DE102020200291A1 - Method for monitoring a machine assembly, computing unit, computer program and machine-readable storage medium - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Maschinenbaugruppe aufweisend wenigstens einen Antrieb und wenigstens einen davon angetriebenen Aktor, während eines Überwachungsbetriebs der Maschinenbaugruppe, wobei nach Maßgabe einer Übertragungsfunktion eines Regelglieds (3, 3') eine Regelgröße durch Ausgabe einer Stellgröße auf einen Sollwert geregelt wird, wobei unter Verwendung eines Rechenmodells (1) der Maschinenbaugruppe, in das zumindest die Stellgröße eingeht, eine modellbestimmte Istwertfolge der Regelgröße bestimmt wird, wobei die modellbestimmte Istwertfolge der Regelgröße mit einer gemessenen Istwertfolge der Regelgröße verglichen wird, wobei in Abhängigkeit von einer Abweichung der modellbestimmten Istwertfolge von der gemessenen Istwertfolge wenigstens eine Maßnahme eingeleitet wird.The invention relates to a method for monitoring a machine assembly having at least one drive and at least one actuator driven by it, during monitoring operation of the machine assembly, a controlled variable being controlled by outputting a manipulated variable to a setpoint according to a transfer function of a control element (3, 3 ') , a model-determined actual value sequence of the controlled variable being determined using a computational model (1) of the machine assembly, into which at least the manipulated variable is included, the model-determined actual value sequence of the controlled variable being compared with a measured actual value sequence of the controlled variable, depending on a deviation of the model-determined Actual value sequence at least one measure is initiated from the measured actual value sequence.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Maschinenbaugruppe aufweisend wenigstens einen Antrieb und wenigstens einen davon angetriebenen Aktor sowie eine Recheneinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.The present invention relates to a method for monitoring a machine assembly having at least one drive and at least one actuator driven by it, as well as a computing unit for carrying out such a method, a computer program and a machine-readable storage medium.

Stand der TechnikState of the art

Im Zuge einer sogenannten Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) von Maschinen bzw. Anlagen, welche zumeist eine Vielzahl von unterschiedlichen Maschinenkomponenten, wie beispielsweise Manipulatoren, Motoren oder Aktoren, aufweisen, werden die Maschine bzw. deren Maschinenkomponenten auf Fehler und Verschleiß hin überwacht.In the course of so-called condition monitoring of machines or systems, which usually have a large number of different machine components such as manipulators, motors or actuators, the machine or its machine components are monitored for errors and wear.

Zum Durchführen einer Zustandsüberwachung können geeignete Sensordaten von Sensoren an den unterschiedlichen Maschinenkomponenten erfasst werden. Um diese Sensordaten sinnvoll interpretieren zu können, muss zumeist auch bekannt sein, wie die entsprechende Komponente konkret betrieben wird und welche Bewegung die Komponente gerade ausführt. Beispielsweise ist zur Interpretation und Bewertung einer Vibrationsamplitude an einer Lagerstelle eines Motors auch die zugehörige Drehzahl des Motors nötig. Ohne Kenntnis der Drehzahl ist es zumeist nicht möglich, eine Aussage darüber zu treffen, ob sich die Vibrationsamplitude in einem für diese Drehzahl zulässigen Bereich bewegt. Je mehr Komponenten und Sensoren in der Maschine vorhanden sind, desto mehr Rechenkapazität wird für die Auswertung benötigt.Suitable sensor data can be recorded by sensors on the various machine components to carry out status monitoring. In order to be able to interpret this sensor data in a meaningful way, it is usually also necessary to know how the corresponding component is actually operated and which movement the component is currently executing. For example, to interpret and evaluate a vibration amplitude at a bearing point of a motor, the associated speed of the motor is also necessary. Without knowledge of the speed, it is mostly not possible to make a statement as to whether the vibration amplitude is in a range that is permissible for this speed. The more components and sensors there are in the machine, the more computing capacity is required for the evaluation.

Gemäß US 2011/227 723 A1 werden beispielsweise Lagertemperaturen einer Maschine erfasst. Bei der Maschine kann es sich um eine beliebige Maschine, beispielsweise einen Motor handeln. Eine übergeordnete Überwachungseinheit kann Daten auswerten und Diagnosen liefern.According to US 2011/227 723 A1 For example, the storage temperatures of a machine are recorded. The machine can be any machine, for example a motor. A higher-level monitoring unit can evaluate data and deliver diagnoses.

Die GB 2485446 A schlägt ein Motorsteuerungssystem vor, bei dem die Erfassung unterschiedlichster Betriebsgrößen vorgesehen ist. Hierbei ist wenigstens ein Sensor vorgesehen, der oder die Temperatur, Schwingung, Druck, Spannung, Strom und Luftfeuchte messen. Die genannten Größen können durch eine Überwachungseinheit überwacht werden.The GB 2485446 A proposes an engine control system in which the detection of a wide variety of operating parameters is provided. Here, at least one sensor is provided which measures temperature, vibration, pressure, voltage, current and air humidity. The variables mentioned can be monitored by a monitoring unit.

Die Erfassung und Auswertung von Körperschall zur Diagnose in einem Antrieb ist beispielsweise aus der US 2006/192 508 A1 bekannt.The acquisition and evaluation of structure-borne noise for diagnosis in a drive is, for example, from the US 2006/192 508 A1 known.

Aus der DE 10 2013 200 578 A1 ist eine Fehleridentifikation anhand einer Mustererkennung bekannt.From the DE 10 2013 200 578 A1 an error identification based on a pattern recognition is known.

