ES2826348T3 - Procedimiento y sistema para el reconocimiento de fallos y la vigilancia de una parte de máquina regulada o controlada electrónicamente - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia en una parte de máquina (1) regulada o controlada electrónicamente con agentes para el reconocimiento de parámetros de funcionamiento (6) y parámetros de vigilancia (7), caracterizado por - la detección y el almacenamiento de los parámetros de funcionamiento (6) y de los parámetros de vigilancia (7) de partes de máquina (1,2,3,4), - la determinación de al menos un grupo de comparación (8) de partes de máquina (1,3,4) comparables y parámetros de funcionamiento comparables sobre la base de los parámetros de funcionamiento (6) detectados y de la parte de máquina (1), - la aplicación de un procedimiento de análisis estadístico (10) para crear al menos un valor umbral (11) sobre la base del grupo de comparación definido (9) y para reconocer divergencias de al menos un estado o al menos un parámetro de vigilancia (7) sobre la base del valor umbral (11), y asociación de la divergencia a la parte de máquina (1).
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento y sistema para el reconocimiento de fallos y la vigilancia de una parte de máquina regulada o controlada electrónicamente
La invención se refiere a un procedimiento y un sistema para el reconocimiento de fallos y la vigilancia en una parte de máquina regulada o controlada electrónicamente con agentes para reconocer al menos un estado sobre la base de parámetros de funcionamiento o de un parámetro de vigilancia.
En partes de máquina reguladas o controladas electrónicamente, de acuerdo con el estado de la técnica, es habitual que la parte de máquina o el aparato con la parte de máquina funcione hasta que un estado o un parámetro de vigilancia se encuentre fuera del rango nominal. En este sentido, es posible que, debido al reconocimiento de un estado o a la presencia de magnitudes medidas, se modifiquen los parámetros de vigilancia para que el aparato funcione mejor. Las partes de máquinas industriales reguladas o controladas electrónicamente pueden ser, por ejemplo, bombas, motores, robots, grúas, etc. o partes de máquinas como convertidores de frecuencia, conductores lógicos programables, etc.
En un reconocimiento de fallos, se realizan por regla general diferentes mediciones con respecto a una pluralidad de estados. Sin embargo, la sola cantidad de tales mediciones constituye un considerable obstáculo para su uso efectivo en la búsqueda de fallos. En total, puede haber varios centenares de tales mediciones, de los cuales solo una medición clave revela la verdadera causa de un problema.
Ninguna de las demás mediciones proporciona necesariamente una indicación de la identidad de esta medición clave. Por lo tanto, el azar determina completamente la identificación exitosa de la medición clave, que depende de un momento favorable o de una extensa y laboriosa supervisión de cada medición disponible. Además, no ha habido una forma efectiva hasta ahora de presentar un resumen de dichas mediciones.
Normalmente, el reconocimiento de fallos se lleva a cabo analizando un conjunto de parámetros/datos medidos. Por ejemplo, para el reconocimiento de fallos en un motor eléctrico, se mide un análisis de temperatura, las vibraciones en diferentes puntos, la corriente eléctrica y el consumo de energía, etc. El análisis puede basarse en un simple valor umbral/límite o en complejos algoritmos de inteligencia artificial. Adicionalmente a los problemas anteriores, en el actual estado de la técnica se plantean los dos siguientes problemas básicos:
1. Por un lado, es difícil determinar la configuración de vigilancia (inicial). Esto significa que, si una máquina debe ser vigilada, se deben establecer los valores umbral correctos para los diversos parámetros vigilados. Por ejemplo, un sistema de vigilancia para un motor debe ser configurado para emitir una alarma si la corriente que consume un motor supera un cierto valor umbral, por ejemplo, 2,2 amperios. Dado que partes de máquina/máquinas similares no pueden instalarse con las mismas condiciones de funcionamiento, puede ser que los propios valores umbral para partes de máquina similares sean diferentes. Para un motor, por ejemplo, que funciona en un entorno cálido, probablemente se establezca un umbral de temperatura más alto que para un motor que funciona en un entorno climatizado.
