WO2001041933A1

WO2001041933A1 - Vorrichtung zur (vibro-) akustischen überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen prozesses mit einem klopfsensor

Info

Publication number: WO2001041933A1
Application number: PCT/DE2000/004284
Authority: WO
Inventors: Klaus-Dieter Müller; Nicolai Plewinski; Thomas Völkel
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2001-06-14
Also published as: DE19959068A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur (vibro-)akustischen Überwachung eines verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses (2) mit mindestens einem Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiterverarbeitung in Überwachungsmitteln (6). Zur Reduzierung des Kostenaufwands für das Signalerfassungsmittel wird vorgeschlagen, daß das Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) ein Klopfsensor ist.

Description

Beschreibung

Vorrichtung zur (vibro- ) akustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses mit einem Klopfsensor

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur (vibro-) akustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses mit Signalerfassungsmitteln zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiterverarbeitung in Überwachungsmitteln.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur (vibro-) akustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungs- technischen Prozesses, bei dem Luft- und/oder Körperschallsignale zur digitalen Weiterverarbeitung erfaßt werden,

Eine derartige Vorrichtung kommt beispielsweise bei einem fertigungstechnischen Prozeß im Rahmen einer Überwachung von Qualität und Betriebsmitteln zum Einsatz. Dabei kann mit Hilfe von akustischen Meßsignalen eine akustische und/oder vi- broakustische Prüfung von Prüflingen, beispielsweise von Motoren etc. erfolgen. Bei verfahrenstechnischen Prozessen ist mit Hilfe einer (vibro-) akustischen Überwachung durch Aus- ertung und Detektion von auffälligen Meßsignalen beispielsweise eine Detektion von Störungen eines verfahrenstechnischen Prozessschrittes möglich.

Aus der DE-A-198 55 874 ist ein System und ein Verfahren zur Pro ektierung und Durchführung von Prüf blaufen mit Hilfe eines (vibro-) akustischen PrüfSystems bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur (vibro-) akustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses anzuge- ben, bei der bzw. dem der Kostenaufwand bezüglich des Signalerfassungsmittels möglichst gering ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann- ten Art dadurch gelöst, daß mindestens ein Signalerfassungsmittel ein Klopfsensor ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Signalerfassungsmittel mindestens ein Klopfsensor vorgesehen ist.

Durch den Einsatz eines Klopfsensors wird der Kostenaufwand für die Hardware bei der (vibro- ) akustischen Überwachung deutlich verringert. Klopfsensoren wurden bislang lediglich im Bereich von Kraftfahrzeug-Motorüberwachungen eingesetzt. Durch den Einsatz im Zusammenhang mit einer (vibro- ) akustischen Überwachungsvorrichtung wird ein völlig neuer Anwendungsbereich bei Produktionsmitteln erschlossen, der in diesem Anwendungsbereich zu einer deutlichen Kostenreduktion führt.

Ein vorteilhafter Anwendungsfall besteht darin, daß die Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung eines Brauprozesses vorgesehen ist. Für eine Grobklassifizierung bestimmter Teil- prozesse ist auch mit Hilfe eines kostengünstigen Klopfsensors eine zuverlässige Erfassung und Klassifizierung beispielsweise von Maschinenschwingungen sichergestellt.

Eine Vermeidung mechanisches Schäden an Betriebsmitteln des Prozesses sowie darüber hinaus eine automatisierte Aufzeichnung des Prozeßverlaufs beispielsweise hinsichtlich der Qualität von Rohstoffen etc. kann dadurch sichergestellt werden, daß die Signalerfassungsmittel zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur Erfassung von akustischen Signalen des Brauprozesses, insbesondere zur Erfassung von Mahlgeräuschen beim Mahlen von Getreiderohstoffen vorgesehen sind. So kann mittels der Auswertung der Mahlgeräusche eine qualitative Beurteilung des Mahlgutes hinsichtlich Verunreinigungen beispielsweise durch Fremdkörper wie Steinen etc. erfolgen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert .

Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer Prinzipdarstellung zur Hardwarekonfiguration eines (vibro- ) akustischen Prüf- und ÜberwachungsSystem mit einem Klopfsensor,

Figur 2 ein Blockschaltbild einer Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur (vibro-) kustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Pro- zesses unter Verwendung von Klopfsensoren und

Figur 3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur (vibro-) akustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses unter Verwendung von Klopfsensoren am Beispiel eines Brauprozesses.

Figur 1 zeigt eine Übersicht zur Hardwarekonfiguration eines

(vibro- ) akustischen Prüf- und ÜbertwachungsSystems für einen

Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozeß. Die Hard- Warekonfiguration besteht aus einem Computer 1 mit einer digitalen Signalerfassungsvorrichtung 6. Die digitale Signaler- fassunsgvorrichtung 6 weist Analog/Digital-Wandler 31 und Digital/Analog-Wandler 34 auf, die mit Signalkonditionierungs- mitteln 32 koppelbar sind. Mit der Signalkonditionierungsmit- teln 32 sind ein Klopfsensor 11 sowie ein Luf schallsensor 10 koppelbar. Mit der digitalen Signalerfassungsvorrichtung 6 ist ein Lautsprecher und /oder Kopfhörer 33 sowie der Luftschallsensor 10 verbindbar. Der Lautsprecher 33 ist mit dem Analog/Digital-Wandler 34 und der Luftschallsensor 10 mit dem Digital/Analog-Wandler gekoppelt. Weiter ist mit dem Bezugs- zeichen 30 eine digitale Schnittstelle als Eingang/Ausgang gekennzeichnet .

Die Besonderheit des in Figur 1 dargestellten ÜberwachungsSystems besteht darin, daß durch den Einsatz des Klopfsensors 11 der Kostenaufwand für die Hardware bei der (vibro- ) akustischen Überwachung deutlich verringert wird. Klopfsensoren wurden bislang lediglich im Bereich von Kraftfahrzeug-Motorüberwachungen eingesetzt. Durch den Einsatz im Zusammenhang mit einer (vibro-) akustischen Überwachungsvorrichtung wird ein völlig neuer Anwendungsbereich bei Produktionsmitteln erschlossen, der in diesem Anwendungsbereich zu einer deutlichen Koscenreduktion führt.

Figur 2 zeigt eine Blockschaltbild einer Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur vibroakustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses 2. Der Prozeß 2 besteht aus Teilprozessen 14..17. Die Teilprozesse 14..17 werden mit Hilfe eines Luftschallsensors 10 sowie mit Hilfe von als Klopfsensoren ausgebildeten Körperschallsenso- ren 11..13 überwacht. Die Klopfsensoren dienen der Erfassung von Maschinenschwingungen zur Produktions- und/oder Prozessüberwachung. Hierzu werden Überwachungssignale 22, die von dem Luftschallsensor 10 bzw. den Körperschallsensoren 11..13 geliefert werden, an Überwachungsmittel 6 eines Standard- Rechners 1 weitergeleitet. Neben den Überwachungsmitteln 6 enthält der Standard-Rechner 1 darüber hinaus ein Bedien- und Beobachtungssystem 4 zum Bedienen und Beobachten des Prozesses 2 sowie Steuerungsmittel 5 zur Steuerung des Prozesses 2. Die Kommunikation zwischen den Überwachungsmitteln 6, zwi- sehen den Steuerungsmitteln 5 sowie dem Bedien- und Beobach- tungssystem 4 erfolgt über OPC-Mechanismen (OPC = Open- Process-Control) . Dies ist in Figur 1 durch Kommunikations- pfade 7, 8, 9 symbolisiert. Zwischen Prozeß 2 und Standard- Rechner 1 ist eine Ein- /Ausgangsbaugruppe 3 vorgesehen, über die eine Anschaltung von in Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellten Sensoren und Aktoren des Prozesses über Eingangssignale 18 und Ausgangssignale 19 erfolgt. Die Kommunikation zwischen EinYAusgangsbaugruppe 3 und Standard-Rechner 1 erfolgt über einen Kommunikationsweg 21. Über Busankopplungen 23..26 zwischen den Teilprozessen 14..17 und einem Bussystem 20 besteht darüber hinaus eine Kommunikationanbindung des Prozesses 2 an weitere Rechnereinheiten, die mit dem Bussystem 20 koppelbar sind. Über eine Busankopplung 27 erfolgt eine Kommunikation zwischen dem Pro- zeß 2 und dem Rechner 1.

