CN102539180B - 用于机器状况监测的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为“用于机器状况监测的方法和系统”。提供一种机器监测系统(100)。该系统包括安装到机器(106)表面(108)的壳体(102)；多个传感器(110)，配置成监测机器的参数并生成相应的输出信号(202)，该参数表示机器的状况；投票模块(116)，定位于壳体内并配置成接收相应的输出信号并基于相应的输出信号生成校正输出(206)；存储器装置(118)，定位于壳体内并包含配置成存储有关机器构造的手动输入功能(210)的存储单元；寿命计算器(120)，定位于壳体内并通信耦合到投票模块和存储器装置，寿命计算器配置成使用校正输出和手动输入功能确定机器的剩余寿命；以及显示器(122)，定位于壳体内并配置成显示(214)机器的剩余寿命。

Description

用于机器状况监测的方法和系统
技术领域
一般来说，本发明的领域涉及机器状况监测，且更具体地说，涉及使用机器的监测状况近乎实时地监测机器的剩余寿命的方法和系统。
背景技术
至少在一些已知行业中(例如但不限于石油、煤气和电力行业)，在峰荷需量期间，为了从指定市场状况获益，关键设备必须以其最大容量运行，例如，在每桶原油的价格和每千瓦小时的电力价格较高的时候。
基于可用的数据，设备不可用的首要原因之一是定期维护带来的停机时间。通常，此类维护并非设备状况所需，而是由时间要求指定。通过实现基于状况的维护，即使无法完全免除也可以减少非增值检验和维护。
当前，在检验之前工厂工程师可用于确定设备降级量的信息很少，没有延长寿命的空间。使用固定间隔检验时间表，与寿命降级有关的信息仅在执行检验后可用。任何寿命提高效益仅在执行下一次检验后可见。如果出现对寿命的重大变更，在两次检验之间没有任何指示。识别剩余寿命和减轻风险的周期时间极长。难于识别降级最严重的机器或需要立即注意的机器。此外，在下一次检验之前，无法识别或跟踪断续维护动作的效果，例如过滤器清洁、润滑等。
发明内容
在一个实施例中，一种机器监测系统包括安装到机器表面的壳体、配置成监测机器参数并生成相应输出信号的多个传感器(参数表示机器的状况)、以及定位于壳体内及配置成接收相应输出信号并基于相应输出信号生成校正输出的投票模块。机器监测系统还包括存储器装置，定位于壳体内并包含配置成存储有关机器构造的手动输入功能的存储单元；寿命计算器，定位于壳体内并通信耦合到投票模块和存储装置，其中寿命计算器配置成使用校正输出和手动输入功能确定机器的剩余寿命；以及显示器，定位于壳体内并配置成显示机器的剩余寿命。
在另一个实施例中，一种监测机器状况的方法，包括：通过安装在受监测机器上的机器状况监测装置接收多个传感器输出，传感器输出涉及有关机器的至少一个部件的寿命的机器参数，以及从机器状况监测装置中的存储的位置接收已手动存储在存储的位置中的输入功能，输入功能涉及机器的构造。该方法还包括定期使用接收的多个传感器输出和接收的输入功能、通过定位于机器状况监测装置内的寿命计算器来确定机器的剩余寿命，并且在机器状况监测装置上显示确定的机器剩余寿命量。
在又一个实施例中，一种电机系统，包括：电绕组、定位于电绕组附近的温度传感器、以及耦合到电机并通信耦合到温度传感器的机器监测系统，该机器监测系统包括具有存储器的处理器。对处理器进行编程以从温度传感器接收有关电绕组温度的信号，从存储器接收有关电机构造的信息，使用接收的信号和接收的信息确定机器的剩余寿命，以及在机器监测系统上显示剩余寿命。
附图说明
图1-2示出本文所述的方法和系统的示范实施例。
图1是根据本发明的一示范实施例的机器监测系统的示意框图；以及
图2是图1所示机器监测系统的数据流程框图。
具体实施方式
通过举例而不是作为限制，以下详细描述示出本发明的实施例。预期本发明对工业、商业和住宅应用中监测机器剩余寿命的分析和方法实施例具有一般应用。
本文所使用的、以单数形式引述且跟随不定冠词“一”的元件或步骤应当被理解为并不排除多个元件或步骤的情况，除非明确说明了这种排除情况。此外，对本发明的“一个实施例”的引用不是要被解释为排除同样结合了引述特征的额外实施例的存在。
本发明的实施例包括安装在机器上的寿命计算器，为用户提供机器部件(例如但不限于电机定子绕组)的剩余寿命的指示。此计算器可用于所有类型的重型电机和所有等级的绕组绝缘。来自此计算器的输出可用于以一种趋向基于状况的监测的前摄(pro-active)方式安排维护。约60％的电机成本可归于绕组。确定电机绕组寿命的关键因素是操作温度，且在大多数情况下，当操作温度远低于绝缘等级操作温度额定值时，可增加额外寿命，延后维护停机的时间。使用包括编程能力、数据存储和显示器的、基于微处理器板载装置的较新高速计算用于执行计算、存储和显示数据。
使用本发明实施例解决的一些关键问题包括：增加检验之间可用的状况信息、提前实现效益、通过提前检测最小化设备损失、减少维护周期时间、促进基于状况的改进以及预测/优先考虑将来的维护事件。
