DE10318541A1 - Verfahren zur Messung, Dokumentation und Überwachung elektrischer Parameter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung, Dokumentation und Überwachung von elektrischen Netz- und Leistungsparametern bei der Druckmaschineninbetriebnahme, im Druckbetrieb und bei der Fernwartung an Druckmaschinen mit Maschinen- und Auftragsdatenmanagement. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringerem Aufwand relevante elektrische Parameter permanent zu erfassen und auszuwerten, um den Druckmaschinenbetrieb und die Störungsanalyse zu optimieren. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Multifunktionsmodul in die Maschinensteuerung integriert ist und Schnittstellen zu einem Maschinen- und Auftragsdatenmanagementsystem mit den Schritten Messung und Dokumentation von elektrischen Leistungsparametern sowie Oberwellenanalyse bei der Inbetriebnahme der Druckmaschine, kontinuierliche Messung und Dokumentation der elektrischen Leistungsparameter während des Druckbetriebes, Ermittlung und Speicherung des auf die zu bearbeitenden Druckaufträge bezogenen Energieverbrauches innerhalb des Maschinen- und Auftragsdatenmanagementsystems und Übergabe der Energieverbrauchswerte für die Nachkalkulation an das übergeordnete Produktionsplanungssystem, Überwachung der elektrischen Netz- und Leistungsparameter an der Druckmaschine während der Fernwartung der Druckmaschine aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung, Dokumentation und Überwachung von elektrischen Netz- und Leistungsparametern bei der Druckmaschineninbetriebnahme, im Druckbetrieb und bei der Fernwartung an Druckmaschinen mit Maschinen- und Auftragsdatenmanagement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Innerhalb der Leistungs- und Steuerungselektronik an Druckmaschinen sind eine Vielzahl von elektrischen Antrieben, Stellgliedern, Steuergeräten und Sensoren installiert, deren komplexes Zusammenwirken innerhalb der Maschinensteuerung ein hoch entwickeltes Energiemanagement und eine entsprechend hoch entwickelte Messtechnik in der Druckmaschine erfordern. Daneben treten häufig energetische Problemstellungen innerhalb der Fehlersuche bei Betriebsstörungen auf. Im Gegensatz dazu beschränkt sich der permanente Einsatz energiemesstechnischer Mittel an Druckmaschinen auf den Einsatz von einfachen Strom- und Spannungsanzeigegeräten und Betriebsstundenzählern.
• Aus der EP 0978 380 B1 ist es bekannt, die Funktionsfähigkeit von Verbrauchern innerhalb der Steuerungselektronik zu prüfen, indem deren Eingangsströme mit vorgegebenen Höchstwerten verglichen werden. Für leistungselektronische Baugruppen ist diese Kontrollmethode jedoch nicht anwendbar und nicht ausreichend.
• Die Ermittlung der elektrischen Leistungsmerkmale der Druckmaschinen erfolgt in bekannter Weise beim Druckmaschinenhersteller im Rahmen von Testläufen bei verschiedenen Lastzuständen der Druckmaschine. In der Inbetriebnahme- und Abnahmephase der Druckmaschine werden mit Hilfe separater, speziell dafür geeigneter Messtechnik am Erprobungsstand des Druckmaschinenherstellers Strom- und Spannungsverläufe sowie Oberwellen und Störstrahlungen ermittelt und ausgewertet.
• Spätere Wiederholungsmessungen unter realen betrieblichen Bedingungen oder zur Fehlersuche sind demgegenüber aufwändig, da die dafür benötigte messtechnische Ausrüstung in einer Druckerei in der Regel nicht zur Verfügung steht.
• Der Energieverbrauch der Druckmaschine für die Abarbeitung des Druckauftrages wird üblicherweise in Form von Betriebsstunden an der Druckmaschine registriert und nach der Abarbeitung des Druckauftrages in Form von Zählerständen einem separaten betriebswirtschaftlichen Datenauswertungsprogramm zur Kostennachkalkulation übergeben.