Kernelement des in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiels sind die Klopfsensoren 11..13, die sonst lediglich im Bereich der Automobiltechnik zur Motorüberwachung Verwendung finden. Die Klopfsensoren liefern ihre Überwachungssignale an den

Standard-Rechner 1, auf dem sowohl die Steuerungsmittel 5, die Überwachungsmittel 6 sowie das Bedien- und Beobachtungssystem 4 als Softwareprogramme installiert sind. Die Kommunikation zwischen diesen Systemen 4, 5, 6 erfolgt ohne eigenes separates Bussystem, sondern lediglich softwaremäßig über OPC (Open-Process-Control) -Mechanismen. Lediglich die Verknüpfung von Sensorik und Aktorik erfolgt mit Hilfe der Ein- /Ausgangsbaugruppe 3. Bei dem in Figur 2 dargestellten Prozeß 2 handelt es sich beispielsweise um einen fertigungstechnischen Prozeß zur Fertigung von Motoren. Der Prozeß 2 gliedert sich in Teilprozesse 14..17 , bei denen mit Hilfe des Luftschall- sensors, beispielsweise mit Hilfe eines Mikrofons 10 sowie mit Hilfe der Körperschallsensoren 11..13 als Abschluß eines Fertigungsprozesses durch einen Probelauf eines gefertigten Motors beispielsweise Meßsignale 22 erzeugt und mit Hilfe der Überwachungsmittel 6 des Standard-Rechners 1 ausgewertet wer- den. Ergibt eine derartige Auswertung in den Überwachungsmit- teln 6 einen Fehler des Prozesses 2, so kann über die Steuerungsmittel 5 an die Ein- /Ausgangsbaugruppe ein Steuerungssignal 19 abgegeben werden, welches beispielsweise eine Aus- sonderung des fehlerhaften Teils ermöglicht. Eine derartige Prozeßsteuerung kann dabei automatisch oder mit Hilfe des Bedien- und Beobachtungssystem 4 erfolgen, welches auch einen manuellen Eingriff in den Prozeß 2 ermöglicht.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines integrierten

Steuerungs-, Überwachungs- und Bedien- und Beobachtungssystems für einen Brauprozeß 2. Der Brauprozeß 2 dient der Überwachung von Teilprozessen 14..17 eines Sudhauses. Dabei erfolgt mit Hilfe eines Mikrofons 10 sowie mit Hilfe von der klopfsensoren 11..13 eine (vibro-) akustische Überprüfung von Teilprozessen 14..17 des Brauprozesses 2. Das Mikrofon 10 sowie die Körperschallsensoren 11..13 liefern ÜberwachungsSignale 22, die an ein Überwachungssystem 6 weitergeleitet werden. Als Überwachungssystem kommt dabei ein unter der Be- Zeichnung "AKUT" von der Firma Siemens Aktiengesellschaft vertriebenes akustisches Überwachungssystem zum Einsatz. Das Überwachungssystem 6 ist als Softwareprogramm auf einen Standard-Rechner 1 installiert. Auf dem Standard-Rechner 1 ist darüber hinaus ein Bedien- und Beobachtungssystem 4 ablauffä- hig . Dabei handelt es sich beispielsweise um ein ebenfalls von der Firma Siemens Aktiengesellschaft vertriebenes Bedien- und Beobachtungssystem auf Basis von WinCC oder um ein spezielles für Brauprozesse verfügbares Bedien- und Beobachtungssystem wie "Braumat" von Siemens oder Brewmaxx" anderer funktionsähnlicher Systeme. Als dritte für die Prozeßüberwachung und Steuerung erforderliche Softwarekomponente dient als Steuerungssystem die Steuerungssoftware 5. Neben den gezeigten Softwarekomponenten 4, 5, 6 zur Steuerung, Überwachung und zum Bedienen und Beobachten des Prozesses 2 sind darüber hinaus die zum Betrieb eines Standard-PC ' s erforderlichen weiteren Softwarekomponenten wie beispielsweise ein Betriebssystem wie Windows etc. installiert. Die Ansteuerung von Aktoren und Sensoren des Prozesses 2 erfolgt über Ein- gangssignale 18 bzw. Ausgangssignale 19 über eine Ein-/Ausgangssbaugruppe 3, beispielsweise in Form einer von der Firma Siemens lieferbaren sogenannten SIMATIC-Soft-PLC als Steue- rungsmittel 5. Die Kommunikation zwischen den Softwarekomponenten 4, 5, 6 erfolgt über OPC-Mechanismen, was in Figur 3 durch die Kommunikationspfade 7, 8, 9 symbolisiert ist. Über Kommunikationswege 23..26 sind die Teilprozesse 14..17 des Brauprozesses 2 an ein Bussystem 20 und damit an andere Rech- nereinheiten ankoppelbar.