2. Por otra parte, la configuración de la vigilancia debe adaptarse continuamente durante la vida útil de las partes de la máquina. Con el envejecimiento de las partes de máquina, es decir, la duración del funcionamiento de la máquina, también se modifican los valores umbral para los parámetros de vigilancia. Por ejemplo, para un motor, por ejemplo, con 1000 horas de funcionamiento debe establecerse un valor umbral más alto para la vibración que para un motor nuevo. Esto significa que la configuración de vigilancia debe reajustare periódicamente.
La actual manera de proceder consiste en determinar la configuración de vigilancia (inicial) de manera principalmente estática y únicamente al principio. A este respecto, la configuración de vigilancia (inicial), así como la adaptación de la configuración de vigilancia a lo largo de la vida útil de la parte de máquina se decide únicamente en función de las diferentes partes de máquina e independientemente de los parámetros de funcionamiento. Factores de influencia como la antigüedad de la máquina, condiciones de uso de la máquina, etc., hasta la fecha no se han tenido en cuenta.
El documento de divulgación DE 102012223249 A1 desvela un procedimiento para la vigilancia automatizada de un estado de funcionamiento de un aparato electrodoméstico. El procedimiento comprende las etapas de recepción de un parámetro de aparato actual que se refiere a un funcionamiento del aparato electrodoméstico, comparación automática del parámetro actual del aparato con un parámetro de aparato previamente guardado, y generación de una señal de aviso en caso de divergencia entre el parámetro actual del aparato y el parámetro de aparato guardado previamente.
Por tanto, un primer objetivo es indicar un procedimiento mejorado para el reconocimiento de fallos y la vigilancia en una parte de máquina regulada y controlada electrónicamente en un proceso industrial. Por tanto, un segundo objetivo es indicar un sistema tal que sea apropiado en particular para la realización del procedimiento de acuerdo con la
invención.
El objetivo referido al procedimiento se resuelve mediante la indicación de un procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia en una parte de máquina regulada y controlada electrónicamente con agentes para el reconocimiento de parámetros de funcionamiento y parámetros de vigilancia, con las etapas:
- detección y almacenamiento de los parámetros de funcionamiento y de los parámetros de vigilancia de partes de máquina,
- determinación de al menos un grupo de comparación de partes de máquina comparables y parámetros de funcionamiento comparables sobre la base de los parámetros de funcionamiento detectados y de la parte de máquina,
- aplicación de un procedimiento de análisis estadístico para crear al menos un valor umbral sobre la base del grupo de comparación definido y para reconocer divergencias de al menos un estado o al menos un parámetro de vigilancia sobre la base del valor umbral, y asociación de la divergencia a la parte de máquina.
El objetivo referido al sistema se resuelve mediante la indicación de un sistema para el reconocimiento de fallos y la vigilancia en una parte de máquina regulada y controlada electrónicamente con agentes para el reconocimiento de parámetros de funcionamiento y parámetros de vigilancia, en el que
- está prevista una detección y un almacenamiento de los parámetros de funcionamiento y de los parámetros de vigilancia de partes de máquina,
- se puede determinar al menos un grupo de comparación de partes de máquina comparables y parámetros de funcionamiento comparables sobre la base de los parámetros de funcionamiento detectados y de la parte de máquina,
- está prevista una aplicación de un procedimiento de análisis estadístico para crear al menos un valor umbral sobre la base del grupo de comparación definido y para reconocer divergencias de al menos un estado o al menos un parámetro de vigilancia sobre la base del valor umbral, y está prevista una asociación de la divergencia a la parte de máquina.
De acuerdo con la invención, se utiliza un grupo de partes de máquina comparables como nivel de partida para la evaluación de las diferentes partes de máquina dentro del grupo con vista al reconocimiento de fallos con relación a los parámetros de vigilancia y los parámetros de funcionamiento.
Con el procedimiento y el sistema anteriormente descritos se pueden calcular dinámicamente el valor umbral y la configuración y, por tanto, se puede determinar mejor la divergencia sin que la parte de máquina deba ser conocida con exactitud.
