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WO2022002442A1 - SYSTEM UND VERFAHREN ZUM ERMITTELN EINES KABELVERSCHLEIßZUSTANDS - Google Patents

SYSTEM UND VERFAHREN ZUM ERMITTELN EINES KABELVERSCHLEIßZUSTANDS Download PDF

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Publication number
WO2022002442A1
WO2022002442A1 PCT/EP2021/051907 EP2021051907W WO2022002442A1 WO 2022002442 A1 WO2022002442 A1 WO 2022002442A1 EP 2021051907 W EP2021051907 W EP 2021051907W WO 2022002442 A1 WO2022002442 A1 WO 2022002442A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cable
designed
data signal
parameter set
diagnostic device
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/051907
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eduard Faber
Danny Schneider
Timo STREICHERT
Silvia STARZ
Original Assignee
Festo Se & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Festo Se & Co. Kg filed Critical Festo Se & Co. Kg
Priority to US18/014,209 priority Critical patent/US20230266406A1/en
Priority to DE112021003174.0T priority patent/DE112021003174A5/de
Priority to CN202180054534.0A priority patent/CN116457739A/zh
Publication of WO2022002442A1 publication Critical patent/WO2022002442A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283—Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/58—Testing of lines, cables or conductors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/21—Pc I-O input output
    • G05B2219/21157—Broken, open line, cable, circuit, faulty connection
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37254—Estimate wear of subsystem of machine with measures from other subsystems

Definitions

  • the invention relates to a system for
  • Industrial automation comprising a field device with a functional unit, in particular an actuator unit, sensor unit and / or control unit, which is designed to provide a function in accordance with received user data, as well as a communication unit for receiving a user data signal containing the user data via a cable.
  • the communication unit is designed to provide a parameter set on the basis of the user data signal and to carry out signal processing of the user data signal using the parameter set in order to obtain the user data from the user data signal.
  • the cable is, for example, a bus cable.
  • the cable can also be referred to as a data transmission cable.
  • the cable is expediently arranged in a drag chain and / or is subject to mechanical stress, such as tension, torsion or bending, as a result of which the transmission properties of the cable deteriorate over time.
  • the system includes an actuator device, through which the cable in a
  • the cable expediently has a symmetrical geometry and is designed, for example, as a star-quad cable or twisted pair cable. Deformation of the cable disrupts the geometry of the cable and, for example, increases crosstalk between wire pairs in the cable. Furthermore, a dielectric of the cable - that is, the sheathing of a wire of the cable - can be damaged by the load on the cable, since cracks form in the dielectric, for example, which interfere with the transmission of electromagnetic waves.
  • the cable is regularly replaced according to a maintenance plan, especially before it reaches a critical cable wear state - i.e. a cable wear state in which the transmission of the
  • Cable wear state are closed, in which the cable is to be replaced.
  • the company UI Lapp GmbH has announced a "Lapp Predictive Maintenance Box" which will be connected in series to a Data line can be plugged in and monitors whether the transmission properties of a line deteriorate.
  • US Pat. No. 7,864,694 B1 describes a system and method for monitoring the quality of a data connection in a 100 Mb Ethernet physical layer device.
  • a connection quality monitoring unit records operational values of data connection parameters. If an operating value of a data connection parameter exceeds a high or low threshold value, the connection quality monitoring unit issues a termination connection signal in order to cause a current data connection to be terminated and a new data connection to be established.
  • One object of the invention is to provide a reliable system for industrial automation.
  • the object is achieved by the system according to claim 1.
  • the system comprises a diagnostic device which is designed to determine a cable wear state of the cable in accordance with an indicator variable based on the parameter set.
  • the indicator size is an illustration of the parameter set.
  • the indicator size is based on a single, several or all parameters of the parameter set.
  • the indicator variable is preferably based on a sum of several parameters of the parameter set. It is also possible for the indicator variable to represent an individual, several or all parameters of the parameter set.
  • the parameter set itself can also be used as an indicator variable.
  • the determination of the cable wear condition is based (via the indicator size) expediently on the parameter set that is already used to receive the user data.
  • the parameter set includes as parameters, for example, one or more coefficients of an equalization unit that is used for signal processing of the useful data signal.
  • the equalizer unit can also be referred to as an equalizer.
  • the equalization unit serves to compensate for any attenuation of the useful data signal, in particular frequency-dependent, caused by the cable.
  • the cable attenuates high frequencies more than low frequencies.
  • the equalization unit serves in particular to compensate for the attenuation of the high frequencies.
  • the parameter set and / or the indicator variable is expediently related to a transmission property, in particular attenuation, of the cable.
  • the parameter set and / or the indicator size shows how strong the attenuation of the useful data signal caused by the cable is.
  • the parameter set and / or the indicator size shows the
  • the transmission properties, in particular the attenuation, of the cable are related to the cable wear condition.
  • the cable wear state can be determined on the basis of the indicator variable based on the parameter set.
  • a non-critical cable wear condition can be determined as the cable wear condition, in which the transmission properties of the cable have already deteriorated, but the useful data signal can still be transmitted.
  • the system is expediently designed to indicate that the cable must be replaced even when the non-critical cable wear state is present. on In this way, it can be prevented that the cable continues to wear down to a critical cable wear state, in which the user data signal can no longer be transmitted and consequently failures and / or malfunctions can occur in the system.
  • Cable wear condition it is possible to identify a cable that needs to be replaced due to wear at an early stage, before this cable leads to failures and / or malfunctions in the system. Thus, the reliability of the system can be improved.
  • the parameter set and / or the indicator variable is provided by the field device itself. So it is expediently (in addition to the field device) no further unit is required to the parameter set and / or the
  • the field device is available in order to provide the function that is particularly related to the industrial manufacturing process.
  • the field device is therefore already present in the system for a reason other than the determination of the cable wear status.
  • the field device is, for example, a control unit for a drive, a motor controller, a control unit for reading out a sensor system, a sensor unit, a camera and / or an actuator unit.
  • the invention also relates to a method for determining a cable wear state of a cable, comprising the steps of: receiving, at a field device, a useful data signal, providing a parameter set Basis of the user data signal, performing signal processing of the user data signal using the parameter set in order to obtain user data from the user data signal by means of a functional unit, in particular an actuator unit, sensor unit and / or control unit of the
  • Field device providing a function according to the user data, and determining a cable wear state of the cable according to an indicator variable based on the parameter set.
  • the method is preferably carried out with the described system for industrial automation. According to a preferred embodiment, the method is designed in accordance with a further development of the system.
  • Figure 1 is a schematic representation of a system for industrial automation
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a field device
  • FIG. 3 shows a time course of an indicator variable.
  • FIG. 1 shows a system 10 which is used in particular for use in industrial automation.
  • the system 10 can also be referred to as an industrial system.
  • the system 10 is used, for example, in an industrial manufacturing process.
  • the system 10 is an industrial production line.
  • the system 10 comprises at least one field device 1.
  • the system 10 preferably comprises a plurality of field devices 1.
  • the field devices 1 include a first field device 1A, a second field device 1B, a third field device IC and / or a fourth field device ID.
  • the field device 1 comprises a functional unit 2.
  • the functional unit 2 comprises, for example, an actuator unit, a sensor unit and / or a control unit.
  • the functional unit 2 is designed to provide a function in accordance with received useful data ND.
  • the functional unit 2 is preferably designed as an actuator unit, for example as an electric or pneumatic drive, and is designed to provide a drive, in particular a movement, as the function according to the useful data ND.
  • the useful data are, for example, control data for the actuator unit and in particular specify the drive to be provided, in particular the movement.
  • the actuator unit is an electro-pneumatic converter.
  • the functional unit 2 can be designed as a sensor unit and, for example, serve to detect, as the function, a physical variable that is associated in particular with an industrial manufacturing process.
  • the sensor unit is expediently designed to record the physical variable in accordance with the received useful data.
  • the functional unit 2 can be designed as a control unit, and is in particular designed as the Function of controlling an actuator device 8 in order to cause the actuator device 8 to carry out a movement 9.
  • the control unit is designed in particular to carry out the control on the basis of the useful data ND.
  • the useful data ND specify the activation of the actuator device 8 to be carried out.
  • the field device 1 further comprises a communication unit 3 for receiving a useful data signal DS which contains the useful data ND.
  • the field device 1 is expediently connected to a bus, in particular a field bus, via the communication unit 3.
  • the field device 1 is expediently a field bus participant.
  • the communication unit 3 receives the user data signal DS via a cable 4.
  • the cable 4 is connected to the field device 1 by way of example.
  • the cable 4 is expediently part of a bus, in particular an industrial bus, preferably a field bus.
  • the cable 4 can also be referred to as a bus cable.
  • the communication unit 3 is designed to provide a parameter set PS on the basis of the useful data signal DS and, using the parameter set PS, to provide one
  • the system 10 further comprises a diagnostic device 5 which is designed to determine a cable wear state of the cable 4 in accordance with an indicator variable IG based on the parameter set PS.
  • the system 10 includes a higher-level controller 6, which is designed, for example, as a programmable logic controller, PLC.
  • the higher-level controller 6 is communicatively connected to the field devices 1, specifically in particular via a bus, which expediently runs over one or more cables 4.
  • the higher-level controller 6 is expediently designed to provide a user data signal that contains user data directed to one or more field devices 1 and to transmit the user data signal to the one or more field devices 1 via the one or more cables 4.
  • the system 10 preferably comprises a plurality of cables 4.
  • the cables 4 comprise a first cable 4A, a second cable 4B, a third cable 4C and a fourth cable 4D.
  • Each cable 4 is expediently connected to an input of a respective field device 1.
  • the first cable 4A is connected to an input of the first field device 1A.
  • the second cable 4B is connected to an input of the second field device 4B.
  • the third cable 4C is connected to an input of the third field device 4C.
  • the fourth cable 4D is connected to an input of the fourth field device 4D.
  • the first cable 4A connects the first field device 1A to the third field device IC
  • the second cable 4B connects the second field device 1B to the fourth field device ID
  • the third cable 4C connects the third field device IC to the second field device 1B
  • the fourth cable 4D connects the fourth field device to the higher-level controller 6.
  • the field devices 1 are connected in series to one another via the cables 4, that is to say in particular in a line topology.
  • the Field devices 1 and expediently the higher-level controller 6) can be connected via the cables 4 in a different topology.
  • the system 10 preferably comprises at least one actuator device 8 which is designed to provide a movement 9.
  • the system comprises several actuator devices 8, each of which provides a respective movement 9.
  • each movement 9 sets a respective cable 4 into a respective cable movement.
  • the cable movement can lead to stress and, in particular, to wear and tear on the respective cable 4.
  • there is a first actuator device 8A which brings about a cable movement of the first cable 4A.
  • a second actuator device 8B is present, purely by way of example, which brings about a cable movement of the second cable 4B and / or the third cable 4C.
  • the first field device 1A is coupled to the first actuator device 8A, in particular attached to the first actuator device 8A, so that the movement 9 provided by the first actuator device 8A leads to a movement of the first field device 1A, causing the cable movement of the first cable 4A .
  • the second field device 1B is coupled to the second actuator device 8B, in particular attached to the second actuator device 8B, so that the movement 9 provided by the second actuator device 8B leads to a movement of the second field device 1A, whereby the cable movement of the second cable 4B and / or the third cable 4C.
  • the diagnostic device 5 preferably comprises at least one local diagnostic unit 16 which is part of the field device 1.
  • the local diagnostic unit 16 is expediently integrated in the field device 1.
  • the local Diagnostic unit 16 arranged in a housing 21 of field device 1.
  • the diagnostic device 5 comprises a plurality of local diagnostic units 16, each local diagnostic unit 16 being part of a respective field device 1.
  • Each local diagnostic unit 16 is expediently designed to determine the cable wear state locally in the respective field device 1 in accordance with the respective indicator variable IG based on the respective parameter data set.
  • Each local diagnostic unit 16 is preferably designed to provide the indicator variable IG on the basis of the parameter data set.
  • the diagnostic device 5 comprises a central diagnostic unit 17, in particular as an alternative or in addition to the local diagnostic units 16.
  • the central diagnostic unit 17 is part of the higher-level controller 6.
  • the central diagnostic unit 17 is arranged in a housing of the higher-level controller 6.
  • the central diagnostic unit 17 is expediently designed to determine a cable wear state on the basis of an indicator variable IG of one of the field devices 1.
  • the central diagnostic unit 17 is designed to determine a respective cable wear state for a plurality of cables 4 on the basis of a respective indicator variable IG.
  • the system 10 is designed to transmit at least one, in particular several parameter sets and / or indicator variables IG, from one or more field devices 1 to the central diagnostic unit 17, in particular via the bus, preferably via the cable 4.
  • the central diagnostic unit 17 is expediently designed to provide a respective indicator variable IG on the basis of each received parameter set.
  • the diagnostic device comprises an external diagnostic unit 18, in particular as an alternative or in addition to the local diagnostic units 16 and / or the central diagnostic unit 17.
  • the external diagnostic unit 18 is part of an external computer unit 7.
  • the external computer unit 7 is, for example, a mobile device, in particular a smartphone or a tablet.
  • the external computer unit 7 can also be an external server, for example a cloud server.
  • the external computer unit 7 is expediently via a
  • the external diagnostic unit 18 is expediently designed to determine a cable wear state on the basis of the indicator variable IG of one of the field devices 1.
  • the external diagnostic unit 18 is designed to determine a respective cable wear state for a plurality of cables 4 on the basis of a respective indicator variable IG.
  • the system 10 is designed, at least one, in particular several
  • Parameter sets and / or indicator quantities IG to be transmitted from one or more field devices 1 to the external diagnostic unit 18, in particular via the wide area network 19.
  • the external diagnostic unit 18 is expediently designed to provide a respective indicator quantity IG on the basis of each received parameter set.
  • the field device 1 comprises the housing 21, which in particular represents an outer housing of the field device 1.
  • the field device 1 comprises the communication unit 3, the diagnostic device 5 (exemplarily as a local diagnostic unit 16 of the diagnostic device 5) and the functional unit 2, which are expediently arranged in the housing 21.
  • the communication unit 3 is designed to provide the parameter set PS on the basis of the received user data signal DS.
  • the parameter set PS is exemplary in connection with a transmission property of the cable.
  • the parameter set PS maps a particularly frequency-dependent attenuation of the cable 4.
  • the parameter set comprises one or more parameters, each parameter expediently mapping the attenuation of a different frequency band of the useful data signal DS.
  • the communication unit 3 comprises an equalization unit 12 which is designed to perform signal equalization of the useful data signal DS as the signal processing using the parameter set PS.
  • the parameter set preferably includes coefficients as parameters which the equalization unit 12 uses to equalize the useful data signal DS.
  • the equalizer unit 12 can also be referred to as an equalizer. Each coefficient is expediently assigned to a respective frequency band and describes the amplification of this frequency band to be carried out by the equalization unit 12.
  • the equalization unit 12 is designed, for example, as a digital filter, in particular as an FIR filter.
  • the communication unit 3 comprises, for example, a parameter set unit 15 which is designed to provide the parameter set PS on the basis of the useful data signal DS.
  • the parameter set unit 15 is designed in particular, the parameter set according to an attenuation of the
  • the parameter set unit 15 is expediently designed as a digital filter, in particular as an FIR filter.
  • the communication unit 3 receives the user data signal DS via the cable 4 as an analog user data signal ADS.
  • the communication unit 3 comprises an analog-to-digital converter 11 which converts the analog user data signal ADS into a digital user data signal DDS.
