提高工业输入/输出组件安全性的方法和输入/输出组件与流程

1.本发明涉及一种用于提高工业输入/输出组件的可靠性的方法，其中，在输入/输出组件上借助于加速度传感器得出从外部作用到输入/输出组件上的机械负载，其中，检查负载是否超过了可预定的极限值，并且对于超过的情况，根据超过的程度相应地增加负载总和的值。
2.此外，本发明涉及一种输入/输出组件，包括加速度传感器、设计用于借助加速度传感器测量从外部作用的机械负载的测量装置，还具有设计用于检查负载是否超过可预定的极限值的检查机构。


背景技术：

3.工业输入/输出组件用于工业自动化，特别是作为分散的外围设备，用于驱控执行器和读取传感器。分散的外围设备的此类组件或模块根据应用领域属于防护等级ip20或ip67。ip67防护等级的组件，例如siemens ag，另外由et 200eco pn、et 200al和et 200eco pn m12-l系列代表。这些组件可以无需控制柜直接安装在现场，例如安装在机器人手臂或其他机器部件上。防护等级为ip67的组件对于小型本地自动化任务(例如门控制或机器人手臂应用)非常常见。这些模块通常在超过规定值的非常高的机械负载下使用。这可能导致组件的早期故障。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于提高输入/输出组件的可靠性的方法。
5.此外，本发明的一个目的是提供一种输入/输出组件，该组件尤其可以在机械应力环境中以提高的可靠性使用。
6.该目的由此实现，即根据该方法检查负载是否超过可预定的极限值，并且如果是这种情况，则根据超出的程度相应地增加负载总和的值，其中，负载总和与表征输入/输出组件的使用寿命的最大负载值连续比较，并且在负载总和达到最大负载值的情况下，发出维护消息。如果输入/输出组件在快速移动的机器人手臂上承受如此大的负载，以使其作用在输入/输出组件上的有关加速度的机械负载超过根据iec60068-2-6的振动测试，作为该方法的结果，对于输入/输出组件及早识别即将发生的系统故障并且避免基于状态的维护。这是因为工业输入/输出组件要承受强烈的振动测试和冲击测试，在振动测试中，例如在三个相互垂直的轴中的每个轴中，以每轴10次频率扫描的振动周期执行20g的恒定加速度。例如，在借助于半正弦波的冲击负载的情况下，施加30g的冲击，持续18μs的时间。在这里，在测试期间，冲击也作为负载分别施加在三个相互垂直的轴的每一个轴上。
7.该方法的进一步改进方案提出，利用加速度传感器记录时间连续的信号曲线并且基于积分计算负载总和。
8.根据该方法还提出，对机械负载的测量值进行统计评估。加速度传感器提供的测量值在读出后进行统计评估，例如通过平均，以便从输入/输出组件的环境中获取信息。
9.如果在计算负载总和时考虑输入/输出组件的质量，则该方法得到进一步改进。由于负载通常由加速度引起，并且输入/输出组件的自重在此至关重要，因此可以考虑与组件的自重相关的力。
10.如果在计算负载总和时考虑输入/输出组件的温度，也是有利的。因为如果输入/输出组件在极端温度下也受到冲击和振动，印刷电路板与连接的部件之间很容易出现小的裂缝，进而可能导致整个电子设备出现故障。因此，通过考虑温度，提高了故障预测概率。
11.也可以通过实验振动和冲击测试来得出最大负载值。这将是振动测试的得出，此外这等同于振动测试，它远远超出了根据iec60068-2-6和iec60068-2-27执行的要求，因为在这个实验的得出中，组件会受到冲击直到组件事实上故障。这相当于实际的实效极限，它由实验振动和冲击测试得出，并且为了输出警报消息而将实际的失效极限的值用在输入/输出组件中。
12.综上所述，根据该方法可以确定输入/输出组件的机械负载，并且可以得出有关输入/输出组件的机械老化的说明。借助于该信息可以实现具有可配置阈值的监控和维护警报。
13.如果测量值也具有时间戳，则可以说明机器运动的过去发展。在此，通过测量数据的统计处理来识别极限负载。通过对测量值加速度值进行微分，可以对所经过的距离进行说明，而通过对测量值进行积分，可以评估一段时间内的机械负载。特别是，从测量值的积分可以得出关于在输入/输出组件的生命周期期间接触、焊接点、压接连接等的负载的说明。输入/输出组件的内部温度的考虑在这里也起着重要作用。由此，可以根据工序确定输入/输出组件的最大使用时间。
14.此信息对客户有用，以便能够利用输入/输出组件的与使用条件有关的整个寿命。这导致资源的可持续利用，因为无需及早更换输入/输出组件，这些组件负载小，因此使用寿命更长。
