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Die
Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung
zur Überwachung
von technischen Geräten oder
Anlagen, mit einem oder mehreren Überwachungsgeräten, welche
in der Umgebung eines oder mehrerer zu überwachender Geräte oder
Anlagen angeordnet und jeweils mit Sensoren zur Detektierung der
zu überwachenden
Parameter versehen sind, und mit einer Koordinationszentrale, die
mindestens einen Computer aufweist, der über Datenfernübertragungskanäle mit dem
oder den Überwachungsgeräten verbunden
ist.
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Derartige Überwachungseinrichtungen
sind bekannt. Die über
die Sensoren aufgenommenen Parameter werden entweder direkt an eine
Koordinationszentrale gesendet oder zwischengespeichert und nur
gelegentlich oder auf Anforderung der Koordinationszentrale übertragen.
Die überwachten
Parameter können
beispielsweise Temperatur, Druck, Spannung, Flüssigkeitsstände oder Geschwindigkeiten
sein. Beispielsweise bei der Überwachung
von Windenergieanlagen können
Laufzeiten, Drehgeschwindigkeiten, Windgeschwindigkeiten, erzeugte Spannung
und elektrische Energie aufgezeichnet und an eine Steuerungszentrale übermittelt
werden. Bei der Überwachung
einer Vielzahl von Windenergieanlagen muss die Steuerungszentrale
allerdings eine immense Datenmenge verarbeiten und ggf. abspeichern.
Je größer die
Zahl der überwachten
Anlagen, desto größer ist
der Überwachungsaufwand
in der Zentrale.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Überwachungseinrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, die einfach aufgebaut ist
und mit geringem Aufwand die Überwachung
einer Vielzahl von technischen Geräten oder Anlagen ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Lösung sieht
vor, dass das oder jedes Überwachungsgerät einen
programmierbaren Mikroprozessor und einen Datenspeicher aufweist
und mit einer Analysesoftware ausgestattet ist, mit Hilfe der die
zu überwachenden
Parameter vor Ort analysierbar sind, und dass das Überwachungsgerät beim Vorliegen
von Abweichungen der Parameter von einer vorgegebenen Norm eine
Meldung an die Koordinationszentrale abschickt. Die erforderliche
Analysesoftware kann heutzutage auf einfache Weise erstellt und
im Überwachungsgerät gespeichert
werden. Durch die freie Programmierbarkeit kann das Überwachungsgerät an jede
beliebige Überwachungsaufgabe
angepasst werden, indem einfach die Software ausgetauscht wird.
Damit erhält
man universelle Überwachungsgeräte, die
für den
speziellen Einsatz lediglich mit den erforderlichen Sensoren und
einer speziellen Analysesoftware bestückt werden müssen. Die
zu überwachenden
Parameter werden vor Ort analysiert und eine Meldung an die Koordinationszentrale
nur im Störungsfall
oder bei sonstigen vorprogrammierbaren Fällen abgegeben. Damit wird
die in der Koordinationszentrale anfallende Datenflut auf ein Minimum reduziert.
Als Koordinationszentrale eignet sich daher jeder beliebige Kleincomputer.
Ein größerer Aufwand
ist nicht erforderlich. Darüber
hinaus ist die Überwachungseinrichtung
modular aufgebaut, denn sie kann jederzeit um weitere dezentrale Überwachungsgeräte erweitert
werden. Dabei können
sogar ganz unterschiedliche technische Geräte oder Anlagen überwacht
werden, denn jedes Überwachungsgerät vor Ort
kann mit einer speziellen, auf den Überwachungsfall angepassten
eigenen Software und den erforderlichen Sensoren versehen werden.
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Der
Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung
ist aber nicht nur auf die Meldung bereits aufgetretener Fehler
beschränkt, sondern
eignet sich auf für
die Prognose des Zustandes der überwachten
Geräte
oder Anlagen bzw. deren Teile. Beispielsweise kann bei einer Windenergieanlage
mittels Mikrofonen oder Körperschallsensoren
die Vibrationen des Getriebes oder des Generators überwacht
werden. Vor Ort kann die Analysesoftware der Überwachungsgeräte eine
Frequenzanalyse vornehmen und Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten
auf einfache Weise feststellen. Dadurch lässt sich voraussagen, ob und
möglicherweise
wann mit einem Versagen des Getriebes oder Generators zu rechnen
sein wird. Über
die Koordinationszentrale können
dann rechtzeitig Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen veranlasst werden,
bevor es überhaupt
zu einem Ausfall kommt. Auf diese Weise werden kostspielige Ausfallzeiten
vermieden. Die Erfindung ermöglicht
es somit, eine Fülle
von Daten auszuwerten, ohne dass diese zur Koordinationszentrale übertragen
werden müssten.