• Obgleich mit den verfügbaren Druckmaschinen-Managementsystemen bereits eine Vielzahl von Betriebsdaten in ihrem zeitlichen Verlauf erfasst und ausgewertet werden, gehört der Elektroenergieverbrauch noch nicht dazu, weil die messtechnischen Möglichkeiten zur stetigen Ermittlung von relevanten Kenngrößen für die Energieverbrauchsdaten, wie z. B. Phasenwinkel, Wirk- und Blindleistungsanteile, an jeder einzelnen Druckmaschine bisher nicht vorgesehen sind. Eine energetische Bewertung der Betriebsweise der Druckmaschinen im Rahmen der eingesetzten Druckmaschinen-Managementsysteme ist daher bisher nicht bekannt.
• Weiterhin treten im realen Druckbetrieb mitunter Fehler innerhalb der Maschinensteuerung auf, deren Ursachen nicht sofort erkennbar sind, weil sie durch kurzzeitige belastungsbedingte Strom, Spannungs- oder Netzfrequenzabweichungen in der elektrotechnischen Anlage in der jeweiligen Druckerei bedingt sind. Nachteilig ist, dass die Netzverhältnisse nicht permanent an der Druckmaschine registriert werden und somit nicht als Fehlerursache für aufgetretene Störungen erkennbar sind.
• Ausgehend von den aufgezeigten Nachteilen aus dem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, mit geringem Aufwand relevante elektrische Parameter permanent zu erfassen und auszuwerten, um den Druckmaschinenbetrieb und die Störungsanalyse zu optimieren.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1.
• Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, zumindest ein busfähiges Multifunktionsmodul für die Messung, Überwachung und Analyse von elektrischen Netzen in vorhandene Druckmaschinen-Managementsysteme zu integrieren, um damit die ganze Vielzahl von Aufgaben der Netzüberwachung, Leistungserfassung und Betriebsoptimierung zu realisieren, die zunächst bei der Maschinenerprobung und später im praktischen Druckbetrieb auftreten und bisher mit verschiedenen, jeweils auf einzelne Mess- und Kontrollfunktionen spezialisierten Mess- und Kontrollsystemen gelöst werden.
• Derartige Multifunktionsmodule sind als Multifunktionsmessgeräte bekannt und zur Erfassung aller wesentlichen elektrischen Parameter geeignet, wie z.B. Strom, Spannung, Wirk-, Blind- und Scheinleistung, Phasenwinkel, aber auch zur Erfassung der Störstrahlung mittels Oberwellenanalyse und verfügen über programmierbare Schaltausgänge. Diese Geräte werden durch Erweiterungsmodule für spezielle Mess- und Kontrollaufgaben konfiguriert. Die Kommunikation mit der übergeordneten Maschinensteuerung bzw. mit dem Maschinen- und Auftragsdatenmanagementsystem der Druckmaschine erfolgt über kommunikationsfähige, analoge oder digitale Schnittstellen und Busleitungen. Je nach Druckmaschinengröße und -ausstattung sind mehrere Multifunktionsgeräte zu einem Energiemess- und -kontrollsystem erweiterbar.
• Die Aufgaben der Multifunktionsmessgeräte können auch von Multifunktionsmodulen in den lokalen Steuerrechnern oder dem zentralen Leitrechner einer Druckmaschine mit übernommen werden, wenn diese über eine genügend hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und Kapazitätsreserven verfügen sowie eine entsprechende messtechnische Ausrüstung besitzen.
• Während die von den Kontrollmodulen der(des) Multifunktionsmodule(s) gelieferten Schalt- oder Alarmimpulse direkt von der Maschinensteuerung ausgewertet werden können, werden die über das Bussystem gesendeten Primärdaten im übergeordneten Maschinen- und Auftragsdatenmanagementsystem der Druckmaschine bzw. der Druckerei weiterverarbeitet.