Con el procedimiento y el sistema anteriormente descritos, no es necesario ajustar/calibrar, además, las configuraciones de vigilancia manualmente a lo largo del tiempo. Todos los factores, como antigüedad, desgaste, etc., de la máquina son tenidos en cuenta o se incluyen en el cálculo por medio de la invención, es decir, por medio del planteamiento, basado en grupos, de acuerdo con la invención. Por tanto, es posible un funcionamiento más seguro y mejorado de la máquina durante toda su vida útil.
La invención con el planteamiento basado en grupos representa, por tanto, un desarrollo importante con respecto al reconocimiento de fallos y la vigilancia de estados de máquinas en diferentes instalaciones.
En las reivindicaciones dependientes se enumeran otras medidas ventajosas que se pueden combinar entre sí discrecionalmente para obtener más ventajas.
Preferentemente, los parámetros de funcionamiento y/o los parámetros de vigilancia se almacenan en una nube. En ella, puede tener lugar la aplicación/procesamiento, por ejemplo, por parte de un proveedor externo. El almacenamiento local en un ordenador conectado o no a la red también es posible, por supuesto.
En un diseño preferente, los parámetros de funcionamiento se detectan y almacenan en la puesta en marcha al menos de la parte de máquina. Esto lo puede llevar a cabo un usuario de manera manual, o puede ser realizado por sensores automáticamente. Los parámetros de funcionamiento también se pueden reconocer y almacenar puntual o continuamente.
Preferentemente, al menos dos partes de máquina en un grupo de comparación no están en funcionamiento en el mismo lugar.
En un ejemplo de realización preferente, la determinación del grupo de comparación se lleva a cabo sobre la base de un algoritmo de agrupaciones de comparación, utilizándose un algoritmo de agrupaciones de comparación diferente
para diferentes máquinas. Este puede estar, además, ponderado. Ejemplos de cómo se puede seleccionar un grupo de comparación, se enumeran en la descripción de la figura.
Preferentemente, se transmite el tipo y opcionalmente la dimensión de la divergencia. De esta manera, se pueden introducir de manera más sencilla medidas correctoras. Esto significa que, en caso de una desviación grave, la parte de máquina o la máquina puede ser detenida inmediatamente. La parte de máquina también puede seguir funcionando con parámetros de vigilancia modificados o restringidos. Por ejemplo, a temperaturas elevadas, la velocidad de un motor puede reducirse/ajustarse después de un ajuste adecuado de los parámetros de vigilancia para garantizar un funcionamiento más fiable.
Preferentemente, por medio del procedimiento de análisis estadístico se determina para cada parámetro de vigilancia un valor umbral, determinándose la divergencia a partir de la comparación del parámetro de vigilancia con el valor umbral. El procedimiento analítico puede ser cualquier procedimiento analítico adecuado y puede incluir factores de ponderación.
Preferentemente, se calcula una función de error al menos de la parte de máquina y, por medio del procedimiento de análisis estadístico, se determina una función como valor umbral en el que la parte de máquina está en funcionamiento sin divergencia, es decir, sin fallos. A este respecto, debe observarse que la máquina o la parte de máquina funcione con los respectivos parámetros de funcionamiento sin fallos o sin divergencias.
Otras características, propiedades y ventajas de la presente invención se desprenden de la siguiente descripción con referencia a la figura adjunta. En ella, muestra esquemáticamente
la Figura 1, el procedimiento de acuerdo con la invención.
Aunque la invención se ha ilustrado y descrito en detalle mediante el ejemplo de realización preferente, la invención no queda limitada al ejemplo divulgado. El experto/la experta pueden deducir variaciones a partir del mismo sin abandonar el alcance de la protección de la invención tal y como se define a través de las reivindicaciones.