Komplexe Maschinenbaugruppen setzen zur Zustandsüberwachung sehr viel Rechenkapazität voraus, so dass eine Zustandsüberwachung häufig an der Komplexität der Maschinenbaugruppen scheitert.Complex machine assemblies require a lot of computing capacity for condition monitoring, so that condition monitoring often fails due to the complexity of the machine assemblies.

Es ist daher wünschenswert, eine Zustandsüberwachung auch an komplexen Maschinen zu ermöglichen.It is therefore desirable to enable condition monitoring even on complex machines.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Überwachung einer Maschinenbaugruppe, eine Steuereinheit mit einer Recheneinheit, ein Computerprogramm sowie ein maschinenlesbares Speichermedium. mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for monitoring a machine assembly, a control unit with a computing unit, a computer program and a machine-readable storage medium are provided. proposed with the features of the independent claims. Advantageous configurations are the subject of the subclaims and the description below.

Kerngedanke der Erfindung ist, mittels eines angelernten Rechenmodells der Maschinenbaugruppe gemessene Istwertfolgen einer Regelgröße des Systems mit modellbestimmten Istwertfolgen zu vergleichen und in Abhängigkeit von einer Abweichung wenigstens eine Maßnahme einzuleiten. Durch die Verwendung eines angelernten Rechenmodells können auch sehr komplexe Zusammenhänge rechnerisch ermittelt werden, ohne übermäßig leistungsfähige Rechensysteme zu benötigen. Insbesondere ist es möglich, Abweichungen des realen Verhaltens vom modellierten Verhalten zu erkennen und darauf zu reagieren.The core idea of the invention is to compare actual value sequences of a controlled variable of the system, measured by means of a learned computational model of the machine assembly, with model-determined actual value sequences and to initiate at least one measure as a function of a deviation. By using a learned calculation model, even very complex relationships can be determined mathematically without the need for excessively powerful computer systems. In particular, it is possible to recognize deviations of the real behavior from the modeled behavior and to react to them.

Beispielsweise kommt es durch Alterung beim Maschinenbetrieb dazu, dass die Qualität einer ursprünglich optimal bzw. gut eingestellten Regelung mit der Zeit abnimmt, da sich die zugrundeliegende Maschine (Regelstrecke) verändert. Solche Veränderungen können nun durch Vergleich mit dem Rechenmodell, welches sich auf den Ausgangszustand bzw. Lernzeitpunkt bezieht, erkannt werden. Insbesondere kann darauf nun im Rahmen der Erfindung mit geeigneten Maßnahmen reagiert werden.For example, aging during machine operation means that the quality of an originally optimal or well-set control decreases over time, since the underlying machine (controlled system) changes. Such changes can now be recognized by comparison with the computational model, which relates to the initial state or learning time. In particular, it is now possible to react to this with suitable measures within the scope of the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Maßnahme ein die Erzeugung der Stellgröße beeinflussender Parameter in dem Regelkreis verändert, beispielsweise durch Vorgabe von Vorsteuerwerten, additiven Sollwerten, jeweils einzeln oder in Form von Tabellen (sog. Kompensationstabellen) oder Einstellungen von Filtern in Soll- und Istpfaden, z.B. Hochpass, Tiefpass usw. Insbesondere kann eine Übertragungsfunktion des Regelglieds angepasst werden, beispielsweise indem wenigstens ein Reglerparameter des Regelglieds ausgewählt aus einer Verstärkung, einer Nachstellzeit und einer Vorhaltzeit verändert wird. Damit wird vorzugsweise als wenigstens eine Maßnahme auf die Regelung Einfluss genommen, um das Verhalten der Maschine wieder näher an das ursprüngliche bzw. „ideale“ Verhalten heranzubringen. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise Ungenauigkeiten bei der Regelung automatisch behebbar sind.According to a preferred embodiment, a parameter influencing the generation of the manipulated variable is changed in the control loop, for example by specifying pre-control values, additive setpoint values, each individually or in the form of tables (so-called compensation tables) or settings of filters in set and actual paths, eg high-pass, low-pass, etc. In particular, a transfer function of the control element can be adapted, for example by adding at least one Controller parameters of the control element selected from a gain, an integral action time and a derivative action time is changed. In this way, at least one measure is preferably used to influence the control in order to bring the behavior of the machine closer to the original or “ideal” behavior. This is advantageous because in this way inaccuracies in the regulation can be automatically eliminated.

Moderne Prozesse werden durch eine Vielzahl von Regelgliedern gesteuert bzw. geregelt, wobei typischerweise ein Regelglied in Abhängigkeit von einer Regelabweichung eines Istwerts der Regelgröße von deren Sollwert eine Stellgröße ausgibt, die auf die Regelstrecke, d.h. hier auf die Maschinenbaugruppe, wirkt. Durch Anpassung eines die Erzeugung der Stellgröße beeinflussenden Parameters in dem Regelkreis wird der Zusammenhang zwischen Stellgröße und Regelabweichung verändert, so dass damit erreicht werden kann, dass sich die gemessene Istwerfolge der Regelgröße wieder der modellbestimmten Istwertfolge annähert, die vorzugsweise einem Idealzustand oder Sollzustand entspricht. Typische hier verwendbare Regelglieder können stetige oder unstetige, lineare oder nicht-lineare Regler sein. Übliche stetige lineare Regler weisen beispielsweise Proportional-, Integral-, Differenzialregler oder beliebige Kombination davon auf, beispielsweise P-, PI-, PD-, PID-Regler usw.Modern processes are controlled or regulated by a large number of control elements, with one control element typically outputting a manipulated variable depending on a control deviation of an actual value of the controlled variable from its setpoint, which acts on the controlled system, i.e. here on the machine assembly. By adapting a parameter influencing the generation of the manipulated variable in the control loop, the relationship between manipulated variable and control deviation is changed, so that it can be achieved that the measured actual value sequence of the controlled variable again approximates the model-determined actual value sequence, which preferably corresponds to an ideal state or target state. Typical control elements that can be used here can be continuous or discontinuous, linear or non-linear controllers. Usual continuous linear controllers have, for example, proportional, integral, differential controllers or any combination thereof, for example P, PI, PD, PID controllers, etc.