Erst dadurch wird die Prognose bevorstehender Ausfälle des
jeweiligen Gerätes
oder der Anlage überhaupt
realistisch möglich.
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In
einfacher Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Datenfernübertragung über das
Internet oder ein drahtloses Telefonnetz erfolgt. Damit werden bestehende
Datennetze genutzt und man kann sich den Aufwand für ein eigenes
Datennetz sparen.
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Wenn
das Überwachungsgerät ein mit
dem Internet verbundener Computer ist, vorzugsweise ein PC, und
die Sensoren über übliche Computerschnittstellen
mit dem Computer verbunden sind, vorzugsweise über USB, kann das Überwachungsgerät auf kostengünstige Weise
aus leicht erhältlichen
Komponenten zusammengestellt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist auf dem PC des Überwachungsgerätes ein
Windows-Betriebssystem mit einem SCOM-Agenten installiert und der SCOM-Agent
ist mit einem für
den entsprechenden Anwendungsfall programmierten Managment-Pack
als Analysesoftware ausgestattet. Die Maßnahme verwendet kostengünstig zu
beschaffende übliche
Software, sodass der Programmieraufwand für die Analysesoftware minimiert
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Überwachungsgerät als Handgerät mit integriertem
Mobiltelefon und integriertem Mikroprozessor ausgestaltet, wobei
die Datenfernübertragung über ein
Mobilfunknetz an die Koordinationszentrale erfolgt. Diese Ausführungsform
ist ganz besonders kompakt und kostengünstig mit geringstmöglichem Aufwand
zu installieren.
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In
einer Weiterbildung weist das Überwachungsgerät vorzugsweise
mindestens eine USB-Schnittstelle zum Anschluss von Sensoren auf. Auf
diese Weise können übliche Sensoren
mit USB-Schnittstelle ohne zusätzlichen
Aufwand angeschlossen und verwendet werden. Außerdem kann das Überwachungsgerät durch
diesen modularen Aufbau besonders einfach an unterschiedliche Verwendungszwecke
angepasst werden, indem es je nach Anforderung mit verschiedenen
Sensoren bestückbar
ist. In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist auf dem Überwachungsgerät als Betriebssystem
Windows CE mit einem SCOM-Agenten installiert
und der SCOM-Agent ist mit einem für den entsprechenden Anwendungsfall
programmierten Management-Pack als Analysesoftware ausgestattet.
Diese Maßnahme
ermöglicht
wiederum die Verwendung standardisierter, leicht und kostengünstig zu
beschaffender Software.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die für den entsprechenden
Anwendungsfall im Überwachungsgerät installierte
Analysesoftware durch die Koordinationszentrale per Datenfernübertragung
an ein oder mehrere Überwachungsgeräte übertragbar
und installierbar ist. Diese Maßnahme
ermöglicht
die Weiterentwicklung, Verbesserung oder Anpassung der Analysesoftware und ihre
anschließende
Installation vor Ort per Datenfernübertragung, ohne dass das Überwachungsgerät vor Ort
gewartet werden müsste.
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Der
wesentliche Kern der Erfindung manifestiert sich schon in einem Überwachungsgerät, welches
gemäß den Merkmalen
der Ansprüche
5 bis 8 ausgestaltet ist. Deshalb soll durch die Ansprüche 9 bis
12 auch ein Überwachungsgerät als solches
unter Schutz gestellt werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt:
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1:
eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung.
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In 1 erkennt
man ein technisches Gerät 1,
welches beispielhaft für
eine Vielzahl von technischen Geräten oder eine oder mehrere
Anlagen steht, die durch die vorliegende Erfindung überwacht werden
soll. Das technische Gerät 1 ist
mit einem nicht gezeigten Sensor versehen, der über eine Sensorleitung 2 mit
einem Überwachungsgerät 3 verbunden
ist. Selbstverständlich
kann das technische Gerät 1 mit
einer Vielzahl von Sensoren versehen sein, die Parameter wie beispielsweise
Temperatur, Druck, Spannung, Flüssigkeitsstände, Geschwindigkeiten, Vibrationen
und viele andere mehr erfassen und an das Übertragungsgerät 3 übermitteln.
