EP2861835A1 - Machine component of a drive train and method for configuring and/or putting into operation and/or operating such a drive train - Google Patents

Machine component of a drive train and method for configuring and/or putting into operation and/or operating such a drive train

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Publication number
EP2861835A1
EP2861835A1 EP13729664.6A EP13729664A EP2861835A1 EP 2861835 A1 EP2861835 A1 EP 2861835A1 EP 13729664 A EP13729664 A EP 13729664A EP 2861835 A1 EP2861835 A1 EP 2861835A1
Authority
EP
European Patent Office
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data
machine
controllable
machine components
stored
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13729664.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jan-Dirk Reimers
Arno Klein-Hitpass
Ralf Martin Dinter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP13729664.6A priority Critical patent/EP2861835A1/en
Publication of EP2861835A1 publication Critical patent/EP2861835A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/188—Controlling power parameters of the driveline, e.g. determining the required power
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/18—Applications of computers to steam boiler control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/022—Power-transmitting couplings or clutches
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric

Definitions

  • the present invention relates to a method for designing and / or for commissioning and / or operating a drive train of a machine, the controllable Maschi ⁇ nenkomponenten and non-controllable machine components and being connected to a control unit, and to
  • D is a machine component of a drive train.
  • the essential components of a powertrain are ⁇ example, engine, engine clutch, brake system, gear transmission, drive shafts, drive bearing, frequency converters, etc. They usually originate from various engineering disciplines and may have a high degree of integration in special machines.
  • Wind turbines the integration into the wind farm control, 5 etc.
  • An operational data collection is divided into technical operating data and organizational operating data.
  • the technical operating data are often described by the term SCADA system (Supervisory Control and Data Acquisition System). This is understood to monitor and control industrial processes by means of a Computersys ⁇ tems.
  • the organizational operating data are often associated with the term PPS system (production planning and Steuerungsys ⁇ tem). This is a Computerpro ⁇ program or a system of computer programs, which supports the application in production planning and production control and handles the data management related.
  • the aim of a PPS system is the realization of short cycle times, deadlines, the achievement of optimal stock levels, the economic use of resources, etc.
  • Both operating data collection approaches can be implemented within a machine structure that can be both centralized and decentralized.
  • a generally accepted view is that by recognizing damage, a control unit can be caused by a changed control of the controllable machine. nenkomponenten an extension of the period to reach the final failure of the machine can, or that can be achieved by a modified from the beginning operating management and controller control of the machine extended operating time of the machine. The aim is to avoid failures and an increase in the operating time of the machine in the corresponding application.
  • a machine For this purpose, a machine must be equipped with significantly more sensors than it would have for the operation management or production data acquisition alone. In addition, the sensor information of the extended operational data acquisition must be evaluated. When selecting the sensors, all the machine components involved must ultimately be taken into account as part of a risk analysis. These machine components can include at least the force-carrying elements, such as shafts, bearings, gearbox, motor, inverter and power supply, but also subsystems such as cooling, lubricating oil supply and control units.
  • the monitoring sensors also belong to the operationally relevant systems and must also be monitored for their operability.
  • the monitoring sensors Within the framework of this information triangle of PPS, SCADA and CMS-CDS, it is possible to sort all known information structures of machines.
  • the inverter can be equipped with special filters. Compensation of the excitation forces is understood to mean active methods for excitation compensation by force introduction into the component. With these methods, which also belong to the active vibration control, non-synchronous excitation components can be compensated.
  • the vibration reduction by changing system properties which is also referred to as detuning, can be achieved for example by changing the bearing stiffness or the external damping.
  • couplings between the machine components can be used, such as elastomeric bearings, passive or active hydraulic elastomeric bearings or the like. Since optimal vibration reduction for the entire operating speed range usually requires an adjustment of the stiffness or damping properties, especially active or semi-active methods are being studied lately, which allow such adaptability.
  • the present invention provides a method of the type mentioned, comprising the steps of: providing at least a portion of the non-controlling ⁇ cash machine components with component-specific data stores, on each of construction-related technical data of the non-controllable machine components are stored, for the Control of one or more controllable machine components are relevant; Transmitting the data stored on the data memories to the control unit and controlling one or more controllable machine components using the control unit and taking into account the transmitted data.
  • a suitable data management can be used, such as a bus system, CAN, I 2 C, Ethernet, RS232 or the like, and RFID or other read formats.
  • a bus system such as CAN, I 2 C, Ethernet, RS232 or the like, and RFID or other read formats.
  • the result is a very precise, at least partially automated syn ⁇ thetization taking into account the design - related technical data of the passive machine components.
  • Another advantage is that individual passive Maschi ⁇ nenkomponenten can also be exchanged, without this having a great effort for re-synthesizing the machine components result.
  • controllable machine components are also equipped with component-specific data memories, on each of which at least one parameterization area is stored within whose limits the corresponding controllable machine component can be controlled, the data stored on the data memories of the controllable machine components being sent to the control unit via - averaged and the control of the controllable machine components takes place taking into account this data. Accordingly, the data of all the machine components to be synthesized can be automatically provided to the control unit for further use.
  • design-related technical data are preferably limit temperatures and / or limit speeds and / or marginal power and / or moments of inertia and / or Federsteifig- speeds and / or damping constants and / or Lastverweildau- (LDD) and / or RFC matrices (Rain-Flow-Count -
  • the actual values of a machine component erfas ⁇ transmitter sensor is used at least one, wherein a control at least one machine component controllable taking into account the at least one sensor detected by the actual values.
  • An automatic condition monitoring and a fault diagnosis based on the monitoring data can be implemented with sensors.
  • From the at least one sensor sensing ⁇ th actual values and stored in the data storing technical data for analysis are stored advantageous, particularly for the determination of the capacity level of the machine and / or a ⁇ of individual machine components and / or for further processing in a CMS / CDS System.
  • the number is preferably detected by load transgressions of individual machine components are stored and out ⁇ enhanced.
  • one of the non-controllable machine components is a transmission, wherein on the data memory of the transmission as konstrutechnischsbe ⁇ related technical data preferably meshing frequencies and / or rollover frequencies and / or the backlash and / or the backlash is stored / are.
  • the present invention for achieving the aforementioned object provides a machine component of the drive train that is not controllable by a control unit, ie, a passive machine component of the previously be ⁇ type described, and having a readable data storage medium, on the construction-related technical data of Ma ⁇ Schinenkomponente are stored, which are for the control of a controllable machine component of a drive train ei ⁇ ner machine of relevance.
  • the machine component is preferably a transmission, a bearing, a clutch or a brake.
  • design-related technical data are advantageously limit temperatures and / or limit speeds and / or limit powers and / or moments of inertia and / or spring stiffnesses and / or damping constants and / or load retention curves (LDD) and / or RFC matrices and / or Campell diagrams and / or safety factors of a machine compo- nent stored on the data memory.
  • LDD load retention curves
  • Figure 1 is a schematic representation of a machine according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing the order tracking for the
  • Figure 3 is another diagram showing the cumulative sum for
  • the machine 1 which may be any machine, has a drive train 2, via which a not-shown end effector can be driven, for example in the form of a cement mill, a Bandan ⁇ drive, a grinding plant, a roller, a Press, a conveyor belt or the like.
  • the drive train 2 comprises a plurality of machine components 3-8, which consist of individual machine elements or modules.
  • the machine components 3 and 4 is active machine components that can be controlled via a control unit 9, as examples play as an electric machine, an inverter or derglei ⁇ chen, to name just a few.
  • the Maschinenkompo ⁇ components 5-8 are not controllable passive machine components th, for example in the form of a bearing, a transmission, ei ⁇ ner clutch, a brake, etc.
  • the power train 2 includes a plurality of sensors S monitor the predetermined parameters of the machine components and 3-8 for evaluation to the control unit 9 übermit ⁇ stuffs.
  • LDD load retention curves
  • konstrutationsbe ⁇ related technical data for a bearing on the associated data memory for example, minimum speed, minimum load and limit acceleration, for a gear teeth meshing frequencies, backlash and backlash, for a clutch, the nonuniformity of the propeller shaft, for a
  • these may contain the active machine components fully 3 and 4 taking into account the requirement profiles of all Maschinenkompo ⁇ components 3-8 of the drive train 2 or semi-automatically set parameters, it can be ensured that that from ⁇ interpretation, commissioning and operation the drive train 2 are ord ⁇ voltage to the invention.
  • Another advantage is that it is easy to replace individual machine components 3-8 or parts thereof. The component-specific data of the new parts only have to be read out and sent to the
  • Control unit 9 are transmitted, whereupon this automatically ⁇ if necessary makes necessary changes to the system.
  • the dynamic load of the drivetrain 2 basically consists of three parts, namely the time-varying technological loads, the kinetic loads from the rigid body movements (primary movements) and the vibrodynamic loads from the vibrations of the structure (secondary movements).
  • the data which are deposited according to the invention on the data memories 10-15 of the individual machine components 3-8 comprise the design parameters from the time-varying technological loads and the kinetostatic loads from the rigid body movements, which are fixed data of the individual machine components 3-8 are to understand, but moreover preferably also relevant data such as Si ⁇ cherheitsbeiamine, scheduled for the fatigue strength calculation load retention curves Rain-flow-Count matrices Campell charts or the like. Only by means of this com ⁇ nentenspezifischen specifications, it is possible for the control unit 9, to keep the three groups of dynamic stresses mentioned above by appropriate parametrisation of the active machine components 3 and 4 below the critical limits.
  • Power, speed, torque and power flow limits to be considered. These are reflected in the active machine components 3 and 4 (the electric motor and the inverter) to ⁇ additionally in the stream, in the voltage level, in the phase position or in the switching frequency again. These are also to be considered.
  • the thermal limit due to the power flow may be different for each of the machine components 3-8, which could be achieved at other operating conditions.
  • the respective limiting size of a data class limi ⁇ benefiting here ultimately the management in the control unit 9.
  • the thermally most loaded machine components 3-8 as a performance-limiting for the entire drive train 2 viewed without this must be explicitly paramaterAlb in the control unit 9 because the data stored in the data memories 10-15 are transmitted in a simple manner to the control unit 9.
  • the vibration and noise ⁇ behavior can be called (secondary movements), which can also be considered as strongly influenced by the individual machine components 3-8 and excited depending on the operating conditions and the speed.
  • the mechanical structures of the machine components 3-8 basically vibrate at their natural frequencies. From the spectrum of stimulating frequencies uses the mechanical
  • the zero-point beams are the speed harmonics
  • vertical lines are the system eigenfrequencies
  • curved lines are a sign of non-linearities or time invariants compared to the theoretical execution of the Campell diagram.
