planungsbasierter Montage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Prüfen eines Schaltschrankinhalts nach planungsbasierter Montage von gerätetechnischen Komponenten sowie deren Verdrahtung über hierfür vorgesehene Klemmstellen mittels gekennzeichneter elektrischer Leitungen. Ferner betrifft die Erfindung auch ein dieses Verfahren verkörperndes Computerprogrammprodukt.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf die Schaltschranktechnik. Schaltschränke werden vornehmlich im Rahmen industrieller Anwendungen genutzt. Ein Schaltschrank der hier interessierenden Art beherbergt gerätetechnische Komponenten, welche gewöhnlich in Form normierter elektrischer oder elektronischer Einbaumodule ausgebildet sind. Diese gerätetechnischen Komponenten dienen vornehmlich der Ansteuerung einer automatisierten Fertigungsanlage, einer verfahrenstechnischen Anlage, einer Werkzeugmaschine oder dergleichen. Bei den im Schaltschrank konzentriert untergebrachten Einbaumodulen handelt es sich meist also um gerätetechnische Komponenten, die nicht als Feldgeräte direkt an der Maschine angeordnet sind. Als gerätetechnische Komponenten im Sinne der vorliegenden Anmeldung kommen beispielsweise speicherprogrammierbare Steuerungen, universelle Recheneinheiten, Frequenzumrichter für Drehzahlsteuerungen, Kommunikationsmodule für Busanbindungen zu unterschiedlichen Bussystemen, digitale Eingangs-/ Ausgangs-Module oder auch analoge Eingangsmodule zum Einsatz. Neben diesen elektronischen Komponenten

LK: enthält ein Schaltschrank üblicherweise auch rein elektrische Komponenten, beispielsweise elektrische Klemmleisten zum Anschluss der elektrischen Verkabelung am Einsatzort, womit die Verbindung zur Stromversorgung und zu den anzusteuemden Maschinen hergestellt wird. Die Fertigung eines Schaltschranks mit anwendungsspezifischem Schaltschrankinhalt erfolgt auf Basis eines elektrischen Schaltplans, aus welchem im Planungsstadium ein

Planungslayout abgeleitet wird, welchem neben Informationen über die Positionierung der einzelnen gerätetechnischen Komponenten und deren Verdrahtung auch dazugehörige Stücklisteninformationen zugeordnet sind.

Eine solche Planung und Konstruktion des Schaltschrankinhalts wird heutzutage

softwarebasiert, beispielsweise durch EPLAN Pro Panel® erstellt, das unter anderem auch ein dreidimensionales Planungslayout bereitstellt. Das Planungslayout enthält neben den gerätetechnischen Komponenten auch deren Verdrahtung über die an den Komponenten hierfür vorgesehenen Klemmstellen sowie Informationen über die Art und den Verlauf der zu verwendenden elektrischen Leitungen. Außerdem enthält das Planungslayout auch eine auf die Komponenten abgestimmte Konfiguration von Kupferschienen und dergleichen für flexible Stromverteilersysteme. Sind die gerätetechnischen Komponenten in Form von elektrischen oder elektronischen Einbaumodulen ausgeführt, so können diese beispielsweise über Hutschienen auf einer Montageplatte des Schaltschranks befestigt werden. Zur

Komplettierung des Schaltschranks können auch weitere optionale Komponenten, wie Ventilatoren, Lüfter, Filter, Wärmetauscher, Klimatisierungseinheiten,

Innenbeleuchtungssysteme, Kabeleinführungen und dergleichen konzipiert und durch das Planungslayout abgebildet werden.

Nach vollzogener Planung, deren Ergebnis unter anderem ein Planungslayout des SOLL- Zustandes des Schaltschrankinhalts ist, erfolgt dessen Fertigung, die im Wesentlichen eine Montage der gerätetechnischen Komponenten gemäß Stückliste auf einer Montageplatte des Schaltschranks und deren Verdrahtung mittels elektrischer Leitungen gemäß Planungslayout umfasst. Dies erfolgt gewöhnlich in einer entsprechend ausgestatteten Elektrowerkstatt. Nach abgeschlossener Montage wird der Schaltschrankinhalt gewöhnlich durch qualifiziertes Fachpersonal geprüft und hinsichtlich von zumindest Teilfünktionalitäten, wie beispielsweise Leitungsdurchgänge, getestet. Eine derartig manuelle Prüfung des Schaltschrankinhalts nach Montage erfordert die Erstellung von nachweistauglichen Prüfungsprotokollen und ist - je nach Komplexität der miteinander verknüpften gerätetechnischen Komponenten - fehleranfällig.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung sowie ein Verfahren zum Prüfen eines Schaltschrankinhalts nach planungsbasierter Montage zu schaffen, welche/welches eine zuverlässige und zeiteffiziente Qualitätsprüfung auch komplexer Schaltschrankinhalte sicherstellt.