Bevorzugt wird durch die Anpassung eines die Erzeugung der Stellgröße beeinflussenden Parameters in dem Regelkreis wenigstens ein vorgegebenes Optimierungsziel angestrebt, insbesondere eine Optimierung in Richtung kleiner Schleppfehler und/oder eine Optimierung in Richtung kleiner Verlustleistung. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise Optimierungsprozesse automatisierbar sind.Preferably, by adapting a parameter influencing the generation of the manipulated variable in the control loop, at least one predetermined optimization target is aimed for, in particular an optimization in the direction of small tracking errors and / or an optimization in the direction of small power loss. This is advantageous because optimization processes can be automated in this way.

Insbesondere geht in das Rechenmodell wenigstens eine weitere Größe ein. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise externe Einflüsse auf die Maschine besser nachverfolgt und berücksichtigt werden können. Je mehr Daten zum Erzeugen und Anlernen des Rechenmodells zur Verfügung stehen, desto besser ist die zu erwartende Qualität. Insgesamt entspricht somit das Modellergebnis, insbesondere die modellierte Istwertfolge, besser der Realität. Ebenfalls können auf diesem Weg Optimierungsziele dem Modell zugeführt werden, so dass die Auswirkungen der eingeleiteten Maßnahme auf das Optimierungsziel erkennbar sind. Insbesondere wenn es mehrere gleichzeitige Optimierungsziele gibt, kann so ein möglichst guter Kompromiss gefunden werden.In particular, at least one further variable is included in the computational model. This is advantageous because external influences on the machine can be better tracked and taken into account in this way. The more data that is available for generating and teaching the calculation model, the better the quality that can be expected. Overall, the model result, in particular the modeled actual value sequence, corresponds better to reality. Optimization goals can also be fed to the model in this way, so that the effects of the initiated measure on the optimization goal can be identified. In this way, the best possible compromise can be found, especially if there are several simultaneous optimization goals.

Zweckmäßigerweise umfasst die wenigstens eine weitere Größe eine Regeldifferenz wie z.B. einen Schleppfehler (Abweichung zwischen Positionssoll- und Positionsistwert), einen Istwert, eine momentane Leistungsaufnahme, eine momentane Energieaufnahme, eine Temperaturangabe, eine Laufzeitinformation, einen Diagnosewert, eine aggregierte Zustandsinformation, eine Informationen über Schaltsignale (z.B. bei einer Rundtaktmaschine: Signal: „Zyklus fängt an“; durch Schaltsignale wird das Lernen effizienter/schneller) oder Kontextinformationen durch eine Benutzereingabe oder durch das Laufzeitsystem generiert aus einem Maschinenprogramm.The at least one further variable expediently comprises a control difference such as a following error (deviation between the nominal position value and the actual position value), an actual value, an instantaneous power consumption, an instantaneous energy consumption, a temperature specification, runtime information, a diagnostic value, aggregated status information, information about switching signals (For example, with a rotary transfer machine: Signal: "Cycle begins"; switching signals make learning more efficient / faster) or context information generated by a user input or by the runtime system from a machine program.

Zweckmäßigerweise wird, falls das Maß der Abweichung zwischen der modellbestimmten Istwertfolge und der gemessenen Istwertfolge einen Schwellwert überschreitet, als wenigstens eine Maßnahme eine Benachrichtigung veranlasst. Somit kann der Maschinenbediener beispielsweise über einen bestimmten Grad der Veränderung informiert werden, so dass beispielsweise eine Wartung, Reparatur usw. angestoßen werden kann. Appropriately, if the extent of the deviation between the model-determined actual value sequence and the measured actual value sequence exceeds a threshold value, a notification is initiated as at least one measure. In this way, the machine operator can be informed about a certain degree of change, for example, so that maintenance, repair, etc. can be initiated.

Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Notwendigkeit von typischen Wartungsarbeiten wie Prüfen, Austauschen oder Reparieren automatisch ermittelt werden kann.This is advantageous because in this way the need for typical maintenance work such as checking, replacing or repairing can be determined automatically.

Bevorzugt wird das Modell während eines Lernbetriebs vor dem Überwachungsbetrieb so bestimmt, dass eine Abweichung der modellbestimmten Istwertfolge von der gemessenen Istwertfolge ein vorgebbares Kriterium erfüllt, vorzugsweise minimal wird. Dies ist vorteilhaft, da durch einen Lernvorgang durch Vergleichsvorgänge sehr gute Modelle erzielbar sind.The model is preferably determined during a learning operation before the monitoring operation in such a way that a deviation of the model-determined actual value sequence from the measured actual value sequence fulfills a prescribable criterion, preferably becomes minimal. This is advantageous because very good models can be achieved through a learning process through comparison processes.