  • the Campell diagram or the cumulative sum of the orders of the corresponding machine component 3-8 is stored on each data memory 10-15. Also these data are transmitted auto matically ⁇ to the control unit 9, in which then a summation of the unwanted operating states
  • Operation management parameterization is performed. The same can be done with data related to the stiffness of the Maschinenkompo ⁇ components 3-8 or with respect to their moment of inertia.
  • the control unit 9 thus does not only receive the data of the sensor that is sensory within each machine component 3-8
  • An exchange of machine components 3-8 can not lead to an erroneous overloading of changed machine components, as would be possible without the data exchange according to the invention.
  • the data sets on excitation frequencies can be calculated equally for bearings, shafts, and gears or measured using machine component 3-8 and stored as a data record.
  • undesirable effects in the machine behavior may occur, such as an impermissible heating of the windings and the laminated core, pendulum moments, an increased vibration development or sound emission as well as shaft voltage and bearing currents.
  • Electric machine the basic field of the inverter feed. This can be deduced from the effects of the harmonics of inverters on a harmonic equivalent diagram of the machine. Again, these can be specified per machine component.
  • specific variables can also be used be deposited for governors .
  • maximum accelerations or simple sequence patterns for the machine can be stored (eg service positions, parking positions, spin limits), which can be specific to only one machine component 3-8 and normally would have to be stored explicitly in the control unit 9.
  • control unit 9 can set parameters according to the invention on reading the com ⁇ nentenspezifischen data itself or it will be much easier for a user in that it allows data can read out selectively on site.
  • the data may be different based on the type of machine component 3-8, as long as it is not the basic design hex data.
  • While the limit speeds, the limit power, moments of inertia, spring If, for example, a Campell diagram or a transfer function can be stored for all machine components 3-8 as a data record, there are also machine component data that are stored exclusively for special machine components 3-8 , Examples of such machines data for bearings, gears, clutches, brakes, electromagnets and inverter were already initially called wes ⁇ is half omitted here for a repeat.
  • accelerations shocks
  • load reversals oscillations due to load reversals as well as any form of exceedance of individual component limit values are to be considered as special effects to be detected by sensors.
  • Active vibration damping is generally understood to be vibration reduction based on a classical control loop (feedback control, closed-loop control).
  • feedback control closed-loop control
  • appropriate sensors and actuator arm ⁇ will be the need as she puts This was preceded here at the component level.
  • the actuators used can directly towards the rotating rotor or on a bearing a ⁇ act, but it can also be the electric machine as such are considered.
  • a system can be used in a greatly simplified manner, which automatically receives the operating- critical rotational speeds or torques from its machine components 3-8 and accordingly can (passive) control the operational management on the basis of the data and additionally (due to the sensor values). active).
  • the data memories 10-15 consist of a computer unit capable of processing measured values (FPGA chip, microcontroller, industrial PC), which In addition to data storage, it can also ensure suitable measured value processing and storage.
  • a CMS / CDS unit can also be used for the same purposes.
  • the operating data of the sensors S and the stored data of the machine components 3-8 can be used to calculate a load summation set in relation to the design data.
  • the limit violations based on load, torque, speed or vibration stored ⁇ the.
  • the measured LDD or RFC values relative to each individual machine component 3-8 can be calculated against the constructive ones. This results in a constant measurement of the load-relevant variables, which are then stored as actual data in addition to the initial target data sets.
  • the data can be read out for service purposes or, in the exchange of individual parts within a machine component 3-8, in turn be stored in the associated data memory 10-15, possibly supplemented by further data.
  • the target / actual comparison of the data sets (RFC, LDD, duty cycle limits) used for the service life of the component can be used to plan the service operation.

Abstract

The invention relates to a machine component of a drive train and to a method for configuring and/or putting into operation and/or operating such a drive train (2) of a machine (1), which drive train comprises machine components that can be controlled by means of a control unit (9) as well as non-controllable machine components (5-8), wherein the method comprises the steps of: equipping at least a portion of the non-controllable machine components (5-8) with component-specific data storage devices (12—15), on which in each case design-related technical data of the non-controllable machine components (5-8) are stored, which data are relevant for the control of one or several controllable machine components (3-4); transmitting the data stored on the data storage devices (12-15) to the control unit (9); and controlling one or more controllable machine components (3, 4) by using the control unit (9) and on the basis of the data transmitted.

Description

Beschreibung  description
MASCHINENKOMPONENTE EINES ANTRIEBSSTRANGS SOWIE VERFAHREN ZUR AUSLEGUNG UND/ODER ZUR INBETRIEBNAHME UND/ODER ZUM BETREIBEN EINES SOLCHEN ANTRIEBSSTRANGS  MACHINE COMPONENT OF A DRIVE TRAIN AND METHOD FOR INTERPRETING AND / OR COMMISSIONING AND / OR OPERATING SUCH A DRIVE TRAIN
5 Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auslegung und/oder zur Inbetriebnahme und/oder zum Betreiben eines Antriebsstrangs einer Maschine, der steuerbare Maschi¬ nenkomponenten und nicht steuerbare Maschinenkomponenten aufweist und mit einer Steuereinheit verbunden ist, sowie auf5 The present invention relates to a method for designing and / or for commissioning and / or operating a drive train of a machine, the controllable Maschi ¬ nenkomponenten and non-controllable machine components and being connected to a control unit, and to
D eine Maschinenkomponente eines Antriebsstrangs. D is a machine component of a drive train.
Die Auslegung, die Inbetriebnahme und letztendlich auch das Betreiben von Antriebssträngen größerer Maschinen, wie beispielsweise generatorisch arbeitende Energieerzeugungsmaschi- 5 nen oder Wärme-, Kraft- und Arbeitsmaschinen, beinhalten als technische Herausforderung immer den Schritt der Synthetisie¬ rung der einzelnen Komponenten des entsprechenden Antriebsstrangs . The design, commissioning and ultimately the operation of powertrains larger machines such as a generator working Energieerzeugungsmaschi- 5 nen or heat, engines and machines include a technical challenge always the step of Synthetisie ¬ tion of the individual components of the corresponding powertrain.
D Wesentliche Komponenten eines Antriebsstrangs sind beispiels¬ weise Motor, Motorkupplung, Bremssystem, Zahnradgetriebe, Antriebswellen, Antriebslager, Frequenzwandler etc. Sie stammen normalerweise aus diversen Ingenieurdisziplinen und können bei Sondermaschinen einen hohen Integrationsgrad aufweisen. D The essential components of a powertrain are ¬ example, engine, engine clutch, brake system, gear transmission, drive shafts, drive bearing, frequency converters, etc. They usually originate from various engineering disciplines and may have a high degree of integration in special machines.
5 Alternativ werden sie zu Modulen mit definierten Schnittstellen zusammengefasst und für unterschiedliche Anwendungen be¬ darfsgerecht zusammengesetzt. 5 Alternatively, they are grouped into modules with defined interfaces and assembled ¬ be allowed to cater for different applications.
Zur Erzielung eines höheren Automatisierungsgrades kann bei D komplexeren Anwendungen eine Integration des Antriebsstranges einer Maschine in weitere Maschinenprozesse erforderlich sein. Bei Förderbandanlagen ist beispielsweise eine Integra¬ tion in das übergeordnete Fördersystem wünschenswert, bei To achieve a higher degree of automation, the more complex applications may require the integration of the drive train of a machine into other machine processes. In a conveyor belt systems Integra ¬ tion in the overall conveyor system is desirable for example in
Windkraftanlagen die Integration in die Windparksteuerung, 5 etc .  Wind turbines the integration into the wind farm control, 5 etc.
Darüber hinaus ist die Integration einer Betriebsdatenerfas¬ sung erforderlich. Eine Betriebsdatenerfassung teilt sich in technische Betriebsdaten und organisatorische Betriebsdaten auf. Die technischen Betriebsdaten werden oftmals mit dem Begriff SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisiti- on System) umschrieben. Hierunter versteht man das Überwachen und Steuern technischer Prozesse mittels eines Computersys¬ tems. Die organisatorischen Betriebsdaten werden oft mit dem Begriff PPS-System ( Produktionsplanungs- und Steuerungssys¬ tem) verbunden. Hierbei handelt es sich um ein Computerpro¬ gramm oder ein System aus Computerprogrammen, das den Anwen- der bei der Produktionsplanung und Produktionssteuerung unterstützt und die damit verbundene Datenverwaltung übernimmt. Ziel eines PPS-Systems ist die Realisierung kurzer Durchlauf¬ zeiten, die Termineinhaltung, die Erzielung optimaler Bestandshöhen, die wirtschaftliche Nutzung der Betriebsmittel, etc. Beide Betriebsdatenerfassungsansätze können innerhalb einer Maschinenstruktur umgesetzt werden, die sowohl zentral als auch dezentral aufgebaut sein kann. In addition, the integration of Betriebsdatenerfas ¬ solution is required. An operational data collection is divided into technical operating data and organizational operating data. The technical operating data are often described by the term SCADA system (Supervisory Control and Data Acquisition System). This is understood to monitor and control industrial processes by means of a Computersys ¬ tems. The organizational operating data are often associated with the term PPS system (production planning and Steuerungsys ¬ tem). This is a Computerpro ¬ program or a system of computer programs, which supports the application in production planning and production control and handles the data management related. The aim of a PPS system is the realization of short cycle times, deadlines, the achievement of optimal stock levels, the economic use of resources, etc. Both operating data collection approaches can be implemented within a machine structure that can be both centralized and decentralized.
Insbesondere bei Maschinenanwendungen, die ohne Betriebsüber- wachung durch Mitarbeiter oder ohne Möglichkeiten zur schnellen Erreichbarkeit betrieben werden müssen, oder aber bei Maschinen, die an höchst gefährdeten oder wirtschaftlich bedeutenden Prozessen teilnehmen, ist eine Verfügbarkeit der Betriebsfähigkeit der Maschine von großer Bedeutung. Bei diesen Maschinen werden zusätzlich CMS-Systeme (Condition Monitoring Systems) eingesetzt, die eine Zustandsüberwachung zur Aufgabe haben, oder weiterführend auch CDS-Systeme (Condition Diagnostic Systems) , die eine Zustandsüberwachung inklusive Fehlerdiagnose zur Aufgabe haben. Mittels dieser CMS/CDS- Systeme soll die Betriebsführung der Maschine davor geschützt werden, in nicht vorhergesehene Schadenszustände zu fahren, die zu einem Ausfall der Maschine führen. Die aufkommenden Schäden sollen rechtzeitig gemeldet werden, damit Reparaturen rechtzeitig geplant werden können. In particular, in machine applications that need to be operated without operator supervision or fast accessibility, or in machines that participate in highly sensitive or economically significant processes, availability of machine operability is of great importance. These machines also use CMS systems (Condition Monitoring Systems), which have condition monitoring as their task, or, furthermore, CDS systems (Condition Diagnostic Systems), which are responsible for condition monitoring including fault diagnosis. By means of these CMS / CDS systems, the operation management of the machine is to be protected from driving into unforeseen damage states, which lead to a failure of the machine. The emerging damage should be reported in time so that repairs can be scheduled in time.