  • the digital user data signal DDS expediently comprises a sequence of signal values which map the time profile of the analog user data signal ADS - and thus in particular the signal shape of the analog user data signal ADS.
  • the individual signal values of the digital useful data signal DDS expediently have a resolution of more than one bit.
  • the communication unit 3 feeds the digital user data signal DDS to the equalization unit 12, which provides an equalized user data signal EDS on the basis of the digital user data signal DDS and using the parameter set PS.
  • the communication unit 3 feeds the digital user data signal DDS and / or the rectified user data signal EDS to the parameter set unit 15, which provides, in particular calculates or selects, the parameter set PS on the basis of the digital user data signal DDS and / or the rectified user data signal EDS.
  • the communication unit 3 also includes, for example, an extraction unit 14 which rectifies the useful data from the The user data signal EDS is extracted and the user data is made available to the functional unit 2.
  • an extraction unit 14 which rectifies the useful data from the The user data signal EDS is extracted and the user data is made available to the functional unit 2.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to carry out a selection and / or weighting of the parameters of the parameter set and to provide, in particular to calculate, the indicator variable IG on the basis of the selected and / or weighted parameters.
  • the system 10, in particular the diagnostic device 5 defines the selection and / or weighting of the parameters to be used for the indicator variable IG during commissioning.
  • those parameters that have a stronger correlation to cable wear than other parameters are selected and / or weighted more heavily than the other parameters for the provision of the indicator variable IG.
  • the indicator variable IG can in particular be a scalar or a vector variable.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to provide the indicator variable IG continuously on the basis of the parameter set that changes over time, in particular to calculate it.
  • the indicator variable IG is present in particular as an indicator variable signal that changes over time.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to calculate the indicator variable IG as a function of the parameter set.
  • the indicator variable IG is based on a single, several or all parameters of the parameter set.
  • the indicator variable IG is preferably based on a sum of several or all parameters of the parameter set.
  • the indicator variable IG is based on the sum of the selected parameters of the parameter set. It is also possible for the indicator variable IG to represent a single, several or all parameters of the parameter set.
  • the parameter set itself can also be used as the indicator variable IG.
  • the diagnostic device 5 preferably has a reference value and is designed to compare the indicator variable IG with the reference value in order to obtain the
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to calculate a change in the indicator variable IG and the
  • the diagnostic device 5 is designed to calculate the first time derivative and / or the second time derivative of the indicator variable IG and to determine the cable wear state on the basis of the first time derivative and / or the second time derivative.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to determine the cable wear state during ongoing operation, that is to say in particular during an ongoing industrial manufacturing process carried out with the system 10.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to provide the indicator variable IG on the basis of a set of parameters provided during operation and to determine the cable wear state on the basis of the indicator variable IG.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to provide cable wear information on the basis of the determined cable wear state, in particular to store, transmit and / or output it to a user, for example to display it on a display.
  • the cable wear information indicates, for example, that the cable 4, the cable wear state of which has been determined, is to be replaced.
  • the cable wear information is displayed, for example, by a field device 1, in particular in a manner that can be perceived by a user, for example visually and / or acoustically.
  • the field device 1 comprises a display, in particular a display and / or an LED, with which the field device 1 displays the cable wear information.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to provide the cable wear information, which indicates that a cable 4 has to be replaced, at a point in time at which the cable 4 can still transmit the useful data signal DS well enough that the communication unit 3 can transmit the useful data signal DS can completely extract useful data ND to be transmitted from the useful data signal DS, so that in particular no useful data ND is lost.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed, based on the determined cable wear state
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to store, transmit and / or output the remaining service life forecast as forecast information, in particular to display it to a user.
  • the external computer unit 7, in particular designed as a mobile device, is designed to display the determined cable wear state of one or more cables 4, in particular on a display of the external computer unit 7.
  • the actuator device 8 is designed to carry out a movement 9, by means of which the cable 4 is set in a cable movement.
  • the actuator device 8 is present in addition to the field device 1 and sets the field device 1 in motion, as a result of which the cable 4 is set in motion.
  • the actuator device can be part of the field device;
  • the actuator device can be the functional unit of the field device, and the actuator device sets the cable 4 in motion.
  • the cable 4 can expediently be guided in a cable guide, for example a drag chain and / or energy chain.
  • the actuator device 8 is designed in particular to provide the movement 9 as a periodically repeating movement, so that the cable 4 is set in a periodically repeating cable movement.
  • the cable movement expediently leads to wear on the cable.
  • the cable movement leads to mechanical stress that leads to aging.
  • the movement of the cable leads in particular to a change in the geometry and / or the dielectric of the cable 4.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to acquire movement information about the cable movement and to take the movement information into account when determining the cable wear status.
  • the movement information shows, for example, when a cable movement occurs.
  • the parameter set PS - and thus also the indicator variable IG - is expediently subject to a change over time, in particular due to the cable movement.
  • FIG. 3 shows an exemplary time course of the indicator variable IG.
  • the time course of the indicator variable IG should also be referred to as the indicator variable signal.
  • the indicator size signal has a plurality of
  • Signal characteristics SC which are exemplarily local maxima.
  • the signal characteristics can be minima or other characteristic features of the indicator variable signal.
  • the cable 4, which is assigned to the indicator variable signal shown, is subject to a periodic movement with the period PD.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to determine the cable wear state from the
  • Indicator size signal to select those indicator size signal values and / or to weight them more heavily than other indicator size signal values in which a certain cable movement and / or a certain deformation of the cable 4 caused by the cable movement is present.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to use the movement information for each indicator variable signal value to recognize whether the certain cable movement and / or the certain cable deformation is present for this indicator variable signal value, and based on this recognition
  • the diagnostic device is in particular designed to determine the cable wear state on the basis of the selected and / or weighted indicator variable signal values.
  • the movement information includes, for example, the period PD of the cable movement.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to take into account those signal characteristics which correlate with the movement information, in particular the period PD, as indicator variable signal values when determining the state of cable wear.
  • the diagnostic device 5 establishes that these signal characteristics SCI, SC2, SC4, SC5 correspond to the movement information and uses this
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to determine that the signal characteristic SC4 does not correspond to the movement information and that of the
  • the diagnostic device 5 can provide the movement information on the basis of the useful data ND, for example when the useful data ND includes control data for the actuator device 8. Furthermore, the diagnostic device 5 can be designed to supply the movement information on the basis of the parameter set and / or the indicator variable, in particular on the basis of a change in the parameter set and / or the indicator variable over time capture. For example, the diagnostic device 5 is designed to detect a periodic change in the parameter set and / or the indicator variable and to provide the movement information on the basis of this periodic change.
  • the movement information expediently relates to a periodicity, in particular a period, of the cable movement.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to count a number of cable movements as the movement information.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to calculate a number of switching cycles, in particular of the actuator device 8, on the basis of the movement information.
  • the system 10 preferably comprises a plurality of field devices 1. Each field device 1 has a respective one
  • Communication unit 3 which is designed to receive a respective user data signal DS via a respective cable 4, to provide a respective parameter set PS according to the respective user data signal DS and, using the respective parameter set PS, to provide a
  • the system 10 in particular the diagnostic device 5, is designed to determine a respective cable wear state for each cable 4 in accordance with a respective indicator variable which is based on the respective parameter set.
  • the diagnostic device 5 determines a first cable wear state for the first cable 4A according to a first indicator variable which is based on a first set of parameters that the first field device 1A uses Signal processing of a first useful data signal received via the first cable 4A is used. Furthermore, the diagnostic device 5 determines a second cable wear condition for the second cable 4B according to a second indicator variable which is based on a second set of parameters that the second field device 1B uses for signal processing of a second useful data signal received via the second cable 4B. Furthermore, the diagnostic device 5 determines a third cable wear condition for the third cable 4C according to a third indicator variable which is based on a third set of parameters that the third field device IC uses to process a third useful data signal received via the third cable 4C. Furthermore, the diagnostic device 5 determines a fourth cable wear condition for the fourth cable 4D according to a fourth indicator variable which is based on a fourth set of parameters that the fourth field device ID uses for signal processing of a fourth useful data signal received via the fourth cable 4D.
  • the system 10 is preferably designed to measure the cable wear state of the first cable 4A, which is connected to the first field device 1A, on the basis of the first indicator variable associated with the first field device 1A (based on the first parameter set) and on the basis of that associated with the second field device 1B to determine the second indicator variable (which is based on the second set of parameters).
  • the system 10, in particular the diagnostic device 5 is designed to take into account the indicator variables and / or parameter sets assigned to the other cables 4, in particular as reference variables, when determining the cable wear state of a cable 4.
  • the system 10, in particular the diagnostic device 5 is designed to recognize that the indicator variable of a first field device 1A compared to changes the indicator sizes of other field devices more strongly, and on the basis of this detection to determine the cable wear state of the first cable 4A connected to the first field device 1A.
  • the system 10, in particular the diagnostic device 5, is designed to
  • the system 10 preferably has property information for each cable 4, which includes type information of the respective cable and / or load information of the respective cable.
  • the system 10 is designed to determine the cable wear state taking into account the property information.
  • the system is designed to group the cables 4 into different cable groups on the basis of the respective property information and to determine the respective cable wear state of each cable 4, taking into account the respective cable group.
  • the diagnostic device 5 is designed to adapt a reference value according to a respective cable group and to determine the cable wear state on the basis of a comparison of the indicator variable with the adapted reference value.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to combine the indicator variables of various field devices 1, for example in the external diagnostic unit 18, and preferably to subject them to a big data analysis.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to train an AI component, for example an artificial neural network, on the basis of the indicator variables, in particular on the basis of the big data analysis, and to use it when determining the cable wear state.
  • the system 10 can in particular according to the method described below for determining a
  • Cable wear condition of a cable 4 are operated.
  • the method comprises the steps of: receiving, at a field device 1, a useful data signal DS, providing a
  • Parameter set PS on the basis of the useful data signal DS, performing signal processing of the useful data signal DS using the parameter set PS in order to obtain useful data ND from the useful data signal, by means of a functional unit 2, in particular an actuator unit,
  • Sensor unit and / or control unit of the field device 1 providing a function according to the user data, and determining a cable wear state of the cable 4 according to an indicator variable based on the parameter set PS. Further exemplary details are to be explained below.
  • the parameter set can, for example, parameters of an automatically set pre-amplification, operating parameters of signal equalizers, the degree of crosstalk from an output port to an input port
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to continuously evaluate the coefficients from the equalization unit 12 and / or other system parameters of the transmission path running over the cable 4 during operation and to analyze the time course in order to determine the cable wear status.
  • the parameters of the parameter set are preferably continuously changing sizes.
  • the Diagnostic device 5 is expediently designed to subject the parameter set and / or the indicator variable to averaging and / or filtering (for example by means of a median filter), in particular to reduce or remove short-term disturbances or measurement errors.
  • the diagnostic device 5 uses, in particular, a time-based filter that converts a countable variable into a continuously changeable variable.
  • the diagnostic device 5 is designed to weight and / or time-filter the parameters of the parameter set according to their relationship with the transmission property, for example the transmission quality, of the cable 4 when calculating the indicator variable.
  • the diagnostic device 5 is designed, depending on the protocol layer in which an error occurs, to determine the weighting of the error when determining the indicator size, in particular such that an error in a higher protocol layer is weighted less than an error in a lower protocol layer.
  • a CRC error can indicate an external electromagnetic interference and accordingly be weighted less.
  • the cable 4 is in particular arranged in a drag chain, which is exemplarily subject to a cyclical sequence of movements, so that the cable 4 experiences a cyclical mechanical load.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to measure the period duration between disturbance events of a parameter of the parameter set and, if the period duration is constant, to conclude that the disturbance events are caused by the mechanical load (and not, for example, by an external electromagnetic disturbance) and the parameter to be included in the indicator size IG.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed, in this way at a temporal filtering to recognize recurring disturbance patterns.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to carry out a relative comparison of indicator variables that are assigned to different field devices 1 and / or cables 4 in order to determine the cable wear state. As an alternative or in addition to this, the diagnostic device 5 is designed to carry out a comparison with a (in particular absolute) reference value in order to determine the cable wear state.
  • the diagnostic device 5 is designed to carry out a distributed, system-wide evaluation method for the parameter sets and / or indicator variables.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to determine the respective cable wear status locally, i.e. in each field device 1 relative to a reference value, e.g. the new status and / or a reference value determined beforehand from corresponding random samples.
  • the system 10 preferably comprises a number N of cables 4 (four cables 4, for example). Of these N cables 4, a number of M cables (exemplarily three cables: the first cable 4A, the second cable 4B and the third cable 4C) are exposed to a particular load - exemplarily the movement 9. It can be assumed that with the increase in the operating time, the M cables age faster than the NM unloaded cables (for example the cable 4D); So the rate of change of the indicator sizes of the M cables differs from the rate of change of the NM unloaded cables.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to determine an expectation corridor for the indicator variable when it is new, in particular in accordance with the cable length, and to determine the cable wear state on the basis of the expectation corridor.
  • the expectation corridor is an example of the reference value.
  • the diagnostic device 5 is designed, in response to the fact that the indicator size of the cable 4 is outside the range of expectations, to determine damage as the cable wear condition and / or to conclude that the assembly was incorrect, and expediently to provide, in particular output, related information.
  • the diagnostic device 5 is embodied as an example, based on the indicator size, an incorrectly drawn one
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to determine the cable wear state of an individual, independent cable 4 on the basis of a comparison with a reference value and / or a comparison of the indicator variable in the new state during initial start-up.
  • the diagnostic device 5 is designed, the coefficients from the equalization unit 12 and optionally other coefficients associated with the cable 4
  • the diagnostic device 5 is optionally designed to give each cable 4 a load profile (e.g. with regard to a bend, Torsion, temperature and / or humidity) in order to adapt an expectation corridor according to the load profile.
  • the diagnostic device 5 compares the adjusted expectation corridor with the indicator variable in order to determine the cable wear state.
  • the stress profile is an example of stress information.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed, starting from an initial state of the system 10, to compare the indicator variables and / or parameter sets of the cables 4 (which lead to different field devices 1) with one another - as a whole or segmented into groups.
  • the cables 4 assigned to the same group are located at the same location (one machine or several identical machines which are operated in parallel) and / or experience similar operating conditions (same room / location). It can be assumed that the cables 4 assigned to the same group are each subject to similar wear and tear.
  • the system 10 is expediently designed to assign cables 4 that are exposed to a particularly high load to one or more groups.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to recognize one of the indicator variables as an outlier on the basis of several indicator variables which are assigned to different cables 4, in particular to different cables 4 of the same group, and to recognize one of the indicator variables on the basis of this recognition
  • the indicator variable recognized as an outlier is still in the expected range of (especially absolute) reference values.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to observe the cable 4 associated with the indicator variable recognized as an outlier with a narrower expectation corridor and / or to provide cable wear information for this cable 4, which requires the cable 4 to be replaced.
  • the cables 4 can be monitored locally and / or centrally.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to locally determine a cable wear state of a cable 4 (in particular, independent of the indicator variables of other cables). Furthermore, the diagnostic device 5 is designed to centrally determine the cable wear state on the basis of indicator variables and / or parameter sets from various field devices. As an example, the diagnostic device 5 is designed to provide and / or process, for example filtering, the respective indicator variable and / or the respective parameter set locally in the respective field device 1 and the indicator variables and / or parameter sets of the field devices 1 to the central diagnostic unit 17 and / or to transmit the external diagnostic unit 18, in particular cyclically and / or in the event of a change.