Insbesondere umfasst das Bestimmen des Modells während des Lernbetriebs und/oder das Vergleichen der modellbestimmten Istwertfolge mit der gemessenen Istwertfolge während des Überwachungsbetriebs das Anwenden einer Mustererkennung durch Erfassen von Mustern im Zeitraum oder Mustern in einem aus den Istwertfolgen gewonnenen Frequenzspektrum. Dies ist vorteilhaft, da ein zyklischer Ansteuerverlauf einen Lernvorgang bzw. Erkennungsvorgang erleichtert. Insbesondere ist es deutlich einfacher, eine Abweichung von einem idealen Verhalten zu erkennen. Dies ist aber nicht beschränkend zu verstehen. Für das Modell ist keine Mustererkennung erforderlich.In particular, the determination of the model during the learning mode and / or the comparison of the model-determined actual value sequence with the measured actual value sequence during the monitoring operation includes the application of a pattern recognition by detecting patterns in the time period or patterns in a frequency spectrum obtained from the actual value sequences. This is advantageous because a cyclical control process facilitates a learning process or recognition process. In particular, it is significantly easier to recognize a deviation from an ideal behavior. However, this is not to be understood in a restrictive manner. No pattern recognition is required for the model.

Bevorzugt wird das Modell während des Lernbetriebs mittels eines maschinellen Lernverfahrens bestimmt. Solche Verfahren sind mittlerweile etabliert und in der Anwendung erprobt.The model is preferably determined during the learning operation by means of a machine learning method. Such procedures are now established and tried and tested.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Maschinenbaugruppe wie beispielsweise einer Druckmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control device of a machine assembly such as a printing press, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Vorzugsweise ist die Recheneinheit in einer Steuerungseinheit einer industriellen Anlage ausgebildet. In der industriellen Automatisierungstechnik, beispielsweise zur Fabrikautomatisierung oder zur Prozessautomatisierung, verwendete Geräte können bspw. Teil von Maschinen oder Anlagen, wie Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen und/oder Handlingsmaschinen, sein, die üblicherweise durch eine Steuerungseinheit gesteuert werden. Derartige Steuerungseinheiten sind beispielsweise dezentral an Anlagenteilen z.B. als sog. Antriebsregler oder zur übergeordneten Steuerung eines oder mehrerer Anlagenteile bzw. deren Antriebsregler als Computerized Numerical Control (CNC) oder als Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder als Motion Control (MC) ausgebildet. Sie verfügen über zahlreiche Ein- und Ausgänge (E/A), z.B. analoge und digitale, und sind mit Feldgeräten, beispielsweise mit Sensoren und Aktoren, sowie anderen Steuerungseinheiten der Maschine bzw. Anlage verbunden, beispielsweise über analoge, digitale und/oder Netzwerkverbindungen. Die Steuerungseinheit kann somit Daten, insbesondere Messwerte, von den Sensoren empfangen und die einzelnen Aktoren durch entsprechende Signale ansteuern. Für den Datenaustausch weisen die Steuereinheiten üblicherweise mehrere unterschiedliche Datenanschlüsse auf, insbesondere Ethernet (bzw. Industrial Ethernet (Feldbus)).The computing unit is preferably embodied in a control unit of an industrial plant. Devices used in industrial automation technology, for example for factory automation or for process automation, can, for example, be part of machines or systems, such as machine tools, production machines and / or handling machines, which are usually controlled by a control unit. Such control units are, for example, decentralized on system parts, for example as so-called drive controllers or for the higher-level control of one or more system parts or their drive controllers as computerized numerical control (CNC) or as programmable logic controllers (PLC) or as motion control (MC). They have numerous inputs and outputs (I / O), for example analog and digital, and are connected to field devices, for example sensors and actuators, and other control units of the machine or system, for example via analog, digital and / or network connections. The control unit can thus receive data, in particular measured values, from the sensors and control the individual actuators by means of corresponding signals. For the exchange of data, the control units usually have several different data connections, in particular Ethernet (or industrial Ethernet (fieldbus)).

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for performing all method steps is advantageous, since this causes particularly low costs, especially if an executing control device is used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. A program can also be downloaded via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawings using exemplary embodiments and is described in detail below with reference to the drawings.

FigurenlisteFigure list

• 1 zeigt schematisch eine Druckmaschine, an der eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar ist; 1 shows schematically a printing machine on which a preferred embodiment of the method according to the invention can be carried out;
• 2 zeigt schematisch Module, mittels derer ein Modell gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch ein Künstliche-Intelligenz-Modul angelernt werden kann; 2 shows schematically modules by means of which a model according to a preferred embodiment of the invention can be learned by an artificial intelligence module;
• 3 zeigt schematisch eine Modulanordnung zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 shows schematically a module arrangement for carrying out a preferred embodiment of the method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In 1 ist als Maschinenbaugruppe eine Bahnbearbeitungsmaschine, z.B. eine Druckmaschine oder Stanzmaschine, schematisch dargestellt. Diese Bahnbearbeitungsmaschine weist eine Transportwalze 12 für eine Materialbahn 13, ein Bearbeitungswerk 11, z.B. ein Druckwerk, eine Stanze usw., auf.In 1 a web processing machine, for example a printing machine or punching machine, is shown schematically as a machine assembly. This web processing machine has a transport roller 12th for a web of material 13th , a processing plant 11 , for example a printing unit, a punch, etc. on.

