JP2013257875A - 工業用機械の測定のための測定機器 - Google Patents

Abstract

【課題】機械要素の時間的及び／又は階層的相関関係に関する工業用の機械及び機械設備の自動分析手段をより改善できるようにする。
【解決手段】測定機器１は、少なくとも１つの測定モジュール１０と、少なくとも１つのアナログ入力側（端子）１１と、プログラミング可能なメモリ制御部２０とを含み、前記測定モジュール１０は、少なくとも１つの第１の物理量、とりわけ電力を測定するように構成され、前記少なくとも１つのアナログ入力側（端子）１１は、複数のデータを記録するように構成され、前記プログラミング可能なメモリ制御部２０は、少なくとも１つの測定モジュール１０によって測定されたデータと、前記少なくとも１つのアナログ入力側（端子）１１を介して記録されたデータとを同時に収集する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業用の機械又は機械設備の測定のための測定機器に関している。また本発明は、工業用の機械又は機械設備の測定と分析のための分析システム並びにその方法にも関している。

工業用機械又は機械設備の効率と環境基準への企業に対する法的な要求は、これまでに機械分析への過度に高い要求を課していた。とりわけエネルギー消費量とエネルギー効率については、エネルギー節約レベルを識別するために、プラント設備全体が個々の機械部品と同じように検査され評価されていた。それに対して、機械の構成要素の電力、圧力、流量のようなプロセス値を測定し、ビジュアル化することで判断することが可能である。これらの結果に基づいて使用者は例えば制御プログラムにおける論理形態を作成し又は変更する手段を講じることができる。これに関連して例えばＥＰ１ ６４０ ８２６ Ｂ１ 明細書には自動化技術において複数のプロセス値をビジュアル化して描写することが開示されており、またＥＰ１ ８６５ ４２１ Ａ１ 明細書からは、動的なウエブサイトを作成するためのシステムが公知である。

プロセス値が測定された後では、例えば別の事前に若しくは直後に測定された複数のデータに対する相応の値がテーブル、特に計算プログラムに取り込まれる。そしてコンピュータプログラムを用いることによって、検出された値が相互に関連付けられて評価されるようになる。

しかしながら機械に関わる複数の物理量の間の相関関係の検出と評価に対しては、様々なマニュアルステップが必要とされる。そのため各測定機器が別個に駆動制御されなければならず、しかも個別に測定された複数の値が編集され評価用コンピュータプログラムにアクセス可能な形式に変換される必要がある。

ＥＰ１ ６４０ ８２６ Ｂ１ 明細書 ＥＰ１ ８６５ ４２１ Ａ１ 明細書

本発明の課題は、機械要素の時間的及び／又は階層的相関関係に関する工業用の機械及び機械設備の自動分析手段をより改善できるようにすることである。

前記課題は本発明により、前記測定機器は、少なくとも１つの測定モジュールと、少なくとも１つのアナログ入力側と、プログラミング可能なメモリ制御部とを含み、前記測定モジュールは、少なくとも１つの第１の物理量、とりわけ電力を測定するように構成され、前記少なくとも１つのアナログ入力側は、複数のデータを記録するように構成され、前記プログラミング可能なメモリ制御部は、少なくとも１つの測定モジュールによって測定されたデータと、前記少なくとも１つのアナログ入力側を介して記録されたデータとを同時に収集することによって解決される。

本発明による測定機器の例示的な実施形態を示した図 本発明による分析システムの１実施形態を示した図 本発明による方法の例示的なステップを示した図

本発明の有利な構成例は従属請求項並びに以下の明細書の対象である。

本発明による、工業用の機械又は機械設備の測定のための測定機器は、少なくとも１つの第１の物理量を測定するための少なくとも１つの測定モジュールと、測定値として外部センサによって検出された複数のデータを記録するための少なくとも１つのアナログ入力側とを含んでいる。有利にはこの測定機器は、少なくとも１つの測定モジュールによってデータを測定すると同時に少なくとも１つのアナログ入力側を介して記録されたデータを収集することができるように構成されている。

さらに本発明による測定機器は、プログラミング可能なメモリ制御部（ＳＰＳ）を含み、該ＳＰＳは、少なくとも１つの測定モジュールによって測定されたデータと、少なくとも１つのアナログ入力側を介して記録されたデータとを同時に収集することができるように構成されている。このプログラミング可能なメモリ制御部は、以下では違いをより明確にするために、場合によっては専ら"さらなる外部機械制御部"とも"内部ＳＰＳ"とも称するものとする。