Eine allgemein anerkannte Auffassung ist es, dass durch ein Erkennen von Schäden eine Steuereinheit veranlasst werden kann, durch eine veränderte Steuerung der steuerbaren Maschi- nenkomponenten eine Verlängerung des Zeitraums bis zum endgültigen Ausfall der Maschine erreichen zu können, bzw. dass durch eine von vornherein modifizierte Betriebsführung und Regleransteuerung der Maschine eine erweiterte Betriebszeit der Maschine erreicht werden kann. Ziel ist eine Vermeidung von Ausfällen und einer Betriebslaufzeiterhöhung der Maschine bei der entsprechenden Anwendung. A generally accepted view is that by recognizing damage, a control unit can be caused by a changed control of the controllable machine. nenkomponenten an extension of the period to reach the final failure of the machine can, or that can be achieved by a modified from the beginning operating management and controller control of the machine extended operating time of the machine. The aim is to avoid failures and an increase in the operating time of the machine in the corresponding application.
Zu diesem Zweck muss eine Maschine mit deutlich mehr Sensoren ausgestattet werden, als sie es für die Betriebsführung oder Betriebsdatenerfassung alleine müsste. Darüber hinaus müssen die Sensorinformationen der erweiterten Betriebsdatenerfassung bewertet werden. Bei der Auswahl der Sensoren müssen in letzter Konsequenz alle beteiligten Maschinenkomponenten im Rahmen einer Risikoanalyse berücksichtigt werden. Zu diesen Maschinenkomponenten lassen sich zumindest die kraftführenden Elemente zählen, wie beispielsweise Wellen, Lager, Getriebe, Motor, Umrichter und Netzversorgung, aber auch Subsysteme wie Kühlung, Schmierölversorgung und Steuergeräte. For this purpose, a machine must be equipped with significantly more sensors than it would have for the operation management or production data acquisition alone. In addition, the sensor information of the extended operational data acquisition must be evaluated. When selecting the sensors, all the machine components involved must ultimately be taken into account as part of a risk analysis. These machine components can include at least the force-carrying elements, such as shafts, bearings, gearbox, motor, inverter and power supply, but also subsystems such as cooling, lubricating oil supply and control units.
In letzter Konsequenz zählen auch die Überwachungssensoren zu den betriebsrelevanten Systemen und müssen ebenfalls auf ihre Betriebsfähigkeit hin überwacht werden. Im Rahmen dieses In¬ formationsdreiecks aus PPS, SCADA und CMS-CDS lassen sich al¬ le heute bekannten Informationsstrukturen von Maschinen einsortieren . Ultimately, the monitoring sensors also belong to the operationally relevant systems and must also be monitored for their operability. Within the framework of this information triangle of PPS, SCADA and CMS-CDS, it is possible to sort all known information structures of machines.
Zur Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Betriebs einer Maschine muss also eine über die Maschinenkomponentengrenzen hinweg durchgängig funktionsfähige Maschinenstruktur erarbei¬ tet werden. Die Wechselwirkungen der Maschinenkomponenten müssen zur sicheren Betriebsführung vollständig zusammengestellt und gemäß der dann später auszulegenden Steuerung berücksichtigt werden. Als zielführend wird hierzu bisher eine Simulation des Systems angesehen, die im Vorfeld entwick- lungsbegleitend durchgeführt wird und einen Maschinenbauer vor neue Probleme stellt, welche sehr viel Zeit und Geld in Anspruch nehmen. Die Konstruktion eines Maschinensystems er- folgt in zwei Stufen. Zunächst werden die Eckwerte der Leis¬ tungsgrößen aufeinander abgestimmt und dann mittels der Maschinenkomponenten zu einem System zusammengesetzt, welches dann Systemeigenschaften innerhalb der dynamischen Betriebs- führung und im Sinne einer Leistungskurve der Applikationsanforderung zu erfüllen hat. Dann erfolgt eine Steuerungs¬ und/oder Regelungsauslegung, bei der die Informationswege für die Betriebsdatenerfassung festgelegt werden. Neben den äußeren Anforderungen der Applikationen, welche die Betriebsfüh- rung vorgeben und welche in der Betriebsführung durch dieTo ensure proper operation of a machine thus a over the machine component boundaries consistently functional machine structure erarbei ¬ tet need. The interactions of the machine components must be completely assembled for safe operation and taken into account in accordance with the later to be interpreted control. To date, a simulation of the system is considered to be expedient to this end, which is carried out in advance during the development process and poses new problems for a mechanical engineer, which take up a great deal of time and money. The construction of a machine system follows in two stages. First, the basic parameters of Leis ¬ line sizes to be coordinated, and then assembled into a system by means of the machine components, which then has to meet system properties within the dynamic operations management and in terms of a power curve of the application requirement. Then, a control ¬ and / or control design, in which the information paths for the operation data acquisition is determined. In addition to the external requirements of the applications, which specify the operational management and which in the operational management by the
Regler und Steuergrößen zu erreichen sind, kommt es zu inneren Wechselwirkungen zwischen den Maschinenkomponenten, die ebenfalls zu berücksichtigen sind. Es besteht dann das Problem, dass diese Wechselwirkungen für alle betriebsrelevanten Anforderungen durchgängig berücksichtigt werden müssen, was aber in der Struktur der Maschinen- komponentenbeschaffung heute nur mittels formulierter Lastenhefte bewerkstelligt werden kann. Dieses Unterfangen wird zu- nehmend komplexer und benötigt einen hohen Aufwand und Kennt¬ nisstand über Einzeleffekte aus den technischen Einzeldisziplinen des Maschinenbaus und der Elektrotechnik, Regelungs¬ technik, Schadensdiagnose, etc, um das Systemverhalten für eine Maschinensteuerung inklusive Schadensdiagnose und Scha- densunterdrückung berücksichtigen zu können. Einen Großteil der Arbeit nimmt hierbei die Beurteilung der Schwingungsanre¬ gung ein. Auf das dynamische Verhalten des Schwingungssystems Antriebsstrangs nehmen als Anregungsfunktionen beispielsweise die Luftspaltmomente der Motoren, die Zahneintrittsstöße der Getriebestufen, die Einwirkung der mechanischen Bremsen, äußere Belastungen, die auf die Maschine einwirken, etc. Ein- fluss . Regulator and control variables are reached, it comes to internal interactions between the machine components, which are also taken into account. The problem then arises that these interactions must be taken into account consistently for all operationally relevant requirements, but that this can only be achieved in the structure of machine component procurement today by means of formulated specifications. This task is increasingly complex and requires a lot of effort and know ¬ nisstand over individual effects from the technical disciplines of mechanical engineering and electrical engineering, regulatory ¬ technology, damage diagnosis, etc to dens suppression consider the system behavior for engine control including damage diagnosis and Scha- to can. Much of the work hereby takes the assessment of the vibration stimulation . The dynamical behavior of the drive train's vibration system is influenced by the air gap torques of the motors, the gear teeth kicking in the teeth, the influence of the mechanical brakes, external loads acting on the machine, etc.
Die wichtigste Maßnahme der Schwingungsminderung im Allgemei- nen ist die Verminderung der Erregerkräfte, die allerdings komponentenübergreifend bekannt sein müssen. Alle weiteren Maßnahmen zur Schwingungsminderung sind nur dann sinnvoll, wenn vorher die Ursache der Schwingungen, also die Erregung, weitestgehend reduziert worden ist. Es wird bei der Reduzie¬ rung der Erregerkräfte zwischen der Verhinderung und der Kompensation der Erregerkräfte unterschieden. Zu den Maßnahmen zur Verhinderung der Erregerkräfte zählt beispielsweise das Auswuchten durch Massenausgleich. Mit diesem Verfahren können nur drehzahlsynchrone Erregungsanteile aufgrund der Massenun¬ wucht minimiert werden. Im Falle von Zahneingriffsfrequenzen bei Getrieben können beispielsweise eine Schrägverzahnung und geeignete Zahnkorrekturen zu einer Verminderung führen. Pol- Wechselfrequenzen von Elektromaschinen können ebenfalls mitThe most important measure of vibration reduction in general is the reduction of the excitation forces, which, however, must be known across components. All other measures for vibration reduction are only useful if previously the cause of the vibrations, ie the excitement, has been largely reduced. A distinction is made in the Reduzie ¬ tion of the excitation forces between the prevention and the compensation of the excitation forces. Measures to prevent the exciters include, for example, balancing by mass balance. With this method only speed synchronous excitation Shares can be minimized due to the Massenun ¬ balancing. For example, in the case of meshing frequencies in gearboxes, helical gearing and suitable tooth corrections may result in a reduction. Pole frequencies of electric machines can also with
Stromsteuerungen oder mechanisch schräg gestellten Nuten verringert werden. Der Umrichter kann mit speziellen Filtern ausgestattet werden. Unter einer Kompensation der Erregerkräfte werden aktive Verfahren zur Erregungskompensation durch Krafteinleitung in die Komponente verstanden. Mit diesen Verfahren, die auch zur aktiven Schwingungsregelung gehören, können auch nicht-synchrone Erregungsanteile kompensiert werden . Die Schwingungsminderung durch Veränderung von Systemeigenschaften, was auch als Verstimmen bezeichnet wird, kann beispielsweise durch eine Veränderung von Lagersteifigkeiten oder der äußeren Dämpfung erzielt werden. Hier können auch Kupplungen zwischen den Maschinenkomponenten verwendet wer- den, wie beispielsweise Elastomerlager, passive oder aktive hydraulische Elastomerlager oder dergleichen. Da eine optimale Schwingungsminderung für den gesamten Betriebsdrehzahlbereich in der Regel eine Anpassung der Steifigkeits- oder Dämpfungseigenschaften erfordert, werden in letzter Zeit vor allem aktive oder semi-aktive Verfahren erforscht, die eine solche Anpassungsfähigkeit ermöglichen. Zu den passiven Me¬ thoden des Verstimmens gehört das weit verbreitete Verfahren zur Erhöhung der Lagerdämpfung durch Verwendung von Quetsch- Öl-Dämpfern. Durch dynamische Zusatzsysteme, deren Eigenfre- quenz auf eine kritische Eigenfrequenz des Maschinensystems abgestimmt ist, kann das Schwingungsverhalten in kritischen Resonanzen erheblich verbessert werden. Dafür müssen diese aber systemübergreifend bekannt sein, was zu einem erhebli- chen Aufwand bei der Erstauslegung und dem späteren Tausch von Komponenten führt . Current controls or mechanically inclined grooves can be reduced. The inverter can be equipped with special filters. Compensation of the excitation forces is understood to mean active methods for excitation compensation by force introduction into the component. With these methods, which also belong to the active vibration control, non-synchronous excitation components can be compensated. The vibration reduction by changing system properties, which is also referred to as detuning, can be achieved for example by changing the bearing stiffness or the external damping. Here also couplings between the machine components can be used, such as elastomeric bearings, passive or active hydraulic elastomeric bearings or the like. Since optimal vibration reduction for the entire operating speed range usually requires an adjustment of the stiffness or damping properties, especially active or semi-active methods are being studied lately, which allow such adaptability. To the passive Me ¬ methods of detuning the widely used method for increasing the bearing isolator by the use of crushing oil dampers belongs. By means of dynamic additional systems whose natural frequency is tuned to a critical natural frequency of the machine system, the vibration behavior in critical resonances can be considerably improved. For this, however, they must be known cross-system, which results in a considerable The cost of initial design and the subsequent exchange of components leads.