Die Maschinenbaugruppe weist weiterhin einen ersten Antrieb auf, der hier als erster Elektromotor (nicht gezeigt) ausgebildet ist und die Transportwalze 12 antreibt. Außerdem weist sie einen zweiten als Elektromotor ausgebildeten Antrieb (nicht gezeigt) auf, der das Bearbeitungswerk 11 antreibt. Jeder Antrieb wird von einem Antriebsregler 110, 120 angesteuert, der eine Leistungselektronik zur Stromversorgung des Elektromotors und eine Logik zur Ansteuerung der Leistungselektronik aufweist. In der Logik sind beispielsweise ein Drehzahlregler, ein Drehmomentregler und/oder ein Stromregler implementiert.The machine assembly also has a first drive, which is designed here as a first electric motor (not shown), and the transport roller 12th drives. It also has a second drive (not shown) designed as an electric motor, which drives the processing unit 11 drives. Each drive is controlled by a drive controller 110 , 120 controlled, which has power electronics for supplying power to the electric motor and logic for controlling the power electronics. For example, a speed controller, a torque controller and / or a current controller are implemented in the logic.

Zur Steuerung der Maschinenbaugruppe ist eine Maschinensteuerung mit einer Steuerungseinheit 6, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), und Sensoren 4, 5 vorgesehen. Die von den Sensoren 4, 5 gemessenen Größen umfassen hier beispielsweise eine Geschwindigkeit der Materialbahn 13 und/oder eine Position der Bearbeitungsstelle und können Regelgrößen des Prozesses darstellen. In der Steuerungseinheit 6 ist ein Regelglied 3 implementiert, das abhängig von den gemessenen Regelgrößen von z.B. den Sensoren 4, 5 diese durch Ausgabe von Stellgrößen z.B. an die Antriebsregler 110, 120 auf Sollwerte regelt. Bei den Stellgrößen an die Antriebsregler kann es sich insbesondere um Drehzahlsollwerte der Transportwalze 12 sowie des Bearbeitungswerks 11 handeln, welche dann in den zugehörigen Antriebsreglern über die dortige Reglerkaskade zu entsprechenden Strömen für die Elektromotoren führen. Von den Antriebsreglern erfolgt üblicherweise auch eine Rückführung z.B. einer Ist-Drehzahl an die übergeordnete Steuerungseinheit 6. Weitere Regelgrößen innerhalb der Maschinenbaugruppe sind somit beispielsweise Drehzahlen, Drehmomente und Ströme der Elektromotoren.A machine control with a control unit is used to control the machine assembly 6th , for example a programmable logic controller (PLC), and sensors 4th , 5 intended. The ones from the sensors 4th , 5 Measured variables here include, for example, a speed of the material web 13th and / or a position of the processing point and can represent controlled variables of the process. In the control unit 6th is a control element 3 implemented, depending on the measured control variables from the sensors, for example 4th , 5 this by outputting manipulated variables, for example to the drive controller 110 , 120 regulates to setpoints. The manipulated variables to the drive controller can in particular be speed setpoints of the transport roller 12th as well as the processing plant 11 act, which then lead to corresponding currents for the electric motors in the associated drive controllers via the controller cascade there. The drive controllers usually also feed back, for example, an actual speed to the higher-level control unit 6th . Further controlled variables within the Machine assemblies are thus, for example, speeds, torques and currents of the electric motors.

Beispielsweise in der Steuerungseinheit 6 (und/oder in den Antriebsreglern 110, 120) ist nun wenigstens ein Rechenmodell 1 implementiert, unter dessen Verwendung eine modellbestimmte Istwertfolge einer Regelgröße bestimmt wird, mit einer gemessenen Istwertfolge der Regelgröße verglichen wird und in Abhängigkeit von einer Abweichung der modellbestimmten Istwertfolge von der gemessenen Istwertfolge wenigstens eine Maßnahme eingeleitet wird. Es sei betont, dass gewünschtenfalls für jede beliebige, insbesondere jede der genannten, Regelgrößen ein Rechenmodell vorgesehen sein kann.For example in the control unit 6th (and / or in the drive controllers 110 , 120 ) is now at least a computational model 1 implemented, with the use of which a model-determined actual value sequence of a controlled variable is determined, compared with a measured actual value sequence of the controlled variable and at least one measure is initiated depending on a deviation of the model-determined actual value sequence from the measured actual value sequence. It should be emphasized that, if desired, a computational model can be provided for any arbitrary, in particular any of the specified controlled variables.

Das Rechenmodell 1 kann beispielsweise in einer eigenen Recheneinheit („Künstliche-Intelligenz-Modul“) mit Schnittstellen zum Datennetz der Maschinenbaugruppe, beispielsweise als separates Gerät oder Einsteckkarte für die Steuerungseinheit 6 oder die Antriebsregler 110, 120, implementiert sein.The calculation model 1 can, for example, in its own computing unit (“artificial intelligence module”) with interfaces to the data network of the machine assembly, for example as a separate device or plug-in card for the control unit 6th or the drive controller 110 , 120 , be implemented.

Die wenigstens eine Maßnahme umfasst hier beispielsweise, dass anhand der ermittelten Abweichung zwischen den gemessenen Istwertfolgen und den modellbestimmten Istwertfolgen eine Übertragungsfunktion des Regelglieds 3 angepasst wird, beispielsweise indem eine Verstärkung und/oder eine Nachstellzeit eines Pl-Reglers als die Erzeugung der Stellgröße beeinflussende Parameter in dem Regelkreis verändert werden.The at least one measure here includes, for example, using the determined deviation between the measured actual value sequences and the model-determined actual value sequences to create a transfer function of the control element 3 is adapted, for example by changing a gain and / or a reset time of a PI controller as parameters influencing the generation of the manipulated variable in the control loop.

