ES2337467T3 - Metodo y dispositivo de determinacion de causas de fallas en los procesos industriales. - Google Patents

Abstract

Método de determinación de las causas de fallas en procesos industriales, en especial en procesos continuos con bandas transportadoras, con lo cual - se detectan las magnitudes del proceso (P1...P10), tales como el momento y/o la ubicación de una falla y -se determinan las correlaciones entre las magnitudes del proceso detectadas y el momento y/o ubicación de la falla, caracterizado porque, de las magnitudes del proceso (P1...P10) se excluyen como causa sólo las que, en la correlación establecida, presentan una consecuencia contraria a la causa de la falla.

Description

Método y dispositivo de determinación de causas de fallas en los procesos industriales.

La presente invención hace referencia a un método para la determinación de causas de fallas en procesos industriales, en especial en procesos continuos con bandas transportadoras sin fin, como por ejemplo en el caso del papel, de textiles o de hojas de plástico o metálicas.

Las instalaciones y máquinas para procesos industriales, en especial para procesos con bandas transportadoras sin fin, como por ejemplo en el caso del papel, de textiles, de hojas de plástico o metálicas, son frecuentemente combinaciones muy complejas de componentes de accionamiento y de automatización. Debido a este hecho, es difícil detectar y evaluar las fallas en los procesos, entre otros motivos porque éstas se hacen notar generalmente en diferentes sitios de la instalación o máquina. Debido a esto no se puede reconocer ninguna cadena funcional unívoca entre la causa y la consecuencia de una falla, especialmente cuando se trata de procesos complejos.

En especial, las fallas esporádicas pueden dificultar notablemente un proceso y, por ejemplo, limitar la capacidad de fabricación en un proceso de producción, conduciendo así a gastos considerables. Esa clase de fallas puede surgir como resultado de una gran cantidad de factores de índole técnico o tecnológico, los cuales, si bien no son lo suficientemente grandes como para ocasionar la interrupción de la fabricación, pueden igualmente conducir a problemas de calidad o de funcionamiento.

En casos extremos, las fallas pueden también conducir a la interrupción del proceso. De esta manera, en un proceso de fabricación con banda transportadora, por ejemplo, una rotura de la banda transportadora ("rotura de banda") puede conducir a la interrupción de la fabricación, ocasionando altos costos por fallos.

Un planteamiento tradicional de los fabricantes u operadores de la planta para solucionar el problema, consiste en recurrir a expertos en los subsistemas (sistema de automatización, sistema de accionamiento), los cuales, con ayuda de métodos visuales (por ejemplo, con ayuda de cámaras de alta velocidad) intentan determinar las causas de las fallas. Este método, sin embargo, detecta sólo en forma incompleta los sectores esenciales de la instalación en el caso de instalaciones complejas, por esto es limitado en su contenido y no logra eliminar las fallas en forma permanente.

Además, en la solicitud de patente alemana no publicada con el número oficial de registro de documentos DE 10202092.2, así como en la solicitud de patente internacional con el número oficial de registro de documentos PCT/DE/03/00093 aún no publicada, se describe un sistema ampliado homogéneo y modular para una medición ampliada libre de efectos de retroalimentación y sincrónica temporalmente y para el análisis de señales que se encuentran muy dispersas en varios subprocesos, los cuales componen el proceso industrial. Mediante una cabeza de medición se detecta cualquier señal presente en el subproceso y dado el caso, se le asigna una marca temporal de una forma predeterminada como señal de medición o señal de tiempo en un sistema bus de medición, con lo cual el sistema bus de medición no es idéntico al sistema bus existente que sirve a la automatización. Como señal de tiempo se comprende aquí una señal de medición con una marca temporal. Las señales de medición y/o tiempo son procesadas por el concentrador de datos. Unidades de análisis y/o unidades indicadoras locales o unidades de análisis previstas alejadas del proceso industrial, posibilitan el procesamiento, así como la visualización de las señales de medición y/o tiempo.

Por la solicitud DE 35 39 354 A1 se conoce un método conforme al preámbulo de la reivindicación de patente 1, en el que se determina la periodicidad de las modificaciones de las propiedades del papel producido por una máquina papelera y se compara con la periodicidad de las funciones de los elementos de la máquina de la máquina papelera.

Por la solicitud DE 199 13 926 A1 se conoce, en especial para la influencia de propiedades cualitativas, un método para la fabricación de una banda para materiales, por el cual se obtiene una imagen precisa del desarrollo temporal de las propiedades interesantes de la banda para materiales, así como también de la influencia de cada estación de fabricación de la máquina sobre esas propiedades, así como en general sobre la calidad de la banda para materiales. Dicha imagen se obtiene mediante la disposición de varios sensores distribuidos orientados hacia la dirección de fabricación.

Derivado de este estado de la técnica, es objeto de la presente invención el desarrollar un método para la determinación de las causas de fallas en procesos industriales, el cual permita, también en situaciones de alta complejidad durante el proceso, la determinación rápida, repetible y a bajo costo de las causas de fallas, así como también posibilite la eliminación de las fallas en forma permanente.

