenkomponenten der Anlagen des Gesamt- Systems werden die Kosten für eine solche präventive Maßnahme deutlich reduziert.
In einer Ausgestaltung ist das Datenübertragungssystem als Feldbus ausgebildet. Ein solcher Feldbus verbindet alle Sensoren, Stellglieder und Antriebe einer Anlage mit der Auswerteeinheit. Dabei werden die zu übertragenden Signale mit hoher Zuverlässigkeit und schneller Verfügbarkeit gesendet.
Vorteilhafterweise vernetzt der Feldbus die Anlagenkomponenten der Anlagen in einem kabelgebundenen Datennetzwerk, wodurch die Steuerung und Kontrolle von Produktionsprozessen einfach möglich ist. Ebenso ist eine Übertragung über
Funk möglich.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutet werden.
Es zeigt:
Figur 1 : schematische Darstellung eine Produktionssystems gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 2: schematisches Ablaufdiagramm für eine Fehlerdiagnose in einem Produktionssystem nach Figur 1
Figur 2a: Konfigurationsphase
Figur 2b: Realisierungsphase Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt ein Produktionssystem 1 mit einer Vielzahl von Maschinen und An- lagen. Der Übersichtlichkeit halber wird sich im angeführten Beispiel auf vier Anlagen 2, 3, 4, 5 beschränkt. Jede dieser Anlagen 2, 3, 4, 5 weist eine große Anzahl von Komponenten in Form von Sensoren, Stellgliedern und Antrieben auf. Die Anzahl variiert von Anlage zu Anlage. So weist die Anlage 2 die Komponenten 2a, 2b und 2c auf. Die Anlage 3 besitzt die Komponenten 3a und 3b, wäh- rend die Anlage 4 über die Komponenten 4a, 4b, 4c und 4d verfügt. Die Anlage 5 besitzt dahingegen nur die Komponenten 5a und 5b. Die Anzahl der Komponenten ist nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt, sondern kann diese bei weitem überschreiten.
Jede dieser Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b stellt einen
Überwachungspunkt dar, welcher in einem Diagnosesystem überwacht werden soll. Zu diesem Zweck ist jede einzelne Komponente 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b mit einem einzigen Diagnoserechner 6 verbunden, welcher die Fehlerdiagnosesignale der Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b sammelt und auswertet. Die Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d,
5a, 5b der Anlagen 2, 3, 4, 5 sind datentechnisch über einen Feldbus 7 mit dem Diagnoserechner 6 verbunden und dabei z.B. nach dem Ethernet-Standard vernetzt. Als Feldbus 7, der mit diesem Ethernet-Standard arbeitet, wird beispielsweise Profinet oder Sercos verwendet. Jede Komponente 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b ist über eine Leitung 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7j, 7k, 71 mit dem Feldbus 7 verbunden.
Bei dem genannten Feldbus 7 wird die fest vorgegebene Übertragungsbandbreite in feste Zeitfenster aufgeteilt, welchen die zu übertragenen Funktionsdaten, die von einer der Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b während des Produktionsprozesses gesendet wird, fest zugeordnet sind (isochroner Transfer). Ein Restzeitfenster ist für ein asynchrones Protokoll vorgesehen. Für die Diagnoseüberwachung des Produktionssystems wird entweder ein freies isochrones Fenster oder Teile des asynchronen Fensters genutzt. Die Verwertung dieses Restzeitfensters zu Diagnosezwecken soll anhand von Figur 2 näher erläutert werden.
Die Vorgehensweise unterteilt sich dabei in eine Konfigurationsphase, in welcher das freie Zeitfenster der Bandbreite des Feldbusses 7 auf die zu überwachenden Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b theoretisch verteilt wird und in eine Realisierungsphase, in welcher die zu versendenden Fehlerdiagnosesignale während des Produktionsprozesse an das schwankende freie Zeitfenster der Bandbreite des Feldbusses 7 angepasst werden.
Mit Hilfe von Figur 2a soll zunächst die Konfigurationsphase betrachtet werden.