  • the system components of the system 10 that have an influence on the transmission quality via the cable 4 are preferably versioned. These system components include, for example, the cables 4 and the field devices 1, in particular their communication units 3.
  • the diagnostic device is expediently designed to provide different reference values for different versions and combinations of the system components.
  • the system components include, for example, the cables 4 and the field devices 1, in particular their communication units 3.
  • Diagnostic device 5 designed, new, expanded or corrected reference values in the field devices 1 and / or the central diagnostic unit 17 and / or the external diagnostic unit 18 to transmit.
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to record the indicator variables of the field devices 1 and, on the basis of the recorded indicator variables, an expectation corridor for the determination of the
  • a system 10 for industrial automation which comprises a field device 1 with a functional unit 2, in particular an actuator unit, sensor unit and / or control unit.
  • the functional unit 2 is designed to provide a function in accordance with received useful data ND.
  • the field device 1 further comprises a communication unit 3 for receiving a useful data signal DS containing the useful data ND via a cable 4.
  • the system 10 further comprises a diagnostic device 5 which has a machine learning model that is related to the useful data signal DS Indicator size maps to a cable wear condition of the cable 4.
  • the diagnostic device 5 is designed to use the machine learning model to determine the cable wear state in accordance with the indicator variable.
  • the system 10 of this embodiment is preferably the system 10 described above.
  • the indicator variable is preferably based on the parameter set PS which is used for the signal processing of the useful data signal DS.
  • the indicator variable can be a different one that is related to the useful data signal DS Size relate to, for example, a signal-to-noise ratio of the useful data signal DS.
  • the machine learning model can also be referred to as a machine learning model and represents, in particular, a mapping of the indicator variable, in particular one or more parameters of the parameter set, to the state of cable wear.
  • the machine learning model approximates a non-linear relationship between the indicator size, in particular one or more parameters of the parameter set, and the
  • the machine learning model preferably comprises and / or is based on one or more of the following: a decision tree, an ensemble method, random forest, gradient boosted tree, support vector machine, neural network, regression method, regularization, Ridge regression, Lasso regression and / or Bayesian network.
  • the machine learning model is in particular an artificial intelligence model.
  • the machine learning model comprises and / or is based on one or more of the following: a decision tree, an ensemble method such as random forest or gradient boosted trees, a support vector machine, a neural network, a regression method with regularization such as ridge regression or Lasso regression, a Bayesian network and / or other regression or classification algorithms
  • the indicator variable includes a signal-to-noise ratio of the received useful data signal and the machine learning model maps the signal-to-noise ratio (and expediently the parameter set) to the state of cable wear.
  • Diagnostic device 5 is designed to use the machine learning model on the basis of the cable wear state to determine the signal-to-noise ratio (and expediently the parameter set).
  • the signal-to-noise ratio is determined, for example, by the communication unit 3, in particular when receiving the useful data signal DS.
  • the signal-to-noise ratio is in particular the signal-to-noise ratio of the useful data signal DS.
  • the diagnostic device 5 is preferably designed to determine an estimated number of cycles as the cable wear state, which describes an estimated number of cycles of the cable movement of the cable 4.
  • the term "number of cycles” means the number of cable movements that have taken place - in particular the number of movement cycles of the cable 4.
  • the cable wear condition is a measure of the aging of the cable 4 and is expressed, for example, in the unit "cycles”. Alternatively, the cable wear status is given in the unit "percent”, in particular as the service life that has already passed.
  • the estimated number of cycles can also be referred to as the number of aging cycles.
  • the machine learning model preferably forms the indicator variable, in particular the parameter set and / or the signal -Noise ratio, on the estimated number of cycles (as the cable wear state).
  • the cable wear information provided by the diagnostic device 5 includes the estimated number of cycles and / or a service life determined on the basis of the estimated number of cycles, in particular
  • the cable wear information can in particular include a warning to the user that the cable 4 must be replaced.
  • the diagnostic device 5 is designed on the basis of the estimated number of cycles and a counted number of cycles which indicates the actual number of cycles of the cable movement of the cable describes determining a relative cable wear condition that takes into account a relationship between the cycle number estimate and the cycle number count.
  • the system 10 determines the actual number of cycles of the cable movement on the basis of a sensor signal, in particular a movement sensor, for example from the actuator device 8, and / or on the basis of a control of the actuator device 8.
  • the diagnostic device 5 calculates the relative cable wear status as the ratio of the number of cycles Estimated value and the number of cycles count value - in particular as the quotient of the estimated number of cycles value and the count value of the number of cycles.
  • the diagnostic device 5 is designed to compare the estimated number of cycles and the counted number of cycles with one another and to determine the relative cable wear state on the basis of the comparison. If, for example, the estimated number of cycles is greater than the counted number of cycles, then the diagnostic device 5 can provide the indication (for example as the cable wear information) that the wear on the cable 4 is higher than normal, in particular higher than in the
  • Reference test bench is. If, for example, the estimated number of cycles is less than the counted number of cycles, then the diagnostic device 5 can give the indication (e.g. as the cable wear information) that the wear on the cable 4 is lower than normal.
  • the indication e.g. as the cable wear information
  • the diagnostic device 5 is designed in particular to determine a service life, in particular the remaining service life, and / or a load on the cable 4 on the basis of the relative cable wear status.
  • the cable wear information preferably includes the determined service life and / or the
  • the load is in particular a measure of how quickly the cable 4 wears out.
  • the determined load is preferably provided as a wear rate.
  • the load can also indicate how much the cable is being used.
  • the stress is determined in the form of a stress indicator.
  • the diagnostic device 5 can be implemented at different locations.
  • the diagnostic device 5 can preferably be implemented in a field bus node.
  • the diagnostic device can be implemented in an edge computing device.
  • the diagnostic device 5 can also be integrated in a bus master. Furthermore, the
  • Diagnostic device 5 can be implemented in the cloud.
  • the operation of the diagnostic device 5 will be discussed in more detail below.
  • the diagnostic device 5 repeatedly aggregates input data, in particular over a defined time window.
  • the input data include, for example, one or more parameters of the parameter set and / or the signal-to-noise ratio.
  • the diagnostic device 5 determines, for example, an average value, a minimum and / or a maximum of the input data.
  • the system 10, in particular the diagnostic device 5, is designed to carry out the aggregation within a periodically repeating time window, in particular exclusively within the periodically repeating time window.
  • the time window is, for example, less than an hour or several hours long and the interval between two directly successive time windows is, for example, greater than an hour. It is also possible that there is no gap between successive time windows.
  • the diagnostic device 5 optionally prepares the input data.
  • the diagnostic device 5 filters out outliers and / or sorts out irrelevant input data.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the input data are therefore cleared of the influence of the EMC environment. This is used in particular to improve comparability.
  • the diagnostic device 5 preferably feeds the input data (in particular processed as explained above) - which include, for example, the indicator variable, in particular the parameter set and / or the signal-to-noise ratio - to the machine learning model as input variables.
  • the machine learning model calculates the cable wear status, for example the estimated number of cycles, on the basis of these input variables, in particular on the basis of the parameter set and / or the signal-to-noise ratio.
  • the cable wear status can be expressed by one or more numbers.
  • Cable wear condition can be expressed as a probability distribution (for example as a probability distribution over the number of cycles).
  • the diagnostic device 5 is also designed to smooth the estimated number of cycles, for example by the diagnostic device 5 forming a moving average of the estimated number of cycles.
  • the machine learning model is trained in a laboratory and / or test environment, in particular before the machine learning model is put into operation in the system 10.
  • preference is given to one of the machine learning models or more
  • Equalizer parameters and / or the signal-to-noise ratio are supplied, on the basis of which and / or which the machine learning model calculates an estimated number of cycles.
  • the equalizer parameters and / or the signal-to-noise ratio are expediently obtained from a test setup in which one or more cables are subjected to a large number of movement cycles in a continuous run.
  • the calculated estimated number of cycles is compared with a counted number of cycles - i.e. the actual number of cycles - and, on the basis of the comparison, model parameters of the machine learning
  • the machine learning model can for example be provided as a pre-trained model and, in particular, can be further trained on site using meta-learning, for example on the basis of an EMC environment, in particular with regard to the last layers of the machine learning model.
  • the machine learning model For example, several million movement cycles are run for training the machine learning model in continuous operation of a drag chain structure and cable parameters - in particular the equalizer parameters and / or the signal Signal to Noise Ratio - measured.
  • an algorithm - the machine learning model - is trained that assigns each cable its current degradation status in the form of an estimate of the number of cycles - the estimated number of cycles - in relation to the cables of the endurance run.
  • the estimated number of cycles expresses that a cable has the same state of wear as a reference cable that has undergone a number of actual movement cycles which is equal to the estimated number of cycles.
  • the estimated number of cycles can also be referred to as the equivalent number of cycles.
  • the machine learning model In order to calculate the estimated number of cycles, the machine learning model combines several cable parameters - in particular the equalizer parameters and / or the signal-to-noise ratio.
  • a reference service life is expediently stored in the diagnostic device 5, which, for example, indicates a normal service life of a cable, in particular in the unit "movement cycles".
  • the diagnostic device 5 is expediently designed to calculate how long on the basis of the reference service life and on the basis of the estimated number of cycles the cable can still be used and / or whether the cable is to be replaced, and preferably providing corresponding cable wear information. As an example, the diagnostic device 5 is designed to take into account how long the cable has been in use recorded.
  • any regression algorithm of machine learning can be used as the algorithm mentioned above - that is, as the machine learning model.
  • this includes all forms of Decision trees (regression trees) including ensemble methods, such as random forest and gradient boosted trees.
  • regression trees including ensemble methods, such as random forest and gradient boosted trees.
  • support vector machines, neural networks and / or regression methods with regularization such as ridge regression or lasse regression can be used.
  • Bayesian networks and other methods that give a probability about the predicted value - for example the estimated number of cycles - can be used.
  • the forecast value relates, for example, to the entire aggregation period and represents an average estimated value for the number of cycles
  • Data aggregation can be performed per hour, but other time periods can also be selected.
  • mean values, minima and maxima of the measurement parameters are typically formed over the defined time windows.
  • an upstream processing step that makes it possible to compare an individual cable with the endurance cables.
  • interfering radiation could lead to changes in the measurement parameters - for example the equalizer parameters and / or the signal-to-noise ratio. This could prevent the portability of the cable models, which is why cleaning data in changed EMC environments can be advantageous.
  • preprocessing and postprocessing steps can optionally be carried out.
  • outliers or missing sensor values can be eliminated with the help of Neighboring values are interpolated.
  • Post-processing step in particular, the estimated number of cycles can be smoothed in order to dampen short-term fluctuations.
  • a moving average filter in particular can be used for this purpose.
  • the cable wear condition can be determined on the field device and / or on an edge device.
  • the storage space and the computing capacity on the field device are usually limited, if the number of cables to be monitored is low, it is recommended to use the field device, and if the number is higher, it is preferable to switch to an edge device.
  • Movement speed, (7) as well as environmental parameters (temperature, 9) are taken into account via the measured parameters of the transmission path in relation to the reference data.
  • This predictive approach can lead to higher plant availability by eliminating unplanned Downtimes can be avoided and maintenance can also be planned as required (predictive maintenance).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) für die Industrieautomatisierung, umfassend ein Feldgerät (1) mit einer Funktionseinheit (2), insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, die ausgebildet ist, gemäß empfangener Nutzdaten (ND) eine Funktion bereitzustellen, sowie einer Kommunikationseinheit (3) zum Empfangen eines die Nutzdaten (ND) enthaltenden Nutzdatensignals (DS) über ein Kabel (4), wobei die Kommunikationseinheit (3) ausgebildet ist, auf Basis des Nutzdatensignals (DS) einen Parametersatz (PS) bereitzustellen und unter Verwendung des Parametersatzes (PS) eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals (DS) durchzuführen, um die Nutzdaten (ND) aus dem Nutzdatensignal (DS) zu gewinnen, wobei das System (10) ferner eine Diagnoseeinrichtung (5) umfasst, die ausgebildet ist, gemäß einer auf dem Parametersatz (PS) basierenden Indikatorgröße (IG) einen Kabelverschleißzustand des Kabels (4) zu ermitteln.

Description

System und Verfahren zum Ermitteln eines
Kabelverschleißzustands
Die Erfindung betrifft ein System für die
Industrieautomatisierung, umfassend ein Feldgerät mit einer Funktionseinheit, insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, die ausgebildet ist, gemäß empfangenen Nutzdaten eine Funktion bereitzustellen, sowie einer Kommunikationseinheit zum Empfangen eines die Nutzdaten enthaltenden Nutzdatensignals über ein Kabel. Die Kommunikationseinheit ist ausgebildet, auf Basis des Nutzdatensignals einen Parametersatz bereitzustellen und unter Verwendung des Parametersatzes eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals durchzuführen, um die Nutzdaten aus dem Nutzdatensignal zu gewinnen.
Bei dem Kabel handelt es sich beispielsweise um ein Bus- Kabel. Das Kabel kann auch als Datenübertragungskabel bezeichnet werden. Das Kabel ist zweckmäßigerweise in einer Schleppkette angeordnet und/oder unterliegt einer mechanischen Belastung, wie Zug, Torsion oder Biegung, wodurch sich im Laufe der Zeit die Übertragungseigenschaften des Kabels verschlechtern. Beispielsweise umfasst das System eine Aktoreinrichtung, durch die das Kabel in eine
Kabelbewegung versetzt wird. Ferner können Temperatur und/oder Luftfeuchte eine Belastung des Kabels darstellen und zu einer Verschlechterung der Übertragungseigenschaften führen. Insbesondere können sich mechanische Verformungen des Kabels auf die hochfrequenten Übertragungseigenschaften des Kabels auswirken. Das Kabel weist zweckmäßigerweise eine symmetrische Geometrie auf und ist beispielsweise als Sternvierer-Kabel oder Twisted-Pair-Kabel ausgeführt. Durch eine Verformung des Kabels wird die Geometrie des Kabels gestört und beispielsweise ein Übersprechen zwischen Aderpaaren des Kabels verstärkt. Ferner kann ein Dielektrikum des Kabels - also die Umhüllung einer Ader des Kabels - durch die Belastung des Kabels beschädigt werden, da sich beispielsweise im Dielektrikum Risse ausbilden, die eine Übertragung von elektromagnetischen Wellen stören.
Durch die Belastung des Kabels erfährt das Kabel einen Kabelverschleiß. Ab einem bestimmten Kabelverschleißzustand (beispielsweise nach einer bestimmten Nutzungsdauer) kann es zu Übertragungsfehlern bis zu einem Ausfall der durch das Kabel bereitgestellten Übertragungsstrecke kommen.
Konventionell wird das Kabel nach einem Wartungsplan regelmäßig ausgetauscht, insbesondere bevor es einen kritischen Kabelverschleißzustand - also einem Kabelverschleißzustand, bei der die Übertragung des
Nutzdatensignals über das Kabel nicht mehr möglich ist - aufweist .
Es ist bekannt, das Kabel mit einer Opferader (einer zusätzlichen, schwächeren Ader) zu versehen. Wird eine Unterbrechung der Opferader erkannt, so kann auf einen
Kabelverschleißzustand geschlossen werden, bei dem das Kabel auszutauschen ist.
Von dem Unternehmen U.I. Lapp GmbH ist eine „Lapp Predictive Maintenance Box" angekündigt, die in Serie an eine Datenleitung gesteckt werden kann und überwacht, ob die Übertragungseigenschaften einer Leitung nachlassen.