前記少なくとも１つの測定モジュール、例えば機械構成要素の電力を測定するための電力測定器であってもよい。各測定モジュールは、有利にはそれぞれ、機械部品又は機械設備構成要素と接続するための（例えば電流入力側若しくは出力側であり得る）少なくとも１つの端子を有している。

本発明による測定機器はさらに、複数の物理量（例えば電力消費）を平行して測定することができ、所属のデータも測定され記録されたデータも、フィールドバス通信システムを介して伝送できるという利点を提供する。それにより、自動化されたデータ結合のための前提条件が整えられる。上位に置かれた計算ユニット（例えばパーソナルコンピュータＰＣ）へのデータの伝送の後で、計算ユニットによって分析アルゴリズムが適用可能となる。それにより複数の物理量の間の相関関係の識別が自動化され、場合によっては例えばエネルギー節約レベル改善のための手段が講じられる。とりわけ工業用の機械若しくは機械設備のエネルギー効率の改善が容易となる。

本発明による、工業用の機械又は機械設備の測定と分析のための方法は、工業用の機械又は機械設備の２つ若しくはそれ以上の物理量、例えば、電力、エネルギー消費量、体積流量又は圧力を同時に測定するステップを含んでいる。本発明による測定機器の実施形態はとりわけ測定に適している。この方法はさらにプログラミング可能なメモリ制御部（ＳＰＳ）に複数のデータを伝送するステップを含む。このプログラミング可能なメモリ制御部は前記データを収集する。例えば通信システムを介して前記ＳＰＳに接続する計算ユニットによって実行可能なソフトウエアプログラムは、表示されたデータへのアクセスを可能にし、それを分析し得る。

本発明による方法は、少なくとも２つの物理量の測定結果から得られたデータの自動分析を可能にさせる。それによりこのソフトウエアプログラムは、自動的に複数のデータを相互に結合させ、例えばビジュアル化、及び／又は相関関係を検出する。それにより、測定データの迅速でかつ効率的な収集と処理が可能となる。

有利には前記測定機器のＳＰＳは、予め定められた分析プログラムを調整し、ここでの前記ＳＰＳは、センサレベルのデータフォーマットを記憶し、それを分析プログラムが適切な計算ユニット上で複数のデータを解釈できるように変換している。この調整に対しては例えば適切なＳＰＳ／ＮＣプログラムが適している。

本発明による測定機器の有利な実施形態によれば、１つ若しくはそれ以上の外部センサが含まれる。この外部センサ若しくはこれらの外部センサは、少なくとも１つのアナログ入力を介して接続されている。各センサ自体は、例えば油圧力伝達又はエネルギー伝達によって特徴付けられる物理量のための測定モジュールであってもよい。センサの測定値はそれぞれアナログ入力側を介してデータとして当該測定機器に記憶され得る。

有利には前記測定機器はＵＳＢ端子を含む。このＵＳＢ端子を介してとりわけ適切な分析プログラムを実行し得る計算ユニットが接続可能である。代替的に若しくは付加的に、前記測定機器はフィールドバスのための１つ若しくはそれ以上の端子を含み得る。この端子若しくはこれらの端子を介して計算ユニット及び／又はさらなる（外部）機械制御部が接続可能であり、及び／又は１つ若しくはそれ以上のさらなる測定機器、例えばイーサーネットを介して並列に接続し得る。このイーサ−ネット手段は、測定機器をモジュラー方式で嵌め込み可能にし、場合によっては複数の本発明による測定機器の組み合わせによって、１つの測定設備が、測定すべき物理量及び／又は検査すべき機械構成要素の数に応じて可変のサイズで構築可能になる。

前記フィールドバス用の端子は例えばＩＥＣ６１１５８に準拠したフィールドバス標準、例えばＳＥＲＣＯＳＩＩＩに相応する。各端子は有利には、接続された複数のアクチュエータ及び／又はセンサ及び／又は１つ以上の接続された外部機械制御部からのデータを、工業用機械（例えば工作機械、搬送システム、印刷機、自動化技術の機械など）の作動のために、測定機器内の（内部）ＳＰＳに読み込む。

有利には、内部ＳＰＳはＯＰＣ（OLE for Process Control）サーバーを含んでおり、該ＯＰＣサーバーは内部ＳＰＳと、測定機器に接続されている１つ以上の外部機器（例えば外部ＳＰＳ、計算ユニット、さらなる測定機器など）との接続を可能にしている。この場合ＯＰＣサーバーは有利にはＳＰＳによって実行されるソフトウエアとして存在していてもよい。

（外部）機械制御部がフィールドバスを介して測定機器に接続されている場合には、ＯＰＣサーバーは例えば機械制御部（例えばバルブ駆動部）の変量（変数）を問い合わせ可能である。また類似して本発明による方法の別の有利な実施形態によれば、データをバスシステムにおける伝送のために変換するステップが含まれる。