Ausgehend von diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vor- liegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem eine Synthetisierung von Maschinenkomponenten des Antriebsstrangs und damit die Ansteuerung bzw. Regelung der steuerbaren Maschinenkomponenten zur Erzielung eines ordnungsgemäßen Maschinenbetriebs sowie zur Integ- ration des Antriebsstrangs in ein übergeordnetes System und/oder in ein PPS-, SCADA-, CMS- und/oder CDS-System einfach und zumindest teilweise automatisiert erfolgen kann. Against this background, it is an object of the present invention to provide a method of the aforementioned type, in which a synthesis of machine components of the drive train and thus the control or regulation of the controllable machine components for achieving a proper machine operation and for integration the powertrain in a higher-level system and / or in a PPS, SCADA, CMS and / or CDS system can be easily and at least partially automated.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das die Schritte aufweist: Ausstatten wenigstens eines Teils der nicht steuer¬ baren Maschinenkomponenten mit komponentenspezifischen Datenspeichern, auf denen jeweils konstruktionsbedingte technische Daten der nicht steuerbaren Maschinenkomponente gespeichert sind, die für die Steuerung einer oder mehrerer steuerbarer Maschinenkomponenten relevant sind; Übermitteln der auf den Datenspeichern gespeicherten Daten an die Steuereinheit und Steuern einer oder mehrerer steuerbarer Maschinenkomponenten unter Einsatz der Steuereinheit und unter Berücksichtigung der übermittelten Daten. To achieve this object, the present invention provides a method of the type mentioned, comprising the steps of: providing at least a portion of the non-controlling ¬ cash machine components with component-specific data stores, on each of construction-related technical data of the non-controllable machine components are stored, for the Control of one or more controllable machine components are relevant; Transmitting the data stored on the data memories to the control unit and controlling one or more controllable machine components using the control unit and taking into account the transmitted data.
Aufgrund der heute zunehmend üblichen Ausrüstung einzelner Maschinenkomponenten mit Sensoren oder CMS-Einheiten, wie beispielsweise mit einer Lagerüberwachung, einer Getriebedi- agnoseeinheit oder einem einfachen RFID-Chip zur besserenDue to the now increasingly common equipment of individual machine components with sensors or CMS units, such as with a bearing monitoring, a gearbox diagnosis unit or a simple RFID chip for better
Bauteilerkennung im Servicefall, ist es erfindungsgemäß über¬ raschend einfach möglich, für jede nicht steuerbare Maschi¬ nenkomponente einen Datensatz zu hinterlegen, der innerhalb der Betriebsführung und im Rahmen einer daraufhin erweiterten Betriebsdatenerfassung eine grundsätzlich automatische Para- metrisierung der steuerbaren (aktiven) Maschinenkomponenten im Sinne der nicht steuerbaren (passiven) Maschinenkomponenten ermöglicht. Die ohnehin konstruktiv gegebenen Eckdaten der passiven Maschinenkomponenten werden erfindungsgemäß in einem komponentenspezifischen Datenspeicher abgelegt und können dann bei der Zusammenstellung des Antriebsstrangs an die Steuereinheit weitergeleitet bzw. von dieser ausgelesen und von dieser daraufhin beim Parametrisieren bzw. Ansteuern der aktiven Maschinenkomponenten berücksichtigt werden. Hierbei kann ein geeignetes Datenmanagement zum Einsatz kommen, wie beispielsweise ein Bussystem, CAN, I2C, Ethernet, RS232 oder dergleichen, sowie RFID oder andere Leseformate. Die Folge ist eine sehr genaue, zumindest teilweise automatisierte Syn¬ thetisierung unter Berücksichtigung der konstruktionsbedingten technischen Daten der passiven Maschinenkomponenten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass einzelne passive Maschi¬ nenkomponenten auch ausgetauscht werden können, ohne dass dies einen großen Aufwand für die erneute Synthetisierung der Maschinenkomponenten zur Folge hat. Component recognition in case of service, it is inventively über ¬ surprisingly easy possible to deposit for each non-controllable Maschi ¬ nenkomponente a record within the management and in the context of a subsequently expanded operation data acquisition a basically automatic parametrization of the controllable (active) machine components in the sense allows the non-controllable (passive) machine components. The already constructively given key data According to the invention, the passive machine components are stored in a component-specific data memory and can then be forwarded to the control unit during the compilation of the drive train or read out therefrom and then taken into account during parameterization or activation of the active machine components. Here, a suitable data management can be used, such as a bus system, CAN, I 2 C, Ethernet, RS232 or the like, and RFID or other read formats. The result is a very precise, at least partially automated syn ¬ thetization taking into account the design - related technical data of the passive machine components. Another advantage is that individual passive Maschi ¬ nenkomponenten can also be exchanged, without this having a great effort for re-synthesizing the machine components result.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren auch zumindest ein Teil der steuerbaren Maschinenkomponenten mit komponentenspezifischen Datenspeichern ausgestattet, auf denen jeweils zumindest ein Parametrisierungsbereich gespeichert ist, in dessen Grenzen die entsprechende steuerbare Maschinenkomponente steuerbar ist, wobei die auf den Datenspeichern der steuerbaren Maschinenkomponenten gespeicherten Daten an die Steuereinheit über- mittelt werden und die Steuerung der steuerbaren Maschinenkomponenten unter Berücksichtigung dieser Daten erfolgt. Entsprechend können die Daten aller zu synthetisierenden Maschinenkomponenten automatisch für die Steuereinheit zur weiteren Verwendung bereitgestellt werden. In the method, at least some of the controllable machine components are also equipped with component-specific data memories, on each of which at least one parameterization area is stored within whose limits the corresponding controllable machine component can be controlled, the data stored on the data memories of the controllable machine components being sent to the control unit via - averaged and the control of the controllable machine components takes place taking into account this data. Accordingly, the data of all the machine components to be synthesized can be automatically provided to the control unit for further use.
Als konstruktionsbedingte technische Daten sind bevorzugt Grenztemperaturen und/oder Grenzdrehzahlen und/oder Grenzleistungen und/oder Trägheitsmomente und/oder Federsteifig- keiten und/oder Dämpfungskonstanten und/oder Lastverweildau- erkurven (LDD) und/oder RFC-Matrizen (Rain-Flow-Count-As design-related technical data are preferably limit temperatures and / or limit speeds and / or marginal power and / or moments of inertia and / or Federsteifig- speeds and / or damping constants and / or Lastverweildau- (LDD) and / or RFC matrices (Rain-Flow-Count -
Matrizen) und/oder Campell-Diagramme und/oder Sicherheitsbei¬ werte einer Maschinenkomponente gespeichert, was nachfolgend im Einzelnen noch näher erläutert wird. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest ein Ist-Werte einer Maschinenkomponente erfas¬ sender Sensor eingesetzt, wobei eine Regelung zumindest einer steuerbaren Maschinenkomponente unter Berücksichtigung der von dem zumindest einen Sensor erfassten Ist-Werte erfolgt. Mit Sensoren sind eine automatische Zustandsüberwachung und eine auf den Überwachungsdaten basierende Fehlerdiagnose (CMS/CDS) realisierbar. Vorteilhaft werden die von dem zumindest einen Sensor erfass¬ ten Ist-Werte und auf den Datenspeichern hinterlegte technische Daten zu Analysezwecken gespeichert, insbesondere zur Bestimmung des Auslastungsgrades der Maschine und/oder ein¬ zelner Maschinenkomponenten und/oder zur Weiterverarbeitung in einem CMS/CDS-System. Matrizen) and / or Campell diagrams and / or Sicherheitsbei ¬ values of a machine component stored, which will be explained in more detail below. According to one embodiment of the inventive method the actual values of a machine component erfas ¬ transmitter sensor is used at least one, wherein a control at least one machine component controllable taking into account the at least one sensor detected by the actual values. An automatic condition monitoring and a fault diagnosis based on the monitoring data (CMS / CDS) can be implemented with sensors. From the at least one sensor sensing ¬ th actual values and stored in the data storing technical data for analysis are stored advantageous, particularly for the determination of the capacity level of the machine and / or a ¬ of individual machine components and / or for further processing in a CMS / CDS System.
Bevorzugt wird zudem die Anzahl von Lastüberschreitungen einzelner Maschinenkomponenten erfasst, gespeichert und ausge¬ wertet . Moreover, the number is preferably detected by load transgressions of individual machine components are stored and out ¬ enhanced.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine der nicht steuerbaren Maschinenkomponenten ein Getriebe, wobei auf dem Datenspeicher des Getriebes als konstruktionsbe¬ dingte technische Daten bevorzugt Zahneingriffsfrequenzen und/oder Überrollfrequenzen und/oder das Zahnflankenspiel und/oder das Verdrehzahnflankenspiel gespeichert ist/sind. According to one embodiment of the present invention, one of the non-controllable machine components is a transmission, wherein on the data memory of the transmission as konstruktionsbe ¬ related technical data preferably meshing frequencies and / or rollover frequencies and / or the backlash and / or the backlash is stored / are.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe eine Maschinenkomponente eines An- triebsstrangs , die nicht über eine Steuereinheit steuerbar ist, also eine passive Maschinenkomponente der zuvor be¬ schriebenen Art, und einen auslesbaren Datenspeicher aufweist, auf dem konstruktionsbedingte technische Daten der Ma¬ schinenkomponente gespeichert sind, die für die Steuerung ei- ner steuerbaren Maschinenkomponente eines Antriebsstrangs ei¬ ner Maschine von Relevanz sind. Bei der Maschinenkomponente handelt es sich bevorzugt um ein Getriebe, ein Lager, eine Kupplung oder eine Bremse. Further, the present invention for achieving the aforementioned object provides a machine component of the drive train that is not controllable by a control unit, ie, a passive machine component of the previously be ¬ type described, and having a readable data storage medium, on the construction-related technical data of Ma ¬ Schinenkomponente are stored, which are for the control of a controllable machine component of a drive train ei ¬ ner machine of relevance. The machine component is preferably a transmission, a bearing, a clutch or a brake.