Die US 7,864,694 Bl beschreibt ein System und Verfahren zur Überwachung der Qualität einer Datenverbindung in einer 100- Mb-Ethernet-Physical-Layer-Vorrichtung. Eine Verbindungs- Qualitäts-Überwachungseinheit erfasst Betriebswerte von Datenverbindungsparametern. Wenn ein Betriebswert eines Datenverbindungsparameters einen hohen oder niedrigen Schwellenwert übersteigt, gibt die Verbindungs-Qualitäts- Überwachungseinheit ein Beendigungs-Verbindungs-Signal aus, um zu bewirken, dass eine derzeitige Datenverbindung beendet wird und eine neue Datenverbindung aufgebaut wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein zuverlässiges System für die Industrieautomatisierung bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch das System gemäß Anspruch 1.
Das System umfasst eine Diagnoseeinrichtung, die ausgebildet ist, gemäß einer auf dem Parametersatz basierenden Indikatorgröße einen Kabelverschleißzustand des Kabels zu ermitteln. Bei der Indikatorgröße handelt es sich um eine Abbildung des Parametersatzes. Beispielsweise beruht die Indikatorgröße auf einem einzelnen, mehreren oder sämtlichen Parametern des Parametersatzes. Bevorzugt basiert die Indikatorgröße auf einer Summe mehrere Parameter des Parametersatzes. Ferner ist es möglich, dass die Indikatorgröße einen einzelnen, mehrere oder sämtliche Parameter des Parametersatzes darstellt. Beispielsweise kann als Indikatorgröße auch der Parametersatz selbst verwendet werden. Die Ermittlung des Kabelverschleißzustands beruht (über die Indikatorgröße) also zweckmäßigerweise auf demjenigen Parametersatz, der bereits zum Empfang der Nutzdaten verwendet wird. Der Parametersatz umfasst als Parameter beispielsweise einen oder mehrere Koeffizienten einer Entzerrereinheit, die für die Signalverarbeitung des Nutzdatensignals eingesetzt wird. Die Entzerrereinheit kann auch als Equalizer bezeichnet werden. Die Entzerrereinheit dient dazu, eine durch das Kabel bewirkte, insbesondere frequenzabhängige Dämpfung des Nutzdatensignals zu kompensieren. Beispielsweise werden durch das Kabel hohe Frequenzen stärker gedämpft als niedrige Frequenzen. Die Entzerrereinheit dient insbesondere dazu, die Dämpfung der hohen Frequenzen zu kompensieren. Der Parametersatz und/oder die Indikatorgröße steht zweckmäßigerweise in Zusammenhang mit einer Übertragungseigenschaft, insbesondere einer Dämpfung, des Kabels. Beispielsweise zeigt der Parametersatz und/oder die Indikatorgröße an, wie stark die durch das Kabel bewirkte Dämpfung des Nutzdatensignals ist. Insbesondere zeigt der Parametersatz und/oder die Indikatorgröße die
Stärke einer Kompensation der Dämpfung des Nutzdatensignals an. Die Übertragungseigenschaft, insbesondere die Dämpfung, des Kabels hängt mit dem Kabelverschleißzustand zusammen. Folglich kann der Kabelverschleißzustand auf Basis der auf dem Parametersatz basierenden Indikatorgröße ermittelt werden .
Als Kabelverschleißzustand kann insbesondere ein nicht- kritischer Kabelverschleißzustand ermittelt werden, bei dem die Übertragungseigenschaft des Kabels bereits verschlechtert ist, das Nutzdatensignal aber weiterhin übertragen werden kann. Zweckmäßigerweise ist das System ausgebildet, bereits bei Vorliegen des nicht-kritischen Kabelverschleißzustands darauf hinzuweisen, dass das Kabel auszutauschen ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Kabel weiter bis zu einem kritischen Kabelverschleißzustand verschleißt, bei dem das Nutzdatensignal nicht mehr übertragen werden kann und es folglich zu Ausfällen und/oder Fehlfunktionen im System kommen kann.
Folglich wird es durch die Ermittlung des
Kabelverschleißzustands möglich, ein aufgrund von Verschleiß auszutauschendes Kabel frühzeitig zu identifizieren, bevor dieses Kabel zu Ausfällen und/oder Fehlfunktionen im System führt. Somit kann die Zuverlässigkeit des Systems verbessert werden.
Der Parametersatz und/oder die Indikatorgröße wird durch das Feldgerät selbst bereitgestellt. Es ist also (zusätzlich zum Feldgerät) zweckmäßigerweise keine weitere Einheit erforderlich, um den Parametersatz und/oder die
Indikatorgröße bereitzustellen. Das Feldgerät ist vorhanden, um die insbesondere mit dem industriellen Herstellungsprozess im Zusammenhang stehende Funktion bereitzustellen. Das Feldgerät ist also bereits aus einem anderen Grund als der Ermittlung des Kabelverschleißzustands im System vorhanden. Bei dem Feldgerät handelt es sich beispielsweise um eine Steuereinheit für einen Antrieb, einen Motorcontroller, eine Steuereinheit zum Auslesen einer Sensorik, eine Sensoreinheit, eine Kamera und/oder eine Aktoreinheit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ermitteln eines Kabelverschleißzustands eines Kabels, umfassend die Schritte: Empfangen, an einem Feldgerät, eines Nutzdatensignals, Bereitstellen eines Parametersatzes auf Basis des Nutzdatensignals, Durchführen einer Signalverarbeitung des Nutzdatensignals unter Verwendung des Parametersatzes, um Nutzdaten aus dem Nutzdatensignal zu gewinnen, mittels einer Funktionseinheit, insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, des
Feldgeräts, Bereitstellen einer Funktion gemäß den Nutzdaten, und Ermitteln eines Kabelverschleißzustands des Kabels gemäß einer auf dem Parametersatz basierenden Indikatorgröße.
Bevorzugt wird das Verfahren mit dem beschriebenen System für die Industrieautomatisierung durchgeführt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Verfahren in Entsprechung zu einer Weiterbildung des Systems ausgebildet.
Weitere exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Systems für die Industrieautomatisierung,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Feldgeräts und
Figur 3 einen zeitlichen Verlauf einer Indikatorgröße. Die Figur 1 zeigt ein System 10, das insbesondere zum Einsatz in der Industrieautomatisierung dient. Das System 10 kann auch als industrielles System bezeichnet werden. Das System 10 wird z.B. bei einem industriellen Herstellungsprozess eingesetzt. Beispielsweise ist das System 10 eine industrielle Fertigungslinie.
Das System 10 umfasst wenigstens ein Feldgerät 1. Bevorzugt umfasst das System 10 eine Mehrzahl an Feldgeräten 1. Rein exemplarisch umfassen die Feldgeräte 1 ein erstes Feldgerät 1A, ein zweites Feldgerät 1B, ein drittes Feldgerät IC und/oder ein viertes Feldgerät ID.
Die nachfolgenden, auf das Feldgerät 1 bezogenen Erläuterungen gelten zweckmäßigerweise jeweils für mehrere, vorzugsweise sämtliche, der Feldgeräte 1A, 1B, IC, ID.
Das Feldgerät 1 umfasst eine Funktionseinheit 2. Die Funktionseinheit 2 umfasst beispielsweise eine Aktoreinheit, eine Sensoreinheit und/oder eine Steuereinheit. Die Funktionseinheit 2 ist ausgebildet ist, gemäß empfangener Nutzdaten ND eine Funktion bereitzustellen.
Bevorzugt ist die Funktionseinheit 2 als Aktoreinheit ausgeführt, beispielsweise als elektrischer oder pneumatischer Antrieb, und ist ausgebildet, gemäß den Nutzdaten ND als die Funktion einen Antrieb, insbesondere eine Bewegung, bereitzustellen. Die Nutzdaten sind beispielsweise Steuerdaten für die Aktoreinheit und geben insbesondere den bereitzustellenden Antrieb, insbesondere die Bewegung, vor. Beispielsweise ist die Aktoreinheit ein elektro-pneumatischer Wandler.
Ferner kann die Funktionseinheit 2 als Sensoreinheit ausgeführt sein und beispielsweise dazu dienen, als die Funktion eine insbesondere mit einem industriellen Herstellungsprozess im Zusammenhang stehende physikalische Größe zu erfassen. Zweckmäßigerweise ist die Sensoreinheit ausgebildet, die Erfassung der physikalischen Größe gemäß den empfangenen Nutzdaten durchzuführen.
Ferner kann die Funktionseinheit 2 als Steuereinheit ausgeführt sein, und ist insbesondere ausgebildet, als die Funktion eine Aktoreinrichtung 8 anzusteuern, um zu bewirken, dass die Aktoreinrichtung 8 eine Bewegung 9 durchführt. Die Steuereinheit ist insbesondere ausgebildet, die Ansteuerung auf Basis der Nutzdaten ND durchzuführen. Beispielsweise geben die Nutzdaten ND die durchzuführende Ansteuerung der Aktoreinrichtung 8 vor.
Das Feldgerät 1 umfasst ferner eine Kommunikationseinheit 3 zum Empfangen eines Nutzdatensignals DS, das die Nutzdaten ND enthält. Das Feldgerät 1 ist über die Kommunikationseinheit 3 zweckmäßigerweise an einen Bus, insbesondere einen Feldbus angebunden. Das Feldgerät 1 ist zweckmäßigerweise ein Feldbusteilnehmer. Die Kommunikationseinheit 3 empfängt das Nutzdatensignal DS über ein Kabel 4. Das Kabel 4 ist exemplarisch an dem Feldgerät 1 angeschlossen. Das Kabel 4 ist zweckmäßigerweise Teil eines Busses, insbesondere eines industriellen Busses, vorzugsweise eines Feldbusses. Das Kabel 4 kann auch als Bus-Kabel bezeichnet werden.
Die Kommunikationseinheit 3 ist ausgebildet, auf Basis des Nutzdatensignals DS einen Parametersatz PS bereitzustellen und unter Verwendung des Parametersatzes PS eine
Signalverarbeitung des Nutzdatensignals DS durchzuführen, um die Nutzdaten ND aus dem Nutzdatensignal DS zu gewinnen.
Das System 10 umfasst ferner eine Diagnoseeinrichtung 5, die ausgebildet ist, gemäß einer auf dem Parametersatz PS basierenden Indikatorgröße IG einen Kabelverschleißzustand des Kabels 4 zu ermitteln.
Im Folgenden soll näher auf den in der Figur 1 gezeigten, exemplarischen Aufbau des Systems 10 eingegangen werden. Exemplarisch umfasst das System 10 eine übergeordnete Steuerung 6, die beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung, SPS, ausgeführt ist. Die übergeordnete Steuerung 6 ist mit den Feldgeräten 1 kommunikativ verbunden, und zwar insbesondere über einen Bus, der zweckmäßigerweise über ein oder mehrere Kabel 4 verläuft. Die übergeordnete Steuerung 6 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, ein Nutzdatensignal bereitzustellen, dass an ein oder mehrere Feldgeräte 1 gerichtete Nutzdaten enthält, und das Nutzdatensignal über das eine oder die mehreren Kabel 4 an das ein oder die mehreren Feldgeräte 1 zu übertragen.
Bevorzugt umfasst das System 10 mehrere Kabel 4. Exemplarisch umfassen die Kabel 4 ein erstes Kabel 4A, ein zweites Kabel 4B, ein drittes Kabel 4C und ein viertes Kabel 4D. Jedes Kabel 4 ist zweckmäßigerweise an einen Eingang eines jeweiligen Feldgeräts 1 angeschlossen. Das erste Kabel 4A ist an einen Eingang des ersten Feldgeräts 1A angeschlossen. Das zweite Kabel 4B ist an einen Eingang des zweiten Feldgeräts 4B angeschlossen. Das dritte Kabel 4C ist an einen Eingang des dritten Feldgeräts 4C angeschlossen. Das vierte Kabel 4D ist an einen Eingang des vierten Feldgeräts 4D angeschlossen. Rein exemplarisch verbindet das erste Kabel 4A das erste Feldgerät 1A mit dem dritten Feldgerät IC, das zweite Kabel 4B verbindet das zweite Feldgerät 1B mit dem vierten Feldgerät ID, das dritte Kabel 4C verbindet das dritte Feldgerät IC mit dem zweiten Feldgerät 1B und das vierte Kabel 4D verbindet das vierte Feldgerät mit der übergeordneten Steuerung 6.
Rein exemplarisch sind die Feldgeräte 1 (und zweckmäßigerweise die übergeordnete Steuerung 6) über die Kabel 4 in Reihe zueinander - also insbesondere in einer Linien-Topologie - geschaltet. Alternativ können die Feldgeräte 1 (und zweckmäßigerweise die übergeordnete Steuerung 6) über die Kabel 4 in einer anderen Topologie geschaltet sein.
Das System 10 umfasst bevorzugt wenigstens eine Aktoreinrichtung 8, die ausgebildet ist, eine Bewegung 9 bereitzustellen. Rein exemplarisch umfasst das System mehrere Aktoreinrichtungen 8, die jeweils eine jeweilige Bewegung 9 bereitstellen . Exemplarisch wird durch jede Bewegung 9 ein jeweiliges Kabel 4 in eine jeweilige Kabelbewegung versetzt Die Kabelbewegung kann zu einer Belastung und insbesondere zu einem Verschleiß des jeweiligen Kabels 4 führen. Rein exemplarisch ist eine erste Aktoreinrichtung 8A vorhanden, die eine Kabelbewegung des ersten Kabels 4A bewirkt. Ferner ist rein exemplarisch eine zweite Aktoreinrichtung 8B vorhanden, die eine Kabelbewegung des zweiten Kabels 4B und/oder des dritten Kabels 4C bewirkt. Exemplarisch ist das erste Feldgerät 1A an der ersten Aktoreinrichtung 8A gekoppelt, insbesondere an der ersten Aktoreinrichtung 8A befestigt, so dass die von der ersten Aktoreinrichtung 8A bereitgestellte Bewegung 9 zu einer Bewegung des ersten Feldgeräts 1A führt, wodurch die Kabelbewegung des ersten Kabels 4A bewirkt wird. Exemplarisch ist das zweite Feldgerät 1B an der zweiten Aktoreinrichtung 8B gekoppelt, insbesondere an der zweiten Aktoreinrichtung 8B befestigt, so dass die von der zweiten Aktoreinrichtung 8B bereitgestellte Bewegung 9 zu einer Bewegung des zweiten Feldgeräts 1A führt, wodurch die Kabelbewegung des zweiten Kabels 4B und/oder des dritten Kabels 4C bewirkt wird.
Bevorzugt umfasst die Diagnoseeinrichtung 5 wenigstens eine lokale Diagnoseeinheit 16, die Teil des Feldgeräts 1 ist. Zweckmäßigerweise ist die lokale Diagnoseeinheit 16 in dem Feldgerät 1 integriert. Insbesondere ist die lokale Diagnoseeinheit 16 in einem Gehäuse 21 des Feldgeräts 1 angeordnet . Exemplarisch umfasst die Diagnoseeinrichtung 5 mehrere lokale Diagnoseeinheiten 16, wobei jede lokale Diagnoseeinheit 16 Teil eines jeweiligen Feldgeräts 1 ist. Jede lokale Diagnoseeinheit 16 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, lokal in dem jeweiligen Feldgerät 1 den Kabelverschleißzustand gemäß der auf dem jeweiligen Parameterdatensatz basierenden jeweiligen Indikatorgröße IG zu ermitteln. Vorzugsweise ist jede lokale Diagnoseeinheit 16 ausgebildet, auf Basis des Parameterdatensatzes die Indikatorgröße IG bereitzustellen.