本発明による測定機器は有利には、工業用機械若しくは機械設備の測定と分析のための分析システムの一部に組み込まれてよい。これはさらに例えばコンピュータのような計算ユニットを含んでおり、ここでの計算ユニットは、前記測定機器の（内部）ＳＰＳと通信可能に構成されている。有利にはこの計算ユニットはここでは、測定モジュールによって測定されたデータ及び少なくとも１つのアナログ入力側を介して取り入れられたデータ（すなわちＳＰＳによって収集されたデータ）に対してアクセスし、それらを分析できるように構成されている。分析システムの計算ユニットは、測定機器と例えば当該測定機器のＵＳＢ端子を介して、あるいはフィールドバス用の端子を介して接続されていてもよい。計算ユニットと内部ＳＰＳとの間の通信（これは無線または有線で実施し得る）に対しては、例えばイーサーネット、ＳｅｒｃｏｓＩＩＩなど特定のプロファイルバスが基礎とされてもよい。

前記計算ユニットは有利には、制御部によって表示された分析データに対してアクセスし、評価アルゴリズムを用いてそれを分析できるソフトウエアプログラムが実行される。そのため測定モジュール及び／又は外部センサの選択された測定値若しくは全ての測定値から、相関関係が識別され、及び／又は、複数の構成要素間の１つ若しくはそれ以上のエネルギーの流れが求められる。適切なソフトウエアプログラムは、例えば"IndraMotion MTX EWB"ソフトウエアであってもよい。このプログラムは特定の適合するＳＰＳ／ＮＣプログラムを介して複数のデータにアクセス可能である。

本発明のさらなる利点及び構成例は以下の明細書と添付の図面にも明記されている。

なお、前述してきた特徴及び以下の明細書でさらに詳細に説明するそれぞれの特徴は、これまでに明示してきた組み合わせにのみ適用されるのではなく、本発明の枠内から逸脱しない限り、その他の組み合わせや特定形態に利用することも可能であることを理解されたい。

本発明は図面中に概略的に示されており、以下の明細書では、これらの図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。

図１に示されている測定機器１は、５つの測定モジュール１０を含んでおり、これらの測定モジュール１０はそれぞれ三相電力測定器であり、それぞれが３つの電流入力側１０１を有している。この測定機器１はさらにアナログ入力側（端子）１１を含んでおり、このアナログ入力側１１を介してそれぞれ１つの外部センサ１２が接続可能である。図１には例示的に１つの羽外部センサ１２が示されており、そのプラグ１５は前記アナログ入力側１１に接続可能である。さらに図示の測定機器１は、プログラミング可能なメモリ制御部２０を有しており、該プログラミング可能なメモリ制御部２０は、ＯＰＣサーバー１３を含んでおり、該サーバー１３内には複数のデータ２２が収集されている。これらのデータ２２は、１つ若しくはそれ以上の測定モジュール１０によって測定され、少なくとも１つのアナログ入力側１１を介して受け入れられたものである。

さらに図示の測定機器１は、フィールドバス、例えばＳＥＲＣＯＳＩＩＩ又はプロフィーバスのようなフィールドバスのための端子１８を含んでいる。この端子１８を介して外部機器（例えば外部機械制御部、並列接続されたさらなる測定機器及び／又は接続された計算ユニット）に対する接続が構築された場合には、前記ＯＰＣサーバー１３がこれらの機器と通信でき、例えば制御部のパラメータや変数などが問い合わせされる。

適切な分析ソフトウエアを備えた計算ユニットは、ＵＳＢ端子１４及び／又は前記端子１８を介して測定機器に接続されている。

続いて前記図１による測定機器１は作動状態のためのインジケータ１６とトリガ機能部１７とを含んでいる。前記トリガ機能部１７を用いて利用者は、当該測定機器１をスタート又はストップできる。前記測定機器に、適切な分析ソフトウエアを備えた計算ユニットが接続されているならば、前記測定機器の操作が有利には当該ソフトウエアを介して行われる。

図２には、前記測定機器１がどのように適切に分析システム４内に埋め込み可能であるかが示されている。ここでの測定機器１は、フィールドバス２１を介して外部機械制御部２に接続されている。この外部機械制御部２は、前記測定機器１の複数のデータ２２にアクセスしてそれらを表示できるように構成されている。前記外部機械制御部２は、ケーブル２３を介して計算ユニット３に接続され、当該計算ユニット３と有利にはイーサーネットを介して通信する。