Para alcanzar este objeto el método se basa en un método conforme a la reivindicación 1 conforme a la invención. Presentaciones ventajosas del método son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Con ayuda de correlaciones temporales y/o espaciales se puede reconocer de forma simple y rápida si existe una relación de efecto entre las magnitudes del proceso y el tiempo y/o espacio de una falla. El tiempo y/o el espacio de la falla pueden identificarse, dado el caso, mediante una magnitud del proceso.

Las magnitudes del proceso pueden representarse a través de señales de medición, las cuales deben comprenderse como señales dentro del marco de la antes nombrada solicitud de patente DE 10202092.2 no publicada así como de la solicitud PCT/DE/ 03/00093. Dichas señales provienen de diferentes fuentes del proceso y pueden presentarse de diferentes formas, como por ejemplo de forma análoga, binaria, numérica y/o como magnitudes físicas variables. Estas señales pueden detectarse en el proceso con ayuda de funciones del control de medición ya presentes en el proceso y/o previstas en forma adicional. En el marco de la invención se entiende como correlación temporal, el que las señales de medición de dos magnitudes del proceso presenten un comportamiento similar en un momento determinado. Una determinación de las causas basada en correlaciones temporales es posible, especialmente cuando se trata de fallas técnicas, como por ejemplo, de inestabilidades o de pequeños factores de atenuación en un sistema de accionamiento, o cuando causa y efecto no se ubican muy alejados en cuanto al espacio.

La correlación espacial hace referencia a un material a procesar en funcionamiento en un proceso (por ej. una banda transportadora sin fin) y a las propiedades relacionadas con el material a procesar (por ej. calidad, tamaño, peso), a una velocidad determinada durante el proceso y que se encuentra situado espacialmente en diferentes puntos de la instalación o máquina. Con la ayuda de la información sobre las posiciones relativas entre los puntos de medición unos con otros y la velocidad del material a procesar en el proceso, se puede determinar un desplazamiento de tiempo para cada punto de medición, mediante el cual, el punto de medición observa el material a procesar utilizado en el proceso. Las señales de medición se correlacionan ante todo unas con otras mediante el material a procesar y sus propiedades. Con la ayuda de las correlaciones espaciales se pueden establecer especialmente causas de fallas de índole tecnológica, por ejemplo, en el caso del proceso de fabricación del papel, problemas cualitativos en el gramaje, huecos, etc.

La detección de las señales de medición y la determinación de las correlaciones temporales y espaciales pueden ser automatizadas con la ayuda de dispositivos de procesamiento de datos, posibilitando así una determinación de las causas de fallas rápida, repetible y a bajo costo. Con la ayuda de las correlaciones temporales y/o espaciales se pueden determinar con gran exactitud relaciones de efecto entre las señales de medida y el momento y/o la ubicación de la falla, de manera que se pueden reconocer con gran precisión las causas de las fallas, posibilitando de esta manera una eliminación de las fallas en forma permanente.

De esta manera se pueden determinar en primer lugar las correlaciones temporales de las magnitudes del proceso con el tiempo (momento) de la falla. En el caso de no poder establecerse ninguna correlación, puede efectuarse a continuación una determinación de las correlaciones espaciales. En forma alternativa, sin embargo, pueden determinarse en primer lugar las correlaciones espaciales y, dado el caso de que no se pueda establecer ninguna correlación, efectuar a continuación la determinación de las correlaciones temporales.

Si no existe ninguna correlación significativa entre una magnitud del proceso y la falla, puede entonces descartarse un relación de efecto entre la falla y la magnitud del proceso.

Una determinación de las causas especialmente precisa es posible cuando, de las magnitudes del proceso se excluyen como causa sólo las que, en la correlación establecida, presentan una consecuencia contraria a la causa de la falla.

Para elevar la precisión de la determinación de las causas pueden llevarse a cabo análisis detallados para los subprocesos con magnitudes del proceso (permanentes) que presenten correlaciones significativas con la falla. Esto puede requerir, entre otras, mediciones con otras magnitudes adicionales del proceso.

Conforme a una presentación ventajosa de la invención se prevee que, luego de establecerse la causa de la falla, deben desarrollarse medidas para lograr la eliminación de la causa de la falla. Estas medidas pueden ser evaluadas finalmente de manera técnica o empresarial. Mediante esta evaluación puede simplificarse el proceso de decisión para la implementación de medidas de mejoramiento y puede adoptarse una solución óptima para el fabricante con respecto a los criterios de costos y utilidades.

La inversión para la detección y el análisis de las magnitudes del proceso puede reducirse si la causa de la falla se restringe a un subproceso del proceso en su totalidad y se detectan sólo magnitudes del proceso de este subproceso para la determinación de las causas de fallas.