• Durch die Integration des Multifunktionsmodules in das Managementsystem ist der Zugriff auf die Stromnetzparameter auch über Fernwartungsmittel möglich.
• Während der Inbetriebnahme, Erprobung und Maschinenabnahme sind charakteristische Leistungsparameter der Druckmaschine zu bestimmen: Leistungsfaktor, maximale Leistungsaufnahme, maximale Stromaufnahme. Diese Leistungskenngrößen werden als Primärdaten vom Multifunktionsmodul geliefert und vom Maschinendatenmanagementsystem der Druckmaschine als Zeitfunktion registriert und visualisiert. Die Ermittlung der charakteristischen Extremwerte von Strom, Leistung und Blindleistungsfaktor ist bereits mit Hilfe von Standardsoftware für Multifunktionsgeräte am Leitrechner möglich.
• Weiterhin ist die Ermittlung der Störstrahlung der Druckmaschine bei der Abnahme der Maschine unerlässlich. Auch dieser Parameter kann in vorteilhafter Weise vom Multifunktionsmodul mit Hilfe einer Oberwellenanalyse des Stromnetzes geliefert werden, ohne dass zusätzlich externe Messtechnik zum Einsatz kommen muss.
• Während der Realisierung eines Druckauftrages ist vor allem die kontinuierliche Messung der Betriebsdaten aktueller Stromverbrauch 1, aktuelle Spannung U, aktueller Leistungsfaktor cosφ maßgeblich für die Ermittlung der Energiekosten für den Druckauftrag. Diese Parameter werden als Primärdaten vom Multifunktionsmodul geliefert und vom Maschinen- und Auftragsdatenmanagementsystem der Druckmaschine als Zeitfunktion registriert und visualisiert.
• Derartige Managementsysteme umfassen im Wesentlichen vier Komponenten – eine Auftragsdatenverwaltung, in der alle Auftrags-, d.h. Druckproduktbezogenen Daten (Papier-, Kunden-, Farb-, Lieferantendaten) erfasst und gespeichert werden, und eine Maschinendatenbank, mit deren Hilfe zweckmäßige Voreinstellungen der Druckmaschine (Waschprogramme, Beistellungen, Bogenlaufkonfiguration, Luftsteuerung, Druckwerkskonfiguration usw.) für Wiederholungsaufträge vorge nommen werden können. Die dritte Komponente umfasst das Bilddatenmanagement und die vierte Komponente Protokollierungsfunktionen für technische und betriebswirtschaftliche Auswertungen. Erfindungsgemäß wird die Funktionalität des Managementsystems mit der Registrierung aller relevanten elektrischen Parameter und mit der Energiekostenermittlung aus den Primärdaten erweitert. Dazu werden u.a. mittels bekannter Algorithmen für Dreiphasennetze,
  z.B. P = 1,73·U(t)·I(t)·cosφ(t) (U = Spannung, I = Strom, t = Zeit, cosφ = Leistungsfaktor, φ = Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung),
  aus den vom Multifunktionsmodul erfassten Primärdaten U, I, cosφ Momentanwerte für die aktuelle Wirk- , Blind- und Scheinleistungen berechnet und am Leitstandsmonitor dargestellt. Nach Integration über die Druckzeit lässt sich am Leitrechner aus der Wirkleistung der tatsächliche Energieverbrauch leicht ermitteln und zur Nachkalkulation der Energiekosten an die betriebswirtschaftliche Abrechnung im übergeordneten Produktionsplanungssystem übergeben. Leistungsbedarf und Energieverbrauch pro Druckauftrag werden am Ende jeden Druckauftrages zusammen mit den anderen Auftrags- und Maschinendaten gespeichert.
