DE10052664A1 - Vorrichtung zur Prozeßüberwachung - Google Patents
Vorrichtung zur ProzeßüberwachungInfo
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Abstract
Es wird eine Vorrichtung zur Prozeßüberwachung bei einer eine Vielzahl von fluidischen Aktoren aufweisenden maschinellen Einrichtung vorgeschlagen. In einer gemeinsamen Leitung zur Druckversorgung und/oder Druckentlastung für alle Aktoren ist ein Durchflußmesser angeordnet. Eine Speichereinrichtung (31) speichert den gemessenen Durchfluß (d) zeitabhängig während eines Prozeßablaufs der maschinellen Einrichtung als Referenzkurve. Eine Vergleichseinrichtung (33) vergleicht die gespeicherte Referenzkurve mit entsprechend erfaßten Meßkurven in nachfolgenden Prozeßabläufen. Signalmittel (35) signalisieren vorgegebene Toleranzen überschreitende Abweichungen von der Referenzkurve. Hierdurch können auch komplexe Prozesse lediglich mittels eines Durchflußmessers vollständig überwacht werden, ohne daß eine aufwendige Programmierung erforderlich wäre.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prozeßüberwachung
bei einer eine Vielzahl von fluidischen Aktoren aufweisenden
maschinellen Einrichtung.
Zur Überwachung von Prozessen von maschinellen Einrichtungen
wird in bekannter Weise eine Vielzahl von Sensoren, wie End
schalter, Druckschalter, Positionsschalter, Lichtschranken
und dergleichen eingesetzt, um die korrekte Folge der vorge
sehenen Bewegungen und Arbeitsvorgänge überwachen zu können.
Die nacheinander ausgelösten Sensorsignale müssen daraufhin
überwacht werden, ob sie zum richtigen Zeitpunkt und in der
richtigen Reihenfolge auftreten, wobei selbstverständlich To
leranzen vorgegeben werden müssen. Vor allem bei komplexen
maschinellen Einrichtungen bedeutet dies zum einen einen gro
ßen Aufwand an Sensoren, und zum anderen muß ein entsprechen
des Überwachungsprogramm eingerichtet werden, das in Abhän
gigkeit der Komplexität des Prozesses ebenfalls sehr komplex
ist. Wird der Prozeß auch nur in Teilbereichen geändert, so
muß das Prozeßüberwachungsprogramm angepaßt bzw. neu program
miert werden.
Aus der DE 196 28 221 C2 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung
von Betriebspositionen von pneumatischen Aktoren mittels eines
Durchflußmessers bekannt. Sollen bei bestimmten Positio
nen Steuersignale hervorgerufen werden, so erfolgt dies durch
Vergleich von aktuellen Durchfluß-Meßwerten mit einer Refe
renzmeßkurve. Der Vergleich erfolgt zeitgesteuert, wobei eine
Übereinstimmung zur Erzeugung eines Steuersignals führt. Eine
einfache Prozeßüberwachung ist auf diese Weise nicht möglich
und auch nicht vorgesehen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den
Arbeitsprozeß einer fluidische Aktoren aufweisenden maschi
nellen Einrichtung durch einfache Mittel kostengünstig zu re
alisieren.