Im Block 101 arbeitet das Produktionssystem 1 im normalen Betrieb. Die Diagnose bzw. Fehlerüberwachung ist deaktiviert. Ausgehend von dieser Einstellung wird im Block 102 das freie Zeitfenster der Bandbreite des Feldbusses 7 des Produktionssystems 1 bestimmt. Dazu wird in unterschiedlichen Betriebsfällen festgestellt, wie viel Busbandbreite das Gesamtsystem 1 benötigt. Im ersten minimalen Betriebsfall wird davon ausgegangen, dass das Produktionssystem 1 mit einem minimalen Bandbreitenbedarf arbeitet. In einem zweiten, als typisch betrachteten Fall wird davon ausgegangen, dass beispielsweise ein defektes Teil pro 10 Minuten auftritt, während in einem dritten maximalen Betriebsfall an allen Anlagen 2, 3, 4, 5 des Gesamtsystems 1 dauernd defekte Teile auftreten. In den drei erläuterten Fällen wird über einen längeren Zeitraum der Datentransfer auf dem Feldbus 7 überwacht und ausgewertet, wobei für jeden Fall die Größe des freien Zeitfensters bestimmt wird. Mit Hilfe einer gewichteten Mittelwertbildung wird aus den in den drei betrachteten Betriebsfällen ermittelten freien Zeitfens- tern ein durchschnittliches freies Zeitfenster ermittelt.
Im Block 103 werden die zu überwachenden Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b einer Priorisierung unterworfen. Dabei wird eine Reihenfolge der Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b nach ihrer Wich- tigkeit erstellt. Eine Auswahl der zu überwachenden Signale, welche der Fehlerdiagnose unterzogen werden sollen, erfolgt im Block 104. Für jede Komponente 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b wird hier festgelegt, welche Signale mit welcher Bandbreite (d.h. Wortbreite und Abtastrate) überwacht werden soll. Bereits bei der Auswahl der Signale kann dabei festgestellt werden, ob eine Über- wachung des Signals innerhalb des zur Verfügung stehenden durchschnittlichen freien Zeitfensters des Produktionssystems 1 möglich ist. Damit ist die Konfigurationsphase abgeschlossen.
In der Realisierungsphase, welche mit Hilfe von Figur 2b erläutert werden soll, arbeitet das Produktionssystem 1 im Block 201 im Normalbetrieb und die Diagnose und Fehlerüberwachung durch den zentralen Diagnoserechner 6 ist aktiv. Im Block 202 wird festgestellt, welchen Bedarf an Bandbreite des Feldbusses 7 die eigentliche Bearbeitung durch die Anlagen 2, 3, 4, 5 benötigt und daraus das für die Diagnose zur Verfügung stehende freie Zeitfenster bestimmt.
Wird im Block 202 festgestellt, dass das freie Zeitfenster des Feldbusses 7 nicht ausreicht, um alle Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b und Signale zu überwachen, wie es für den ersten Fall vorgesehen ist, in welchem davon ausgegangen wurde, dass keine Schwankungen auftreten, wird im Block 203 die Überwachung der Datenübertragung durch die Komponenten 2a, 2b, 2c,
3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b mit niederer Priorität gestoppt. Dabei wird auf die Reihenfolge der Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b zurückgegriffen, wie sie in der Konfigurisierungsphase definiert wurde.
Alternativ wird im Block 204 für jede Komponente 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c,
4d, 5a, 5b eine Rangfolge ihrer Signale nach benötigter Bandbreite definiert. Danach werden komponentenintern die zu übertragenden Signale stufenweise blockiert, so dass die für den Transfer der Fehlerdiagnosesignale benötigte Bandbreite reduziert wird.
