DE10147946A1

DE10147946A1 - Elektrisches Gerät

Info

Publication number: DE10147946A1
Application number: DE2001147946
Authority: DE
Inventors: Heinz Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Mit Hilfe von Sensoren (5, 6, 7) in unmittelbarer Umgebung der Elektronik eines elektrischen Gerätes (1) überwacht dessen Prozessor (4) selbst die Beanspruchung der Bauelemente des Gerätes (1) durch physikalische oder chemische Umgebungseinflüsse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatisierungsgerät, wie z. B. eine sogenannte speicherprogrammierbare Steuerung oder eine Komponente eines solchen Automatisierungsgerätes. Eine Komponente eine Automatisierungsgerätes wird auch als Baugruppe oder Modul eines Automatisierungsgerätes bezeichnet. Als Oberbegriff wird für das Automatisierungsgerät selbst aber auch für dessen Komponenten, Baugruppen oder Module im folgenden die Bezeichnung "elektrisches Gerät" verwendet.
Derartige elektrische Geräte sind allgemein bekannt.
Automatisierungsgeräte und ihre Komponenten werden von den Anwendern in zunehmendem Maße dezentral - in unmittelbarer Nähe zur "rauhen Prozessumgebung" - aufgebaut. Je näher Automatisierungsgeräte oder deren Komponenten am Prozess positioniert sind, desto höher sind sie mechanischen, physikalischen oder chemischen Beanspruchungen, im folgenden als Umgebungseinflüsse zusammengefasst, ausgesetzt. Entsprechend wachsen die an die jeweiligen Geräte gestellten Anforderungen.
Die Geräte werden entsprechend definierter Grenzwerte vom Hersteller qualifiziert. In den zugehörigen technischen Unterlagen werden diese zugelassenen Grenzwerte für den Anwender angegeben. In der Praxis werden die zugelassenen Werte dieser Umgebungseinflüsse häufig überschritten, so dass die Geräte frühzeitig auszufallen drohen. Bei einem derartigen Ausfall eines Gerätes wird die Steuerung und/oder Überwachung des automatisierten technischen Prozesses unterbrochen.
Um dies zu vermeiden, ist es bereits bekannt, von Umgebungseinflüssen beeinträchtigte Geräte dauerhaft mit Zusatzmaßnahmen, wie geschlossene Verteilerkästen, erhöhte Schutzart, wie z. B. IP65, etc. Zwangskühlung, Lackschutz, Schwingungsdämpfung oder Ähnlichem zu versehen. Nachteilig bei diesen bekannten Zusatzmaßnahmen ist jedoch, daß sie zu erhöhten Kosten der jeweiligen Geräte führen. Zudem fallen im Betrieb häufig immer wieder die gleichen Geräte aus, was zu Reparatur- und Prozessstillstandskosten führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Gerät anzugeben, daß eine präventive Reaktion sowohl auf veränderte Umgebungseinflüsse wie auch auf eine möglich zukünftige Ausfallsituation ermöglicht und unterstützt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektrisches Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße elektrische Gerät weist einen Prozessor sowie mindestens einem Sensor auf, wobei der Sensor ein durch den Prozessor verarbeitbares Ausgangssignal liefert, das proportional zu einem auf das Gerät einwirkenden Umgebungseinfluss, z. B. einem Umgebungseinfluss der oben genannten Art, ist.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, in das elektrische Gerät - insbesondere eine Baugruppe, ein Modul oder eine Komponente eines Automatisierungsgerätes, wie z. B. eine sogenannte speicherprogrammierbare Steuerung - einen Sensor zur Erfassung mindestens eines Umgebungseinflusses zu integrieren. Mit Hilfe eines in den meisten Geräten ohnehin vorhanden Mikroprozessors oder einer entsprechenden Verarbeitungsfunktionalität kann das Ausgangssignal eines solchen Sensors und damit das Gerät selbst überwacht werden. Neben den bereits oben genannten Umgebungseinflüssen seien hier weiter exemplarisch genannt: Die Erfassung von Schwefelwasserstoff H₂S oder Schwefeldioxid SO₂, zur Erkennung stark aggressiver chemischer Einflüsse, oder die Überwachung von Geräuschen, z. B. bei Übertragern, die kurz vor dem Ausfall des Schwingen im hörbaren Frequenzbereich beginnen. Anhand des vom Sensor gelieferten Wertes erhält der Betreiber des jeweiligen Gerätes frühzeitig entweder eine Warnung wenn sich Umgebungsbedingungen negativ ändern oder einen Hinweis auf einen ggf. bevorstehenden oder zu erwartenden Ausfall des Gerätes, weil dieses durch die Umgebungsbedingungen beschädigt ist oder in absehbarer Zeit beschädigt zu werden droht. Der Betreiber kann entweder die ungünstigen Umgebungsbedingungen abstellen oder gemäß vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwerten des jeweiligen Gerätes, wie z. B. Temperaturgrenzen, häufige Temperaturüberlastung, häufige erhöhte oder permanente Schwingungsbelastung, häufige erhöhte oder permanente Schadstoffbelastung, etc. das betroffene Gerät präventiv austauschen.
Durch die Überwachung der physikalischen und/oder chemischen Einflüsse, die auf das jeweilige Gerät einwirken, kann ein plötzlicher, überraschender Ausfall des Gerätes verhindert werden. Dies hilft eine abrupte Unterbrechung der Steuerung des technischen Prozesses und die damit einhergehenden Folgekosten (Prozessstillstand, Reparatur, Ersatzteile) zu vermeiden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhaft wird das elektrische Gerät durch ein Gehäuse mit einer darin angeordneten Leiterplatte gebildet, wobei auf der Leiterplatte sowohl der Prozessor als auch der mindestens eine Sensor angeordnet ist, denn dann befindet sich der Sensor in unmittelbarer Nähe zu der Schaltung, welche die Funktionalität des Gerätes bestimmt.