15.开头提到的目的还通过一种输入/输出组件实现，该输入/输出组件包括加速度传感器、设计用于借助加速度传感器测量从外部作用的机械负载的测量装置、设计用于检查负载是否超过可预定的极限值的检查机构、设计为将超过的程度与负载总和相加的负载总和计算器、监控机构，设计为将负载总和与表征输入/输出组件的使用寿命的最大负载值进行连续比较，并且在负载总和达到最大负载值的情况下，发出维护消息。
16.现在已经有利地创建了一种输入/输出组件，该组件可以及早识别到即将发生的系统故障。这种输入/输出组件的质量现在已大大提高，因为可以及早识别出必要的维护和严重老化。由此，可以避免客户的自动化系统中的故障，从而导致制造过程中的少的故障。
17.输入/输出组件还具有与加速度传感器连接并且记录时间连续信号曲线的记录机构，其中，存在积分机构，该积分机构被设计为根据对信号曲线的积分来计算负载总和。
18.在输入/输出组件的进一步改进方案中，其具有处理模块，经由模数转换器转换时间连续的值，并且在频率范围内的变换之后实施振动分析，并且统计评估用于机械负载的测量值。
19.在输入/输出组件中的加速度传感器提供的测量值在被读取后被统计评估，例如通过平均，以便从模块的环境中获取信息。
20.为了尤其更精确地确定机械老化，在组件中提供了可参数化的存储空间，可以输
入输入/输出组件的质量到存储空间中，为了计算负载总和能够查询质量。特别是在移动的质量的情况下，组件的自身重量在机械负载中起着决定性的作用。
21.组件经受的温度对于机械老化也起着决定性的作用。输入/输出组件因此具有温度传感器，其中，为了计算负载总和可以查询输入/输出组件的温度。
22.此外，输入/输出组件还具有可参数化的另外的存储空间，可以输入实验得出的最大负载值或实际的实效极限到另外的存储空间中。
23.一个优选的实施例提出，加速度传感器设计为mems传感器。
24.另一个客户应用是，经由现场总线系统输出预处理后的测量值，以便客户可以继续使用和处理这些测量值。为此，输入/输出组件具有现场总线接口和发送装置，其中，所有测量值和维护消息都可以经由现场总线接口借助发送装置传输到现场总线处。
附图说明
25.附图示出了本发明的实施例，在此，图1示出了输入/输出组件。
具体实施方式
26.根据图1，示出了包括加速度传感器bs、测量装置me和检查机构pm的输入/输出组件1。测量装置me接收来自加速度传感器bs的测量值并检查这些测量值是否超过可预定的极限值gw。对于每次超出可预定的极限值gw，超出的程度h被累加到负载总和计算器bsz中。为了监控这些累加的负载，还存在监控机构um，其被设计为将负载总和bss与表征输入/输出组件1的使用寿命l的最大负载值b
max
连续地比较，并且对于负载总和已达到最大负载值b
max
的情况，发出维护消息wm。
27.此外，输入/输出组件1具有记录机构am，其与加速度传感器bs连接并记录时间连续的信号曲线s
(t)
，其中，存在积分机构im，该积分机构被设计为根据对信号曲线s
(t)
的积分计算负载总和bss'。
28.处理模块vm，设计为经由模数转换器转换时间连续的值，并在频率范围内的变换之后实施振动分析，例如快速傅里叶变换，并统计评估用于机械负载b的测量值。
29.关于可能的未来故障时间的更精确的说明，输入/输出组件1具有可以参数化的存储空间2、3、4。输入/输出组件1的质量m可以存储在第一存储空间2中。实验得出的最大负载值e
max
可以存储在第二存储空间3中或者可以从外部参数化。实效极限ex可以在第三存储空间4中参数化。
30.存储的值如质量m、实验得出的负载值e
max
和故障极限ex可以包含在未来实效时间点的计算中。
31.此外，温度传感器ts对此提供输入/输出组件1中的当前主要温度t。如果除了机械负载b之外，组件的温度t也非常高，则由机械负载b引起的机械老化还会继续增加，并且组件可能会更快地故障。
32.为了也能够将记录的测量值传输给更高级别的自动化系统，输入/输出组件1具有现场总线接口5和发送装置6，其中，能够借助于发送装置6将所有的测量值和维护消息wm都经由现场总线接口5传输到现场总线7处。
33.作用在输入/输出组件1上的机械负载b通常在x、y、z坐标系中在三个轴上执行。该
组件具有用于接收分散的过程值的第一输入e1到第五输入e5，对于工业过程的执行器值的输出，该组件具有第一输出a1到第五输出a5。