前記外部機械制御部２の接続は任意であり、代替的に前記計算ユニットは前記端子１８の１つを介して直接的に、又はＵＳＢ端子１４を介して前記測定機器１に接続可能である。

図示の計算ユニット３は、ソフトウエアプログラム３１を実行する。このソフトウエアプログラム３１は、内部ＳＰＳ２０によって記録されたデータ２２にアクセスする。これらのデータ２２は電力測定モジュール１０と、アナログ入力側１１とから供給されるものである。さらにこのソフトウエアプログラム３１は、外部機械制御部のデータ２２にもアクセス可能である。

とりわけこれらのデータの評価には、エネルギーの流れ、エネルギーの消費を求め、及び／又はデータの相関関係を求めることなどが含まれる。図示の計算ユニットは、求められた分析データをビジュアル化し、及び／又はこれらの求められた値からオシログラム３２や棒グラフ３３を画面３０上に描写する。これらのビジュアル化は観察者に対して、改善化の可能な経過若しくは関係を識別させ、それに対して適切な手段を講じることを可能にさせる。

図３には、本発明による実施形態に相応する方法ステップのシーケンスが概略的に示されている。ステップＳ４１では、機械又は機械設備の２つ若しくはそれ以上の物理量が測定される。測定によって供給された値が、ステップＳ４２においてプログラミング可能なメモリ制御部２０に伝送される。このプログラミング可能なメモリ制御部２０は、これらのデータをステップＳ４３において収集する。このステップＳ４３には、データを記憶するステップＳ４４と、前記データに属するフォーマットを、ソフトウエアプログラムを解釈することのできるデータフォーマットに変換するステップＳ４５とを含んでいる。

有利には、集積されたＳＰＳ２０とイーサーネットを介して通信する計算ユニット３上で実行されるソフトウエアプログラムは、ステップＳ４６においてこれらのデータにアクセスし、それらを、例えば工業用機械、ないし機械設備の機器の効率及び／又はエネルギー配分のために、分析する。前記ソフトウエアプログラム、ステップＳ４７において、当該の分析データ及び／又は分析結果を関数グラフ４７１や円グラフ４７２と共に画面若しくはディスプレイ上でビジュアル化する。それにより、利用者に、これらの関係性を識別させて適切な手段を講じる可能性を提供する。

１ 測定機器
２ 外部機械制御部
３ 計算ユニット
４ 分析システム
１０ 測定モジュール
１１ アナログ入力側、端子
１２ 外部センサ
１３ ＯＰＣサーバー
１４ ＵＳＢ端子
１５ プラグ
１６ インジケータ
１７ トリガ機能部
１８ 端子
２０ プログラミング可能なメモリ制御部
２１ フィールドバス
２２ データ
２３ ケーブル

Claims (14)