Zur Erfassung der jeweiligen Umgebungseinflüsse wie z. B. Temperatur, Schadstoffkonzentration der Schwingungen ist der Sensor entsprechend als Temperatursensor, Schadstoffsensor oder Schwingungssensor ausgebildet.
Vorteilhaft kann der eingebaute Mikroprozessor oder eine dazu funktionsäquivalente Verarbeitungseinheit (ASIC, FPGA, etc.) dazu verwendet werden, die Steuerung und/oder Überwachung des technischen Prozesses im Schadensfall sicherzustellen, indem das jeweilige Gerät auch bei nur gelegentlich zu hohen Beeinträchtigungen in einen Wartungszustand versetzt wird, während dessen z. B. sämtliche Ausgänge des Gerätes in einen vorgegebenen oder vorgebbaren Zustand versetzt sind.
Weiter vorteilhaft kann der Betreiber des Gerätes durch entsprechende Parametrierung zwischen "harten" Umgebungsbedingungen und einem kurzen Lebensdauerzyklus einerseits und weniger kritischen Umgebungsbedingungen mit entsprechend längerem Lebensdauerzyklus andererseits wählen. Beim ersten Szenario wird ein häufiger Austausch des Gerätes, das den jeweiligen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, erforderlich sein. Allerdings kann das Gerät auch in unmittelbarer Nähe zu kritischen technischen Prozessen eingesetzt werden und der Betreiber wird rechtzeitig vor einem möglichen Ausfall gewarnt. Im zweiten Szenario wird ein Austausch des Gerätes weniger häufig erforderlich sein. Der Betreiber ist somit in die Lage versetzt, mittels geeigneter Parametrierung das von ihm eingesetzte Gerät so zu konfigurieren, wie dies dem jeweiligen Einsatzfall am besten entspricht.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt die einzige Figur
ein elektrisches Gerät in perspektivischer Ansicht in Explosionsdarstellung.
Die Figur zeigt ein elektrisches Gerät 1, das durch ein Gehäuse 2 und eine in betriebsfertigem Zustand darin angeordnete Leiterplatte 3 gebildet ist. Auf der Leiterplatte 3 ist ein Prozessor 4 sowie unmittelbar oder mittelbar ein erster, zweiter und dritter Sensor 5, 6, 7 angeordnet. Auf der Leiterplatte 3 ist neben dem Prozessor 4 und den Sensoren 5, 6, 7 nicht dargestellte Elektronik vorgesehen, welche die Funktionalität des Gerätes 1 bestimmt.
Der erste Sensor 5 ist ein Sensor 5 zur Ermittlung einer Schadstoffkonzentration, der das Gerät 1 ausgesetzt ist. Der erste Sensor 5 dient damit im wesentlichen zur Ermittlung von chemischen Umgebungseinflüssen.
Der zweite Sensor 6 ist ein Sensor 6 zur Ermittlung der Temperatur, der das Gerät 1 ausgesetzt ist. Der dritte Sensor 7 ist ein Sensor 7, der zur Ermittlung von mechanischen Belastungen, wie z. B. der Schwingungsbelastung, denen das Gerät 1 ausgesetzt ist, dient. Der zweite und der dritte Sensor 6, 7 sind damit Sensoren 6, 7 zur Ermittlung physikalischer Umgebungseinflüsse.
Die Sensoren 5, 6, 7 erzeugen in an sich bekannter Weise jeweils ein Ausgangssignal, das durch den Prozessor 4 verarbeitet wird. Entsprechend gespeicherter Schwellwerte, auf die der Prozessor 4 Zugriff hat, wird, sofern das Ausgangssignals für einen bestimmten Umgebungseinfluss den entsprechenden Schwellwert überschreitet, eine Reaktion ausgelöst.
Diese Reaktion kann in der Ansteuerung eines nicht dargestellten optischen oder akustischen Signalelements, z. B. einer Leuchtdiode oder eines Tongenerators, des Gerätes 1 selbst bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Reaktion in der Ansteuerung eines vom Gerät 1 entfernten Signalmittels bestehen, das auch außerhalb der belasteten Umgebung ständig vom Bedienpersonal wahrgenommen wird, bestehen. Ein solches entferntes Signalmittel ist durch das Gerät 1 - bzw. den Prozessor 4 - jederzeit in an sich bekannter Weise über einen geräteinternen Bus (nicht dargestellt) über den es selbst mit anderen gleichen oder ähnlichen Geräten 1 kommunikativ verbunden ist, ansteuerbar.
Damit läßt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen:
Mit Hilfe von Sensoren 5, 6, 7 in unmittelbarer Umgebung der Elektronik eines elektrischen Gerätes 1 überwacht dessen Prozessor 4 selbst die Beanspruchung der Bauelemente des Gerätes 1 durch physikalische oder chemische Umgebungseinflüsse.

Claims

1. Elektrisches Gerät (1) mit einem Prozessor (4) und mindestens einem Sensor (5, 6, 7), wobei der Sensor ein durch den Prozessor (4) verarbeitbares Ausgangssignal liefert, das proportional zu einem auf das Gerät (1) einwirkenden Umgebungseinfluss ist.

2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse (2) und einer darin angeordneten Leiterplatte (3), wobei auf der Leiterplatte (3) sowohl der Prozessor (4) als auch der mindestens eine Sensor (5, 6, 7) angeordnet ist.

3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (5, 6, 7) ein Temperatursensor ist.

4. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (5, 6, 7) ein Schadstoffsensor ist.

5. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (5, 6, 7) ein Schwingungssensor ist.