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Das Übertragungsgerät 3 ist
in der Umgebung des zu überwachenden
technischen Gerätes 1 angeordnet
und kann sogar in das technische Gerät 1 selbst integriert
sein.
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Im
vorliegenden Fall ist das Überwachungsgerät 3 als
Handgerät
mit integriertem Mobiltelefon und integriertem Mikroprozessor ausgestaltet.
Die Datenfernübertragung 4 erfolgt über ein
Mobilfunknetz an eine Koordinationszentrale 5. Die Sensorleitung 2 ist
an das Überwachungsgerät 3 mittels
einer nicht gezeigten USB-Schnittstelle angeschlossen. Die Koordinationszentrale 5 umfasst
ein Sende- und Empfangsmodul 6 zur Herstellung der Datenfernübertragung 4 über ein
Mobilfunknetz, einen Computer 7 und einen Computerarbeitsplatz 8 zur
Benutzung durch einen Benutzer 9.
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Im
Computer 7 der Koordinationszentrale 5 kann ein
Analyseprogramm erstellt oder ein anderweitig erstelltes Analyseprogramm
verwaltet werden. Das Analyseprogramm wird vom Computer 7 der
Koordinationszentrale 5 über das Sende- und Empfangsmodul 6 mittels
Datenfernübertragung 4 an mindestens
ein Überwachungsgerät 3 übertragen und
dort installiert. Das Überwachungsgerät 3 wird mit
dem Betriebssystem Windows CE von der Firma Microsoft oder einem
entsprechenden Betriebssystem, insbesondere einer Weiterentwicklung
von Windows CE betrieben, wobei wiederum ein spezielles, als SCOM-Agent
bekanntes, Programm benutzt wird. Die Analysesoftware wird daher
in Form eines Management-Packs für
das SCOM-Agenten-Programm erstellt und betrieben.
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Alternativ
kann das Überwachungsgerät 3 anstatt
als Handgerät
auch als üblicher
Kleincomputer, insbesondere PC, ausgestaltet sein, wobei das Betriebssystem
Windows von Microsoft mit einem SCOM-Agenten installiert ist. Der
SCOM-Agent kann wieder mit einem für den entsprechenden Anwendungsfall
programmierten Management-Pack als Analysesoftware ausgestattet
sein.
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Die
Datenfernübertragung 4 wird
aber nur im Störfall
oder in einem von der Analysesoftware ansonsten vorgesehenen Fall
für eine
Meldung an die Koordinationszentrale 5 benutzt. Im Normalfall
ist die Datenfernübertragung 4 unterbrochen.
Das Überwachungsgerät 3 arbeitet
dann mit Hilfe der Analysesoftware eigenständig vor Ort. Dabei werden
die von den Sensoren über
die Sensorleitung 2 gelieferten Signale ausgewertet und
mittels der Analysesoftware analysiert, um bestimmte Betriebszustände und
insbesondere Störfälle zu erkennen.
Dabei kann eine sehr grolle Menge an Daten gecheckt und analysiert werden,
ohne dass diese Datenflut über
die Datenfernübertragung 4 übertragen
werden müsste.
Dies ermöglicht
die ständige Überwachung
einer Vielzahl von Sensoren und auch eine diffizile Analyse der
von den Sensoren gelieferten Signale.
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Die
Koordinationszentrale 5 kann selbst die Zentrale eines
Betreibers des technischen Gerätes 1 oder
der überwachten
Anlage sein. Für
ihren Betrieb ist jedoch ein gewisses Know-how erforderlich, welches
nicht unbedingt von jedem Anlagenbetreiber vorgehalten werden kann.
Aus diesem Grund ist in einer Weiterbildung der Überwachungseinrichtung vorgesehen,
dass die Koordinationszentrale 5 von einem Experten betrieben
wird, beispielsweise von einem technischen Überwachungsverein. Dieser kann die Überwachungsgeräte 3 und
die für
deren Betrieb erforderliche Analysesoftware liefern und stets auf dem
Laufenden halten oder an geänderte
Erfordernisse anpassen, ohne dass der eigentliche Betreiber des
Gerätes 1 oder
der Anlage über
entsprechendes Expertenwissen verfügen müsste.