Die Aufgabe wird einrichtungstechnisch durch Anspruch 1 gelöst; verfahrenstechnisch wird die Aufgabe durch den hierzu korrespondierenden Anspruch 8 gelöst. Hinsichtlich eines das Verfahren verkörpernden Computerprogrammprodukts wird auf Anspruch 15 verwiesen. Die jeweils abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass eine Einrichtung zum Prüfen eines Schaltschrankinhalts nach planungsbasierter Montage der gerätetechnischen Komponenten sowie deren Verdrahtung eine Kameraeinheit zur zumindest zweidimensionalen

Bilderfassung der auf einer Montageplatte eines Schaltschranks vollständig montierten und verdrahteten Komponenten umfasst, eine Auswerteeinheit zur Durchführung eines Vergleichs zwischen einem auf der bildtechnischen Erfassung basierenden Abbildlayout des IST- Zustandes mit einem bereitgestellten Planungslayout des SOLL-Zustandes, und einer Ausgabeeinheit zur Bereitstellung des Prüfüngsergebnisses über die zumindest bauliche Konsistenz des Schaltschranks für eine Beurteilung hinsichtlich Lieferfreigabe oder Fehlerbehebung. Dabei führt die Auswerteeinheit den besagten Vergleich zumindest hinsichtlich folgender Kemkriterien durch: a) einer Vollständigkeit und Lage der verbauten Komponenten,

b) der Belegung elektrischer Klemmanschlüsse,

c) der Verdrahtungs Verläufe der elektrischen Leitungen wobei die Auswerteeinheit optional auch eine tiefergehende Prüfung hinsichtlich folgender weiterer Prüfungskriterien durchführen kann: d) Größe und Typ des gewählten Schaltschranks, und/oder

e) einer Richtigkeit der verwendeten Drahtarten der elektrischen Leitungen.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass eine manuelle Prüfung des Montageresultats des Schaltschranks weitgehend entfallen kann, wobei die über den erfindungsgemäßen Layoutvergleich durchgeführte automatisierte Prüfung einen weitaus geringeren Zeitaufwand erfordert. Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Erkenntnis aus, dass das den SOLL-Zustand beschreibende Planungslayout, welches Ergebnis der vorausgegangenen konstruktiven Planung ist, mit nur geringfügigen Anpassungen geeignet ist, um auch einen dem Montageprozess nachgelagerten Qualitätsprüfüngsschritt als

Vergleichsmaßstab zu dienen. Hierdurch wird eine zuverlässige Prüfung des geplanten SOLL-Zustandes gegen den tatsächlich umgesetzten IST-Zustand unter Minimierung etwaiger Fehlereinflussfaktoren sichergestellt.

Dabei ist die Prüfung hinsichtlich einer Vollständigkeit und Lage der verbauten Komponenten dahingehend zu verstehen, dass nicht allein das Vorhandensein von elektrischen oder elektronischen Einbaumodulen und dergleichen geprüft wird, sondern auch deren Typ, welcher anhand der bildlichen Informationen identifizierbar ist und mit den Stücklisteninformationen zum Planungslayout in Bezug gesetzt wird. Ferner wird geprüft, ob alle Komponenten in der vorgesehenen Sollposition montiert sind, und ob Abstandsmaße eingehalten sind. Darüber hinaus beinhaltet die Prüfung hinsichtlich der Belegung elektrischer Klemmanschlüsse den Test, ob die gemäß Planungslayout zu belegenden Klemmanschlüsse der Komponenten überhaupt verdrahtet sind, wobei in tiefgehender Prüfung auch die

Verdrahtungsverläufe der elektrischen Leitungen nachvollzogen werden. Sind diese teilweise durch Kabelkanäle oder einer Bündelung wegen Überdeckung einer bildlichen

Nachverfolgung nicht zugänglich, so erkennt die Auswerteeinheit beispielsweise anhand der optisch erfassbaren Anfangs- und Endverlaufsabschnitte einer elektrischen Leitung und/oder über deren Kennzeichnung den höchstwahrscheinlichen Verdrahtungsverlauf, welcher - falls dieser mit den übrigen Verdrahtungsverläufen nicht im Widerspruch steht - als gegebener Verdrahtungsverlauf angenommen wird. Zur individuellen Kennzeichnung der einzelnen elektrischen Leitungen ist es darüber hinaus auch denkbar, diese mit einer Zeichencodierung - beispielsweise mit maschinenlesbaren Mustern - zu versehen, welche einer bildtechnischen Auswertung zugänglich sind. Darüber hinaus kann über die Bilderfassung mittels der

Kameraeinheit auch geprüft werden, ob die für die elektrischen Leitungen verwendeten Drahtarten hinsichtlich des Leitungsmaterials, des Durchmessers sowie der Isolation den geplanten Vorgaben entsprechen. Lemer ist es auch denkbar, Größe und Typ des gewählten Schaltschranks mit den Planungsvorgaben zu vergleichen und insofern zu prüfen.