Weiterhin wird, falls das Maß der Abweichung zwischen modellbestimmten Istwertfolgen und gemessenen Istwertfolgen einen Schwellwert überschreitet, als wenigstens eine Maßnahme eine Benachrichtigung zur Einleitung von Wartungsarbeiten an eine Anzeige 2 veranlasst.Furthermore, if the extent of the discrepancy between model-determined actual value sequences and measured actual value sequences exceeds a threshold value, at least one measure is a notification to initiate maintenance work on a display 2 caused.

Um möglichst brauchbare Ergebnisse zu erzielen, sollte das Rechenmodell 1 während eines Lernbetriebs vor dem Überwachungsbetrieb angelernt werden, d.h. so bestimmt werden, dass eine Abweichung der modellbestimmten Istwertfolge von der gemessenen Istwertfolge ein vorgebbares Kriterium erfüllt, vorzugsweise minimal wird.In order to achieve the most useful results possible, the calculation model should 1 are learned during a learning operation before the monitoring operation, ie are determined in such a way that a deviation of the model-determined actual value sequence from the measured actual value sequence fulfills a prescribable criterion, preferably is minimal.

Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt. Von den zwei Sensoren 4, 5 werden die gemessenen Istwertfolgen der Regelgrößen erfasst und an das Lernverfahren weitergeleitet. Sie gehen in das Rechenmodell 1 ein. Weiterhin werden mittels des Regelglieds 3 Istwertfolgen von wenigstens einer ersten Stellgröße ermittelt und ebenfalls an das Lernverfahren weitergegeben. Von den Antriebsreglern 110, 120 können weitere Größen wie z.B. Schleppfehler, Istwerte, Leistung, Energie, Temperatur, Laufzeitinformationen, Diagnosen, aggregierte Zustandsinformationen an das Lernverfahren und später auch an das Rechenmodell übertragen werden. Diese weiteren Größen können insbesondere zur Verbesserung des Modells dienen und/oder als im späteren Betrieb mögliche Optimierungsziele verwendet werden.This is exemplified in 2 shown. From the two sensors 4th , 5 the measured actual value sequences of the controlled variables are recorded and passed on to the learning process. You go into the calculation model 1 a. Furthermore, by means of the control element 3 Determined actual value sequences of at least one first manipulated variable and also passed on to the learning process. From the drive controllers 110 , 120 Further variables such as tracking errors, actual values, power, energy, temperature, runtime information, diagnoses, aggregated status information can be transferred to the learning process and later also to the computer model. These additional variables can serve in particular to improve the model and / or be used as possible optimization goals in later operation.

Weiterhin erhält das Lernverfahren von der Steuerungseinheit 6 Informationen über Schaltsignale (z.B. bei einer Rundtaktmaschine: Signal: „Zyklus fängt an“; durch Schaltsignale wird das Lernen effizienter/schneller), Kontextinformationen durch Benutzereingabe oder durch Laufzeitsystem generiert aus Maschinenprogramm.The learning process is also received from the control unit 6th Information about switching signals (eg with a rotary transfer machine: Signal: "Cycle begins"; learning becomes more efficient / faster through switching signals), context information through user input or through the runtime system generated from the machine program.

Das Rechenmodell 1 wird nun durch das maschinelle Lernverfahren durch beispielsweise Anwenden einer Mustererkennung auf die Istwertfolgen angelernt. Dabei werden Muster im Zeitraum und/oder Muster in einem aus den Istwertfolgen gewonnene Frequenzspektrum erfasst. Jedoch kann das maschinelle Lernverfahren auch ohne solche Mustererkennungen automatisiert Zusammenhänge erkennen und erlernen.The calculation model 1 is now taught by the machine learning process, for example by applying a pattern recognition to the actual value sequences. In this case, patterns in the period and / or patterns in a frequency spectrum obtained from the actual value sequences are recorded. However, the machine learning process can automatically recognize and learn relationships even without such pattern recognition.

3 zeigt schematisch eine allgemeine Modulanordnung zur Durchführung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, hier am Beispiel eines Regelglieds 3' in einem Antriebsregler 110. 3 shows schematically a general module arrangement for carrying out an embodiment of a method according to the invention, here using the example of a control element 3 ' in a drive controller 110 .

Die Modulanordnung weist ein Künstliche-Intelligenz-Modul 1 zum Berechnen und Anlernen eines Rechenmodells auf. Das Rechenmodell ist hier beispielsweise als künstliches neuronales Netz schematisiert.The module arrangement has an artificial intelligence module 1 for calculating and teaching a calculation model. The computational model is schematized here, for example, as an artificial neural network.

Die Modulanordnung weist weiterhin eine Steuerungseinheit 6 zum Ausgeben einer Stellgrößenfolge A auf. Die Stellgrößenfolge A wird sowohl dem Künstliche-Intelligenz-Modul 1 als auch dem Antriebsregler 110 bzw. dem dortigen Regelglied 3' zugeführt. Es kann sich insbesondere um Drehzahlsollwerte handeln.The module arrangement also has a control unit 6th for outputting a sequence of manipulated variables A. on. The manipulated variable sequence A. is both the artificial intelligence module 1 as well as the drive controller 110 or the control element there 3 ' fed. In particular, they can be speed setpoints.

Das Künstliche-Intelligenz-Modul 1 kann beispielsweise als separates Gerät oder Einsteckkarte für die Steuerungseinheit 6 oder die Antriebsregler 110, 120 mit Schnittstellen zum Datennetz der Maschinenbaugruppe ausgebildet sein.The artificial intelligence module 1 can, for example, be used as a separate device or plug-in card for the control unit 6th or the drive controller 110 , 120 be designed with interfaces to the data network of the machine assembly.