Esto puede tener lugar a través de una transmisión del conocido "Diagrama de cuerpo libre" de la mecánica. En este caso se observa, en una primera etapa, sólo un subproceso o subsistema donde se presenta la falla en lugar del proceso en su totalidad. Mediante un diagrama de cuerpo libre del subproceso se identifican las interfaces del subproceso con el proceso en su totalidad que lo rodea y en estas interfaces se detectan, mediante mediciones técnicas, efectos físicos como por ej. fuerzas, corrientes, campos, presiones. Las señales de medida para la detección de estos efectos pueden obtenerse, dado el caso, a través de la instalación de funciones de control de medición adicionales en dichas interfaces.

Dado el caso, de que en una medición se presente una correlación de una señal de la interfaz con la falla, el subproceso escogido es muy reducido y el subproceso debe ampliarse a su alrededor, con lo cual se puede intercambiar el efecto físico. A continuación se identifican entonces las interfaces para el subproceso ampliado en forma correspondiente y se analizan los efectos físicos de correlación con la falla en dichas interfaces.

En caso de que no se presente ninguna correlación de la señal de la interfaz con la falla, la causa de la falla se encuentra contenida en su totalidad dentro del subproceso observado. El subproceso puede entonces reducirse en forma correspondiente, para delimitar aún más la causa de la falla, o puede tener lugar una detección detallada y una evaluación de las señales de medida desde el interior del subproceso.

La causa de una falla puede, de este modo, restringirse simplemente a través de un subproceso, cuando se determina un subproceso del proceso industrial donde se presenta una falla, en el cual no se presentan, en sus interfaces físicas con respecto al resto del proceso, correlaciones significativas con la falla.

El método conforme a la invención puede llevarse a cabo fácilmente, mediante un dispositivo de detección de las causas de fallas en procesos industriales, el cual presenta una unidad de detección para detectar las magnitudes del proceso tales como tiempo y/o ubicación de una falla, una unidad de evaluación para la determinación de correlaciones entre las magnitudes del proceso captadas y el tiempo y/o ubicación de la falla y una unidad de salida para la obtención de las magnitudes del proceso correlacionadas con el tiempo y/o la ubicación de la la falla.

Conforme a una presentación ventajosa de la invención se lleva a cabo el método como servicio a través de un proveedor del servicio.

La invención, así como otras presentaciones ventajosas de la invención, conformes a las características de la reivindicación dependiente, se explican a continuación mediante ejemplos de ejecución en las figuras. Ellas muestran:

Figura 1 una representación esquemática del proceso de fabricación del papel y un dispositivo de detección de las causas de fallas en este proceso,

Figura 2 una representación del método de detección de las causas de fallas en un proceso conforme a la invención de acuerdo a la Fig. 1, mediante un diagrama de operaciones,

Figura 3 una representación sobre la explicación del método para establecer magnitudes del proceso relevantes con respecto a la determinación de una causa,

Figura 4 un diagrama ilustrativo de una correlación temporal entre dos magnitudes del proceso,

Figura 5 un diagrama ilustrativo de una correlación espacial entre dos magnitudes del proceso,

Figura 6 una representación esquemática de un sistema de medición y de análisis descrito en las solicitudes de patente DE 10202092.2 así como PCT/DE/ 03/00093.

La figura 1 muestra una instalación 1 para la producción de papel. La instalación 1 comprende diferentes partes de la instalación, las cuales son necesarias para las diferentes etapas en el proceso de producción de papel, por ejemplo, la preparación de la pasta 1a, máquina papelera 1b, una prebobinadora/calandria 1c, una cizalla de rodillo 1d, una guillotina 1e. La instalación 1 presenta para el accionamiento, el abastecimiento de energía y la conducción, así como para el control de los diferentes componentes del proceso de producción, una gran cantidad de componentes de accionamiento 11, componentes de automatización 12 y componentes de abastecimiento de energía 13.

Un dispositivo 2 sirve para la detección de causas de fallas en la instalación 1. El dispositivo 2 presenta una unidad de detección 3, una unidad de evaluación 4 y una unidad de salida 5.

La unidad de detección 3 sirve para la detección de las magnitudes del proceso P1...P10 del proceso de producción de papel en la instalación 1. En este caso puede tratarse, por ejemplo, de señales de medición, las cuales son detectadas con la ayuda de funciones de control de medición ya presentes o previstas en la instalación 1. Para la detección de rupturas en la banda transportadora 8 pueden preverse, por ejemplo, sensores fotoeléctricos 9, los cuales, en caso de una ruptura de la banda producen una señal, la cual es detectada como señal de medida PS por el dispositivo 2, posibilitando así establecer el momento y la ubicación de una ruptura en la banda. Además, puede tratarse, con respecto a las magnitudes del proceso, de señales de los sensores de temperatura con respecto a los diferentes componentes de la instalación, así como de corrientes y tensiones de los componentes eléctricos, revoluciones por minuto, momentos de fuerza (par motor) así como componentes de accionamiento 13. Por otra parte, pueden también detectarse entradas de los servidores e informaciones sobre la calidad del papel como magnitudes del proceso.