Diese Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß in einer
gemeinsamen Leitung zur Druckversorgung und/oder Druckentlas
tung für alle Aktoren ein Durchflußmesser angeordnet ist, und
daß eine den gemessenen Durchfluß zeitabhängig während eines
Prozeßablaufs der maschinellen Einrichtung als Referenzkurve
speichernde Speichereinrichtung und eine Vergleichseinrich
tung zum Vergleich der gespeicherten Referenzkurve mit ent
sprechend erfaßten Meßkurven in nachfolgenden Prozeßabläufen
vorgesehen ist, wobei Signalmittel zur Signalisierung von
vorgegebene Toleranzen überschreitenden Abweichungen ausge
bildet sind.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen ins
besondere darin, daß mit einem einzigen vorzugsweise als Mas
sendurchflußmesser ausgebildeten Durchflußmesser sehr komple
xe Prozesse auf einfache Weise überwacht werden können, bei
denen eine Vielzahl von durch Aktoren ausgeführte Bewegungen
stattfinden. Eine aufwendige Programmierung eines
Überwachungsprogramms entfällt, vielmehr muß lediglich eine
Referenzkurve für den Durchfluß bei beispielsweise einmaligem
Durchlauf des Prozesses aufgenommen werden. Bei nachfolgenden
Prozeßabläufen erfolgt dann jeweils ein Vergleich der Refe
renzkurve mit den Durchflußkurven des jeweils nachfolgenden
Prozeßablaufs. Ein zeitsynchroner Vergleich ist dabei nicht
erforderlich, sondern die gesamte Meßkurve kann in einfacher
Weise mit der Referenzkurve verglichen werden. Auf diese Wei
se lassen sich nicht nur Fehlfunktionen, sondern beispiels
weise auch Alterungsprozesse und verschleißbedingte Abnormi
täten auf einfache Weise sofort erkennen. Wurde eine Abwei
chung erkannt, so kann durch Auswertung und Vergleich der ab
weichenden Meßkurve mit der Referenzkurve der aufgetretene
Fehler schnell und einfach festgestellt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im An
spruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Eine Verbesserung der Prozeßüberwachung kann auch dadurch er
reicht werden, daß in der gemeinsamen Druckversorgungsleitung
zusätzlich ein Drucksensor angeordnet ist, daß die Spei
chereinrichtung zusätzlich zur Speicherung einer in entspre
chender Weise aus Meßsignalen des Drucksensors gebildeten Re
ferenzkurve ausgebildet ist und daß diese Referenzkurve für
die Vergleichseineinrichtung und die Signalmittel in entspre
chender Weise die Basis für die Überprüfung nachfolgender
Prozeßabläufe bildet. Durch diese zusätzliche Überwachung des
Druckverlaufs können auch sehr diffizile Vorgänge noch besser
und sicherer erfaßt werden.
In vorteilhafter Weise ist eine Toleranzkurve aus der wenigs
tens einen Referenzkurve bildende Toleranzstufe vorgesehen,
wobei die Signalmittel bei Überschreitungen der Toleranzkur
ven durch jeweilige Meßkurven aktivierbar sind. Diese Tole
ranzkurven können beispielsweise einen bestimmten prozentua
len Abstand zur Referenzkurve bilden, so daß prozentuale Ab
weichungen erfaßbar sind. Allerdings können besonders kriti
sche Prozeßbereiche auch einen engeren Toleranzabstand auf
weisen. Anstelle prozentualer Abweichungen können auch abso
lute Abweichungen treten.
Die Signalmittel sind zweckmäßigerweise als optische und/oder
akustische Signalmittel ausgebildet, insbesondere als Anzei
geleuchten oder als Display. Zusätzlich kann ein Drucker oder
ein Druckeranschluß für einen Drucker zur Aufzeichnung we
nigstens der Abweichungen vorgesehen sein, wobei selbstver
ständlich auch die vollständigen Kurven aufgezeichnet werden
können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise in der
elektronischen Prozeßsteuerungseinrichtung enthalten oder in
dieser integriert, so daß mit Ausnahme des Durchflußmessers
und gegebenenfalls des Drucksensors keine zusätzliche Hard
ware für die Prozeßüberwachung erforderlich ist. Die Vorrich
tung bzw. die Prozeßsteuerungseinrichtung kann dabei zweckmäßigerweise
als Mikrorechner ausgebildet sein oder einen sol
chen enthalten.
Der Drucksensor ist zweckmäßigerweise am Durchflußmesser an
geordnet oder in diesem integriert, so daß nur ein einziges
Bauteil in der gemeinsamen Druckversorgungsleitung eingesetzt
werden muß.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer maschinellen
Einrichtung mit fünf fluidischen Aktoren und einer
Vorrichtung zur Prozeßüberwachung und
Fig. 2 eine detailliertere Darstellung der elektronischen
Darstellung zur Prozeßüberwachung.
Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ei
ne fluidische Druckquelle 10, beispielsweise eine pneumati
sche Druckquelle, über einen als Massendurchflußmesser ausge
bildeten Durchflußmesser 11 mit integriertem Drucksensor 12
an fünf Magnetventile 13 bis 17 einer maschinellen Einrich
tung angeschlossen, die fünf fluidische Aktoren 18 bis 22
enthält. Die Zahl der Magnetventile 13 bis 17 und Aktoren 18
bis 22 ist selbstverständlich willkürlich gewählt, und diese
Anzahl kann je nach Arbeitsprozeß geringer oder auch wesent
lich größer sein.
Anstelle des im Durchflußmesser 11 integrierten Drucksensors
12 kann dieser auch am Durchflußmesser 11 oder an oder in der
Druckleitung 23 angeordnet sein, die die Druckquelle 10 über
den Durchflußmesser 11 mit den Magnetventilen 13 bis 17 ver
bindet.