Gemäß einer die erfindungsgemäße Lösung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheit für die Bildverarbeitung optische Liltermittel nutzt, mit denen eine grafische Abstraktion des per Kameraeinheit erfassten Abbildes des Layouts ermöglicht wird. Eine derartige grafische Abstraktion sollte in Richtung der Darstellung des Planungslayouts gehen, um über denselben oder einen ähnlichen Abstraktionsgrad der beiden

Vergleichsobjekte eine hohe Ergebnissicherheit zu erzielen. Eine derartige grafische

Abstraktion kann beispielsweise durch Umsetzung in ein stark kontrastiertes Schwarz/Weiß- Bild mit klarer Linienstruktur realisiert werden, in dem nur die vergleichsrelevanten Bildbestandteile enthalten sind. Etwaige Informationslücken lassen sich über hinlänglich bekannte Bildverbesserungsalgorithmen vervollständigen.

Vorzugsweise sollte die Kameraeinheit dazu eingerichtet sein, ein dreidimensionales Abbild des Layouts zu erstellen, also nicht allein ein zweidimensionales Abbild. Dies bietet den Vorteil, dass auch die Höhenlage der Komponenten sowie der Klemmstellen erfassbar sind und gegen das normalerweise ebenfalls dreidimensional vorliegende Planungslayout prüfbar sind. Somit erhält die erfindungsgemäße Lösung eine höhere Informationsdichte an

Prüfungsdetails, so dass hierdurch die Prüfungsqualität weiter erhöht wird.

Neben einem rein bildlichen Vergleich besteht mit der erfindungsgemäßen Lösung darüber hinaus auch die Möglichkeit, einen SOLL-IST-Vergleich über das Labeling der Komponenten vorzunehmen. Denn jede Komponente trägt sichtbar eine gemäß geltender Normen vorgeschriebene Kennzeichnung.

Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheit neben der baulichen Konsistenz des Schaltschranks auch dessen funktionale Konsistenz durch Abgleich der von den Komponenten und deren Verbindungen über die elektrischen Leitungen entstehende Lunktionalität mit einem dem Planungslayout

zugeordneten elektrischen Schaltplan prüft. Diese funktionale Prüfung basiert auf der Erkenntnis, dass neben dem Planungslayout, welches vorzugsweise Informationen hinsichtlich der Anordnung der Komponenten und deren Verdrahtung liefert, auch der elektrische Schaltplan bekannt ist, welcher normalerweise die Eingangsinformation für die Layoutplanung ist. Andererseits ist über die Auswertung der baulichen Konsistenz durch Layoutvergleich bekannt, welche konkreten Komponenten wie miteinander verbunden sind, so dass hinsichtlich des IST-Zustandes hieraus auf den elektrischen Schaltplan

zurückgeschlossen werden kann. Auf diese Weise ist ergänzend auch eine Prüfung der funktionalen Konsistenz des Schaltschrankinhalts möglich. Hierauf aufbauend ist es darüber hinaus auch möglich, auf Basis der Informationen aus der baulichen und funktionalen Prüfung den Schaltschrankinhalt in ein simulationsfähiges Funktionsmodell umzuwandeln. Zu diesem Zweck ist eine optionale Simulationseinheit vorgesehen, welche auf Basis einer positiven baulichen und funktionalen Prüfung eine Simulation verschiedener Betriebszustände des Schaltschranks über einen definierten

Zeitraum durchführen kann. Hierbei wird die Anschlusskonfiguration des Funktionsmodells, also die angeschlossenen Sensoren, Geräte, Maschinen und dergleichen ebenfalls simuliert. Über die Simulation lassen sich Testergebnisse, beispielsweise hinsichtlich der

Temperaturentwicklung im Schaltschrank bei verschiedenen Belastungsszenarios, gewinnen. Das Simulationsergebnis ermöglicht eine tiefere Qualitätsprüfung hinsichtlich der

Planungsvorgaben.