La unidad de evaluación 4 sirve para la determinación de correlaciones entre las magnitudes del proceso P1...P10 detectadas y las magnitudes del proceso PS que representan el momento y la ubicación de la falla. La unidad de salida 5 para la obtención de las magnitudes del proceso P1...P10 con correlaciones significativas con respecto a las magnitudes del proceso PS.

La detección de las magnitudes del proceso en la unidad de detección 3 pueden tener lugar en tiempo real (real time). La evaluación de las magnitudes del proceso detectadas puede tener lugar on-line (en línea) o off-line (fuera de línea).

La unidad de detección 3 es, preferentemente, escalable, y puede al menos detectar 500 señales. Para poder detectar también vibraciones mecánicas y errores en las regulaciones de la corriente, la frecuencia de muestreo asciende al menos a 40 kilohercios. Para una evaluación off-line la unidad de detección 3 abarca un almacenamiento de datos (el cual no se encuentra representado en detalle) para el almacenamiento de una gran cantidad de datos de medición. El dispositivo 2 puede presentar, dado el caso, adicionalmente una unidad de entrada (la cual no se encuentra representada en detalle) para el ingreso de un área temporal para las observaciones relativas a las correlaciones, así como también, de información, sobre las posiciones relativas de los puntos de medición que presentan unos con otros.

Para establecer las causas de fallas, se determinan, tal como se representa en el diagrama de control de la figura. 2, las magnitudes del proceso P1...P10 relevantes para el análisis de las fallas, en una primera etapa 31. Esto puede tener lugar, por ejemplo, mediante el método explicado detalladamente en la figura 3.

Las magnitudes del proceso P1...P10 relevantes se detectan a continuación en una segunda etapa 32 por la unidad de detección 3 durante un espacio de tiempo tan extenso como fuera necesario para la detección de al menos una falla. La falla se identifica gracias a las magnitudes del proceso PS, de aquí en adelante denominadas como "magnitudes del proceso de fallas".

A continuación se detectan, en una tercera etapa 33, en primer lugar las correlaciones temporales entre las magnitudes del proceso P1...P10 y las magnitudes del proceso de fallas PS. Esto tiene lugar, tal como se grafica en la figura 4, comparando si una magnitud del proceso, en el caso de la figura 4 la magnitud del proceso P8, presenta al momento TS de la falla un comportamiento distinto, similar al de las magnitudes del proceso de fallas. Si el comportamiento se ubica un poco antes en el tiempo, puede considerarse de momento a la magnitud del proceso 8 como causa de la falla. Pero si se encuentran magnitudes del proceso, las cuales presentan ya un comportamiento anormal antes que la magnitud del proceso 8, la magnitud del proceso 8 no constituye entonces la causa, sino otra consecuencia de la
falla.

En una etapa 33a se verifica si se presentan correlaciones temporales. En el caso de no poder establecerse ninguna correlación temporal, se determinan, en una cuarta etapa 34, correlaciones espaciales de las magnitudes del proceso con las magnitudes del proceso de falla PS. Esto tiene lugar, por ejemplo, conforme a la figura 5, con ayuda de la información contenida en la unidad de evaluación 4, sobre las posiciones relativas entre los puntos de medición unos con otros y la velocidad de la banda transportadora 8 en el proceso, se determina un desplazamiento de tiempo, mediante el cual el punto de medición observa el material a procesar utilizado en el proceso. En el ejemplo de la figura 6, la magnitud del proceso P2 presenta un Offset \DeltaT2 y la magnitud del proceso P8 presenta un Offset \DeltaT8 hacia la magnitud del proceso PS. Si se encuentran desviaciones en la magnitud del proceso P2 con respecto al momento
T2 = TS - \DeltaT2, así como en la magnitud del proceso P8 con respecto al momento T8 = TS + \DeltaT8, se presenta entonces una correlación espacial de las magnitudes del proceso P2, P8 y PS, lo cual significa que las magnitudes P2, P8 y PS están correlacionadas unas con otras mediante la banda transportadora en funcionamiento 8.

Si se determinan correlaciones temporales significativas entre una o más magnitudes del proceso y la magnitud del proceso de falla, pueden entonces descartarse como causa de la falla las magnitudes del proceso que no presentan correlaciones significativas.

Para una determinación especialmente precisa de la causa, en una quinta etapa 35, se excluyen como causa sólo las magnitudes del proceso que, en la correlación establecida, presentan una consecuencia contraria a la causa de la falla.

En una sexta etapa 36 del método se llevan a cabo, para aumentar la precisión de la determinación de la causa en el subproceso, análisis detallados, los cuales están representados mediante las magnitudes permanentes del proceso con correlaciones significativas con respecto a la falla. Dichos análisis ayudan a determinar la causa de la falla.

En una etapa 37 del método, luego de establecer la causa de la falla, se desarrollan medidas para lograr la eliminación de la causa de la falla. Estas medidas, finalmente, son evaluadas técnica y/o económicamente, en una octava etapa 38.