• Mit der Energieverbrauchserfassung und Visualisierung der Leistungsparameter am Leitstand der Druckmaschine wird das Druckereipersonal in die Lage versetzt, einen wesentlichen Kostenfaktor während der Abarbeitung der Druckaufträge zu verfolgen und optimale und kostensparende Betriebsweisen der Druckmaschinen zu erkennen. Das Druckereimanagement wird aufgrund der zusätzlichen Daten die zur Disposition stehenden Druckmaschinen unter betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten optimaler einsetzen können.
• Die große Anzahl von elektrischen Verbrauchern an einer Druckmaschine und der mit zunehmender Druckgeschwindigkeit wachsende Leistungsbedarf des Druckmaschinenantriebes, der Luftführung der Bedruckstoffe und der Trockner verursachen Strom- und Spannungsschwankungen in der elektrotechnischen Anlage in der jeweiligen Druckerei, die Funktionsstörungen an Druckmaschinenaggregaten auslösen können. Handelt es sich um kurzzeitige Netzschwankungen, sind sie als Ursache schwer zu erkennen. Zur Aufklärung von Netzproblemen und deren Auswirkungen auf den Druckbetrieb sind spezielle Messgeräte und Kenntnisse der jeweiligen Druckmaschinensteuerung erforderlich, die in der Regel nicht vor Ort verfügbar sind und erst zusätzliche und nachträgliche Messungen durch einen dafür anzufordernden Servicetechniker des Druckmaschinenherstellers erfordern.
• Erfolgt dagegen, wie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, eine ständige Protokollierung der Strom-, Spannungs- und Frequenzverläufe mit einem Multifunktionsmodul an der Druckmaschine, kann sofort aus der zeitlichen Korrelation mit Betriebsstörungen eine Netzschwankung als Fehlerursache ermittelt oder ausgeschlossen werden. Somit entsteht bei der Ursachenermittlung kein Zeitverzug durch nachträgliche Messungen.
• Gleichzeitig bietet die Einbindung von Multifunktionsmodulen in das Druckmaschinenmanagementsystem den Vorteil, dass auch bei einer Fernwartung darauf zugegriffen werden kann und dem Fernwartungstechniker somit zusätzliche Informationen über den augenblicklichen Lastzustand und die aktuellen Netzverhältnisse zur Verfügung stehen, die ihm die Information über aufgetretene Probleme und die Auswahl zweckmäßiger Maßnahmen wesentlich erleichtern. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen der Fernwartung auch das Beheben von solchen Betriebstörungen, die bisher nicht im Rahmen der Fernwartung analysiert und behoben werden können.

Claims (3)

1. Verfahren zur Messung, Dokumentation und Überwachung von elektrischen Netz- und Leistungsparametern bei der Druckmaschineninbetriebnahme, im Druckbetrieb und bei der Fernwartung an Druckmaschinen mit Maschinen- und Auftragsdatenmanagement mit wenigstens einem kommunikationsfähigen Multifunktionsmodul, wobei das wenigstens eine Multifunktionsmodul in die Maschinensteuerung integriert ist und Schnittstellen zu einem Maschinen- und Auftragsdatenmanagementsystem aufweist, mit folgenden Schritten: 1.1. Messung und Dokumentation von elektrischen Leistungsparametern sowie Oberwellenanalyse bei der Inbetriebnahme der Druckmaschine, 1.2. Kontinuierliche Messung und Dokumentation der elektrischen Leistungsparameter während des Druckbetriebes, Ermittlung und Speicherung des auf die zu bearbeitenden Druckaufträge bezogenen Energieverbrauches innerhalb des Maschinen- und Auftragsdatenmanagementsystems und Übergabe der Energieverbrauchswerte für die Nachkalkulation an das übergeordnete Produktionsplanungssystem, 1.3. Überwachung der elektrischen Netz- und Leistungsparameter an der Druckmaschine während der Fernwartung der Druckmaschine.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Multifunktionsmodul ein Multifunktionsmessgerät ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Multifunktionsmodul in Leit- oder Steuerrechnern der Maschinensteuerung implementiert ist.