Beim Teilprozeß 14 des Brauprozesses 2 handelt es sich beispielsweise um den Mahlprozeß beim Mahlen und/oder Quetschen von Rohstoffen des Brauprozesses wie Getreidemahlen, Malz- quetschen etc.. Dabei werden durch die Anbringung der Klopf- sensoren beispielsweise an Lagern von Mühlen Mahl-, Schrotgeräusche der Lager erfaßt und klassifiziert. Außerdem können weitere Teilprozesse des Sudhauses, beispielsweise Pumpgeräusche von Pumpen mittels angekoppelter Klopfsensoren 11..13 erfaßt und ausgewertet werden. Hierbei wird mit Hilfe des Mikrofons 10 und/oder mit Hilfe der Klopfsensoren 11..13 ein (vibro- ) akustisches Überwachungssignal generiert, welches von dem Überwachungssystem 6 ausgewertet wird. Eine derartige Auswertung dient einer frühzeitigen Erkennung von Qualitäts- abweichungen und Produktionsstörungen. So kann beispielsweise eine Verunreinigung des gemahlenen Getreiderohstoffs durch Steine oder sonstige Fremdkörper detektiert werden und über den Kommunikationsweg 8 auf dem Bedien- und Beobachtungssystem 4 visualisiert werden. Über das Bedien- und Beobach- tungssystem 4 und/oder über die Steuerungssoftware 5 ist darüber hinaus auch ein manueller und/oder automatischer Eingriff in den Brauprozeß 2 möglich.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur (vibro- ) akustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses 2 mit mindestens einem Signalerfassungsmittel 10, 11, 12, 13 zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiterverarbeitung in Uberwachungsmitteln 6. Zur Reduzierung des Kostenaufwands für das Signalerfassungsmittel wird vorgeschlagen, daß das Signalerfassungsmittel 10, 11, 12, 13 ein Klopfsensor ist.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur (vibro-) akustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses (2) mit Signalerfassungsmitteln (10, 11, 12, 13) zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur digitalen Weiterverarbeitung in Überwachungsmitteln (6), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) ein Klopfsensor ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Klopfsensor zur Erfassung von Maschinenschwingungen zur Produktions- und Prozessüberwachung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung eines Brau- prozesses vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen zur Erfassung von

(vibro-) akustischen Signalen des Brauprozesses, insbesondere zur Erfassung von Mahlgeräuschen beim Mahlen von Getreiderohstoffen vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Klopfsensor an einer Mühle, insbesondere an einem Lager der Mühle angeordnet ist und daß das vom Klopfsensor erfaßte Signal zur Klassifikation des Mahl- und/oder Schrotge- räusches vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Klopfsensor zur Pumpenüberwachung vorgesehen ist.

7. Verfahren zur (vibro-) akustischen Überwachung eines Verfahrens- und/oder fertigungstechnischen Prozesses (2), bei dem Luft- und/oder Körperschallsignale zur digitalen Weiterverarbeitung erfaßt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) mindestens ein Klopfsensor vorgesehen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß das Verfahren zur Überwachung und Steuerung eines Brauprozesses vorgesehen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß durch die Signalerfassungsmittel (10, 11, 12, 13) zur Erfassung von Luft- und/oder Körperschallsignalen (vibro-) akustische Signale des Brauprozesses, insbesondere von Mahlgeräuschen beim Mahlen von Getreiderohstoffen erfaßt werden.