Para la determinación de las magnitudes del proceso relevantes se define un subproceso en el cual se encuentran fallas, denominado con el signo de referencia 6 en la figura 3 y se identifican todas las conexiones, así como interfaces 21 a 25 del subproceso 6 con el resto del proceso; en el caso de la figura 3 se identifican los subprocesos 41-45, con ayuda del conocido "Diagrama de cuerpo libre" de la mecánica y se detectan, mediante mediciones técnicas, los efectos físicos como por ejemplo, fuerzas, corrientes, campos y presiones en las interfaces 21 a 25. De esta manera los efectos físicos en las interfaces describen la interacción del subproceso 6 con los subprocesos 41-45 del proceso
total.

Ejemplos para las conexiones, así como interfaces 21-25 y los efectos físicos pueden ser los siguientes:

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Conexiones de un elemento de la instalación del subproceso hacia un fundamento que, en primer lugar posee el peso del elemento y en segundo lugar, transmite también vibraciones de otros subprocesos al elemento,

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Árboles de transmisión, cilindros o partes móviles similares de un elemento, las cuales ejercen energía mecánica sobre el elemento o sobre sus partes,

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tubos o cables para conexiones hidráulicas, neumáticas o eléctricas entre el subproceso y su entorno,

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material suministrado al subproceso por otros subprocesos,

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acciones de servicio que provocan una modificación de la regulación o de otras propiedades del subproceso.

Si, en la instalación 1 conforme a la figura 1, se detectan rupturas de la banda en la máquina papelera 1b a través de funciones de control 9, pueden observarse, en una primera etapa del subproceso 60 y, por ejemplo, se observan, sus interfaces con respecto a preparaciones de la pasta 1a, a la prebobinadora/calandria 1c, así como al abastecimiento de energía 13, al sistema de accionamiento 11 ya la automatización 12.

En el caso de un intercambio de un efecto físico en la interfaz con respecto a la prebobinadora/calandria 1c, esto significa, una correlación de una señal de la interfaz con respecto a la prebobinadora/calandria 1c con la falla, el subproceso escogido es muy reducido y el subproceso 60 debe ser ampliado en torno al subproceso 60' de la prebobinadora/calandria 1c.

A continuación, para el proceso ampliado, compuesto por los subprocesos 60 y 60', se identifican de la manera correspondiente las interfaces y en estas interfaces se verifican los efectos físicos en correlación con la falla.

En el caso de no presentarse ninguna correlación de la señal de la interfaz con la falla, la causa de la falla se encuentra completamente en el subproceso ampliado y puede tener lugar entonces una determinación detallada y una evaluación de las señales de medida desde el interior del subproceso ampliado.

El método puede ser utilizado en forma especialmente ventajosa para la determinación de causas, cuando se trata de fallas esporádicas en un proceso de producción o de rupturas en bandas transportadoras.

Un método especialmente adecuado y un dispositivo especialmente adecuado de determinación de las magnitudes del proceso y de determinación de correlaciones deben captar señales de una gran cantidad de fuentes, con lo cual la distribución espacial de las fuentes puede ser muy amplia. Las señales de medición deben ser detectadas mediante una alta calidad invariable y presentar con ello altas frecuencias de muestreo. El dispositivo debe ser adaptable de forma flexible a diferentes configuraciones de la instalación, se espera lograr una puesta en servicio fácil y rápida mediante una baja inversión en cableado y en configuración, así como una fácil capacidad de servicio, comparable al principio "Plug and Play" (conectar y usar). Especialmente importante es una detección de las señales libres de efectos de retroalimentación.

Los procesos referidos se presentan frecuentemente en instalaciones industriales, las cuales por lo general se componen de muchos componentes de la instalación distribuidos en cuanto al espacio. De especial importancia es por ello, la posibilidad de llevar a cabo observaciones precisas de las correlaciones también en el caso de puntos de medición muy distribuidos en cuanto al espacio y a través de los retrasos causados durante la captación de las señales en una unidad de detección.

Los procesos referidos se controlan, así como se conducen en general mediante al menos un dispositivo de automatización. Las señales a captar y a procesar pueden provenir de diferentes fuentes del proceso y pueden presentarse de diferentes formas, como por ejemplo de forma análoga, binaria, numérica, como señales visuales y/o como magnitudes físicas variables.

Un método y un dispositivo, los cuales cumplan estos requisitos en gran medida y sean apropiados por ello especialmente para la detección de magnitudes del proceso y la determinación de las correlaciones, son descritos en las solicitudes de patente DE10202092.2, así como PCT/DE/ 03/00093 no publicadas.

El método y el dispositivo están realizados en forma homogénea y modular. El concepto subyacente es el de la separación de la medición y el análisis por un lado y el control y la conducción por otro. Ante todo, la implementación de este concepto posibilita una captación de señales ampliada libre de efectos de retroalimentación y la realización de un sistema de la clase mencionada al inicio, instalable, de alto rendimiento, modular y a bajo costo, así como también ampliable y homogéneo.