1. 工業用の機械又は機械設備の測定のための測定機器（１）であって、
   前記測定機器（１）は、
   少なくとも１つの測定モジュール（１０）と、
   少なくとも１つのアナログ入力側（１１）と、
   プログラミング可能なメモリ制御部（２０）とを含み、
   前記測定モジュール（１０）は、少なくとも１つの第１の物理量、とりわけ電力を測定するように構成されており、
   前記少なくとも１つのアナログ入力側（１１）は、複数のデータを記録するように構成されており、
   前記プログラミング可能なメモリ制御部（２０）は、少なくとも１つの測定モジュール（１０）によって測定されたデータと、前記少なくとも１つのアナログ入力側（１１）を介して記録されたデータとを同時に収集することができるように構成されていることを特徴とする測定機器（１）。
2. 前記測定機器（１）は、少なくとも１つの第２の物理量を測定するための少なくとも１つのセンサ（１２）を含んでおり、前記少なくとも１つのセンサ（１２）は、少なくとも１つのアナログ入力側（１１）に接続されており、前記記録されたデータは、前記少なくとも１つのセンサによって検出された測定値である、請求項１記載の測定機器（１）。
3. 前記少なくとも１つの第１及び／又は第２の物理量は、前記機械の構成要素の電力、エネルギー消費量、体積流量、圧力、電流及び／又は電圧である、請求項１または２記載の測定機器（１）。
4. 前記測定機器（１）はフィールドバス（２１）のための少なくとも１つの端子（１８）を含んでおり、前記少なくとも１つの端子（１８）を介して外部機械制御部（２）が接続されるか又は請求項１から３いずれか１項記載の別の測定機器が並列に接続可能である、請求項１から３いずれか１項記載の測定機器（１）。
5. 前記プログラミング可能なメモリ制御部（２０）は、ＯＰＣサーバー（１３）を含んでおり、前記ＯＰＣサーバー（１３）は、前記プログラミング可能なメモリ制御部（２０）と、前記少なくとも１つの端子（１８）を介して接続された外部機械制御部（２）又は前記少なくとも１つの端子（１８）を介して並列に接続された別の測定機器との通信を可能にする、請求項４記載の測定機器（１）。
6. 前記測定機器（１）は、２つ若しくはそれ以上のトリガ機能部（１７）及び／又は作動状態のためのインジケータ（１６）及び／又はＵＳＢ端子とを有している、請求項１から５いずれか１項記載の測定機器（１）。
7. 工業用の機械又は機械設備の測定と分析のための分析システム（４）であって、
   前記分析システム（４）は、
   請求項１から６いずれか１項記載の測定機器（１）と、
   計算ユニット（３）とを含んでおり、
   前記計算ユニット（３）は、例えば、プログラミング可能なメモリ制御部（２０）によって表示される測定され記録されたデータ（２２）へのアクセスと前記データの分析のために、前記測定機器（１）内で前記プログラミング可能なメモリ制御部（２０）と無線又は有線で通信することができるように構成されていることを特徴とする分析システム（４）。
8. 前記分析システム（４）はさらに第１のフィールドバス（２１）を介して接続された外部機械制御部（２）を含んでおり、前記外部機械制御部（２）は、測定されたデータと記録されたデータ（２２）を表示するように構成され、及び／又は、前記計算ユニット（３）が前記データ（２２）へのアクセスを実行できるように構成されており、ここで前記計算ユニット（３）は、有利にはＵＳＢ入力側（１４）を介して又はフィールドバスのための端子（１８）を介して接続されている、請求項７記載の分析システム（４）。
9. 前記計算ユニット（３）は、測定され記録されたデータ、及び／又は、測定され記録されたデータから求められた値を、１つ若しくはそれ以上の線図、例えば関数グラフ、オシログラム、棒グラフ及び／又は円グラフによってビジュアル化するように構成されている、請求項７または８記載の分析システム（４）。
10. 工業用の機械又は機械設備の測定と分析のための方法であって、
    前記方法は、
    とりわけ請求項１から６いずれか１項記載の測定機器（１）を用いた、工業用の機械又は機械設備の２つ若しくはそれ以上の物理量を同時に測定するステップ（Ｓ４１）と、
    プログラミング可能なメモリ制御部（２０）に複数のデータ（２２）を伝送するステップ（Ｓ４２）と、
    前記プログラミング可能なメモリ制御部（２０）によって前記データを収集するステップ（Ｓ４３）と、
    ソフトウエアプログラム（３１）により、前記プログラミング可能なメモリ制御部（２０）によって表示されたデータにアクセスするステップ（Ｓ４５）と、
    前記ソフトウエアプログラム（３１）により前記データを分析するステップ（Ｓ４６）とを含んでいることを特徴とする方法。
11. 前記データ（２２）を収集するステップには、前記データを記憶するステップ（Ｓ４４）と、前記データ（２２）の所属のフォーマットを、ソフトウエアプログラムが解釈可能なデータフォーマットに変換するステップ（Ｓ４５）とが含まれている、請求項１０記載の方法。
12. 前記物理量のうちの少なくとも１つは、工業用機械構成要素の電力、エネルギー消費量、体積流量、圧力、電流、及び／又は電圧である、請求項１０または１１記載の方法。
13. 前記ソフトウエアプログラム（３１）により前記データを分析するステップ（Ｓ４６）に、以下のステップ、
    工業用の機械又は機械設備の２つ以上の構成要素の間の１つ若しくはそれ以上のエネルギーの流れを求めるステップと、
    エネルギー消費量を構成要素毎、及び／又は周期毎に求めるステップと、
    前記複数のデータ間の相関関係を求めるステップ、とりわけ構成要素の取り入れた電力と送出した電力の効率を求めるステップと、
    前記工業用機械又は工業用設備を用いて製造される工業製品毎のエネルギーコスト、または前記工業用の機械又は機械設備を用いて製造された工業製品毎のエネルギーコストを求めるステップと、
    前記工業用機械のＣＯ₂排出量を求めるステップのうちの１つ若しくはそれ以上のステップが含まれている、請求項１０から１２いずれか１項記載の方法。
14. 前記方法はさらに、前記データ、及び／又は、前記データから求められた値を、１つ若しくはそれ以上の線図、例えば関数グラフ（４７１）、オシログラム（３２）、棒グラフ（３３）及び／又は円グラフ（４７４）によって、画面またはディスプレイ（３０）上にビジュアル化するステップ（Ｓ４７）を含んでいる、請求項１０から１３いずれか１項記載の方法。

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