Dabei braucht die Simulation nicht in unmittelbarem Zeitzusammenhang mit der

bildtechnischen Prüfung des Schaltschrankinhalts durchgeführt werden. Üblicherweise werden speicherprogrammierbare Steuerungen erst nach kompletter Schaltschrankmontage mit der jeweiligen Software ausgerüstet, welche meist erst zu einem späteren Zeitpunkt vorhanden und damit bekannt ist. Die in dieser Steuerungssoftware hinterlegten Algorithmen können daher zum entsprechend späteren Zeitpunkt auch dem Simulationsmodell zur

Verfügung gestellt werden, welches den Volltest des Schaltschranks inklusive

Steuerungssoftware hinsichtlich der Gesamtfunktionalität durchführt. Demgegenüber kann zumindest ein Teiltest hinsichtlich der baulichen und funktionalen Konsistenz des

Schaltschranks direkt nach abgeschlossener Montage erfolgen.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Lösung auch dahingehend weitergebildet werden, dass der Vergleich des IST-Zustandes gegenüber dem SOLL-Zustand unter Berücksichtigung von zulässigen Toleranzbereichen hinsichtlich der verbauten Komponenten, der verwendeten elektrischen Leitungen und/oder deren Einbau- bzw. Verlaufspositionen durchgeführt wird. Hierdurch erfolgt der Gut-Schlecht-Vergleich unter Berücksichtigung von zulässigen Abweichungen. So kann auch eine Überprüfung hinsichtlich des Mindestabstandes zweier benachbarter Komponenten erfolgen, welche beispielsweise im Bereich zwischen 2 und 3 cm liegen soll. Auch kundenspezifische Planungsvorgaben hinsichtlich baulicher

Randbedingungen lassen sich hierbei abbilden. Ferner wird vorgeschlagen, dass das

Prüfungsergebnis über die zumindest bauliche Konsistenz des Schaltschranks in einer Archivdatenbank hinterlegt wird, um damit vorzugsweise eine virtuelle Schaltschrankmappe für den nach erfolgter Montage geprüften Schaltschrank geführt wird. Hierdurch kann eine herkömmliche Protokollierung des Prüfüngsergebnisses, beispielsweise zu

Zertifizierungszwecken, entfallen.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen eines Schaltschrankinhalts nach vorausgegangener planungsbasierter Montage der Komponenten und deren Verdrahtung als Computerprogrammprodukt ausgeführt, dessen Programmcodemittel die einzelnen Verfahrensschritte auf der vorgenannten Auswerteeinheit durchführen. Dieses auf einem computerlesbaren Datenspeicher abspeicherbare Computerprogrammprodukt kann beispielsweise auf unterschiedlichen universell einsetzbaren lokalen Rechnern installiert werden oder als Serverlösung für Nutzer zur Verfügung gestellt werden.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung einer Einrichtung zum Prüfen eines Schaltschrankinhalts, und Fig. 2 einen Ablaufplan einzelner Schritte des mit dieser Einrichtung auszuführenden Prüfungs Verfahrens .

Gemäß Fig. 1 ist nach einer im Zuge des Herstellungsprozesses durchgeführten Montage ein Schaltschrank 1 zu prüfen, dessen Schaltschrankinhalt verschiedene gerätetechnische Komponenten 2a bis 2e enthält, welche via Hutschienen 3 auf einer Montageplatte 4 des Schaltschranks 1 befestigt sind und über unterschiedliche elektrische Leitungen 5

(exemplarisch) miteinander verdrahtet sind. Hierzu weist jede Komponente 2a bis 2e entsprechende Klemmanschlüsse 6 (exemplarisch) auf, welche als Schraub- oder

Steckklemmmittel ausgebildet sind.

Zum Prüfen des Schaltschrankinhalts ist dem Schaltschrank 1 eine beabstandet hierzu angeordnete und auf die Montageplatte 4 ausgerichtete Kameraeinheit 7 zugeordnet, welche ein dreidimensionales Abbild der auf der Montageplatte 4 vollständig montierten und verdrahteten Komponenten 2a bis 2e erzeugt. Eine der Kameraeinheit 7 nachgeschaltete Auswerteeinheit 8 führt einen bildverarbeitungstechnischen Vergleich zwischen einem von der Kameraeinheit 7 aufgenommenen Abbildungslayout 100 des IST-Zustandes des Schaltschrankinhalts mit einem von einem computergestützten Planungstool bereitgestellten Planungslayout 200 des SOLL-Zustands durch.