De acuerdo con la invención, en primer lugar, en una primera etapa, se reconocen y almacenan los parámetros de funcionamiento y los parámetros de vigilancia de las partes de máquina vigiladas. Esto significa que, adicionalmente a los parámetros de vigilancia, se detectan los parámetros de funcionamiento y se utilizan para la evaluación de una divergencia. Estos parámetros de funcionamiento pueden ser, por ejemplo, parámetros ambientales, ubicación, tipo de carga, tipo de aplicación, etc. Como parámetros de vigilancia, puede mencionarse, por ejemplo, la temperatura. Esta información puede almacenarse en una base de datos local, por ejemplo, ubicada en el sitio, o en una nube. A este respecto, se puede realizar un reconocimiento de los parámetros de funcionamiento en la puesta en marcha. Es decir, el registro de los parámetros de funcionamiento puede tener lugar cuando la máquina o la parte de la máquina se pone en funcionamiento una sola vez o de forma continua. También puede realizarse automáticamente por medio de sensores u otros dispositivos de medición y/o manualmente por parte de un operador.
En una segunda etapa, sobre la base de los parámetros de funcionamiento detectados y de la parte de máquina, se determina al menos un grupo de comparación, es decir, una familia de partes de máquina equiparables o similares con parámetros de funcionamiento equiparables o similares.
Las partes de máquina en un grupo de comparación no tienen que estar necesariamente físicamente en el mismo lugar. A continuación, se dan algunos ejemplos de agrupación:
i) partes de máquina iguales o similares de una familia de productos específica de un fabricante específico, por ejemplo, partes de máquina de una familia de productos específica de un fabricante de automóviles, ii) partes de máquina de una familia de productos específica de un fabricante específico, asumiendo las partes de máquina funciones similares (por ejemplo, soldar),
iii) partes de máquina del mismo tipo que funcionan en las mismas condiciones ambientales, por ejemplo, motores eléctricos del mismo tipo, por ejemplo, de una bomba que se utiliza al aire libre en una refinería química, iv) partes de máquina del mismo tipo y con la misma aplicación que, sin embargo, se encuentran en distintas sedes, por ejemplo, una caja de cambios del mismo tipo de un fabricante específico para aplicaciones de presión que se encuentran en distintas sedes.
Cabe señalar que esta lista solo tiene fines ilustrativos y que no es ni completa ni exhaustiva.
El algoritmo de agrupaciones de comparación para la introducción de grupos de comparación puede diferenciarse de un caso a otro. El algoritmo de agrupaciones de comparación puede realizarse a través de un aparato informático o como una aplicación en una nube.
En una tercera etapa, se aplica un procedimiento de análisis estadístico para la generación de al menos un valor
umbral del grupo de comparación y para el reconocimiento de divergencias de al menos un estado o de un parámetro de vigilancia sobre la base del valor umbral. A continuación, la divergencia se asocia a una parte de máquina.
Esto se muestra en el siguiente ejemplo. En este sentido, hay un grupo de comparación de 'N' partes de máquina, en este caso, por ejemplo, motores eléctricos. A este respecto, el grupo de comparación se ha creado como se ha descrito en la etapa dos. El reconocimiento de fallos o la divergencia se debe realizar sobre la base de un conjunto de tres parámetros de vigilancia Tw i, A s i , Iwi. Estos son, por ejemplo:
la temperatura del bobinado del motor: Tw i la aceleración del árbol de acoplamiento: A s i la corriente de bobinado: Iwi con i = 1, 2, 3. .. N.
Para el reconocimiento de una divergencia se lleva a cabo un procedimiento de análisis estadístico. Para ello, se calcula una función de error fi de cada motor i=1, 2, 3..., N dentro del grupo de comparación:
1 ) f . = a * T wi+ ( l * A si n * I wi representando a , f i , n las ponderaciones para la temperatura del bobinado del motor Twi, la aceleración del árbol de acoplamiento: A s i y la corriente de bobinado Iw i .