Exemplarisch umfasst die Diagnoseeinrichtung 5 eine zentrale Diagnoseeinheit 17, insbesondere alternativ oder zusätzlich zu den lokalen Diagnoseeinheiten 16. Exemplarisch ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 Teil der übergeordneten Steuerung 6. Zweckmäßigerweise ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 in der übergeordneten Steuerung 6 integriert. Insbesondere ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 in einem Gehäuse der übergeordneten Steuerung 6 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 ausgebildet, auf Basis einer Indikatorgröße IG eines der Feldgeräte 1 einen Kabelverschleißzustand zu ermitteln. Exemplarisch ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 ausgebildet, für eine Mehrzahl an Kabeln 4 jeweils einen jeweiligen Kabelverschleißzustand auf Basis einer jeweiligen Indikatorgröße IG zu ermitteln. Beispielsweise ist das System 10 ausgebildet, wenigstens einen, insbesondere mehrere Parametersätze und/oder Indikatorgrößen IG, von einem oder mehreren Feldgeräten 1 an die zentrale Diagnoseeinheit 17 zu übertragen, insbesondere über den Bus, vorzugsweise über die Kabel 4.
Zweckmäßigerweise ist die zentrale Diagnoseeinheit 17 ausgebildet, auf Basis jedes empfangenen Parametersatzes eine jeweilige Indikatorgröße IG bereitzustellen. Exemplarisch umfasst die Diagnoseeinrichtung eine externe Diagnoseeinheit 18, insbesondere alternativ oder zusätzlich zu den lokalen Diagnoseeinheiten 16 und/oder der zentralen Diagnoseeinheit 17. Exemplarisch ist die externe Diagnoseeinheit 18 Teil einer externen Rechnereinheit 7. Die externe Rechnereinheit 7 ist beispielsweise ein Mobilgerät, insbesondere ein Smartphone oder ein Tablet. Ferner kann die externe Rechnereinheit 7 auch ein externer Server, beispielsweise ein Cloud-Server sein. Die externe Rechnereinheit 7 ist zweckmäßigerweise über ein
Weitverkehrsnetz 19, insbesondere das Internet, mit der übergeordneten Steuerung 6 und/oder den Feldgeräten 1 verbunden. Zweckmäßigerweise ist die externe Diagnoseeinheit 18 ausgebildet, auf Basis der Indikatorgröße IG eines der Feldgeräte 1, einen Kabelverschleißzustand zu ermitteln.
Exemplarisch ist die externe Diagnoseeinheit 18 ausgebildet, für eine Mehrzahl an Kabeln 4 jeweils einen jeweiligen Kabelverschleißzustand auf Basis einer jeweiligen Indikatorgröße IG zu ermitteln. Beispielsweise ist das System 10 ausgebildet, wenigstens einen, insbesondere mehrere
Parametersätze und/oder Indikatorgrößen IG, von einem oder mehreren Feldgeräten 1 an die externe Diagnoseeinheit 18 zu übertragen, insbesondere über das Weitverkehrsnetz 19. Zweckmäßigerweise ist die externe Diagnoseeinheit 18 ausgebildet, auf Basis jedes empfangenen Parametersatzes eine jeweilige Indikatorgröße IG bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf die Figur 2 soll im Folgenden näher auf den Aufbau des Feldgeräts 1 und auf die im Feldgerät 1 durchgeführte Signalverarbeitung eingegangen werden. Das Feldgerät 1 umfasst das Gehäuse 21, das insbesondere ein Außengehäuse des Feldgeräts 1 darstellt. Das Feldgerät 1 umfasst die Kommunikationseinheit 3, die Diagnoseeinrichtung 5 (exemplarisch als lokale Diagnoseeinheit 16 der Diagnoseeinrichtung 5) und die Funktionseinheit 2, die zweckmäßigerweise im Gehäuse 21 angeordnet sind.
Die Kommunikationseinheit 3 ist ausgebildet, auf Basis des empfangenen Nutzdatensignals DS den Parametersatz PS bereitzustellen. Der Parametersatz PS steht exemplarisch im Zusammenhang mit einer Übertragungseigenschaft des Kabels. Beispielsweise bildet der Parametersatz PS eine insbesondere frequenzabhängige Dämpfung des Kabels 4 ab. Der Parametersatz umfasst einen oder mehrere Parameter, wobei zweckmäßigerweise jeder Parameter die Dämpfung eines anderen Frequenzbands des Nutzdatensignals DS abbildet.
Exemplarisch umfasst die Kommunikationseinheit 3 eine Entzerrereinheit 12, die ausgebildet ist, als die Signalverarbeitung unter Verwendung des Parametersatzes PS eine Signalentzerrung des Nutzdatensignals DS durchzuführen. Der Parametersatz umfasst als Parameter vorzugsweise Koeffizienten, die die Entzerrereinheit 12 zur Entzerrung des Nutzdatensignals DS einsetzt. Die Entzerrereinheit 12 kann auch als Equalizer bezeichnet werden. Jeder Koeffizient ist zweckmäßigerweise einem jeweiligen Frequenzband zugeordnet und beschreibt die von der Entzerrereinheit 12 durchzuführende Verstärkung dieses Frequenzbands. Die Entzerrereinheit 12 ist beispielsweise als digitales Filter, insbesondere als FIR-Filter, ausgeführt.
Die Kommunikationseinheit 3 umfasst exemplarisch eine Parametersatzeinheit 15, die ausgebildet ist, den Parametersatz PS auf Basis des Nutzdatensignals DS bereitzustellen. Die Parametersatzeinheit 15 ist insbesondere ausgebildet, den Parametersatz gemäß einer Dämpfung des
Nutzdatensignals DS bereitzustellen, derart, dass eine auf Basis des Parametersatzes durchgeführte Signalverarbeitung, insbesondere Signalentzerrung, die Dämpfung des Nutzdatensignals DS kompensiert. Die Parametersatzeinheit 15 ist zweckmäßigerweise als digitales Filter, insbesondere als FIR-Filter, ausgeführt.
Exemplarisch empfängt die Kommunikationseinheit 3 das Nutzdatensignal DS über das Kabel 4 als analoges Nutzdatensignal ADS. Die Kommunikationseinheit 3 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 11, der das analoge Nutzdatensignal ADS in ein digitales Nutzdatensignal DDS wandelt. Das digitale Nutzdatensignal DDS umfasst zweckmäßigerweise eine Abfolge von Signalwerten, die den zeitlichen Verlauf des analogen Nutzdatensignals ADS - und somit insbesondere die Signalform des analogen Nutzdatensignals ADS - abbilden. Die einzelnen Signalwerte des digitalen Nutzdatensignals DDS haben zweckmäßigerweise eine Auflösung von mehr als einem Bit.
Die Kommunikationseinheit 3 führt das digitale Nutzdatensignal DDS der Entzerrereinheit 12 zu, die auf Basis des digitalen Nutzdatensignals DDS und unter Verwendung des Parametersatzes PS ein entzerrtes Nutzdatensignal EDS bereitstellt .
Die Kommunikationseinheit 3 führt das digitale Nutzdatensignal DDS und/oder das entzerrte Nutzdatensignal EDS der Parametersatzeinheit 15 zu, die auf Basis des digitalen Nutzdatensignals DDS und/oder des entzerrten Nutzdatensignals EDS den Parametersatz PS bereitstellt, insbesondere berechnet oder auswählt.
Die Kommunikationseinheit 3 umfasst exemplarisch ferner eine Extrahierungseinheit 14, die die Nutzdaten aus dem entzerrten Nutzdatensignal EDS extrahiert und die Nutzdaten der Funktionseinheit 2 bereitstellt.
Im Folgenden soll näher auf die Ermittlung des Kabelverschleißzustands eingegangen werden. Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Auswahl und/oder eine Gewichtung der Parameter des Parametersatzes durchzuführen und die Indikatorgröße IG auf Basis der ausgewählten und/oder gewichteten Parameter bereitzustellen, insbesondere zu berechnen. Beispielsweise legt das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, bei der Inbetriebnahme die Auswahl und/oder Gewichtung der für die Indikatorgröße IG zu verwendenden Parameter fest. Insbesondere werden für die Bereitstellung der Indikatorgröße IG diejenigen Parameter, die eine stärkere Korrelation zum Kabelverschleiß als andere Parameter aufweisen, ausgewählt und/oder stärker als die anderen Parameter gewichtet. Bei der Indikatorgröße IG kann es sich insbesondere um eine skalare oder um eine vektorielle Größe handeln. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgröße IG kontinuierlich auf Basis des sich über die Zeit verändernden Parametersatzes bereitzustellen, insbesondere zu berechnen. Die Indikatorgröße IG liegt insbesondere als Indikatorgröße- Signal vor, das sich über die Zeit verändert.
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgröße IG als Funktion des Parametersatzes zu berechnen. Beispielsweise beruht die Indikatorgröße IG auf einem einzelnen, mehreren oder sämtlichen Parametern des Parametersatzes. Bevorzugt basiert die Indikatorgröße IG auf einer Summe mehrere oder sämtlicher Parameter des Parametersatzes. Insbesondere basiert die Indikatorgröße IG auf der Summe der ausgewählten Parameter des Parametersatzes. Ferner ist es möglich, dass die Indikatorgröße IG einen einzelnen, mehrere oder sämtliche Parameter des Parametersatzes darstellt. Beispielsweise kann als Indikatorgröße IG auch der Parametersatz selbst verwendet werden.
Bevorzugt verfügt die Diagnoseeinrichtung 5 über einen Referenzwert und ist ausgebildet, die Indikatorgröße IG mit dem Referenzwert zu vergleichen, um den
Kabelverschleißzustand zu ermitteln. Beispielsweise ist das System 10 ausgebildet, den Referenzwert bei der
Inbetriebnahme des Systems 10 aufzunehmen, also insbesondere dann, wenn das Kabel 4 neu ist und keinen Verschleiß aufweist .
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Änderung der Indikatorgröße IG zu berechnen und den
Kabelverschleißzustand auf Basis der Änderung zu ermitteln. Beispielsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die erste zeitliche Ableitung und/oder die zweite zeitliche Ableitung der Indikatorgröße IG zu berechnen und den Kabelverschleißzustand auf Basis der ersten zeitlichen Ableitung und/oder der zweiten zeitlichen Ableitung zu ermitteln .
Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, den Kabelverschleißzustand im laufenden Betrieb, also insbesondere während eines mit dem System 10 durchgeführten, laufenden industriellen Herstellungsprozesses zu ermitteln. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgröße IG auf Basis eines im laufenden Betrieb bereitgestellten Parametersatzes bereitzustellen und den Kabelverschleißzustand auf Basis der Indikatorgröße IG zu ermitteln . Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis des ermittelten Kabelverschleißzustands eine Kabelverschleiß-Information bereitzustellen, insbesondere zu speichern, zu übertragen und/oder an einen Benutzer auszugeben, beispielsweise auf einer Anzeige anzuzeigen. Die Kabelverschleiß-Information zeigt beispielsweise an, dass das Kabel 4, dessen Kabelverschleißzustand ermittelt wurde, auszuwechseln ist. Die Kabelverschleiß-Information wird beispielsweise von einem Feldgerät 1 angezeigt, insbesondere auf eine von einem Anwender wahrnehmbare Art und Weise, beispielsweise visuell und/oder akustisch. Beispielsweise umfasst das Feldgerät 1 eine Anzeige, insbesondere ein Display und/oder eine LED, mit der das Feldgerät 1 die Kabelverschleiß-Information anzeigt.
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Kabelverschleiß-Information, die anzeigt, dass ein Kabel 4 ausgetauscht werden muss, zu einem Zeitpunkt bereitzustellen, zu dem das Kabel 4 das Nutzdatensignal DS noch gut genug übertragen kann, dass die Kommunikationseinheit 3 die mit dem Nutzdatensignal DS zu übertragenden Nutzdaten ND vollständig aus dem Nutzdatensignal DS extrahieren kann, so dass also insbesondere keine Nutzdaten ND verloren gehen.
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis des ermittelten Kabelverschleißzustands eine
Restlebensdauer-Prognose bereitzustellen, insbesondere zu berechnen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Restlebensdauer-Prognose als Prognoseinformation zu speichern, zu übertragen und/oder auszugeben, insbesondere einem Anwender anzuzeigen. Exemplarisch ist die insbesondere als Mobilgerät ausgeführte externe Rechnereinheit 7 ausgebildet, den ermittelten Kabelverschleißzustand eines oder mehrerer Kabel 4 anzuzeigen, insbesondere auf einem Display der externen Rechnereinheit 7.
Exemplarisch ist die Aktoreinrichtung 8 ausgebildet, eine Bewegung 9 durchzuführen, durch die das Kabel 4 in eine Kabelbewegung versetzt wird. Exemplarisch ist die Aktoreinrichtung 8 zusätzlich zum Feldgerät 1 vorhanden und versetzt das Feldgerät 1 in Bewegung, wodurch das Kabel 4 in die Kabelbewegung versetzt wird. Alternativ dazu kann die Aktoreinrichtung Teil des Feldgeräts sein; beispielsweise kann die Aktoreinrichtung die Funktionseinheit des Feldgeräts sein, und die Aktoreinrichtung versetzt das Kabel 4 in die Kabelbewegung.
Das Kabel 4 kann zweckmäßigerweise in einer Kabelführung, beispielsweise einer Schleppkette und/oder Energieführungskette geführt sein.
Die Aktoreinrichtung 8 ist insbesondere ausgebildet, die Bewegung 9 als sich periodisch wiederholende Bewegung bereitzustellen, so dass das Kabel 4 in eine sich periodisch wiederholende Kabelbewegung versetzt wird.
Die Kabelbewegung führt zweckmäßigerweise zu einem Verschleiß des Kabels. Insbesondere führt die Kabelbewegung zu einem mechanischen Stress, der zu einer Alterung führt. Durch die Kabelbewegung kommt es insbesondere zu einer Veränderung der Geometrie und/oder des Dielektrikums des Kabels 4.
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine BewegungsInformation über die Kabelbewegung zu erfassen und die BewegungsInformation bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands zu berücksichtigen. Die BewegungsInformation zeigt beispielsweise an, wann eine Kabelbewegung erfolgt. Zweckmäßigerweise unterliegt der Parametersatz PS - und damit auch die Indikatorgröße IG - insbesondere aufgrund der Kabelbewegung einer zeitlichen Änderung .
Die Figur 3 zeigt einen exemplarischen zeitlichen Verlauf der Indikatorgröße IG. Der zeitliche Verlauf der Indikatorgröße IG soll auch als Indikatorgröße-Signal bezeichnet werden. Das Indikatorgröße-Signal weist eine Mehrzahl von
Signalcharakteristiken SC auf, bei denen es sich exemplarisch um lokale Maxima handelt. Alternativ kann es sich bei den Signalcharakteristiken um Minima oder um andere charakteristische Merkmale des Indikatorgröße-Signal handeln. Exemplarisch unterliegt das Kabel 4, das dem gezeigten Indikatorgröße-Signal zugeordnet ist, einer periodischen Bewegung mit der Periodendauer PD.
Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, für die Ermittlung des Kabelverschleißzustands aus dem
Indikatorgröße-Signal diejenigen Indikatorgröße-Signalwerte auszuwählen und/oder stärker als andere Indikatorgröße- Signalwerte zu gewichten, bei denen eine bestimmte Kabelbewegung und/oder eine durch die Kabelbewegung bewirkte bestimmte Verformung des Kabels 4 vorliegt. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, anhand der BewegungsInformation für jeden Indikatorgröße-Signalwert zu erkennen, ob die bestimmte Kabelbewegung und/oder die bestimmte Kabel-Verformung bei diesem Indikatorgröße- Signalwert vorliegt, und auf Basis dieser Erkennung den
Indikatorgröße-Signalwert auszuwählen, zu verwerfen und/oder zu gewichten. Die Diagnoseeinrichtung ist insbesondere ausgebildet, den Kabelverschleißzustand auf Basis der ausgewählten und/oder gewichteten Indikatorgröße-Signalwerte zu ermitteln.
Exemplarisch umfasst die BewegungsInformation beispielsweise die Periode PD der Kabelbewegung. Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, diejenigen Signalcharakteristiken, die mit der BewegungsInformation, insbesondere der Periode PD korrelieren, als Indikatorgröße- Signalwerte bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands zu berücksichtigen. Exemplarisch weisen mehrere
Signalcharakteristiken - hier z.B. die Signalcharakteristiken SCI, SC2, SC4, SC5 - die Periode PD als zeitlichen Abstand zueinander auf. Die Diagnoseeinrichtung 5 stellt fest, dass diese Signalcharakteristiken SCI, SC2, SC4, SC5 der BewegungsInformation entsprechen und verwendet die diesen
Signalcharakteristiken zugehörigen Indikatorgröße-Signalwerte bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands. Ferner ist die Diagnoseeinrichtung 5 zweckmäßigerweise ausgebildet, festzustellen, dass die Signalcharakteristik SC4 nicht der BewegungsInformation entspricht, und die der
Signalcharakteristik SC4 zugehörigen Indikatorgröße- Signalwerte bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands nicht zu berücksichtigen oder schwächer als andere Indikatorgröße-Signalwerte zu gewichten. Exemplarisch kann die Diagnoseeinrichtung 5 die BewegungsInformation auf Basis der Nutzdaten ND bereitstellen, beispielsweise dann, wenn die Nutzdaten ND Steuerdaten für die Aktoreinrichtung 8 umfassen. Ferner kann die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet sein, die BewegungsInformation auf Basis des Parametersatzes und/oder der Indikatorgröße, insbesondere auf Basis einer zeitlichen Änderung des Parametersatzes und/oder der Indikatorgröße zu erfassen. Beispielsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine periodische Änderung des Parametersatzes und/oder der Indikatorgröße zu erfassen und auf Basis dieser periodischen Änderung die BewegungsInformation bereitzustellen. Die BewegungsInformation betrifft zweckmäßigerweise eine Periodizität, insbesondere eine Periode, der Kabelbewegung.
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, als die BewegungsInformation eine Anzahl von Kabelbewegungen zu zählen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet auf Basis der BewegungsInformation eine Anzahl von Schaltspielen insbesondere der Aktoreinrichtung 8 zu berechnen .
Bevorzugt umfasst das System 10 eine Mehrzahl an Feldgeräten 1. Jedes Feldgerät 1 verfügt über eine jeweilige
Kommunikationseinheit 3, die ausgebildet ist, über ein jeweiliges Kabel 4 ein jeweiliges Nutzdatensignal DS zu empfangen, gemäß dem jeweiligen Nutzdatensignal DS einen jeweiligen Parametersatz PS bereitzustellen und unter Verwendung des jeweiligen Parametersatzes PS eine
Signalverarbeitung des Nutzdatensignals DS durchzuführen, um in dem jeweiligen Nutzdatensignal DS enthaltene jeweilige Nutzdaten ND zu gewinnen. Das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ist ausgebildet, für jedes Kabel 4 einen jeweiligen Kabelverschleißzustand gemäß einer jeweiligen Indikatorgröße, die auf dem jeweiligen Parametersatz basiert, zu ermitteln.
Beispielsweise ermittelt die Diagnoseeinrichtung 5 einen ersten Kabelverschleißzustand für das erste Kabel 4A gemäß einer ersten Indikatorgröße, die auf einem ersten Parametersatz basiert, den das erste Feldgerät 1A zur Signalverarbeitung eines über das erste Kabel 4A empfangenen ersten Nutzdatensignals verwendet. Ferner ermittelt die Diagnoseeinrichtung 5 einen zweiten Kabelverschleißzustand für das zweite Kabel 4B gemäß einer zweiten Indikatorgröße, die auf einem zweiten Parametersatz basiert, den das zweite Feldgerät 1B zur Signalverarbeitung eines über das zweite Kabel 4B empfangenen zweiten Nutzdatensignals verwendet. Ferner ermittelt die Diagnoseeinrichtung 5 einen dritten Kabelverschleißzustand für das dritte Kabel 4C gemäß einer dritten Indikatorgröße, die auf einem dritten Parametersatz basiert, den das dritte Feldgerät IC zur Signalverarbeitung eines über das dritte Kabel 4C empfangenen dritten Nutzdatensignals verwendet. Ferner ermittelt die Diagnoseeinrichtung 5 einen vierten Kabelverschleißzustand für das vierte Kabel 4D gemäß einer vierten Indikatorgröße, die auf einem vierten Parametersatz basiert, den das vierte Feldgerät ID zur Signalverarbeitung eines über das vierte Kabel 4D empfangenen vierten Nutzdatensignals verwendet.
Bevorzugt ist das System 10 ausgebildet, den Kabelverschleißzustand des ersten Kabels 4A, das an dem ersten Feldgerät 1A angeschlossen ist, auf Basis der dem ersten Feldgerät 1A zugehörigen ersten Indikatorgröße (die auf dem ersten Parametersatz basiert) und auf Basis der dem zweiten Feldgerät 1B zugehörigen zweiten Indikatorgröße (die auf dem zweiten Parametersatz basiert) zu ermitteln. Beispielsweise ist das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ausgebildet, bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands eines Kabels 4 die den anderen Kabeln 4 zugeordneten Indikatorgrößen und/oder Parametersätze zu berücksichtigen, insbesondere als Referenzgrößen. Beispielsweise ist das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ausgebildet, zu erkennen, dass sich die Indikatorgröße eines ersten Feldgeräts 1A im Vergleich zu den Indikatorgrößen anderer Feldgeräte stärker verändert, und auf Basis dieser Erkennung den Kabelverschleißzustand des an dem ersten Feldgerät 1A angeschlossenen ersten Kabels 4A zu ermitteln. Das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ist ausgebildet, den
Kabelverschleißzustand gemäß einer Veränderung über der Zeit der ersten Indikatorgröße relativ zu einer Veränderung über der Zeit der zweiten Indikatorgröße zu ermitteln.
Bevorzugt verfügt das System 10 für jedes Kabel 4 über eine Eigenschaftsinformation, die eine Typeninformation des jeweiligen Kabels und/oder eine Belastungsinformation des jeweiligen Kabels umfasst. Das System 10 ist ausgebildet, den Kabelverschleißzustand unter Berücksichtigung der Eigenschaftsinformation zu ermitteln. Exemplarisch ist das System ausgebildet, die Kabel 4 auf Basis der jeweiligen Eigenschaftsinformation in verschiedene Kabel-Gruppen zu gruppieren und den jeweiligen Kabelverschleißzustand jedes Kabels 4 unter Berücksichtigung der jeweiligen Kabel-Gruppe zu ermitteln. Beispielsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, einen Referenzwert gemäß einer jeweiligen Kabel- Gruppe anzupassen und den Kabelverschleißzustand auf Basis eines Vergleichs der Indikatorgröße mit dem angepassten Referenzwert zu ermitteln.
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgrößen verschiedener Feldgerät 1 zusammenzuführen, beispielsweise in der externen Diagnoseeinheit 18, und vorzugsweise einer Big-Data-Analyse zu unterziehen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine KI-Komponente, beispielsweise ein künstliches neuronales Netzwerk, auf Basis der Indikatorgrößen, insbesondere auf Basis der Big-Data-Analyse, zu trainieren und bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands einzusetzen. Das System 10 kann insbesondere gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren zum Ermitteln eines
Kabelverschleißzustands eines Kabels 4 betrieben werden. Das Verfahren umfasst die Schritte: Empfangen, an einem Feldgerät 1, eines Nutzdatensignals DS, Bereitstellen eines
Parametersatzes PS auf Basis des Nutzdatensignals DS, Durchführen einer Signalverarbeitung des Nutzdatensignals DS unter Verwendung des Parametersatzes PS, um Nutzdaten ND aus dem Nutzdatensignal zu gewinnen, mittels einer Funktionseinheit 2, insbesondere einer Aktoreinheit,
Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, des Feldgeräts 1, Bereitstellen einer Funktion gemäß den Nutzdaten, und Ermitteln eines Kabelverschleißzustands des Kabels 4 gemäß einer auf dem Parametersatz PS basierenden Indikatorgröße. Nachstehend sollen weitere exemplarische Details erläutert werden.
Der Parametersatz kann beispielsweise Parameter einer automatisch eingestellten Vorverstärkung, Betriebsparameter von Signalentzerrern (Equalizer), das Maß des Übersprechens eines Ausgangsports auf einen Eingangsport der
Kommunikationseinheit 3, statistische Signalparameter, Fehlerindikatoren des Busprotokolls wie z.B. CRC Fehler, und/oder Fehlerindikatoren der Symbolkodierung umfassen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Koeffizienten aus der Entzerrereinheit 12 und/oder weitere Systemparameter der über das Kabel 4 verlaufenden Übertragungsstrecke im laufenden Betrieb kontinuierlich auszuwerten und den zeitlichen Verlauf zu analysieren, um den Kabelverschleißzustand zu ermitteln. Bei den Parametern des Parametersatzes handelt es sich vorzugsweise um sich stetig ändernde Größen. Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, den Parametersatz und/oder die Indikatorgröße einer Mittelwertbildung und/oder Filterung (z.B. mittels eines Medianfilter) zu unterziehen, insbesondere um kurzzeitige Störungen oder Messfehler zu reduzieren oder entfernen. Die Diagnoseeinrichtung 5 setzt insbesondere einen zeitbasierten Filter ein, der eine zählbare Größe in eine stetig änderbare Größe wandelt. Optional ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, bei der Berechnung der Indikatorgröße die Parameter des Parametersatzes gemäß ihrem Zusammenhang mit der Übertragungseigenschaft, beispielsweise der Übertragungsqualität, des Kabels 4 zu gewichten und/oder zeitlich zu filtern. Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, abhängig davon, in welcher Protokollschicht ein Fehler auftrifft, die Gewichtung des Fehlers bei der Bestimmung der Indikatorgröße festzulegen, insbesondere derart, dass ein Fehler einer höheren Protokollschicht schwächer gewichtet wird als ein Fehler in einer niedrigeren Protokollschicht. Z.B. kann ein CRC Fehler auf eine externe elektromagnetische Störung hinweisen und dementsprechend schwächer gewichtet werden.
Das Kabel 4 ist insbesondere in einer Schleppkette angeordnet, die exemplarisch einem zyklischen Bewegungsablauf unterliegt, so dass das Kabel 4 eine zyklische mechanische Belastung erfährt. Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, zwischen Störungsereignissen eines Parameters des Parametersatzes die Periodendauer zu messen und wenn die Periodendauer konstant ist, darauf zu schließen, dass die Störungsereignisse durch die mechanische Belastung verursacht wird (und nicht z.B. durch eine externe elektromagnetische Störung) und den Parameter in die Indikatorgröße IG einfließen zu lassen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf diese Weise bei einer zeitlichen Filterung wiederkehrende Störungsmuster zu erkennen .
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, zur Ermittlung des Kabelverschleißzustands einen relativen Vergleich von Indikatorgrößen durchzuführen, die verschiedenen Feldgeräten 1 und/oder Kabeln 4 zugeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich dazu ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, zur Ermittlung des Kabelverschleißzustands einen Vergleich mit einem (insbesondere absoluten) Referenzwert durchzuführen.
Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, ein verteiltes, systemweites Bewertungsverfahren der Parametersätze und/oder Indikatorgrößen durchzuführen. Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Ermittlung der jeweiligen Kabelverschleißzustände lokal, d.h. in jedem Feldgerät 1 relativ zu einem Referenzwert, z.B. dem Neuzustand und/oder einem vorab aus entsprechenden Stichproben ermittelten Referenzwert zu ermitteln.
Bevorzugt umfasst das System 10 eine Anzahl N von Kabeln 4 (exemplarisch vier Kabel 4). Von diesen N Kabeln 4 sind exemplarisch eine Anzahl M Kabel (exemplarisch drei Kabel: das erste Kabel 4A, das zweite Kabel 4B und das dritte Kabel 4C) einer besonderen Belastung - exemplarisch der Bewegung 9 - ausgesetzt. Es kann davon ausgegangen werden, dass mit der Zunahme der Betriebsdauer die M Kabel gegenüber der N-M unbelasteten Kabeln (exemplarisch das Kabel 4D) schneller altern; sich also die Änderungsgeschwindigkeit der Indikatorgrößen der M Kabel von der Änderungsgeschwindigkeit der N-M unbelasteten Kabel unterscheidet. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, im Neuzustand insbesondere entsprechend der Kabellänge einen Erwartungskorridor für die Indikatorgröße zu bestimmen und den Kabelverschleißzustand auf Basis des Erwartungskorridors zu ermitteln. Der Erwartungskorridor ist ein Beispiel des Referenzwerts .
Insbesondere ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, in Ansprechen darauf, dass die Indikatorgröße des Kabels 4 außerhalb des Erwartungskorridors liegt, als den Kabelverschleißzustand eine Beschädigung zu bestimmen und/oder auf eine falsche Montage zu schließen und zweckmäßigerweise eine diesbezügliche Information bereitzustellen, insbesondere auszugeben.
Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis der Indikatorgröße eine nicht-korrekt angezogene
Steckerverschraubungen zu erkennen und eine entsprechende Information bereitzustellen.
Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Ermittlung des Kabelverschleißzustands eines einzelnen, unabhängigen Kabels 4 auf Basis eines Vergleichs mit einem Referenzwert und/oder eines Vergleichs der Indikatorgröße im Neuzustand bei der Erstinbetriebnahme durchzuführen.
Insbesondere ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, die Koeffizienten aus der Entzerrereinheit 12 und optional weitere im Zusammenhang mit dem Kabel 4 stehende
Systemparameter im laufenden Betrieb kontinuierlich auszuwerten und den zeitlichen Verlauf zu analysieren.
Optional ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, jedem Kabel 4 ein Belastungsprofil (z.B. in Bezug auf eine Biegung, Torsion, Temperatur und/oder Luftfeuchte) zuzuweisen, um gemäß dem Belastungsprofil einen/den Erwartungskorridor anzupassen. Die Diagnoseeinrichtung 5 vergleicht den angepassten Erwartungskorridor mit der Indikatorgröße, um den Kabelverschleißzustand zu ermitteln. Das Belastungsprofil ist ein Beispiel einer Belastungsinformation.
Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, ausgehend von einem Anfangszustand des Systems 10 die Indikatorgrößen und/oder Parametersätze der Kabel 4 (die zu verschiedenen Feldgeräten 1 führen) untereinander zu vergleichen - gesamt oder segmentiert in Gruppen.
