Modellbasierte Überwachung für einen elektromechanischen Antrieb

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Untersuchung einer on-line Fehlerdetektion und einer off-line Verschleißdetektion für eine elektromechanisch betriebene Positionieranlage. Dabei ist dem mechanischen Teil der Positionieranlage eine besondere Aufmerksamkeit gewidmet, weil die zu detektierenden Fehler hauptsächlich zufolge hoher Reibung an diesem Teil der Anlage auftreten. Die betrachtete Anlage dient zur Positionierung von Abdeckblechen, die mittels Ketten auf zwei Führungsschienen gezogen werden. Nach der Modellierung der Positionieranlage mit physikalischen Grundgleichungen und unter Rücksichtnahme der elastischen Kettendehnung erfolgt eine Untersuchung der Abdeckbleche auf Ursachen für zu hohe Reibung. Anhand von Simulationen möglicher Fehler der Anlage und einer Literaturstudie zu gängigen Methoden der Fehlerdetektion werden Algorithmen für die on-line Detektion von Überlasten, Festanschlägen, Kettenbrüchen und Kettensprüngen entwickelt. Eine Untersuchung der entwickelten Algorithmen erfolgt anhand von Messsignalen der realen Anlage. Da Kettenverschleiß die Hauptursache für Kettensprünge ist, wird ein Algorithmus zur off-line Verschleißdetektion der Kette entwickelt.

This master thesis deals with the development and investigation of an algorithm for on-line fault detection and off-line wear detection for an electro-mechanically operated positioning system. Special attention is dedicated to the mechanical part of the positioning system, because the faults to be detected occur mainly in this part of the system. It was found in this work that friction is an important cause of faults and wear. The considered system is used for controlling the position of cover plates, which are pulled by chains on two guide rails. After modeling the positioning system with fundamental physical equations, possible causes of excessive friction in the positioning system were identified. Based on simulation results of possible faults of the system and a literature review of current fault detection methods, algorithms for the on-line detection of overloads, rigid obstacles, rupture of chains and loss of synchronisation (chain is skipping over teeth of the sprocket) were developed. The developed algorithms were validated by means of measured signals from the real system. Since the key factor for causing chains to skip over sprocket teeth is wear, an algorithm for off-line detection of chain wear was developed.