Luego se determina una función fnormal en la que la parte de máquina está en funcionamiento sin divergencia, es decir, sin fallos. Para ello, se determinan los valores medios Tw,avg ,As,avg , Iw,avg de los parámetros de vigilancia de todas las N máquinas en el grupo de comparación:
2) + T W 2 T W 3 -
T _ T W 1 TW N
1 w ,a v g N
i
3) _ A s A S2+ A s 3+...Asn A A s ,a v g N
4) Iw i !w 2 !w 3+ ...Iw N
1w ,a v g
N
Así, resulta fnormal.
5) fnormal = a * T w,avg + * A s,a vg + 77 * Iw
El valor calculado fnormal puede, por tanto, utilizarse como valor umbral para una divergencia de los parámetros de vigilancia dentro del grupo de comparación.
Para detectar fallos o divergencias, por tanto, únicamente debe compararse la función de error f calculada de cada motor N dentro del grupo de comparación con el valor umbral fnormal.
Este planteamiento se puede generalizar fácilmente a los tres parámetros de vigilancia. En el ejemplo anterior se utiliza un procedimiento de análisis promedio simple. Sin embargo, también pueden utilizarse procedimientos de análisis estadísticos de manera similar.
El procedimiento/sistema puede realizarse localmente en un ordenador o como aplicación en una nube.
Esto se muestra de nuevo esquemáticamente con ayuda de la Figura 1.
Un número de partes de máquina 1 a 4 comunica sus datos, es decir, los parámetros de funcionamiento 6 y los parámetros de vigilancia 7 en una base de datos 5 por medio de un agente adecuado. Esta base de datos almacena los parámetros de funcionamiento 6 y los parámetros de vigilancia 7. A este respecto, los parámetros de funcionamiento 7 se pueden reconocer y almacenar en particular en la puesta en marcha. El reconocimiento puede ser realizado, por ejemplo, por medio de sensores, los parámetros de funcionamiento 6 también pueden ser introducidos manualmente por medio del operador.
Un algoritmo de agrupaciones de comparación 8 determina un grupo de comparación 9 de partes de máquina comparables y parámetros de funcionamiento comparables sobre la base de los parámetros de funcionamiento 9 detectados y de la parte de máquina. Esta parte de máquina que debe ser comparada se consigna en este caso con el número 1. Como partes de máquina comparables se utilizan en este caso las partes de máquina 3,4. Cuando ya se ha formado el grupo de comparación, se calcula por medio de un procedimiento de análisis estadístico 10 un valor umbral 11, por ejemplo, mediante la anterior función. Con ayuda de este valor umbral 11 se pueden determinar fallos o divergencias de los parámetros de vigilancia 7 relevantes de la parte de máquina 1. Con ayuda de estas divergencias,
se puede ordenar, por ejemplo, un mantenimiento, o la parte de máquina 1 puede funcionar con otros parámetros. Por supuesto, se puede proceder de manera análoga con las partes de máquina 3 y 4. También se puede emitir una alarma si la divergencia es demasiado grande.
De acuerdo con la invención, se toman en consideración y se incluyen en el cálculo por medio de la invención todos los factores, como antigüedad, desgaste, etc., de la máquina. De acuerdo con la invención, también se toman en consideración los parámetros de funcionamiento. Gracias al planteamiento basado en grupos de acuerdo con la invención, es posible un reconocimiento de fallos sencillo sin gran esfuerzo.
Claims (16)
1. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia en una parte de máquina (1) regulada o controlada electrónicamente con agentes para el reconocimiento de parámetros de funcionamiento (6) y parámetros de vigilancia (7),
caracterizado por
- la detección y el almacenamiento de los parámetros de funcionamiento (6) y de los parámetros de vigilancia (7) de partes de máquina (1,2,3,4),
- la determinación de al menos un grupo de comparación (8) de partes de máquina (1,3,4) comparables y parámetros de funcionamiento comparables sobre la base de los parámetros de funcionamiento (6) detectados y de la parte de máquina (1),
- la aplicación de un procedimiento de análisis estadístico (10) para crear al menos un valor umbral (11) sobre la base del grupo de comparación definido (9) y para reconocer divergencias de al menos un estado o al menos un parámetro de vigilancia (7) sobre la base del valor umbral (11), y asociación de la divergencia a la parte de máquina (1).
2. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según la reivindicación 1,
caracterizado por que los parámetros de funcionamiento (6) y/o los parámetros de vigilancia (7) se almacenan en una nube.
3. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por que los parámetros de funcionamiento (6) se reconocen y almacenan en la puesta en marcha al menos de la parte de máquina (1).
4. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que los parámetros de funcionamiento (6) se reconocen y almacenan puntual o continuamente.
5. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos dos partes de máquina (1, 3,4) en un grupo de comparación (9) no están en funcionamiento en el mismo lugar.
6. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la determinación del grupo de comparación (9) se efectúa sobre la base de un algoritmo de agrupaciones de comparación (8), utilizándose un algoritmo de agrupaciones de comparación (8) diferente para diferentes partes de máquina (1).
7. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se transmite el tipo y opcionalmente la dimensión de la divergencia.
8. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la parte de máquina (1) sigue funcionando con parámetros de vigilancia (7) modificados o restringidos.
9. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que mediante el procedimiento de análisis estadístico (10) se fija para cada parámetro de vigilancia (7) un valor umbral (11) y se determina la divergencia sobre la base de una comparación del parámetro de vigilancia (7) con el valor umbral (11), y presentando el procedimiento de análisis estadístico (10) factores de ponderación.
10. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el procedimiento de análisis estadístico (10) presenta factores de ponderación en función de la parte de máquina (1).
11. Procedimiento para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se calcula una función de error (f ) al menos de la parte de máquina (1), así como se determina por medio del procedimiento de análisis estadístico (10) una función (fnorm a) como valor umbral (11) en el que la parte de máquina (1) está en funcionamiento sin divergencia, es decir, sin fallos.
12. Sistema para el reconocimiento de fallos y la vigilancia en un componente de máquina (1) regulado o controlado electrónicamente con agentes para el reconocimiento de parámetros de funcionamiento (6) y parámetros de vigilancia (7),
caracterizado por que
- está prevista una detección y un almacenamiento de los parámetros de funcionamiento (6) y de los parámetros
de vigilancia (7) de partes de máquina (1,2,3,4),
- se puede determinar al menos un grupo de comparación (9) de partes de máquina (1,3,4) comparables y parámetros de funcionamiento comparables sobre la base de los parámetros de funcionamiento (6) detectados y de la parte de máquina (1),
- está prevista una aplicación de un procedimiento de análisis estadístico (10) para crear al menos un valor umbral (11) sobre la base del grupo de comparación definido (9) y para reconocer divergencias de al menos un estado o al menos un parámetro de vigilancia (7) sobre la base del valor umbral (11), y está prevista una asociación de la divergencia a la parte de máquina (1).
13. Sistema para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según la reivindicación 12,
caracterizado por que los agentes reconocen y almacenan los parámetros de funcionamiento (6) en la puesta en marcha al menos de la parte de máquina (1).
14. Sistema para el reconocimiento de fallos y la vigilancia según la reivindicación 12 o 13,
caracterizado por que el procedimiento de análisis estadístico (10) fija para cada parámetro de vigilancia (7) un valor umbral (11) y se puede determinar la divergencia sobre la base de una comparación del parámetro de vigilancia (7) con el valor umbral (11), y presentando el procedimiento de análisis estadístico (10) factores de ponderación.
15. Sistema de reconocimiento de fallos y vigilancia según una de las reivindicaciones 12 a 14,
caracterizado por que está previsto un sistema de alarma para emitir una alarma en caso de divergencia, en particular si la divergencia sobrepasa un valor predefinido.
16. Sistema de reconocimiento de fallos y vigilancia según una de las reivindicaciones 12 a 15,
caracterizado por que está previsto un cálculo de una función de error ( f ) al menos de la parte de máquina (1) y, por medio del procedimiento de análisis estadístico (10), se puede determinar una función ( fn o m a ) como valor umbral (11) en la que la parte de máquina (1) está en funcionamiento sin divergencia, es decir, sin fallos.
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