Die einer gleichen Gruppe zugeordneten Kabel 4 befinden sich am selben Ort (einer Maschine oder mehrere baugleiche Maschinen welche parallel betrieben werden) und/oder erfahren ähnliche Betriebsbedingungen (gleicher Raum/Standort). Es kann davon ausgegangen werden, dass die einer gleichen Gruppe zugeordneten Kabel 4 untereinander jeweils einem ähnlichen Verschleiß unterliegen. Zweckmäßigerweise ist das System 10 ausgebildet, Kabel 4, die einer besonders hohen Belastung ausgesetzt sind, einer oder mehrerer Gruppen zuzuordnen.
Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis von mehreren Indikatorgrößen, die verschiedenen Kabeln 4 zugeordnet sind, insbesondere verschiedenen Kabeln 4 der gleichen Gruppe, eine der Indikatorgrößen als Ausreiser zu erkennen und auf Basis dieser Erkennung einen
Kabelverschleißzustand für das zugehörige Kabel zu ermitteln. Exemplarisch befindet sich die als Ausreiser erkannte Indikatorgröße noch im Erwartungskorridor von (insbesondere absoluten) Referenzwerten. Vorzugsweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, das der als Ausreiser erkannten Indikatorgröße zugehörige Kabel 4 mit einem engeren Erwartungskorridor zu beobachten und/oder für dieses Kabel 4 eine Kabelverschleiß-Information bereitzustellen, die einen Austausch des Kabels 4 fordert.
Die Überwachung der Kabel 4 kann lokal und/oder zentral erfolgen. Zweckmäßigerweise ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine (insbesondere von den Indikatorgrößen anderer Kabel unabhängige) Ermittlung eines Kabelverschleißzustands eines Kabels 4 lokal durchzuführen. Ferner ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Ermittlung des Kabelverschleißzustands auf Basis von Indikatorgrößen und/oder Parametersätzen von verschiedenen Feldgeräten zentral durchzuführen. Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, eine Bereitstellung und/oder Verarbeitung, beispielsweise eine Filterung, der jeweiligen Indikatorgröße und/oder des jeweiligen Parametersatzes lokal im jeweiligen Feldgerät 1 durchzuführen und die Indikatorgrößen und/oder Parametersätze der Feldgeräte 1 an die zentrale Diagnoseeinheit 17 und/oder die externe Diagnoseeinheit 18 zu übertragen, insbesondere zyklisch und/oder bei einer Änderung.
Bevorzugt sind die Systemkomponenten des Systems 10, die einen Einfluss auf die Übertragungsqualität über das Kabel 4 haben, versioniert. Diese Systemkomponenten umfassen beispielsweise die Kabel 4 und die Feldgeräte 1 insbesondere deren Kommunikationseinheiten 3. Die Diagnosevorrichtung ist zweckmäßigerweise ausgebildet, für verschiedene Versionen und Kombinationen der Systemkomponenten verschiedene Referenzwerte bereitzustellen. Insbesondere ist die
Diagnosevorrichtung 5 ausgebildet, neue, erweiterte oder korrigierte Referenzwerte in die Feldgeräte 1 und/oder die zentrale Diagnoseeinheit 17 und/oder die externe Diagnoseeinheit 18 zu übertragen.
Zweckmäßigerweise ist die Diagnosevorrichtung 5 ausgebildet, die Indikatorgrößen der Feldgeräte 1 aufzuzeichnen und auf Basis der aufgezeichneten Indikatorgrößen einen Erwartungskorridor für die Ermittlung des
Kabelverschleißzustands zu erzeugen und zweckmäßigerweise den Erwartungskorridor für die Ermittlung eines
Kabelverschleißzustands eines neu hinzugekommenen Kabels 4 zu verwenden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein System 10 für die Industrieautomatisierung bereitgestellt, das ein Feldgerät 1 mit einer Funktionseinheit 2, insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, umfasst. Die Funktionseinheit 2 ist ausgebildet, gemäß empfangener Nutzdaten ND eine Funktion bereitzustellen. Das Feldgerät 1 umfasst ferner eine Kommunikationseinheit 3 zum Empfangen eines die Nutzdaten ND enthaltenden Nutzdatensignals DS über ein Kabel 4. Das System 10 umfasst ferner eine Diagnoseeinrichtung 5, die über ein Machine-Learning-Modell verfügt, das eine mit dem Nutzdatensignal DS im Zusammenhang stehende Indikatorgröße auf einen Kabelverschleißzustand des Kabels 4 abbildet. Die Diagnoseeinrichtung 5 ist ausgebildet, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells den Kabelverschleißzustand gemäß der Indikatorgröße zu ermitteln.
Bei dem System 10 dieser Ausführungsform handelt es sich bevorzugt um das vorstehend beschriebene System 10. Bevorzugt basiert die Indikatorgröße auf dem Parametersatz PS, der für die Signalverarbeitung des Nutzdatensignals DS verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Indikatorgröße eine andere, mit dem Nutzdatensignal DS im Zusammenhang stehende Größe betreffen, beispielsweise einen Signal-Rauschabstand des Nutzdatensignal DS.
Das Machine-Learning-Modell kann auch als Maschinelles- Lernen-Modell bezeichnet werden und stellt insbesondere eine Abbildung der Indikatorgröße, insbesondere eines oder mehrerer Parameter des Parametersatzes, auf den Kabelverschleißzustand dar. Insbesondere approximiert das Machine-Learning-Modell einen nicht-linearen Zusammenhang zwischen der Indikatorgröße, insbesondere einem oder mehreren Parametern des Parametersatzes, und dem
Kabelverschleißzustand. Bevorzugt umfasst und/oder beruht das Machine-Learning-Modell auf einem oder mehreren der Folgenden: einen Entscheidungsbaum, eine Ensemble-Methode, Random-Forest , Gradient-Boosted-Tree, Support-Vector-Machine, neuronales Netz, Regressionsmethode, Regularisierung, Ridge- Regression, Lasso-Regression und/oder Bayessches Netz. Das Machine-Learning-Modell ist insbesondere ein Künstliche- Intelligenz-Modell . Insbesondere umfasst und/oder beruht das Maschine-Learning-Modell auf einem oder mehreren der Folgenden: einen Entscheidungsbaum, eine Ensemble-Methode wie zum Beispiel Random-Forest oder Gradient-Boosted-Trees, eine Support-Vector-Machine , ein neuronales Netz, eine Regressionsmethode mit Regularisierung wie zum Beispiel Ridge-Regression oder Lasso-Regression, ein Bayessches Netz und/oder anderen Regressions- oder Klassifikationsalgorithmen
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung umfasst die Indikatorgröße einen Signal-Rausch-Abstand des empfangenen Nutzdatensignals und das Machine-Learning-Modell bildet den Signal-Rausch-Abstand (und zweckmäßigerweise den Parametersatz) auf den Kabelverschleißzustand ab. Die
Diagnoseeinrichtung 5 ist ausgebildet, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells den Kabelverschleißzustand auf Basis des Signal-Rausch-Abstands (und zweckmäßigerweise des Parametersatzes) zu ermitteln. Der Signal-Rausch-Abstand wird beispielsweise von der Kommunikationseinheit 3 ermittelt, insbesondere beim Empfangen des Nutzdatensignals DS. Der Signal-Rausch-Abstand ist insbesondere das Signal-Rausch- Verhältnis des Nutzdatensignals DS.
Bevorzugt ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, als den Kabelverschleißzustand einen Zyklenzahl-Schätzwert zu ermitteln, der eine geschätzte Zyklenzahl der Kabelbewegung des Kabels 4 beschreibt. Mit dem Begriff „Zyklenzahl" ist die Anzahl der erfolgten Kabelbewegungen - insbesondere die Anzahl der Bewegungszyklen des Kabels 4 - gemeint. Der Kabelverschleißzustand ist ein Maß für die Alterung des Kabels 4 und wird beispielsweise in der Einheit „Zyklen" ausgedrückt. Alternativ wird der Kabelverschleißzustand in der Einheit „Prozent" angegeben, insbesondere als bereits verstrichene Lebensdauer. Der Zyklenzahl-Schätzwert kann auch als Alterungs-Zyklenzahl bezeichnet werden. Bevorzugt bildet das Maschine-Learning-Modell die Indikatorgröße, insbesondere den Parametersatz und/oder den Signal-Rausch-Abstand, auf den Zyklenzahl-Schätzwert (als den Kabelverschleißzustand) ab. Exemplarisch umfasst die Kabelverschleiß-Information, die von der Diagnoseeinrichtung 5 bereitgestellt wird, den Zyklenzahl-Schätzwert und/oder eine auf Basis des Zyklenzahl- Schätzwerts ermittelte Lebensdauer, insbesondere
Restlebensdauer . Die Kabelverschleißinformation kann insbesondere eine Warnung an den Benutzer umfassen, dass das Kabel 4 auszutauschen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, auf Basis des Zyklenzahl- Schätzwerts sowie eines Zyklenzahl-Zählwerts, der die tatsächliche Zyklenzahl der Kabelbewegung des Kabels beschreibt, einen relativen Kabelverschleißzustand zu ermitteln, der eine Beziehung zwischen dem Zyklenzahl- Schätzwert und dem Zyklenzahl-Zählwert berücksichtigt. Beispielsweise ermittelt das System 10 die tatsächliche Zyklenzahl der Kabelbewegung auf Basis eines Sensorsignals, insbesondere eines Bewegungssensors, beispielsweise von der Aktoreinrichtung 8, und/oder auf Basis einer Ansteuerung der Aktoreinrichtung 8. Vorzugsweise berechnet die Diagnoseeinrichtung 5 den relativen Kabelverschleißzustand als das Verhältnis aus dem Zyklenzahl-Schätzwert und dem Zyklenzahl-Zählwert - also insbesondere als Quotient des Zyklenzahl-Schätzwerts und des Zyklenzahl-Zählwerts. Insbesondere ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, den Zyklenzahl-Schätzwert und den Zyklenzahl-Zählwert miteinander zu vergleichen und den relativen Kabelverschleißzustand auf Basis des Vergleichs zu ermitteln. Ist beispielsweise der Zyklenzahl-Schätzwert größer als der Zyklenzahl-Zählwert, dann kann die Diagnoseeinrichtung 5 den Hinweis geben (z.B. als die Kabelverschleiß-Information), dass der Verschleiß des Kabels 4 höher als normal, insbesondere höher als im
Referenzprüfstand, ist. Ist beispielsweise der Zyklenzahl- Schätzwert kleiner als der Zyklenzahl-Zählwert, dann kann die Diagnoseeinrichtung 5 den Hinweis geben (z.B. als die Kabelverschleiß-Information) , dass der Verschleiß des Kabels 4 niedriger als normal ist.
Die Diagnoseeinrichtung 5 ist insbesondere ausgebildet, auf Basis des relativen Kabelverschleißzustands eine Lebensdauer, insbesondere Restlebensdauer, und/oder eine Belastung des Kabels 4 zu ermitteln. Bevorzugt umfasst die Kabelverschleiß- Information die ermittelte Lebensdauer und/oder die
Belastung. Die Belastung ist insbesondere ein Maß dafür, wie schnell das Kabel 4 verschleißt. Bevorzugt wird die ermittelte Belastung als eine Verschleißrate bereitgestellt. Ferner kann die Belastung anzeigen, wie stark das Kabel beansprucht wird. Beispielsweise wird die Belastung in der Form eines Beanspruchungsindikators ermittelt.
Die Diagnoseeinrichtung 5 kann, wie vorstehend bereits erläutert, an verschiedenen Orten implementiert sein. Bevorzugt kann die Diagnoseeinrichtung 5 in einem Feldbusknoten implementiert sein. Insbesondere kann die Diagnoseeinrichtung in einer Edge-Computing-Vorrichtung implementiert sein. Die Diagnoseeinrichtung 5 kann ferner in einem Busmaster integriert sein. Ferner kann die
Diagnoseeinrichtung 5 in der Cloud implementiert sein.
Im Folgenden soll näher auf den Betrieb der Diagnoseeinrichtung 5 eingegangen werden.
Im Betrieb führt die Diagnoseeinrichtung 5 wiederholt eine Aggregation von Eingangsdaten durch, insbesondere über ein definiertes Zeitfenster. Die Eingangsdaten umfassen beispielsweise einen oder mehrere Parameter des Parametersatzes und/oder den Signal-Rausch-Abstand. Die Diagnoseeinrichtung 5 ermittelt beispielsweise einen Durchschnittswert, ein Minimum und/oder ein Maximum der Eingangsdaten. Das System 10, insbesondere die Diagnoseeinrichtung 5, ist ausgebildet, die Aggregation innerhalb eines sich periodisch wiederholenden Zeitfensters durchzuführen, insbesondere ausschließlich innerhalb des periodisch wiederholenden Zeitfensters. Das Zeitfenster ist beispielsweise kleiner als eine Stunde oder mehrere Stunden lang und der Abstand zwischen zwei direkt aufeinanderfolgenden Zeitfenstern ist beispielsweise größer als eine Stunde. Ferner ist es möglich, dass zwischen aufeinanderfolgenden Zeitfenstern kein Abstand besteht. Optional führt die Diagnoseeinrichtung 5 eine Aufbereitung der Eingangsdaten durch. Beispielsweise filtert die Diagnoseeinrichtung 5 Ausreißer und/oder sortiert irrelevante Eingangsdaten aus. Optional rechnet die Diagnoseeinrichtung 5 einen Einfluss einer EMV-Umgebung (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) auf die Einflussdaten heraus. Die Eingangsdaten werden also von dem Einfluss der EMV-Umgebung bereinigt. Dies dient insbesondere dazu, um die Vergleichbarkeit zu verbessern. Bevorzugt führt die Diagnoseeinrichtung 5 die (insbesondere wie vorstehend erläutert bearbeiteten) Eingangsdaten - die beispielsweise die Indikatorgröße, insbesondere den Parametersatz und/oder den Signal-Rausch-Abstand, umfassen - dem Machine-Learning-Modell als Eingangsgrößen zu. Das Machine-Learning-Modell berechnet auf Basis dieser Eingangsgrößen, also insbesondere auf Basis des Parametersatzes und/oder des Signal-Rausch-Abstands, den Kabelverschleißzustand, beispielsweise den Zyklenzahl- Schätzwert. Der Kabelverschleißzustand kann durch eine oder mehrere Zahlen ausgedrückt sein. Ferner kann der
Kabelverschleißzustand als Wahrscheinlichkeitsverteilung (beispielsweise als Wahrscheinlichkeitsverteilung über die Zyklenzahl) ausgedrückt sein.
Optional ist die Diagnoseeinrichtung 5 ferner ausgebildet, eine Glättung des Zyklenzahl-Schätzwerts durchzuführen, beispielsweise indem die Diagnoseeinrichtung 5 einen gleitenden Mittelwert des Zyklenzahl-Schätzwerts bildet.
Im Folgenden soll näher darauf eingegangen werden, wie das Machine-Learning-Modell trainiert werden kann. Exemplarisch wird das Maschine-Learning-Modell in einer Labor- und/oder Testumgebung trainiert, insbesondere vor der Inbetriebnahme des Machine-Learning-Modells in dem System 10. Beim Training des Machine-Learning-Modells werden dem Machine-Learning-Modell bevorzugt ein oder mehrere
Entzerrerparameter und/oder der Signal-Rausch-Abstand zugeführt, auf deren und/oder dessen Basis das Machine- Lerning-Modell einen Zyklenzahl-Schätzwert berechnet. Die Entzerrerparameter und/oder der Signal-Rausch-Abstand werden zweckmäßigerweise aus einem Testaufbau gewonnen, bei dem ein oder mehrere Kabel in einem Dauerlauf einer Vielzahl an Bewegungszyklen unterworfen wird. Der berechnete Zyklenzahl- Schätzwert wird mit einem Zyklenzahl-Zählwert - also der tatsächlichen Zyklenzahl - verglichen und auf Basis des Vergleichs werden Modellparameter des Machine-Learning-
Modells angepasst, insbesondere derart, dass der Unterschied zwischen dem Zyklenzahl-Schätzwert und dem Zyklenzahl- Zählwert reduziert, insbesondere minimiert, wird.