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Tritt
nun ein Störfall
oder ein anderer vom Betreiber der Anlage vorgemerkter Betriebszustand des
technischen Gerätes 1 oder
der überwachten
Anlage auf, so wird zunächst
die Koordinationszentrale 5 über die Datenfernübertragung 4 darüber informiert.
Die Koordinationszentrale 5 ihrerseits benachrichtigt dann
den Betreiber des technischen Gerätes 1 oder der Anlage über eine
weitere Datenfernübertragung 10.
Diese kann selbstverständlich
auch als drahtlose Datenfernübertragung 10 beispielsweise über ein
Mobilfunknetz erfolgen. Zur Verbindung einer Konsole 11 des
Gerätebetreiber
mit der Koordinationszentrale 5 kann wiederum ein Überwachungsgerät 12 dienen,
welches über
eine Datenleitung 13, vorzugsweise mittels USB- Schnittstelle, an
einen Computer der Konsole 11 des Betreibers angeschlossen
ist. Das Überwachungsgerät kann diese veränderte Aufgabe
ohne weiteres übernehmen, wenn
es mit einer entsprechenden Software ausgestattet ist. Diese Software
kann wiederum durch die Koordinationszentrale 5 erstellt
und per Datenfernübertragung 10 auf
das Überwachungsgerät 12 übertragen
und dort installiert werden. Deshalb kann das Überwachungsgerät 12 baugleich
mit dem Überwachungsgerät 3 ausgestaltet
sein.
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Die
erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung
ist in hohem Maße
modular aufgebaut und kann daher jederzeit erweitert werden. Eine
einzige Koordinationszentrale 5 kann eine Vielzahl von
technischen Geräten
und Anlagen überwachen,
die nicht notwendig demselben Betreiber zuzuordnen sein müssen. Vielmehr
kann auch eine Vielzahl unterschiedlicher Betreiber durch eine einzige
Koordinationszentrale 5 bedient werden. Dabei kann vor
Ort überall
derselbe Typ von Überwachungsgerät eingesetzt
werden, wobei die Anpassung an die individuellen Anforderungen allein
durch die installierte Software erfolgt, die ihrerseits wiederum
durch die Koordinationszentrale 5 per Datenfernübertragung
im Rahmen einer Fernwartung installiert werden kann.
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Eine
Erweiterung der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung
ist jederzeit ohne großen Aufwand
möglich.
Hierfür
muss lediglich die Software im Computer 7 der Koordinationszentrale 5 modifiziert
bzw. ergänzt
und vor Ort ein oder mehrerer Überwachungsgeräte 3, 12 installiert
werden. Das gesamte Know-how für
die Programmierung und der Aufwand für die Überwachung der technischen
Geräte
und Anlagen sowie für
die Benachrichtigung der Betreiber oder die Einleitung von Maßnahmen
wird nur ein einziges Mal in einer einzigen Koordinationszentrale 5 benötigt. Dies
ist sehr wirtschaftlich. Die Infrastruktur der Überwachungseinrichtung bleibt
bei einer Erweiterung immer gleich. Unabhängig von der Anwendung muss
nur ein Mal in die Infrastruktur investiert werden. Wenn verschiedene
Anlagenbetreiber identische oder sehr ähnliche Anforderungen an die Überwachungseinrichtung
stellen, können
sich weitere Synergien ergeben. Dieselbe Technik kann für viele
unterschiedliche Anwendungsfälle
genutzt werden. Insbesondere kleine und mittelständische Betriebe können daher
die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung
sehr kostengünstig
benutzten, ohne dass wesentliche Investitionen für eine eigene Koordinationszentrale
und das erforderliche Know-how für
den Betrieb getätigt
werden müssten.
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- 1
- technisches
Gerät
- 2
- Sensorleitung
- 3
- Überwachungsgerät
- 4
- Datenfernübertragung
- 5
- Koordinationszentrale
- 6
- Sende-
und Empfangsmodul
- 7
- Computer
- 8
- Computerarbeitsplatz
- 9
- Benutzer
- 10
- Datenfernübertragung
- 11
- Konsole
- 12
- Überwachungsgerät
- 13
- Datenleitung