Als konstruktionsbedingte technische Daten sind vorteilhaft Grenztemperaturen und/oder Grenzdrehzahlen und/oder Grenzleistungen und/oder Trägheitsmomente und/oder Federsteifig- keiten und/oder Dämpfungskonstanten und/oder Lastverweildauerkurven (LDD) und/oder RFC-Matrizen und/oder Campell- Diagramme und/oder Sicherheitsbeiwerte einer Maschinenkompo- nente auf dem Datenspeicher gespeichert. As design-related technical data are advantageously limit temperatures and / or limit speeds and / or limit powers and / or moments of inertia and / or spring stiffnesses and / or damping constants and / or load retention curves (LDD) and / or RFC matrices and / or Campell diagrams and / or safety factors of a machine compo- nent stored on the data memory.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines Aus führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich nung näher erörtert. Darin zeigt The present invention will be discussed below with reference to an imple mentation example with reference to the accompanying drawing tion closer. It shows
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a schematic representation of a machine according to an embodiment of the present invention;
Figur 2 ein Diagramm, das die Ordnungsverfolgung für die Figure 2 is a diagram showing the order tracking for the
Ordnungen 1 bis 20 zeigt; und  Orders 1 to 20; and
Figur 3 ein weiteres Diagramm, das die kumulierte Summe zur Figure 3 is another diagram showing the cumulative sum for
Darstellung der Ordnungsverfolgung zeigt. Die Maschine 1, bei der es sich um eine beliebige Maschine handeln kann, weist einen Antriebsstrang 2 auf, über den ein nicht näher dargestellter Endeffektor angetrieben werden kann, beispielsweise in Form einer Zementmühle, eines Bandan¬ triebs, einer Mahlanlage, einer Walze, einer Presse, eines Förderbands oder dergleichen. Der Antriebsstrang 2 umfasst mehrere Maschinenkomponenten 3-8, die aus einzelnen Maschinenelementen oder aus Modulen bestehen. Bei den Maschinenkomponenten 3 und 4 handelt es sich um aktive Maschinenkomponenten, die über eine Steuereinheit 9 steuerbar sind, wie bei- spielsweise eine Elektromaschine, ein Umrichter oder derglei¬ chen, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Maschinenkompo¬ nenten 5-8 sind nicht steuerbare passive Maschinenkomponen- ten, zum Beispiel in Form eines Lagers, eines Getriebes, ei¬ ner Kupplung, einer Bremse, etc. Display of order tracking shows. The machine 1, which may be any machine, has a drive train 2, via which a not-shown end effector can be driven, for example in the form of a cement mill, a Bandan ¬ drive, a grinding plant, a roller, a Press, a conveyor belt or the like. The drive train 2 comprises a plurality of machine components 3-8, which consist of individual machine elements or modules. The machine components 3 and 4 is active machine components that can be controlled via a control unit 9, as examples play as an electric machine, an inverter or derglei ¬ chen, to name just a few. The Maschinenkompo ¬ components 5-8 are not controllable passive machine components th, for example in the form of a bearing, a transmission, ei ¬ ner clutch, a brake, etc.
Ferner umfasst der Antriebsstrang 2 mehrere Sensoren S, die vorbestimmte Parameter der Maschinenkomponenten 3-8 überwachen und zwecks Auswertung an die Steuereinheit 9 übermit¬ teln . Further, the power train 2 includes a plurality of sensors S monitor the predetermined parameters of the machine components and 3-8 for evaluation to the control unit 9 übermit ¬ stuffs.
Anders als bei herkömmlichen Antriebssträngen ist jede Ma- schinenkomponente 3-8 des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 2 mit einem komponentenspezifischen Datenspeicher 10-15 versehen, auf dem technische Daten der jeweiligen Maschinenkompo¬ nente 3-8 gespeichert sind, die an die Steuereinheit 9 über¬ mittelbar sind. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Grenztemperaturen und/oder Grenzdrehzahlen und/oder Grenzleistungen und/oder Trägheitsmomente und/oder Federsteifig- keiten und/oder Dämpfungskonstanten und/oder Lastverweildauerkurven (LDD) und/oder RFC-Matrizen und/oder Campell- Diagramme und/oder Sicherheitsbeiwerte der jeweiligen Maschi- nenkomponenten 3-8. Darüber hinaus sind als konstruktionsbe¬ dingte technische Daten für ein Lager auf dem zugeordneten Datenspeicher beispielsweise Mindestdrehzahl, Mindestlast und Grenzbeschleunigungen, für ein Getriebe Zahneingriffsfrequenzen, Zahnflankenspiel und Verdrehzahnflankenspiel , für eine Kupplung die Ungleichförmigkeit der Kardanwelle, für eineUnlike conventional drive trains each ma- is schin component 3-8 of the drive train 2 according to the invention provided with a component-specific data memory 10-15, are stored on the technical data of the respective component 3-8 Maschinenkompo ¬ who are ¬ indirectly to the control unit 9 , These are, for example, limit temperatures and / or limit speeds and / or limit powers and / or moments of inertia and / or spring stiffnesses and / or damping constants and / or load retention curves (LDD) and / or RFC matrices and / or Campell diagrams and / or safety factors of the respective machine components 3-8. In addition, as konstruktionsbe ¬ related technical data for a bearing on the associated data memory, for example, minimum speed, minimum load and limit acceleration, for a gear teeth meshing frequencies, backlash and backlash, for a clutch, the nonuniformity of the propeller shaft, for a
Bremse die thermische Grenze sowie das minimale und/oder ma¬ ximale Bremsprofil, für eine Elektromaschine Polzahl, Pol¬ paarzahl, Rotorgrundwelle, Rotoroberwelle, Statorgrundwelle, Statoroberwelle, Nutzahlen, Wicklungsstrangzahl, Läufer- strangzahl und Stabzahl, und für einen Umrichter Taktfrequenz, Schaltflanken, Oberwellen, Oberschwingung, Übertragungsfunktion, Grenzfrequenzen, z.B. von Filtern etc. hinterlegt, wobei diese Aufzählung nicht als abschließend zu ver¬ stehen ist. Auf den Datenspeichern der aktiven Maschinenkom- ponenten 3 und 4 sind ferner die Parametrisierungsbereiche gespeichert, in deren Grenzen die jeweilige Maschinenkompo¬ nente 3 bzw. 4 steuerbar ist. Nach Übermittlung dieser Daten an die Steuereinheit 9 kann diese die aktiven Maschinenkomponenten 3 und 4 unter Berücksichtung der Anforderungsprofile sämtlicher Maschinenkompo¬ nenten 3-8 des Antriebsstrangs 2 voll- oder teilautomatisiert parametrisieren, so dass gewährleistet werden kann, dass Aus¬ legung, Inbetriebnahme und Betrieb des Antriebsstrangs 2 ord¬ nungsgemäß sind. Darüber hinaus werden natürlich auch die Grenzen derjenigen Parameter der einzelnen Maschinenkomponenten 3-8, die von den Sensoren S überwacht werden, an die Steuereinheit 9 übermittelt, so dass auch hier eine umständ¬ liche Einrichtung der entsprechenden CMS/CDS-Systeme nicht erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich einzelne Maschinenkomponenten 3-8 oder Teile derselben problemlos austauschen lassen. Die komponentenspezifischen Daten der Neuteile müssen lediglich ausgelesen und an dieBrake the thermal limit and the minimum and / or ma ¬ ximum braking profile for an electric machine number of poles, pole ¬ pair number, basic rotor shaft, rotor harmonic Statorgrundwelle, Statoroberwelle, slot numbers, phase winding number Läufer- number of strands and bar number, and for a drive clock frequency switching edges, Harmonics, harmonic, transfer function, cut-off frequencies, for example, deposited by filters, etc., this list is not to be ver ¬ conclusively. In the data memories of the active machine components 3 and 4, the Parametrisierungsbereiche are also stored in the boundaries of the respective Maschinenkompo ¬ component is 3 or 4 controllable. After transmission of this data to the control unit 9, these may contain the active machine components fully 3 and 4 taking into account the requirement profiles of all Maschinenkompo ¬ components 3-8 of the drive train 2 or semi-automatically set parameters, it can be ensured that that from ¬ interpretation, commissioning and operation the drive train 2 are ord ¬ voltage to the invention. In addition, of course, the limits of those parameters of the individual machine components 3-8, which are monitored by the sensors S, transmitted to the control unit 9, so that even here umständ ¬ Liche device of the corresponding CMS / CDS systems is not required. Another advantage is that it is easy to replace individual machine components 3-8 or parts thereof. The component-specific data of the new parts only have to be read out and sent to the
Steuereinheit 9 übermittelt werden, woraufhin diese automa¬ tisch ggf. erforderliche Änderungen des Systems vornimmt. Control unit 9 are transmitted, whereupon this automatically ¬ if necessary makes necessary changes to the system.
Nachfolgend werden die einzelnen Daten, die auf den komponen- tenspezifischen Datenspeichern 10-15 hinterlegt werden können, zum besseren Verständnis näher erläutert. In the following, the individual data that can be stored on the component-specific data memories 10-15 are explained in more detail for a better understanding.
Die dynamische Belastung des Antriebsstrangs 2 setzt sich grundsätzlich aus drei Teilen zusammen, und zwar aus den zeitlich veränderlichen technologischen Belastungen, den ki- netostatischen Belastungen aus den Starrkörperbewegungen (Primärbewegungen) und den vibrodynamischen Belastungen aus den Schwingungen der Struktur (Sekundärbewegungen) . Die Daten, die erfindungsgemäß auf den Datenspeichern 10-15 der einzelnen Maschinenkomponenten 3-8 hinterlegt werden, umfassen die konstruktiven Eckwerte aus den zeitlich veränderlichen technologischen Belastungen und den kinetostatischen Belastungen aus den Starrkörperbewegungen, die als feste Da- ten der einzelnen Maschinenkomponenten 3-8 zu verstehen sind, aber darüber hinaus bevorzugt auch relevante Daten wie Si¬ cherheitsbeiwerte, für die Betriebsfestigkeitsberechnung angesetzte Lastverweildauerkurven, Rain-Flow-Count-Matrizen, Campell-Diagramme oder dergleichen. Nur mittels dieser kompo¬ nentenspezifischen technischen Daten ist es für die Steuereinheit 9 möglich, die drei Gruppen der oben genannten dynamischen Belastungen durch entsprechende Parametrisierung der aktiven Maschinenkomponenten 3 und 4 unterhalb der kritischen Grenzwerte zu halten. The dynamic load of the drivetrain 2 basically consists of three parts, namely the time-varying technological loads, the kinetic loads from the rigid body movements (primary movements) and the vibrodynamic loads from the vibrations of the structure (secondary movements). The data which are deposited according to the invention on the data memories 10-15 of the individual machine components 3-8 comprise the design parameters from the time-varying technological loads and the kinetostatic loads from the rigid body movements, which are fixed data of the individual machine components 3-8 are to understand, but moreover preferably also relevant data such as Si ¬ cherheitsbeiwerte, scheduled for the fatigue strength calculation load retention curves Rain-flow-Count matrices Campell charts or the like. Only by means of this com ¬ nentenspezifischen specifications, it is possible for the control unit 9, to keep the three groups of dynamic stresses mentioned above by appropriate parametrisation of the active machine components 3 and 4 below the critical limits.