Das Regelglied 3' im Antriebsregler kann nach Maßgabe einer bekannten Übertragungsfunktion wenigstens eine erste Regelgröße, hier die Drehzahl eines angetriebenen Elektromotors, durch Ausgabe wenigstens einer ersten Stellgröße, hier Motorströmen, auf den wenigstens einen Sollwert, hier Drehzahlsollwert, einregeln.The control element 3 ' In the drive controller, according to a known transfer function, at least one first control variable, here the speed of a driven electric motor, can be adjusted to the at least one setpoint, here speed setpoint, by outputting at least one first manipulated variable, here motor currents.

In dem Regelglied 3' des Antriebsreglers findet auch eine Auswertung von Drehzahlistwerten statt. Diese werden ebenfalls dem Künstliche-Intelligenz-Modul 1 zugeführt. Dieser Vorgang ist mit B bezeichnet. Zusätzlich können dabei Informationen über Schleppfehler, Leistungswerte, Energiewerte, Temperaturwerte, Laufzeitinformationen, Diagnosen und aggregierte Zustandsinformationen enthalten sein.In the regulating member 3 ' The drive controller also evaluates actual speed values. These are also given to the artificial Intelligence module 1 fed. This process is with B. designated. In addition, information about tracking errors, power values, energy values, temperature values, runtime information, diagnoses and aggregated status information can be included.

Das Künstliche-Intelligenz-Modul kann bei der Überwachung durch Vergleiche von gemessenen Istwerten mit modellbestimmten Istwerten abhängig von der Abweichung eine Maßnahme einleiten. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass ein die Erzeugung der Stellgröße beeinflussender Parameter in dem Regelkreis des Antriebsreglers verändert wird, beispielsweise die Übertragungsfunktion des Regelglieds 3' angepasst wird. Dieser Vorgang ist mit C bezeichnet. In diesem Zusammenhang kann das Künstliche-Intelligenz-Modul 1 Vorsteuerwerte, additive Sollwerte, Kompensationstabellen, Einstellungen von Filtern in Soll- und Istpfaden sowie Reglerparametereinstellungen an das Regelglied 3' weitergeben.The artificial intelligence module can initiate a measure during the monitoring by comparing measured actual values with actual values determined by the model, depending on the deviation. This can mean, for example, that a parameter influencing the generation of the manipulated variable is changed in the control loop of the drive controller, for example the transfer function of the control element 3 ' is adjusted. This process is with C. designated. In this context, the artificial intelligence module 1 Pre-control values, additive setpoints, compensation tables, settings of filters in setpoint and actual paths as well as controller parameter settings for the control element 3 ' pass on.

Zur größeren Genauigkeit des Anlernens des Modells 1 oder der Überwachung können weitere Kontextsignale von zusätzlichen Sensoren an das Künstliche-Intelligenz-Modul weitergegeben werden. Dieser Vorgang ist mit D bezeichnet.For greater accuracy in teaching the model 1 or the monitoring, further context signals from additional sensors can be passed on to the artificial intelligence module. This process is with D. designated.

Weiterhin kann die Steuerungseinheit 6 Schaltsignale an das Künstliche-Intelligenz-Modul 1 weitergeben. Dieser Vorgang ist mit E bezeichnet. Diese Schaltsignale können bei einer Rundtaktmaschine beispielsweise die Information umfassen, dass ein Zyklus anfängt. Durch Schaltsignale werden sowohl das Lernen als auch das Auswerten effizienter bzw. schneller. Weitere Kontextinformationen werden durch eine Benutzereingabe oder ein Laufzeitsystem aus dem Maschinenprogramm generiert.Furthermore, the control unit 6th Switching signals to the artificial intelligence module 1 pass on. This process is with E. designated. In the case of a rotary indexing machine, these switching signals can include, for example, the information that a cycle is beginning. Switching signals make both learning and evaluation more efficient and faster. Further context information is generated from the machine program by a user input or a runtime system.

Zusätzlich können Optimierungsziele wie Genauigkeit oder Schwingungsdämpfung dem Künstlichen-Intelligenz-Modul vorgegeben werden. Dieser Vorgang ist mit F bezeichnet.In addition, optimization goals such as accuracy or vibration damping can be specified for the artificial intelligence module. This process is denoted by F.

Eine weitere Maßnahme kann darin bestehen, Zustandsüberwachungsinformationen auszugeben wie beispielsweise eine Benachrichtigung zur Einleitung von Wartungsarbeiten. Dieser Vorgang ist mit G bezeichnet.A further measure can consist in outputting status monitoring information such as, for example, a notification to initiate maintenance work. This process is with G designated.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• US 2011227723 A1 [0004]US 2011227723 A1 [0004]
• GB 2485446 A [0005]GB 2485446 A [0005]
• US 2006192508 A1 [0006]US 2006192508 A1 [0006]
• DE 102013200578 A1 [0007]DE 102013200578 A1 [0007]

Claims (16)