En una forma de ejecución preferente del método, una cabeza de medición recibe al menos señales del lado de entrada de cualquier sistema bus. De este modo se posibilita, el ingreso ampliado libre de efectos de retroalimentación de las señales intercambiadas por el sistema bus y /o el análisis de las fallas de señal en el sistema bus mismo.

De manera ventajosa, el método puede conformarse de manera tal, que al menos una cabeza de medición retransmita en forma directa señales de medición a un concentrador de datos, con lo cual aumenta ampliamente la modularidad del sistema.

De acuerdo a una conformación ventajosa del método se reconocen automáticamente las cabezas de medición y/o los concentradores de datos. De acuerdo a una conformación ventajosa del método tiene lugar la producción de la comunicación entre los concentradores de datos y las cabezas de medición en forma automática mediante la ayuda de como mínimo una unidad de comunicación. Ambas conformaciones aumentan en forma decisiva la modularidad del método, que de esta forma puede ser ampliado fácilmente, a bajo costo y con una pequeña inversión.

En una forma de ejecución preferente del método se generan señales temporales que son asignadas con una marca de tiempo. De este modo, se facilita considerablemente una evaluación de las señales de medición detectadas, en especial para las observaciones relativas a las correlaciones; especialmente en vista a relaciones complejas, extendidas en varios subprocesos.

En forma ventajosa se amplía el método de manera tal, que al menos una cabeza de medición recibe una señal temporal estandarizada. El aprovechamiento de esta señal temporal como tiempo referencial posibilita una precisa e unívoca clasificación temporal de las señales de medición más allá de los límites de los procesos industriales, a los cuales hace referencia este ventajoso método.

En una conformación más amplia es detectada la señal temporal estandarizada por un Global Positioning System (GPS - Sistema de Posicionamiento Global). La ventaja de esta conformación reside en la disponibilidad a un nivel global del GPS y en los bajos costos ligados a la captación de esta señal temporal estandarizada.

De acuerdo a otras conformaciones ventajosas del método, se procesan las señales de medición temporales y/o espaciales, compuestas de al menos un concentrador de datos, con ayuda de al menos una unidad de evaluación programable, con lo cual la unidad de evaluación programable puede estar situada en un punto alejado, con respecto al espacio, de los subprocesos. De este modo, aumentan la flexibilidad y la posibilidad de implementar el método a un nivel global. Un aprovechamiento de recursos, especial en cuanto a lo económico, se logra a través de la separación conceptual de funciones prevista para los concentradores de datos y las unidades de evaluación. De manera preferente, el método puede conformarse de manera tal, que al menos se utilice una unidad indicadora para la visualización de los datos generados por las señales de medición y/o las señales temporales, con lo cual la unidad indicadora puede estar situada en un punto alejado, con respecto al espacio, de los subprocesos. Una ampliación de esa clase aumenta la modularidad y la flexibilidad del método conforme a la invención, con lo cual se posibilita la independencia de la unidad indicadora en relación con los subprocesos industriales, con respecto al espacio, y, además se posibilitan funcionalidades como el análisis a distancia, incrementando así la eficiencia y la eficiencia de la evaluación intelectual de los resultados de medición, así como también se facilita sustancialmente el acercamiento de peritos para la evaluación.

El método puede llevarse a cabo mediante un dispositivo de detección y procesamiento de señales de procesos industriales, los cuales se componen de al menos un subproceso, con lo cual el proceso industrial es controlado, así como dirigido por al menos un dispositivo de automatización equipado con uno o varios sistemas bus.

El dispositivo ventajoso está caracterizado porque, se prevee un sistema bus, el cual, no es idéntico al o a los sistemas bus del dispositivo de automatización, así como también se prevee al menos una cabeza de medición de captación de señales de medición, el cual se encuentra del lado de entrada conectado con las funciones de control de medición previstas y/o adicionales del proceso industrial y se retransmiten al sistema bus de medición señales del lado de entrada en una forma prevista, y porque uno o varios concentradores de datos se encuentran conectados al sistema bus de medición.

En una conformación ventajosa del dispositivo se encuentra colocada una cabeza de medición, la cual se encuentra conectada a funciones de control de medición y envía una señal temporal estandarizada, en la terminación superior de una instalación, dentro de la cual o con su ayuda se lleva a cabo el proceso industrial.

Esta colocación posibilita una recepción mejorada de la señal temporal estandarizada, siempre que esta señal sea transmitida en forma inalámbrica y, en particular, no sólamente mediante instalaciones de transmisión terrestres sino también, por ejemplo, mediante satélites.

De acuerdo a otras conformaciones ventajosas del dispositivo, se procura que, los concentradores de datos de esa clase sean ampliables, de manera tal, que la cantidad requerida respectivamente de sistemas bus y/o de la cabeza de medición se puedan conectar a ellos. De este modo, es posible una conexión de sistemas bus y /o la cabeza de medición sin complicaciones, economizando así tiempo y costos. El sistema puede ampliarse así fácilmente y en diferentes formas.