Es sind für alle Maschinenkomponenten 3-8 ferner die It is also for all machine components 3-8
Leistungs-, Drehzahl-, Drehmoment- und Kraftflussgrenzen zu berücksichtigen. Diese spiegeln sich bei den aktiven Maschinenkomponenten 3 und 4 (Elektromaschine und Umrichter) zu¬ sätzlich im Strom, in der Spannungslage, in der Phasenlage oder in der Schaltfrequenz wieder. Auch diese sind zu berücksichtigen. Die thermische Grenze aufgrund des Leistungsflus- ses mag für die Maschinenkomponenten 3-8 jeweils eine andere sein, die zu anderen Betriebszuständen erreicht werden könnten. Die jeweilige limitierende Größe einer Datenklasse limi¬ tiert dabei letztendlich die Betriebsführung in der Steuereinheit 9. So wird erfindungsgemäß die thermisch am meisten belastete Maschinenkomponente 3-8 als leistungslimitierend für den gesamten Antriebsstrang 2 angesehen, ohne dass dies explizit in der Steuereinheit 9 paramaterisiert werden muss, da die in den Datenspeichern 10-15 gespeicherten Daten in einfacher Art und Weise an die Steuereinheit 9 übermittelt werden. Power, speed, torque and power flow limits to be considered. These are reflected in the active machine components 3 and 4 (the electric motor and the inverter) to ¬ additionally in the stream, in the voltage level, in the phase position or in the switching frequency again. These are also to be considered. The thermal limit due to the power flow may be different for each of the machine components 3-8, which could be achieved at other operating conditions. The respective limiting size of a data class limi ¬ benefiting here ultimately the management in the control unit 9. Thus, according to the invention, the thermally most loaded machine components 3-8 as a performance-limiting for the entire drive train 2 viewed without this must be explicitly paramaterisiert in the control unit 9 because the data stored in the data memories 10-15 are transmitted in a simple manner to the control unit 9.
Als weitere Systemebene kann das Schwingungs- und Geräusch¬ verhalten genannt werden (Sekundärbewegungen) , welches ebenfalls als stark beeinflusst durch die einzelnen Maschinenkom- ponenten 3-8 angesehen und abhängig von den Betriebsbedingungen bzw. von der Drehzahl angeregt werden kann. As a further system level, the vibration and noise ¬ behavior can be called (secondary movements), which can also be considered as strongly influenced by the individual machine components 3-8 and excited depending on the operating conditions and the speed.
Die mechanischen Strukturen der Maschinenkomponenten 3-8 schwingen grundsätzlich bei ihren Eigenfrequenzen. Aus dem Spektrum der anregenden Frequenzen nutzt die mechanischeThe mechanical structures of the machine components 3-8 basically vibrate at their natural frequencies. From the spectrum of stimulating frequencies uses the mechanical
Struktur nur die Anteile aus, die auch mit Eigenfrequenzen der jeweiligen Struktur übereinstimmen. Diese können ohne vorherigen Datenaustausch oder vorherige Simulation unvorher- gesehen über Komponenten hinweg aufgebracht werden. Weiterhin können elektromechanische Effekte als Ursache der Schwingung in mechanischen Komponenten auftreten. Beispielsweise kann sich die Taktrate eines Umrichters in einer Eigenschwingung einer Maschinenkomponente 3-8 wieder finden. Besonders gut lässt sich dies bei rotierenden Maschinen anhand eines soge¬ nannten Campell-Diagramms oder Spektogramms verdeutlichen, bei dem die Drehzahlordnungen beispielsweise der Welle gemäß der Drehgeschwindigkeit gegenüber den Frequenzmoden der Bau- teile aufgetragen werden. Schnittpunkte können, müssen aber nicht zu einer Resonanz führen, da zum Beispiel die Dämpfung nicht berücksichtigt ist. Structure only the shares, which also coincide with natural frequencies of the respective structure. These can be changed without previous data exchange or previous simulation. seen applied across components. Furthermore, electromechanical effects can occur as the cause of the vibration in mechanical components. For example, the clock rate of an inverter may find itself in a natural oscillation of a machine component 3-8. Particularly well illustrate this can be of rotating machinery on the basis of a so-called Campbell-¬ diagram or spectrogram, wherein the speed orders, for example, the shaft according to the rotational speed relative to the frequency modes of construction are applied parts. Intersections can, but do not have to, cause resonance, for example, damping is not taken into account.
Um das Schwingungsverhalten von Systemen und Strukturen mess- technisch zu untersuchen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Bekannt sind insbesondere die Anregung mit einem Impuls (Ham¬ merschlag) oder einer harmonischen Schwingung (Sinus) . Letzte Variante kann auch mit zeitlich veränderlicher Frequenz als Anregungssignal ( Sinus-Sweep/-Chirp) durchgeführt werden. Treffen Erregerfrequenz und Eigenfrequenz des Systems zusammen, antwortet das System mit einer Amplitudenerhöhung. Im Falle des Systems Zahnrad und Welle kommt im Betrieb die An¬ regung aus dem Systemteil Getriebe dann selber. Durch die Zahneingriffsfrequenz wird das Systemteil Welle oder Gehäuse zur Schwingung angeregt. Wird nun für die einzelne Maschinenkomponente 3-8 eine zeitlich gleitende FFT (Fast Fourier Transformation) mit relativ kleinem Zeitfenster durchgeführt, bekommt man zu jedem Zeitpunkt ein Frequenzspektrum, das man auf der X-Achse eines Diagramms aufträgt. Auf der Y-Achse wird die mittlere Drehzahl während des FFT-Fensters aufgetra¬ gen. Als Z-Achse dient die Amplitude des Signals, wobei meis¬ tens auf eine 3D-Darstellung verzichtet wird und die Amplitu¬ de farbkodiert abgebildet wird. Dadurch erscheint ebenfalls eine Struktur aufgrund der realen Systemmessung: die Null- punktstrahlen sind die Drehzahlharmonischen, senkrechte Linien sind die Systemeigenfrequenzen, gekrümmte Linien sind ein Zeichen für Nichtlinearitäten oder Zeitinvarianzen gegenüber der theoretischen Ausführung des Campell-Diagramms. Wo sich Systemeigenfrequenzen und Drehzahlharmonische schneiden, kommt es zu deutlichen Resonanzeffekten, worauf das System mit einer großen Amplitude antwortet. Ausgehend von dem realen Campell-Diagramm lässt sich einfach eine Ordnungsverfolgung ableiten. Hierzu lässt man einen Laufindex entlang der Ordnungsstrahlen laufen und notiert die dabei auftretenden Amplituden, getrennt für jede Ordnung. Die resultierende Darstellung zeigt Figur 2, wobei die Farb- kodierung nicht dargestellt ist. Hier werden die 1. bis 20. Ordnung betrachtet. In order to investigate the vibration behavior of systems and structures by measurement, there are several possibilities. Are known in particular, the excitation with a pulse (Ham ¬ merschlag) or a harmonic oscillation (sine). The last variant can also be performed with a time-variable frequency as an excitation signal (sine sweep / chirp). When the excitation frequency and the natural frequency of the system come together, the system responds with an amplitude increase. In the case of the system gear and the shaft at ¬ excitation occurs in the operating system from the transmission part then itself. The meshing frequency stimulates the system part shaft or housing to vibrate. If a time-sliding FFT (Fast Fourier Transformation) with a relatively small time window is now carried out for the individual machine components 3-8, one obtains at any time a frequency spectrum which is plotted on the X-axis of a diagram. On the Y-axis, the average speed is aufgetra ¬ gen during the FFT window. As a Z-axis, the amplitude of the signal is used, with meis ¬ least waived a 3D representation and the Amplitu ¬ de color-coded is displayed. As a result, a structure also appears due to the real system measurement: the zero-point beams are the speed harmonics, vertical lines are the system eigenfrequencies, curved lines are a sign of non-linearities or time invariants compared to the theoretical execution of the Campell diagram. Where When system eigenfrequencies and speed harmonics intersect, there are significant resonance effects, whereupon the system responds with a large amplitude. Based on the real Campell diagram, it is easy to derive an order tracking. To do this, run a run index along the order rays and record the occurring amplitudes, separated for each order. The resulting representation is shown in FIG. 2, wherein the color coding is not shown. Here the 1st to 20th order are considered.
Diese Ordnungsverfolgung kann jetzt kumuliert werden. Wie in Figur 2 gezeigt, wird durch die große Anzahl der relevanten Ordnungen die übliche gleichzeitige Darstellung der Ordnungen sehr unübersichtlich. Dies kann durch die Darstellung der kumulierten Ordnungssumme verringert werden. Hierbei wird statt der n-ten Ordnung die Summe der Ordnungen 1 bis n aufgetragen, wie Figur 3 zeigt, wobei auch hier die Farbkodierung nicht gezeigt ist. This order tracking can now be cumulated. As shown in FIG. 2, the large number of relevant orders makes the usual simultaneous representation of the orders very confusing. This can be reduced by the representation of the cumulative order sum. Here, instead of the n-th order, the sum of the orders 1 to n is plotted, as FIG. 3 shows, the color coding also not being shown here.