Mit einer solchen Konfiguration der Bandbreite des Feldbusses 7 kann auch in komplexen Anlagen die freie Bandbreite des Feldbusses 7 auf komfortable Weise unter den zu überwachenden Komponenten 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b verteilt werden. Ändern sich Fehlerbilder, dann können schnell Prioritäten verändert oder zusätzliche Signale aufgenommen werden. Auch wird dafür gesorgt, dass die vorhandene Bandbreite des Feldbusses 7 immer optimal ausgenutzt wird.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Fehlerüberwachung eines mehrere Anlagen aufweisenden Gesamtsystems, wobei die Anlagen (2, 3, 4, 5) über ein, eine vorgegebene Übertragungsbandbreite aufweisendes Datenübertragungssystem (7) mit- einander kommunizieren, wobei mindestens eine Anlagenkomponente (2a,
2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) eine vorgegebene Informationen in einem festgelegten Zeitfenster der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) sendet, dadurch gekennzeichnet, dass über die vorgegebene Übertragungsbandbreite des Daten- Übertragungssystems (7) Informationen über eine Fehlerdiagnose der Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) übertragen werden, wobei mindestens eine, auf Fehler zu überwachende Anlagenkomponente (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) seine Fehlerdiagnosedaten über ein unbelegtes Zeit- fenster innerhalb der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) an eine zentrale Auswerteeinheit (6) sendet, welche über das Datenübertragungssystem (7) die Fehlerdiagnosedaten aller zu überwachenden Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) der Anlagen (2, 3, 4, 5) empfängt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das unbelegte Zeitfenster in der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) bei abgeschalteter Fehlerdiagnose bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das unbelegte
Zeitfenster der sich im Betriebszustand befindenden Anlagen ( 2, 3, 4, 5) des Gesamtsystems (1 ) in Abhängigkeit davon bestimmt wird, ob die Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) der Anlagen (2, 3, 4, 5) des Gesamtsystems (1 ) im Regelbetrieb schwankungsfrei arbeiten oder eine vorgegebene Anzahl von Schwankungen in einer definierten Zeiteinheit im Gesamtsystem (1 ) auftreten oder Schwankungen in allen AnIa- genkomponenten(2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) der Anlagen (2, 3, 4, 5) des Gesamtsystems (1 ) auftreten.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, das zur Feststellung des unbelegten Zeitfensters die Datenübertragungen innerhalb der vorgegebenen Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) während des Betriebszustandes der Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) der Anlagen (2, 3, 4, 5) des Gesamtsystems (1 ) überwacht und ausgewertet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in einer Konfigurationsphase die auf Fehler zu überwachenden Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) der Anlagen (2, 3, 4, 5) in einer Reihenfolge priorisiert werden, wobei diese Reihenfolge bei der Zuweisung des unbelegten Zeitfensters in der Bandbreite des Datenübertragungssystems
(7) berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass in der Konfigurationsphase für jede zu überwachende Anlagenkomponente (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) Fehlerdiagnosesignale ausgewählt werden, wobei jedes Fehlerdiagnosesignal eine Diagnosebandbreite innerhalb des unbelegten Zeitfensters der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) zugeordnet wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erhöhten Bedarf an festgelegten Zeitfenstern in der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) während des Betriebszustandes des Gesamtsystems (1 ) die Übertragung der Fehlerdiagnosesignale solcher Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) unterbunden werden, welche in der Reihenfolge der Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) mit einer niederen Priorität eingeordnet wurden.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erhöhten Bedarf an festgelegten Zeitfenstern in der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) wäh- rend des Betriebszustandes des Gesamtsystems (1 ) die priorisierten Fehlerdiagnosesignale jeder Anlagenkomponente(2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) stufenweise entsprechend ihrer Priorisierung reduziert werden.
9. Vorrichtung zur Fehlerüberwachung eines mehrere Anlagen aufweisenden
Gesamtsystems, wobei die Anlagen (2, 3, 4, 5) über ein, eine vorgegebene Übertragungsbandbreite aufweisendes Datenübertragungssystem (7) miteinander kommunizieren, wobei mindestens eine Anlagenkomponente (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) eine vorgege- bene Informationen in einem festgelegten Zeitfenster der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems (7) sendet, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenübertragungssystem (7) mit den Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) und einer zentralen Auswerteeinheit (6) verbunden ist und über seine vorge- gebene Übertragungsbandbreite Informationen über eine Fehlerdiagnose der Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) überträgt, wobei mindestens eine, auf Fehler zu überwachende Anlagenkomponente(2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) jeder Anlage (2, 3, 4, 5) seine Fehlerdiagnosedaten über ein unbelegtes Zeitfens- ter innerhalb der Übertragungsbandbreite des Datenübertragungssystems
(7) an die zentrale Auswerteeinheit (6) sendet, welche über das Datenübertragungssystem (7) die Fehlerdiagnosedaten aller zu überwachenden Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) der Anlagen (2, 3, 4, 5) empfängt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Datenübertragungssystem (7) als Feldbus ausgebildet ist.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Feldbus (7) die Anlagenkomponenten (2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 4d, 5a, 5b) der
Anlagen (2, 3, 4, 5) in einem kabelgebundenen oder funkgebundenen Datennetzwerk vernetzt.
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