Dieser Vergleich erfolgt mittels eines Bildauswertungsalgorithmus, welcher nicht allein das Planungslayout 200 aus einer Planungsdatenbank 9 ausliest, sondern auch die dazugehörigen Stücklisteninformationen. Auf dieser Basis erfolgt eine Prüfung hinsichtlich einer

Vollständigkeit und Lage der verbauten Komponenten 2a bis 2e, einer Belegung der elektrischen Klemmanschlüsse 6, der Verdrahtungsverläufe der elektrischen Leitungen 5 sowie auch einer Richtigkeit der hierfür verwendeten Drahtarten anhand von auf den elektrischen Leitungen 5 vorhandenen Kennmerkmalen, welche der bildtechnischen Auswertung zugänglich sind. Der Bildauswertealgorithmus basiert auf einem nach dem sogenannten Bestmapping-Verfahren arbeitenden neuronalen System. Da alle zu verbauenden Komponenten aus der vorausgegangenen Planung bekannt sind, ist das neuronale System beispielsweise anhand geometrischer Kriterien in der Lage festzustehen, ob die richtige Komponente tatsächlich montiert ist.

Das von der Auswerteeinheit 8 erzeugte Prüfungsergebnis wird einer dieser nachgeschalteten Ausgabeeinheit 11 zur Verfügung gestellt, welche eine Informationsschnittstehe zum

Benutzer in Form einer Bildschirmanzeige darsteht. Hierüber erhält der Benutzer die

Information, ob der geprüfte Schaltschrank 1 zur Lieferung freigegeben werden kann oder einer Fehlerbehebung bedarf.

Die Auswerteeinheit 8 prüft neben der baulichen Konsistenz des Schaltschranks 1 auch dessen funktionale Konsistenz durch Abgleich der von den Komponenten 2a bis 2e und deren Verdrahtung entstehende Funktionalität mit einem dem Planungslayout 200 zugeordneten elektrischen Schaltplan 300. Nach positiver baulicher und funktionaler Prüfung kann durch eine mit der Auswerteeinheit 8 verbundenen Simulationseinheit 12 auch eine Simulation verschiedener Betriebszustände des Schaltschranks 1 über einen vordefinierten Zeitraum durchgeführt werden, um beispielsweise das Temperaturverhalten gegenüber einer entsprechenden Planungsvorgabe simulationstechnisch zu testen.

Gemäß Fig. 2 erfolgt das mit der vorstehend beschriebenen Einrichtung durchgeführte Prüfverfahren des Schaltschrankinhalts, in dem nach abgeschlossener planungsbasierter Montage in einem ersten Schritt A zunächst eine Bilderfassung des Schaltschrankinhalts durchgeführt wird. In einem zweiten Schritt B erfolgt ein Vergleich des bildtechnisch erfassten Abbildungslayouts 100 über den IST-Zustand des montierten Schaltschrankinhalts mit dem bereitgestellten Planungslayout 200 des SOLL-Zustands. Im darauffolgenden dritten Schritt C wird neben der baulichen Konsistenz des Schaltschrankinhalts auch eine funktionale Konsistenz unter Rückgriff auf den mit dem Planungslayout 200 verknüpften elektrischen Schaltplan 300 geprüft. Entspricht der IST-Zustand des Schaltschrankinhalts, welcher über dessen Komponenten und deren Verdrahtung gekennzeichnet ist, auch den schaltplanmäßigen Vorgaben, so ist davon auszugehen, dass die funktionale Konsistenz des Schaltschranks 1 vorliegt. In einem vierten Schritt D werden darauf aufbauend und darüber hinaus auch verschiedene Betriebszustände über einen vordefinierten Zeitraum, beispielsweise 24 Stunden, im Rahmen einer Simulation getestet. So lässt sich beispielsweise herausfinden, ob der Schaltschrankinhalt hinsichtlich der Temperaturentwicklung oder der Leistungsaufnahme den thermischen Grenzwerten beziehungsweise den Stromverbrauchsvorgaben entspricht.

Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet also eine mehrschichtige tiefgreifende automatisierte Qualitätsprüfung eines montierten Schaltschranks, welche nicht allein auf die vorstehend exemplarisch beschriebenen Aspekte beschränkt ist, sondern im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche auch andere Abwandlungen ermöglicht. Beispielsweise kann auch die Richtigkeit des gewählten Schaltschranktyps als Gehäuse für den auf der Montageplatte ausgeführten Komponentenaufbau geprüft werden.

Bezugszeichenliste

1 Schaltschrank

2 Komponente

3 Hutschiene

4 Montageplatte

5 elektrische Leitung

6 Klemmanschluss

7 Kameraeinheit

8 Auswerteeinheit

9 Planungsdatenbank

10 Archivdatenbank

11 Ausgabeeinheit

12 Simulationseinheit

100 Abbildlayout

200 Planungslayout

300 elektrischer Schaltplan