Die Darstellung der kumulierten Summe ermöglicht den einfachen Vergleich einiger Konfigurationen, ebenso wie mit Hilfe des Campell-Diagramms . In einer Ausgestaltung der Erfindung ist auf jedem Datenspeicher 10-15 das Campell-Diagramm oder die kumulierte Summe der Ordnungen der entsprechenden Maschinenkomponente 3-8 gespeichert. Auch diese Daten werden auto¬ matisch an die Steuereinheit 9 übermittelt, in der dann eine Aufaddierung der nicht gewollten Betriebszustände zur The representation of the cumulative sum makes it easy to compare some configurations, as well as using the Campell chart. In one embodiment of the invention, the Campell diagram or the cumulative sum of the orders of the corresponding machine component 3-8 is stored on each data memory 10-15. Also these data are transmitted auto matically ¬ to the control unit 9, in which then a summation of the unwanted operating states
Betriebsführungsparameterisierung durchgeführt wird. Gleiches kann mit Daten bezüglich der Steifigkeit der Maschinenkompo¬ nenten 3-8 oder bezüglich deren Trägheitsmoment erfolgen. Operation management parameterization is performed. The same can be done with data related to the stiffness of the Maschinenkompo ¬ components 3-8 or with respect to their moment of inertia.
Die Steuereinheit 9 erhält damit nicht nur die sensorisch in- nerhalb jeder Maschinenkomponente 3-8 erfassten Daten derThe control unit 9 thus does not only receive the data of the sensor that is sensory within each machine component 3-8
Sensoren S bezogen auf die Betriebsdaten- und/oder CMS-CDS- Datenerfassung, sondern gleichzeitig auch die komponentenspe¬ zifischen Grenzwerte. Auf diese Art und Weise wird die Parameterisierung des modu- lar aufgebauten Antriebsstrangs 2 deutlich vereinfacht. Ins¬ besondere die passiven Maschinenkomponenten 5-8, welche bislang nur über ein CMS-CDS-System verfügten, können auf die erfindungsgemäße Weise in die Maschinensteuerung eingebunden werden . Sensors S based on the Betriebsdaten- and / or CMS-CDS data acquisition, but at the same time the component-specific limit values ¬ . In this way, the parameterization of the modular drive train 2 is significantly simplified. Ins ¬ special passive machine components 5-8, which so far had only a CMS CDS system can be incorporated in the inventive way into the machine control.
Ein Austausch von Maschinenkomponenten 3-8 kann nicht zu einem irrtümlichen Überlasten von veränderten Maschinenkompo- nenten führen, wie es ohne den erfindungsgemäßen Datenaustausch möglich wäre. An exchange of machine components 3-8 can not lead to an erroneous overloading of changed machine components, as would be possible without the data exchange according to the invention.
Das bisherige Parameterisieren von CMS/CDS-Systemen ist deutlich vereinfacht, wenn über die Datenspeicher 10-15 die The previous parameterization of CMS / CDS systems is significantly simplified when the data storage 10-15
Grenzwerte der von den Sensoren S überwachten Parameter der Maschinenkomponenten 3-8 mitgeliefert werden. Limit values of the parameters of the machine components 3-8 monitored by the sensors S are supplied.
Insbesondere sind die Signaturen für Getriebeverzahnungen und Lagerstellen an Getrieben und Wellen ursachenbedingt rein ab- hängig von ihren Geometriezusammenhängen. Diese können schon bei der Konstruktion der Mechanik gemäß bekannter Formen festgelegt und erfindungsgemäß dem CMS/CDS-System über die Datenspeicher 10-15 zur Verfügung gestellt werden. Ein Tausch von Maschinenkomponenten 3-8, wie beispielsweise ein Getriebeaustausch, kann ohne Bedenken erfolgen, da das CMS/CDS-System automatisch die neuen Daten erhält. In particular, the signatures for gear toothings and bearing points on gears and shafts are purely dependent on their geometry relationships due to their cause. These can already be determined in the design of the mechanism according to known forms and according to the invention the CMS / CDS system via the data storage 10-15 are made available. An exchange of machine components 3-8, such as a gearbox replacement, can be done without hesitation, since the CMS / CDS system automatically receives the new data.
Die Datensätze über Erregerfrequenzen, wie Überrollfrequen- zen, Zahneingriffsfrequenzen, etc. können für Lager, Wellen, und Verzahnungen gleichermaßen berechnet oder anhand der Maschinenkomponente 3-8 gemessen und als Datensatz hinterlegt werden . Unter bestimmten Konstellationen von Umrichter und Maschine bzw. in bestimmten Betriebspunkten können unerwünschte Effekte im Maschinenverhalten auftreten, wie eine unzulässige Erwärmung der Wicklungen und des Blechpakets, Pendelmomente, eine verstärkte Schwingungsentwicklung bzw. Schallemission sowie Wellenspannung und Lagerströme. The data sets on excitation frequencies, such as rollover frequencies, meshing frequencies, etc., can be calculated equally for bearings, shafts, and gears or measured using machine component 3-8 and stored as a data record. Under certain constellations of inverter and machine or in certain operating points, undesirable effects in the machine behavior may occur, such as an impermissible heating of the windings and the laminated core, pendulum moments, an increased vibration development or sound emission as well as shaft voltage and bearing currents.
Mit Ausnahme der Wellenspannung und Lagerströme ist hier ur- sächlich darauf zu schließen, dass diese unerwünschten Effekte im Maschinenverhalten auf Oberwellenerscheinungen der Elektromaschine zurückzuführen sind. Vereinfacht kann bei¬ spielsweise für die magnetische Geräuschentwicklung der With the exception of the shaft voltage and bearing currents, it can be concluded that these undesired effects in machine behavior are due to harmonic phenomena of the electric machine. Simplified one can at ¬ play, for the magnetic noise of the
Elektromaschine das Grundfeld der Umrichterspeisung betrach- tet werden. Dieses kann aus den Auswirkungen der Oberschwingungen von Umrichtern auf ein Oberschwingungs-Ersatzschaubild der Maschine abgeleitet werden. Auch hier können diese pro Maschinenkomponente angegeben werden. Neben der Gruppe der direkten Maschinenkomponentenbetriebsda- ten und deren konstruktiv definierten Grenzwerte (Drehzahl, Drehzahlgrenze, Drehmoment, maximale Last, Lagertemperatur und Lagermaximaltemperatur etc.) und der indirekten Maschi- nenkomponentenbetriebsdaten (Campell-Diagramm, angesetzte LDD, angesetzte RFC) können auch spezifische Größen für Reg¬ ler hinterlegt werden. Hier können maximale Beschleunigungen oder einfache Ablaufmuster für die Maschine hinterlegt werden (z.B. Servicestellungen, Parkstellungen, Trudelgrenzen), die spezifisch für nur eine Maschinenkomponente 3-8 sein können und im Normalfall explizit in der Steuereinheit 9 hinterlegt werden müssten. Electric machine the basic field of the inverter feed. This can be deduced from the effects of the harmonics of inverters on a harmonic equivalent diagram of the machine. Again, these can be specified per machine component. In addition to the group of direct machine component operating data and their constructively defined limit values (speed, speed limit, torque, maximum load, bearing temperature and maximum bearing temperature, etc.) and the indirect machine component operating data (Campell diagram, LDD set, RFC set), specific variables can also be used be deposited for governors . Here, maximum accelerations or simple sequence patterns for the machine can be stored (eg service positions, parking positions, spin limits), which can be specific to only one machine component 3-8 and normally would have to be stored explicitly in the control unit 9.
Da die Maschinenkomponenten 3-8 aber über die Sensoren S und den jeweiligen Datenspeicher 10-15 verfügen, kann sich die Steuereinheit 9 erfindungsgemäß über das Einlesen der kompo¬ nentenspezifischen Daten selbst parametrisieren bzw. es wird für einen Anwender stark vereinfacht, da er die Daten vor Ort gezielt auslesen kann. Die Daten können bezogen auf die Art der Maschinenkomponente 3-8 unterschiedlich sein, sobald es sich nicht um die grundsätzlichen Konstruktionseckdaten handelt. Während die Grenzdrehzahlen, die Grenzleistung, Trägheitsmomente, Federstei- figkeiten und Dämpfungskonstanten und die angesetzte LDD oder RFC und auch z.B. ein Campell-Diagramm oder eine Übertragungsfunktion in erster Linie für alle Maschinenkomponenten 3-8 als Datensatz hinterlegt werden können, so gibt es auch Maschinenkomponentendaten, die ausschließlich für spezielle Maschinenkomponenten 3-8 hinterlegt werden. Beispiele solcher Daten für Lager, Getriebe, Kupplungen, Bremsen, Elektroma- schinen und Umrichter wurden eingangs bereits genannt, wes¬ halb an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet wird. Since the machine components 3-8 but have the sensors S and the respective data storage 10 to 15, the control unit 9 can set parameters according to the invention on reading the com ¬ nentenspezifischen data itself or it will be much easier for a user in that it allows data can read out selectively on site. The data may be different based on the type of machine component 3-8, as long as it is not the basic design hex data. While the limit speeds, the limit power, moments of inertia, spring If, for example, a Campell diagram or a transfer function can be stored for all machine components 3-8 as a data record, there are also machine component data that are stored exclusively for special machine components 3-8 , Examples of such machines data for bearings, gears, clutches, brakes, electromagnets and inverter were already initially called wes ¬ is half omitted here for a repeat.
Im Übrigen bieten sich Beschleunigungen (Stöße) , Lastumkehr, lastumkehrbedingte Schwingungsspiele sowie jede Form von Grenzwertüberschreitung an Einzelkomponentengrenzwerten als sensorisch zu erfassende Sondereffekte an. Incidentally, accelerations (shocks), load reversals, oscillations due to load reversals as well as any form of exceedance of individual component limit values are to be considered as special effects to be detected by sensors.
Aufgrund der komponentenbezogenen Datenbereitstellung bzw. auch Datenkommunikation kann eine vereinfachte passive und aktive Betriebsführung erreicht werden. Unter aktiver Schwingungsdämpfung werden im Allgemeinen Verfahren zur Schwingungsminderung verstanden, die auf einem klassischen Regelkreis basieren (Feedback-Regelungen, Closed- Loop-Control ) . Dafür werden geeignete Sensoren und Stellglie¬ der benötigt, wie sie hier auf Komponentenniveau vorausge- setzt werden. Die eingesetzten Stellglieder können dabei direkt auf den drehenden Rotor oder auf eine Lagerstelle ein¬ wirken, aber es kann auch die Elektromaschine als eine solche angesehen werden. Hier kann erfindungsgemäß in stark vereinfachter Art und Weise auf ein System zurückgegriffen werden, welches die betriebskritischen Drehzahlen oder Drehmomente automatisch von seinen Maschinenkomponenten 3-8 bereitgestellt bekommt und dementsprechend die Betriebsführung auf¬ grund der Daten (passiv) steuern kann und aufgrund der Sensorwerte zusätzlich (aktiv) regeln kann. Due to the component-related data provision or data communication, a simplified passive and active operation management can be achieved. Active vibration damping is generally understood to be vibration reduction based on a classical control loop (feedback control, closed-loop control). For this, appropriate sensors and actuator arm ¬ will be the need as she puts This was preceded here at the component level. The actuators used can directly towards the rotating rotor or on a bearing a ¬ act, but it can also be the electric machine as such are considered. Here, according to the invention, a system can be used in a greatly simplified manner, which automatically receives the operating- critical rotational speeds or torques from its machine components 3-8 and accordingly can (passive) control the operational management on the basis of the data and additionally (due to the sensor values). active).
In einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die Datenspeicher 10-15 aus einer messwertverarbeitungsfähigen Rechnereinheit (FPGA-Chip, MikroController, Industrie-PC) , die neben der Datenspeicherung auch eine geeignete Messwertverarbeitung und Speicherung gewährleisten kann. Für dieselben Zwecke kann aber auch eine CMS/CDS-Einheit verwendet werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Betriebsdaten der Sensoren S und die hinterlegten Daten der Maschinenkomponenten 3-8 dazu verwendet werden, eine gegenüber den Auslegungsdaten angesetzte Belastungssummierung auszurechnen. So können die Grenzwertübertretungen bezogen auf Last, Drehmoment, Drehzahl oder Schwingung gespeichert wer¬ den. Es können die gemessenen LDD- oder RFC-Werte bezogen auf jede einzelne Maschinenkomponente 3-8 gegen die konstruktiv angesetzten gerechnet werden. Damit erfolgt ein konstantes Messen der belastungsrelevanten Größen, die dann als Ist- Daten neben den initialen Soll-Datensätzen abgelegt werden. In one embodiment of the invention, the data memories 10-15 consist of a computer unit capable of processing measured values (FPGA chip, microcontroller, industrial PC), which In addition to data storage, it can also ensure suitable measured value processing and storage. However, a CMS / CDS unit can also be used for the same purposes. In a further refinement of the invention, the operating data of the sensors S and the stored data of the machine components 3-8 can be used to calculate a load summation set in relation to the design data. Thus, the limit violations based on load, torque, speed or vibration stored ¬ the. The measured LDD or RFC values relative to each individual machine component 3-8 can be calculated against the constructive ones. This results in a constant measurement of the load-relevant variables, which are then stored as actual data in addition to the initial target data sets.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Daten zu Servicezwecken ausgelesen werden bzw. beim Tausch einzelner Teile innerhalb einer Maschinenkomponente 3-8 wiederum in dem zugeordneten Datenspeicher 10-15 hinterlegt werden, ggf. ergänzt um weitere Daten. In a further embodiment of the invention, the data can be read out for service purposes or, in the exchange of individual parts within a machine component 3-8, in turn be stored in the associated data memory 10-15, possibly supplemented by further data.
In geeigneter Art und Weise lässt sich der Soll-Ist-Vergleich der für die Lebensdauerauslegung der Komponente verwendeten Datensätze (RFC, LDD, Lastspielgrenzen) zur Planung des Serviceeinsatzes verwenden. In a suitable manner, the target / actual comparison of the data sets (RFC, LDD, duty cycle limits) used for the service life of the component can be used to plan the service operation.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention in detail by the preferred embodiment has been illustrated and described in detail, the invention is not limited ¬ by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the skilled artisan without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Auslegung und/oder zur Inbetriebnahme und/oder zum Betreiben eines Antriebsstrangs (2) einer Ma- schine (1), der mittels einer Steuereinheit (9) steuerbare Maschinenkomponenten (3, 4) und nicht steuerbare Maschinenkomponenten (5-8) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist : 1. A method for designing and / or commissioning and / or operating a drive train (2) of a machine (1), the controllable by means of a control unit (9) machine components (3, 4) and non-controllable machine components (5-8 ), the method comprising the steps of:
Ausstatten wenigstens eines Teils der nicht steuerbaren Maschinenkomponenten (5-8) mit komponentenspezifischen Datenspeichern (12-15), auf denen jeweils konstruktionsbedingte technische Daten der nicht steuerbaren Maschinenkomponente (5-8) gespeichert sind, die für die Steuerung einer oder meh¬ rerer steuerbarer Maschinenkomponenten (3, 4) relevant sind; - Übermitteln der auf den Datenspeichern (12-15) gespeicherten Daten an die Steuereinheit (9) und Equipping at least a portion of the non-controllable machine components (5-8) with component-specific data stores (12-15), on each of construction-related technical data of the non-controllable machine component (5-8) are stored, for controlling one or meh ¬ of exemplary controllable Machine components (3, 4) are relevant; Transmitting the data stored on the data memories (12-15) to the control unit (9) and
Steuern einer oder mehrerer steuerbarer Maschinenkomponenten (3, 4) unter Einsatz der Steuereinheit (9) und unter Berücksichtigung der übermittelten Daten.  Controlling one or more controllable machine components (3, 4) using the control unit (9) and taking into account the transmitted data.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zumindest ein Teil der steuerbaren Maschinenkomponenten (3, 4) mit komponentenspezifischen Datenspeichern (10) ausgestattet wird, auf denen jeweils zumindest ein Parametrisierungsbereich gespeichert ist, in dessen Grenzen die entsprechende steuerbare Maschi¬ nenkomponente (3, 4) steuerbar ist, wobei die auf den Daten¬ speichern (10, 11) der steuerbaren Maschinenkomponenten (3, 4) gespeicherten Daten an die Steuereinheit (9) übermittelt werden und die Steuerung der steuerbaren Maschinenkomponenten (3, 4) unter Berücksichtigung dieser Daten erfolgt. 2. The method of claim 1, wherein at least a portion of the controllable machine components (3, 4) with component-specific data memories (10) is provided on which a Parametrisierungsbereich is stored in each case at least in its borders the corresponding controllable Maschi ¬ nenkomponente (3, 4) is controllable, wherein the data stored on the data ¬ (10, 11) of the controllable machine components (3, 4) are transmitted to the control unit (9) and the control of the controllable machine components (3, 4) taking into account these data he follows.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf den Datenspeichern (10-15) als konstruktionsbedingte technische Daten Grenztemperaturen und/oder Grenzdrehzahlen und/oder Grenzleistungen und/oder Trägheitsmomente und/oder Federsteifigkeiten und/oder Dämpfungskonstanten und/oder Lastverweildauerkurven (LDD) und/oder RFC-Matrizen und/oder Campell-Diagramme und/oder Sicherheitsbeiwerte einer Maschi¬ nenkomponente (3-8) gespeichert sind. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein on the data storage (10-15) as design-related technical data limit temperatures and / or limit speeds and / or marginal power and / or moments of inertia and / or spring stiffness and / or damping constants and / or Lastverweildauerkurven (LDD ) and / or RFC matrices and / or Campell diagrams and / or safety factors of a Maschi ¬ nenkomponente (3-8) are stored.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Ist-Werte einer Maschinenkomponente (3-8) erfassender Sensor (S) eingesetzt wird, wobei eine Regelung zumindest einer steuerbaren Maschinenkomponente (3, 4) unter Berücksichtigung der von dem zumindest einen Sensor (S) er- fassten Ist-Werte erfolgt. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein at least one actual values of a machine component (3-8) detecting sensor (S) is used, wherein a control of at least one controllable machine component (3, 4) taking into account of the at least one Sensor (S) detected actual values.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die von dem zumindest einen Sensor (S) erfassten Ist-Werte und auf den Datenspei¬ chern (10-15) hinterlegte technische Daten zu Analysezwecken gespeichert werden, insbesondere zur Bestimmung des Auslas- tungsgrades der Maschine und/oder einzelner Maschinenkompo¬ nenten und/oder zur Weiterverarbeitung in einem CMS/CDS- System. 5. The method of claim 4, wherein the stored goods covered by the at least one sensor (S) actual values and the Datenspei ¬ manuals (10-15) technical data is stored for analysis purposes, and in particular for determining the capacity utilization degree of the machine and / or individual Maschinenkompo ¬ components and / or for further processing in a CMS / CDS system.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl von Lastüberschreitungen einzelner Maschinenkomponenten (3-8) erfasst, gespeichert und ausgewertet wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the number of load exceedances of individual machine components (3-8) is detected, stored and evaluated.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine der nicht steuerbaren Maschinenkomponenten (5-8) ein Getriebe ist. 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein one of the non-controllable machine components (5-8) is a transmission.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem auf dem Datenspeicher des Getriebes als konstruktionsbedingte technische Daten Zahneingriffsfrequenzen und/oder Überrollfrequenzen und/oder das Zahnflankenspiel und/oder das Verdrehzahnflankenspiel ge¬ speichert ist/sind. 8. The method according to claim 7, in which on the data memory of the transmission as design-related technical data tooth engagement frequencies and / or rollover frequencies and / or the backlash and / or the Verdrehzahnflankenspiel ge ¬ stores is / are.
9. Maschinenkomponente (5-8) eines Antriebsstrangs (2), die nicht über eine Steuereinheit (9) steuerbar ist und einen auslesbaren Datenspeicher (12-15) aufweist, auf dem konstruktionsbedingte technische Daten der Maschinenkomponente (5-8) gespeichert sind, die für die Steuerung einer steuerbaren Ma- schinenkomponente (3, 4) eines Antriebsstrangs (2) einer Ma¬ schine (1) von Relevanz sind. 9. machine component (5-8) of a drive train (2) which is not controllable via a control unit (9) and has a readable data memory (12-15) on which design-related technical data of the machine component (5-8) are stored, which are responsible for the control of a controllable Machine component (3, 4) of a drive train (2) of a Ma ¬ machine (1) are of relevance.
10. Maschinenkomponente (5-8) nach Anspruch 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass diese ein Getriebe, ein Lager, eine Kupp¬ lung oder eine Bremse ist. 10. Machine component (5-8) according to claim 9, characterized ge ¬ indicates that this is a gear, a bearing, a Kupp ¬ ment or a brake.
11. Maschinenkomponente (5-8) nach Anspruch 9 oder 10, da¬ durch gekennzeichnet, dass als konstruktionsbedingte techni¬ sche Daten Grenztemperaturen und/oder Grenzdrehzahlen und/oder Grenzleistungen und/oder Trägheitsmomente und/oder Federsteifigkeiten und/oder Dämpfungskonstanten und/oder Lastverweildauerkurven (LDD) und/oder RFC-Matrizen und/oder Campell-Diagramme und/oder Sicherheitsbeiwerte einer Maschi¬ nenkomponente auf dem Datenspeicher (12-15) gespeichert sind 11. machine component (5-8) according to claim 9 or 10, since ¬ characterized by that as a design-related technical ¬ specific data limiting temperatures and / or limit speeds and / or power limits and / or moments of inertia and / or spring stiffness and / or damping constants and / or Lastverweildauerkurven (LDD) and / or RFC matrices and / or Campell diagrams and / or safety factors of a Maschi ¬ nenkomponente on the data memory (12-15) are stored
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