Im Ausführungsbeispiel ist der erste Aktor 18 als Arbeitszy
linder ausgebildet, durch den bei entsprechender Betätigung
eine Kraft auf ein maschinelles Teil oder Werkstück 24 ausge
übt wird. Der zweite Aktor 19 ist ebenfalls als Arbeitszylin
der ausgebildet und trägt am Kolbenstangenende einen Saug
greifer 25 zum Bewegen von Werkstücken. Zur Betätigung des
Sauggreifers 25 kann ebenfalls eine pneumatische Einrichtung
mit einem Ventil als Bestandteil des Prozesses vorgesehen
sein, jedoch wurde auf eine entsprechende Darstellung ver
zichtet.
Durch die beiden Magnetventile 15 und 16 werden zwei Linear
antriebe 26, 27 gesteuert, während das Magnetventil 17 einen
fluidischen Drehantrieb 28 betätigt. Die Magnetventile 13 bis
17 besitzen selbstverständlich bei Bedarf einen Entlüftungs
pfad und/oder einen zweiten schaltbaren Druckpfad zur Bewe
gung des jeweiligen Aktors in der umgekehrten Richtung.
Der Prozeßablauf besteht aus einer bestimmten seitlichen Rei
henfolge von Arbeitsbewegungen der Aktoren 18 bis 22, wobei
auch die Arbeitsbewegungen jeweils bezüglich Richtung, Stre
cke, Winkel, Hub oder Zeitdauer festgelegt sind. Zur Steue
rung des Prozeßablaufs dient eine elektronische Prozeßsteuerungseinrichtung
29, die hierzu mit Steueranschlüssen der
Magnetventile 13 bis 17 verbunden ist. Eingangsseitig werden
dieser Prozeßeingangssteuerung 29 die Meßsignale d und p des
Durchflußmessers 11 und des Drucksensors 12 zugeführt.
In Fig. 2 ist die elektronische Prozeßsteuerungseinrichtung
29 detaillierter dargestellt. Sie enthält einen Prozeß
controller 30, der beispielsweise als Mikrorechner ausgebil
det ist und über fünf Steuerausgänge mit den Magnetventilen
13 bis 17 verbunden ist. Eingangsseitig werden diesem Prozeß
controller 30 eventuell für die einzelnen Arbeitsbewegungen
erforderliche Signale von nicht näher dargestellten Sensoren
zugeführt.
Die beiden Meßsignale d (Durchfluß) und p (Druck) werden pa
rallel einem Referenzspeicher 31 und einem Arbeitsspeicher 32
zugeführt. Die Ausgänge des Referenzspeichers 31 und des Ar
beitsspeichers 32 werden zum Vergleich der Speicherinhalte
einem Komparator 33 zugeführt. Dessen Ausgang ist mit dem
Eingang einer Toleranzkurvenstufe 34 verbunden, durch deren
Ausgang wiederum eine Anzeigeleuchte 35 und einen Meßabwei
chungsspeicher 36 steuern. Dessen Speicherinhalt kann über
einen Druckeranschluß 37 an einen nicht dargestellten an
schließbaren Drucker zum Ausdrucken übermittelt werden.
Zur Prozeßüberwachung werden zunächst die Signalverläufe der
Sensorsignale d und p während eines vollständigen Prozeß
zyklus im Referenzspeicher 31 als Referenzkurven abgespei
chert. Dieser Arbeitsvorgang bedingt einen bestimmten
Verbrauch an fluidischem Druckmedium, wobei sich jeweils ty
pische Verläufe ausbilden, auch bei Überlagerung von Arbeits
vorgängen. Dasselbe gilt für den Druck. In den darauffolgen
den zu überwachenden Arbeitsprozessen werden dann jeweils
entsprechende Meßkurven für p und d im Arbeitsspeicher 32 ab
gespeichert und dann jeweils am Programmende mittels des Kom
parators 33 mit den Referenzkurven verglichen. Differenzen,
also Abweichungen, werden der Toleranzkurvenstufe 34 zuge
führt, in der ebenfalls nach Art eines Komparators verglichen
wird, ob vorgegebene Toleranzwerte überschritten werden. Ent
sprechende Toleranzkurven sind oder können dort abgelegt wer
den, im einfachsten Fall in Form eines festen Toleranzwerts
für Abweichungen nach oben und nach unten. Es können jedoch
auch Toleranzkurven in Form von prozentualen Abweichungen von
der Referenzkurve abgelegt werden, oder es können auch empi
risch abgelegte Toleranzwerte oder -kurven gespeichert sein.