Verfahren zum Überwachen einer Maschinenbaugruppe aufweisend wenigstens einen Antrieb und wenigstens einen davon angetriebenen Aktor, während eines Überwachungsbetriebs der Maschinenbaugruppe, wobei in einem Regelkreis nach Maßgabe einer Übertragungsfunktion eines Regelglieds (3, 3') eine Regelgröße durch Ausgabe einer Stellgröße auf einen Sollwert geregelt wird, wobei unter Verwendung eines Rechenmodells (1) der Maschinenbaugruppe, in das zumindest die Stellgröße eingeht, eine modellbestimmte Istwertfolge der Regelgröße bestimmt wird, wobei die modellbestimmte Istwertfolge der Regelgröße mit einer gemessenen Istwertfolge der Regelgröße verglichen wird, wobei in Abhängigkeit von einer Abweichung der modellbestimmten Istwertfolge von der gemessenen Istwertfolge wenigstens eine Maßnahme eingeleitet wird.A method for monitoring a machine assembly having at least one drive and at least one actuator driven by it, during a monitoring operation of the machine assembly, a controlled variable being controlled in a control loop according to a transfer function of a control element (3, 3 ') by outputting a manipulated variable to a setpoint value, using a computational model (1) of the machine assembly, in which at least the manipulated variable is included, a model-determined actual value sequence of the controlled variable is determined, wherein the model-determined actual value sequence of the controlled variable is compared with a measured actual value sequence of the controlled variable, depending on a deviation of the model-determined actual value sequence at least one measure is initiated from the measured actual value sequence. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Maßnahme umfasst, einen die Erzeugung der Stellgröße beeinflussenden Parameter in dem Regelkreis zu verändern.Procedure according to Claim 1 wherein the at least one measure comprises changing a parameter in the control loop that influences the generation of the manipulated variable. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Maßnahme umfasst, eine Übertragungsfunktion des Regelglieds (3, 3') zu verändern.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the at least one measure comprises changing a transfer function of the control element (3, 3 '). Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei wenigstens ein Reglerparameter des Regelglieds ausgewählt aus einer Verstärkung, einer Nachstellzeit und einer Vorhaltzeit verändert wird.Procedure according to Claim 2 or 3 , wherein at least one controller parameter of the control element selected from a gain, a reset time and a lead time is changed. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei durch das Verändern des die Erzeugung der Stellgröße beeinflussenden Parameters in dem Regelkreis wenigstens ein vorgegebenes Optimierungsziel angestrebt wird.Method according to one of the Claims 2 to 4th , whereby by changing the parameter influencing the generation of the manipulated variable in the control loop, at least one predetermined optimization target is aimed for. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, falls ein Maß der Abweichung zwischen der modellbestimmten Istwertfolge und der gemessenen Istwertfolge einen Schwellwert überschreitet, als wenigstens eine Maßnahme eine Benachrichtigung veranlasst wird.Method according to one of the preceding claims, wherein if a measure of the deviation between the model-determined actual value sequence and the measured actual value sequence exceeds a threshold value, a notification is initiated as at least one measure. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Rechenmodell während eines Lernbetriebs vor dem Überwachungsbetrieb so bestimmt wird, dass eine Abweichung der modellbestimmten Istwertfolge von der gemessenen Istwertfolge ein vorgebbares Kriterium erfüllt, vorzugsweise minimal wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the arithmetic model is determined during a learning operation before the monitoring operation in such a way that a deviation of the model-determined actual value sequence from the measured actual value sequence fulfills a prescribable criterion, preferably becomes minimal. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bestimmen des Modells während des Lernbetriebs das Anwenden einer Mustererkennung durch Erfassen von Mustern im Zeitraum oder Mustern in einem aus den Istwertfolgen gewonnenen Frequenzspektrum umfasst.Procedure according to Claim 7 , wherein the determination of the model during the learning operation comprises the application of a pattern recognition by detecting patterns in the time period or patterns in a frequency spectrum obtained from the actual value sequences. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Bestimmen des Modells während des Lernbetriebs mittels eines maschinellen Lernverfahrens erfolgt.Procedure according to Claim 7 or 8th , the model being determined during the learning operation by means of a machine learning method. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die wenigstens eine Sollwertfolge während des Bestimmens des Modells mittels einer Steuereinrichtung (6) sowohl an das maschinelle Lernverfahren als auch an das wenigstens eine Regelglied (3, 3') weitergegeben wird.Procedure according to Claim 8 , the at least one setpoint sequence being passed on both to the machine learning method and to the at least one control element (3, 3 ') during the determination of the model by means of a control device (6). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in das Rechenmodell (1) wenigstens eine weitere Größe eingeht.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one further variable is included in the calculation model (1). Verfahren nach Anspruch 11, wobei die wenigstens eine weitere Größe einen Schleppfehler, einen Istwert, eine momentane Leistungsaufnahme, eine momentane Energieaufnahme, eine Temperaturangabe, eine Laufzeitinformation, einen Diagnosewert, eine aggregierte Zustandsinformation, eine Informationen über Schaltsignale oder Kontextinformationen durch Benutzereingabe oder durch Laufzeitsystem generiert aus Maschinenprogramm umfasst.Procedure according to Claim 11 , wherein the at least one further variable comprises a tracking error, an actual value, an instantaneous power consumption, an instantaneous energy consumption, a temperature specification, runtime information, a diagnostic value, aggregated status information, information about switching signals or context information generated by user input or by the runtime system generated from the machine program. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Computing unit which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims. Einsteckkarte für einen Antriebsregler oder eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einer Recheneinheit nach Anspruch 13.Plug-in card for a drive controller or a programmable logic controller with a computing unit Claim 13 . Computerprogramm, das eine Steuereinheit mit einer Recheneinheit veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.Computer program that causes a control unit with a computing unit, a method according to one of the Claims 1 to 12th to be carried out when it is executed on the processing unit. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 15 .

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