La figura 6 muestra una representación esquemática de un sistema de medición y análisis descrito en la solicitud de patente DE 10202092.2, así como de. PCT/DE/ 03/00093. En el ejemplo representado, el proceso se encuentra estructurado en dos subprocesos T1 y T2. Dentro de estos subprocesos T1 y T2 deben captarse y procesarse las señales.

En los componentes de la instalación X1 a X3 y Y1 a Y3 se encuentran las funciones de control de medición S1 a S6, las cuales no están representadas en detalle, conectadas a las cabezas de medición correspondientes M1 a M6. En el caso de los componentes de la instalación representado a modo de ejemplo, se trata de motores X1 a X4 y del compartimiento eléctrico Y1 a Y4.

Existen los sistemas bus Q1 y Q2 y otros sistemas bus no representados aquí en detalle, que pueden adscribirse a la instalación de automatización de los subprocesos industriales T1 y T2. Los sistemas bus Q1 y Q2 se utilizan para el control y la conducción de los componentes de la instalación X1 e Y2, así como de X4 e Y4. Tal como se presenta a modo de ejemplo en el sistema bus Q2 y en la cabeza de medición M7, las cabezas de medición pueden conectarse también a sistemas bus, los cuales sirven al control y a la conducción.

Las cabezas de medición M1 a M7 están conectadas del lado de entrada a los concentradores de datos D1 y D2 con ayuda de los sistemas bus B1 y B2. Una función del concentrador de datos es el procesamiento de las señales de medición de las cabezas de medición M1 a M7.

Para otros procesamientos de señales y de datos, se preveen las unidades de evaluación E1 y E2. Las unidades indicadoras A1 y A2 posibilitan la visualización de los datos de medición procesados por los concentradores de datos D1 y D2, así como por las unidades de evaluación E1 y E2. Las unidades de evaluación E1 y E2 y los concentradores de datos D1 y D2 se encuentran conectados entre sí mediante redes de transmisión de datos C1 locales y/o espacialmente ilimitadas.

En el ejemplo de ejecución se generan señales temporales, las cuales son asignadas con una marca de tiempo de funcionamiento sincrónico.

Las cabezas de medición M1 a M7 se encuentran dispuestas de manera tal, que reciben señales numéricas, binarias o analógicas de las funciones de control de medición. Sin embargo, se preveen también cabezas de medición, no representadas aquí, las cuales detectan magnitudes de medición físicas, como por ejemplo, duración de las vibraciones o temperatura. Las cabezas de medición pueden estar conectadas con sistemas bus que sirven al control y a la conducción, como por ejemplo, PROFIBUS o CAN-BUS. La cabeza de medición M7 conectada al sistema bus Q2 detecta los datos que se ubican en el sistema bus Q2, los cuales sirven para analizar las fallas de señales en el sistema bus Q2 o para disponibilizar otros datos de medición con la condición de que esto tenga lugar sin efectos de retroalimentación y en el momento preciso. Mediante la expresión "en el tiempo preciso" se hace referencia al tiempo mínimo de muestreo.

Todas las cabezas de medición M1 a M7 se componen de una parte de comunicación bidireccional homogénea y disponen de funcionalidades para la detección y la generación autónomas de los datos de medición y disponen también de controladores para la recepción de datos del concentrador de datos. Los sistemas bus B1 y B2 utilizan un protocolo de transmisión homogéneo y se basan en forma uniforme en tecnología en fibra óptica, para lograr una inversión mínima en cableado y configuración y una baja vulnerabilidad a fallas. Es posible que las cabezas de medición se conecten en forma directa con el concentrador de datos D1, así como D2, aunque no se represente aquí en detalle. De la disposición del concentrador de datos y de la cabeza de medición inserta resulta una unidad, la cual puede relaciona con un ahorro de lugar y de costos. Los concentradores de datos D1 y D2 se conciben como ampliables, en relación con la cantidad de sistemas bus B1 y B2 a conectarse, así como en forma directa con la cabeza de medición a insertar.

Cada uno de los concentradores de datos D1 y D2 contiene como mínimo una unidad de cálculo y como mínimo una unidad de comunicación.

Las funciones de la unidad de comunicación son: el accionamiento autónomo, automático de los sistemas bus B1 y B2 del dispositivo, la producción de la comunicación con las cabezas de medición M1 a M7 conectadas mediante los sistemas bus B1 y B2, así como la detección automática de los componentes que se encuentran en el sistema y la supervisión de compatibilidad automática de cada componente. En cada unidad de comunicación se le proporciona una matriz de almacenamiento, en la cual se presenta una dirección unívoca para cada cabeza de medición adscrita al concentrador de datos y para cada señal de medición o temporal adscrita. Las unidades de comunicación posibilitan de este modo, la sincronización en una base de tiempo global, de los procesos de medición de todas las cabezas de medición y de todos los concentradores de datos presentes en el sistema. Las unidades de comunicación disponen de medios para el autodiagnóstico, para el la introducción de señales ajenas y de la funcionalidad para la distribución de la carga automática entre los concentradores de datos dispuestos en el sistema.