Werden die abgespeicherten Toleranzwerte oder -kurven über
schritten, so wird die Anzeigeleuchte 35 aktiviert, um anzu
zeigen, daß beim Prozeß Irregularitäten aufgetreten sind, sei
es infolge von Defekten, Verschleißerscheinungen, Alterung
oder sonstigen Fehlfunktionen. Die entsprechenden Abweichun
gen können im Meßabweichungsspeicher 36 zur Fehlersuche abge
legt und bei Bedarf ausgedruckt werden. Selbstverständlich
können auch die vollständigen Meßkurven oder Abweichungskur
ven im Meßabweichungsspeicher 36 abgelegt werden. Der Überwa
chungsprozeß wird dabei durch den Prozeßcontroller 30 gesteu
ert.
Zur Verdeutlichung der Funktion wurden die einzelnen Spei
cher, Komparatoren und Stufen als separate Einheiten darge
stellt. Selbstverständlich können die entsprechenden Funktio
nen auch im Programm des Prozeßcontrollers 30 als Teilpro
gramme enthalten sein, und dessen Arbeitsspeicher und/oder
Festwertspeicher übernimmt die Speicherung der erforderlichen
Meßwerte bzw. -kurven.
Alternativ oder zusätzlich zur Anzeigeleuchte 35 kann auch
noch ein Anzeige-Display vorgesehen sein, durch das die Ab
weichungen, Meßkurven, Abweichungskurven und dergleichen op
tisch dargestellt werden können.
Es ist weiterhin möglich, Vergleichsschritte mit der Refe
renzkurve auch schon während des Prozeßablaufs durchzuführen.
Weiterhin kann in einer einfachsten Ausführung auch auf die
zusätzliche Erfassung des Drucks p verzichtet werden.
In einer alternativen Ausgestaltung könnte der Durchflußmes
ser 11 anstelle in der als Druckversorgungsleitung ausgebil
deten Druckleitung 23 auch in einer gemeinsamen Druckentlas
tungsleitung, beispielsweise Entlüftungsleitung, oder 2
Durchflußmesser in beiden Leitungen angeordnet sein.
Claims (10)
1. Vorrichtung zur Prozeßüberwachung bei einer eine Viel
zahl von fluidischen Aktoren aufweisenden maschinellen Ein
richtung, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gemeinsamen
Leitung (23) zur Druckversorgung und/oder Druckentlastung für
alle Aktoren (18-22) ein Durchflußmesser (11) angeordnet
ist, und daß eine den gemessenen Durchfluß (d) zeitabhängig
während eines Prozeßablaufs der maschinellen Einrichtung als
Referenzkurve speichernde Speichereinrichtung (31) und eine
Vergleichseinrichtung (33) zum Vergleich der gespeicherten
Referenzkurve mit entsprechend erfaßten Meßkurven in nachfol
genden Prozeßabläufen vorgesehen ist, wobei Signalmittel (35)
zur Signalisierung von vorgegebene Toleranzen überschreiten
den Abweichungen ausgebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
in der gemeinsamen Leitung (23) zusätzlich ein Drucksensor
(12) angeordnet ist, daß die Speichereinrichtung (31) zusätz
lich zur Speicherung einer in entsprechender Weise aus Meß
signalen des Drucksensors (12) gebildeten Referenzkurve aus
gebildet ist, und daß diese Referenzkurze für die Ver
gleichseinrichtung (33) und die Signalmittel (35) in entsprechender
Weise die Basis für die Überprüfung nachfolgender
Prozeßabläufe bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß eine Toleranzkurven aus der wenigstens einen Refe
renzkurve bildende oder Toleranzwerte enthaltende Toleranz
stufe vorgesehen (34) vorgesehen ist, wobei die Signalmittel
(35) bei Überschreitungen der Toleranzkurven oder -werte
durch jeweilige Meßkurven aktivierbar sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung (32) zur
Speicherung von Meßkurven vorgesehen ist, die mit der Refe
renzkurve verglichen werden sollen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Signalmittel (35) als optische
und/oder akustische Signalmittel ausgebildet sind, insbeson
dere als Anzeigeleuchte oder Display.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß ein Drucker oder ein Drucker
anschluß (37) für einen Drucker zur Aufzeichnung wenigstens
der Abweichungen von der Referenzkurve vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß sie in der elektronischen Pro
zeßsteuerungseinrichtung (29) enthalten oder integriert ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß sie als Mikrorechner ausgebildet
ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (12) am Durchfluß
messer (11) angeordnet.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser (11) als Mas
sendurchflußmesser ausgebildet ist.
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