Ferner ist es möglich, dass das Machine-Learning-Modell im Betrieb in dem System 10 weiter trainiert wird. Das Machine- Learning-Modell kann also beispielsweise als vortrainiertes Modell bereitgestellt sein und insbesondere vor Ort durch ein Meta-Learning, beispielsweise auf Basis einer EMV-Umgebung, weiter trainiert werden, insbesondere in Bezug auf die letzten Schichten des Machine-Learning-Modells.
Nachstehend sollen weitere mögliche Ausgestaltungen erläutert werden.
Beispielsweise werden für das Training des Machine-Learning- Modells im Dauerlauf eines Schleppkettenaufbaus mehrere Millionen Bewegungszyklen gefahren und dabei Kabelparameter - insbesondere die Entzerrerparameter und/oder der Signal- Rausch-Abstand - gemessen. Ferner wird ein Algorithmus - das Machine-Learning-Modell - trainiert, der jedem Kabel seinen aktuellen Degradierungszustand in Form einer Zyklenzahlschätzung - dem Zyklenzahl-Schätzwert - in Bezug auf die Kabel des Dauerlaufs zuordnet. Der Zyklenzahl- Schätzwert drückt aus, dass ein Kabel den gleichen Verschleißzustand wie ein Referenzkabel aufweist, das eine Anzahl von tatsächlichen Bewegungszyklen durchlaufen hat, die gleich dem Zyklenzahl-Schätzwert ist. Der Zyklenzahl- Schätzwert kann auch als äquivalente Zyklenzahl bezeichnet werden .
Um den Zyklenzahl-Schätzwert zu berechnen, verknüpft das Machine-Learning-Modell mehrere Kabelparameter - insbesondere die Entzerrerparameter und/oder den Signal-Rausch-Abstand. Zweckmäßigerweise ist in der Diagnoseeinrichtung 5 eine Referenzlebensdauer hinterlegt, die beispielsweise eine normale Lebensdauer eines Kabels anzeigt, insbesondere in der Einheit „Bewegungszyklen". Die Diagnoseeinrichtung 5 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, auf Basis der Referenzlebensdauer und auf Basis des Zyklenzahl-Schätzwerts zu berechnen, wie lange das Kabel noch verwendet werden kann und/oder ob das Kabel auszutauschen ist, und vorzugsweise eine entsprechende Kabelverschleiß-Information bereitzustellen. Exemplarisch ist die Diagnoseeinrichtung 5 ausgebildet, zu berücksichtigen, wie lange das Kabel schon im Einsatz ist. Eine entsprechende Information wird vom System 10 aufgezeichnet.
Als der vorstehend erwähnte Algorithmus - also als das Machine-Learning-Modell - kommt grundsätzlich jeglicher Regressionsalgorithmus des maschinellen Lernens infrage. Insbesondere gehören dazu jegliche Formen von Entscheidungsbäumen (Regression Trees) inkl. Ensemble- Methoden, wie z.B. Random Forest und Gradient Boosted Trees. Ferner können Support Vector Machines, neuronale Netze und/oder Regressionsmethoden mit Regularisierung wie Ridge Regression oder Lasse Regression eingesetzt werden. Darüber hinaus können Bayessche Netze und andere Methoden, die eine Wahrscheinlichkeit über den Vorhersagewert - beispielsweise den Zyklenzahl-Schätzwert - aussagen, eingesetzt werden.
Da keine abrupte Änderung des Kabelzustands zu erwarten ist, werden die Messparameter - also die vorstehend genannten
Eingangsdaten - über einen gewissen Zeitraum - das vorstehend genannte Zeitfenster - aggregiert und danach für die Vorhersage herangezogen. Der Vorhersagewert bezieht sich beispielsweise auf den gesamten Aggregationszeitraum und stellt einen mittleren Zyklenzahl-Schätzwert dar. Die
Datenaggregation kann pro Stunden durchgeführt werden, aber es können auch andere Zeiträume gewählt werden. Für die Datenaggregation werden typischerweise Mittelwerte, Minima und Maxima der Messparameter über die definierten Zeitfenster gebildet.
Optional erfolgt ein vorgelagerter Verarbeitungsschritt, der die Vergleichbarkeit eines individuellen Kabels zu den Dauerlaufkabeln herstellt. Insbesondere durch störende Strahlung könnte es zu Veränderungen der Messparameter - beispielsweise der Entzerrerparameter und/oder des Signal- Rausch-Abstands - kommen. Das könnte die Übertragbarkeit der Kabelmodelle verhindern, weshalb die Bereinigung von Daten in geänderten EMV-Umgebungen vorteilhaft sein kann.
Optional können weitere Vor- und Nachverarbeitungsschritte durchgeführt werden. Bei der Vorverarbeitung können Ausreißer eliminiert werden oder fehlende Sensorwerte mithilfe von Nachbarwerten interpoliert werden. Als
Nachverarbeitungsschritt kann insbesondere eine Glättung des Zyklenzahl-Schätzwerts erfolgen, um kurzfristige Schwankungen abzudämpfen. Hierfür kann insbesondere ein Moving-Average- Filter eingesetzt werden.
Die Ermittlung des Kabelverschleißzustands kann also insbesondere die folgenden Schritte umfassen: Aggregation, Vorverarbeitung, Herstellung der Vergleichbarkeit, Berechnung des Zyklenzahl-Schätzwerts (= äquivalente Zyklenzahl) und Nachbearbeitung. Hiervon ist zweckmäßigerweise die
Aggregation und die Berechnung des Zyklenzahl-Schätzwerts erforderlich und die anderen Schritte können optional weggelassen werden.
Die Ermittlung des Kabelverschleißzustands kann auf dem Feldgerät ausgeführt werden und/oder auf einem Edge Device.
Da der Speicherplatz und die Rechenkapazität auf dem Feldgerät in der Regel begrenzt sind, wird bei geringer Anzahl zu überwachender Kabel die Ausführung auf dem Feldgerät empfohlen und bei höherer Anzahl wird vorzugsweise auf ein Edge Device umgestiegen.
Bevorzugt werden die Messerfahrungen aus Dauerläufen mit Schleppketten und aktuellen Werten kombiniert. Dadurch wird der tatsächliche Verschleiß des Kabels (Alterung) im Idealfall erkannt. Es können zweckmäßigerweise verschiedene Parameter wie kinematische Größen (Biegeradius,
Bewegungsgeschwindigkeit, ...) sowie Umgebungsparameter (Temperatur, ...) über die gemessenen Parameter der Übertragungsstrecke in Bezug auf die Referenzdaten berücksichtigt werden. Diese prädiktive Herangehensweise kann zu höherer Anlagenverfügbarkeit führen, indem ungeplante Stillstände vermieden werden und außerdem kann die Wartung bedarfsgerecht geplant werden (Predictive Maintenance).

Claims

Ansprüche
1. System (10) für die Industrieautomatisierung, umfassend ein Feldgerät (1) mit einer Funktionseinheit (2), insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, die ausgebildet ist, gemäß empfangener Nutzdaten (ND) eine Funktion bereitzustellen, sowie einer Kommunikationseinheit (3) zum Empfangen eines die Nutzdaten (ND) enthaltenden Nutzdatensignals (DS) über ein Kabel (4), wobei die Kommunikationseinheit (3) ausgebildet ist, auf Basis des Nutzdatensignals (DS) einen Parametersatz (PS) bereitzustellen und unter Verwendung des Parametersatzes (PS) eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals (DS) durchzuführen, um die Nutzdaten (ND) aus dem Nutzdatensignal (DS) zu gewinnen, wobei das System (10) ferner eine Diagnoseeinrichtung (5) umfasst, die ausgebildet ist, gemäß einer auf dem Parametersatz (PS) basierenden Indikatorgröße (IG) einen Kabelverschleißzustand des Kabels (4) zu ermitteln .
2. System (10) nach Anspruch 1, wobei die
Kommunikationseinheit (3) eine Entzerrereinheit (12) umfasst, die ausgebildet ist, als die Signalverarbeitung unter
Verwendung des Parametersatzes (PS) eine Signalentzerrung des Nutzdatensignals (DS) durchzuführen.
3. System (10) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Aktoreinrichtung (8) sowie das Kabel (4), wobei die Aktoreinrichtung (8) ausgebildet ist, eine Bewegung (9) durchzuführen, durch die das Kabel (4) in eine Kabelbewegung versetzt wird.
4. System (10) nach Anspruch 3, wobei die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, eine BewegungsInformation über die
Kabelbewegung zu erfassen und die BewegungsInformation bei der Ermittlung des Kabelverschleißzustands zu berücksichtigen .
5. System (10) nach Anspruch 4, wobei die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, die BewegungsInformation auf Basis der
Indikatorgröße (IG) zu erfassen.
6. System (10) nach Anspruch 4, wobei die
BewegungsInformation eine Periodizität der Kabelbewegung und/oder eine Anzahl von Kabelbewegungen betrifft.
7. System (10) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei das System (10) eine Mehrzahl an Feldgeräten (1) umfasst und jedes Feldgerät (1) über eine jeweilige Kommunikationseinheit
(3) verfügt, die ausgebildet ist, über ein jeweiliges Kabel
(4) ein jeweiliges Nutzdatensignal (DS) zu empfangen, gemäß dem jeweiligen Nutzdatensignal (DS) einen jeweiligen
Parametersatz (PS) bereitzustellen und unter Verwendung des jeweiligen Parametersatzes (PS) eine Signalverarbeitung des Nutzdatensignals (DS) durchzuführen, um in dem jeweiligen Nutzdatensignal (DS) enthaltene jeweilige Nutzdaten (ND) zu gewinnen, und wobei das System (10) ausgebildet ist, für jedes Kabel (4) einen jeweiligen Kabelverschleißzustand gemäß einer jeweiligen, auf dem jeweiligen Parametersatzes (PS) basierenden Indikatorgröße zu ermitteln.
8. System (10) nach Anspruch 7, wobei das System (10) ausgebildet ist, den Kabelverschleißzustand eines ersten Kabels (4A), das an einem ersten Feldgerät (1A) angeschlossen ist, auf Basis einer dem ersten Feldgerät (1A) zugehörigen ersten Indikatorgröße und auf Basis einer einem zweiten Feldgerät (1B) zugehörigen zweiten Indikatorgröße zu ermitteln.
9. System (10) nach Anspruch 8, wobei das System (10) ausgebildet ist, den Kabelverschleißzustand des ersten Kabels (4A) gemäß einer Veränderung über der Zeit der ersten
Indikatorgröße relativ zu einer Veränderung über der Zeit der zweiten Indikatorgröße zu ermitteln.
10. System (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das System (10) für jedes Kabel (4) über eine Eigenschaftsinformation verfügt, die eine Typeninformation des jeweiligen Kabels und/oder eine Belastungsinformation des jeweiligen Kabels umfasst, und wobei das System (10) ausgebildet ist, den Kabelverschleißzustand unter Berücksichtigung der Eigenschaftsinformation zu ermitteln.
11. System (10) nach Anspruch 10, wobei das System ausgebildet ist, die Kabel (4) auf Basis der jeweiligen Eigenschaftsinformation in verschiedene Kabel-Gruppen zu gruppieren und den jeweiligen Kabelverschleißzustand jedes Kabels (4) unter Berücksichtigung der jeweiligen Kabel-Gruppe zu ermitteln.
12. System (10) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Diagnoseeinrichtung (5) über ein Machine-Learning-Modell verfügt, das die Indikatorgröße auf den
Kabelverschleißzustand abbildet, und ausgebildet ist, den Kabelverschleißzustand unter Verwendung des Machine-Learning- Modells zu ermitteln.
13. System (10) für die Industrieautomatisierung, umfassend ein Feldgerät (1) mit einer Funktionseinheit (2), insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, die ausgebildet ist, gemäß empfangener Nutzdaten (ND) eine Funktion bereitzustellen, sowie einer Kommunikationseinheit (3) zum Empfangen eines die Nutzdaten (ND) enthaltenden Nutzdatensignals (DS) über ein Kabel (4), wobei das System (10) ferner eine Diagnoseeinrichtung (5) umfasst, die über ein Machine-Learning-Modell verfügt, das eine mit dem Nutzdatensignal (DS) im Zusammenhang stehende Indikatorgröße auf einen Kabelverschleißzustand des Kabels (4) abbildet, und die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells den
Kabelverschleißzustand gemäß der Indikatorgröße zu ermitteln.
14. System (10) nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Machine- Learning-Modell einen Entscheidungsbaum, eine Ensemble- Methode, Random-Forest, Gradient-Boosted-Tree, Support- Vector-Machine, neuronales Netz, Regressionsmethode,
Regularisierung, Ridge-Regression, Lasso-Regression und/oder ein Bayessches Netz umfasst und/oder darauf beruht.
15. System (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Machine-Learning-Modell einen Signal-Rausch-Abstand des empfangenen Nutzdatensignals auf den Kabelverschleißzustand abbildet und die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, unter Verwendung des Machine-Learning-Modells den Kabelverschleißzustand auf Basis des Signal-Rausch-Abstands zu ermitteln.
16. System (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, als den Kabelverschleißzustand einen Zyklenzahl-Schätzwert zu ermitteln, der eine geschätzte Zyklenzahl von durchlaufenen Kabelbewegungen beschreibt.
17. System (10) nach Anspruch 16, wobei die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, auf Basis des Zyklenzahl-Schätzwerts sowie eines Zyklenzahl-Zählwerts, der die tatsächliche Zyklenzahl der Kabelbewegung des Kabels beschreibt, einen relativen Kabelverschleißzustand zu ermitteln, der eine Beziehung zwischen dem Zyklenzahl- Schätzwert und dem Zyklenzahl-Zählwert berücksichtigt.
18. System (10) nach Anspruch 17, wobei die Diagnoseeinrichtung (5) ausgebildet ist, auf Basis des relativen Kabelverschleißzustands eine Lebensdauer und/oder eine Belastung des Kabels (4) zu ermitteln.
19. Verfahren zum Ermitteln eines Kabelverschleißzustands eines Kabels (4), umfassend die Schritte:
- Empfangen, an einem Feldgerät (1), eines Nutzdatensignals (DS),
- Bereitstellen eines Parametersatzes (PS) auf Basis des Nutzdatensignals (DS),
- Durchführen einer Signalverarbeitung des Nutzdatensignals (DS) unter Verwendung des Parametersatzes (PS), um Nutzdaten (ND) aus dem Nutzdatensignal zu gewinnen,
- mittels einer Funktionseinheit (2), insbesondere einer Aktoreinheit, Sensoreinheit und/oder Steuereinheit, des Feldgeräts (1), Bereitstellen einer Funktion gemäß den Nutzdaten, und
Ermitteln eines Kabelverschleißzustands des Kabels (4) gemäß einer auf dem Parametersatz (PS) basierenden Indikatorgröße.
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