La función de la unidad de cálculo es el procesamiento de las señales temporales y de medición. La unidad de cálculo lleva a cabo una vectorización temporal de los datos ingresados y archiva los vectores en una memoria fija de sólo lectura, para evitar la pérdida de datos. Otra función de la unidad de cálculo consiste en considerar diferentes tasas de muestreo, el suavisado de la señal de medición y, si es necesario, la interpolación en un punto de desplazamiento del tiempo común.

Las unidades de evaluación E1 y E2 disponen de funcionalidades para el amplio procesamiento de señales de medición y temporales de diferentes concentradores de datos D1 y D2. Las unidades de evaluación E1 y E2 son programables por el usuario mediante un editor gráfico y disponen de funcionalidades, tales como la filtración o la transformación de señales de medición o vectores de señales, mediante una biblioteca.

Con la ayuda de las unidades indicadores A1 y A2 pueden representarse gráficamente en tiempo real los datos de medición seleccionados. Se puede acceder a las unidades de evaluación E1 y E2, así como a las unidades indicadoras A1 y A2, en forma local como también mediante redes de transmisión de datos limitadas y/o espacialmente ilimitadas. Las unidades de evaluación E1 y E2 sirven como apoyo a la supervisión automática, extrayendo mensajes en constelaciones de datos predeterminadas para, por ejemplo, activar una alarma al menos en una de las unidades indicadoras A1 y A2. Esto puede tener lugar mediante la ayudad de un email, sin embargo, también mediante una comunicación breve a través de una red móvil.

Mientras que los sistemas bus B1 y B2 están concebidos en forma uniforme en la técnica de fibra óptica, este no es el caso de la redes de transmisión de datos C1 a C3 en los dibujos las redes de transmisión de datos C1 a C3 locales presentan redes con una alta tasa de transmisión y la utilización del TCP/IP de la familia de protocolos. La red de transmisión de datos se encuentra ampliamente extendida en cuanto al espacio y presenta una red de telecomunicaciones digital.

Los problemas que exceden los subprocesos T1 y T2 pueden reconocerse y analizarse fehacientemente con la ayuda de los concentradores de datos D1 y D2 así como con las unidades de evaluación E1 y E2, alejadas espacialmente de los subprocesos T1 y T2 y con las unidades indicadoras A1 y A2. De esta manera, por ejemplo, se les facilita a los expertos externos el análisis de los problemas y la comprensión de las relaciones que presentan las señales de medición con una marca de tiempo, basadas en un sistema de tiempo homogéneo, lo cual excede la mera sincronización de las señales de medición.

Los sistemas B1 y B2 y las cabezas de medición pueden ampliarse, sencillamente y en forma adecuada, en el caso de una reestructuración, dentro del proceso industrial, mediante las nuevas condiciones surgidas a causa de la reestructuración. El aislamiento de las instalaciones de análisis y medición de las disposiciones de automatización presentes en el proceso industrial posibilita además no sólo una medición libre de efectos de retroalimentación durante la detección de datos de medición, sino también una detección de los datos de medición de la misma forma y un análisis durante la reestructuración del proceso industrial. De esta manera, se posibilita una comparación directa y el análisis de las características del proceso antes y después de una reestructuración.

Claims (12)

1. Método de determinación de las causas de fallas en procesos industriales, en especial en procesos continuos con bandas transportadoras, con lo cual

- se detectan las magnitudes del proceso (P1...P10), tales como el momento y/o la ubicación de una falla y

-se determinan las correlaciones entre las magnitudes del proceso detectadas y el momento y/o ubicación de la falla, caracterizado porque, de las magnitudes del proceso (P1...P10) se excluyen como causa sólo las que, en la correlación establecida, presentan una consecuencia contraria a la causa de la falla.

2. Método conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque, de las magnitudes del proceso (P1...P10) se excluyen como causa de la falla sólo las que no presentan ninguna correlación significativa con la falla.

3. Método conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, se llevan a cabo análisis detallados para los subprocesos con magnitudes del proceso (P1...P10) que presentan correlaciones significativas con la falla.

4. Método conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se desarrollan medidas para la eliminación de las fallas.

5. Método conforme a la reivindicación 4, caracterizado porque las medidas se evalúan técnica y económicamente.

6. Método conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque, se determina un subproceso del proceso industrial que presenta la falla, el cual no muestra, en sus interfaces físicas con respecto al resto del proceso, ninguna correlación con la falla.

7. Método conforme a la reivindicación 6, caracterizado porque, para la determinación de la falla sólo se detectan magnitudes del proceso del subproceso.

8. Método conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque, para la determinación de fallas técnicas se emplean correlaciones temporales.

9. Método conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque, para la determinación de fallas tecnológicas se emplean correlaciones espaciales.

10. Método conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, se comprenden como fallas, las fallas esporádicas en un proceso de producción continuo.

11. Método conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las fallas se refieren a rupturas de bandas transportadoras.

12. Método conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque es efectuado por un proveedor del servicio.