具有重大潜在风险的工厂地点得以被识别并将有限的资源用于最大化操作效益。通过持续跟踪机器剩余寿命的变更，工厂操作员可预测涉及特定地点的潜在风险并优先考虑适当的行动。
图1是根据本发明的一示范实施例的机器监测系统100的示意框图。在示范实施例中，机器监测系统100包括耦合到机器106(例如但不限于电动机)的外壳104的壳体102。在示范实施例中，机器监测系统100耦合到外壳104的径向外围表面108。在多种其它实施例中，机器监测系统100安装在机器106的单个封装中。机器监测系统100还包括一个或多个传感器110，配置成监测表示机器106的状况和/或剩余寿命的机器106的参数。在示范实施例中，传感器110包括定位于相应电机绕组112附近的温度传感器。在示范实施例中，绕组112沿圆周围绕机器106间隔开约120°，并且因此传感器110也沿圆周围绕机器106间隔开约120°。传感器110使用相应管道或以无线方式通信耦合到机器监测系统100。机器监测系统100通过处理器114接收有关机器106状况的信号，处理器114包括投票模块116、存储器装置118和寿命计算器120。
投票模块116可体现为作为处理器114的一部分的硬件或在处理器114上执行的软件，并且配置成接收相应输出信号并基于确定未失效的相应输出信号生成校正的输出。在一个实施例中，投票模块116使用简单投票技术丢弃与从传感器110接收的其它信号相比被认为是异常值的信号。在多种其它实施例中，可使用复杂的传感器健康度算法来确定传感器110的健康度，以验证送往处理器114的输入数据。
存储器装置118包含存储单元，配置成存储有关机器构造的手动输入功能。此类手动输入功能包括有关材料、电属性、转速、冷却系统能力、电参数(例如但不限于转子电流、定子电流、空气隙大小及通量密度)的信息。
寿命计算器120可体现为作为处理器114的一部分的硬件或在处理器114上执行的软件，并且通信耦合到投票模块116和存储器装置118。寿命计算器120配置成使用校正的输出信号和手动输入功能确定机器106的剩余寿命。寿命计算器120还配置成确定生成的相应输出信号的百分位数值，或确定生成的相应输出信号在预定时间内的平均数的百分位数值。寿命计算器120配置成使用生成的相应输出信号在预定时间的平均数的百分位数值来确定剩余寿命输出。在多种实施例中，寿命计算器120配置成确定来自传感器110的相应输出信号或来自投票模块116的校正输出超过预定阈值范围并生成表示超过数(exceedance)的输出。此外，寿命计算器120配置成在机器监测系统100上存储计算的输出以便将来输出到系统外或显示器122。
在示范实施例中，机器监测系统100还包含从机器监测系统100外部可以看到的整体显示器122。在多种实施例中，显示器122可位于机器监测系统100内部的可拆卸护盖下，或以其它方式受到保护以防受到机器监测系统100外部环境的影响。
用于操作机器监测系统100的电力可由可更换和/或可充电电源124供给，例如但不限于电池或电容器。电源124还可体现为无线电源系统126或变压器系统128，配置成通过与绕组112的磁交互接收电力。
机器监测系统100还包含通信耦合到处理器114的输出连接130。
图2是机器监测系统100(图1中示出)的数据流程框图。在示范实施例中，机器监测系统100从定位以监测机器106的一个或多个参数的多个传感器接收输出信号202。对操作参数进行选择，以使得通过分析输出信号202可确定机器106的剩余寿命。使用示范实施例中的投票方法验证204输出信号202。可使用简单的三选二投票方法选择三分之二的最好信号202以用于进一步处理。如果一个传感器失效，其它两个传感器提供不断验证或校正的输出信号206。校正的输出信号206用于生成基于百分位的参数输出208，它与包括有关构造材料、电属性、转速、冷却系统能力、电参数(例如但不限于转子电流、定子电流、空气隙大小及通量密度)的机器信息的手动输入功能210相结合，以确定212受监测部件(在此示例中为电机的定子绕组)的剩余寿命。其它参数可用于确定其它部件的寿命，例如，振动参数可用于确定机器轴承的剩余寿命。手动输入功能210通常在机器106全新时以及翻新(如果此类翻新修改手动输入功能210描述的任何功能)时输入到机器监测系统100中。确定的剩余寿命显示214在机器监测系统100上或可存储在机器监测系统100中以便之后输出216到维护管理系统(未示出)。
本文所使用的术语“处理器”指的是中央处理器、微处理器、微控制器、简化指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够执行本文所述功能的任何其它电路或处理器。
本文所使用的术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储器中存储供处理器114运行的任何计算机程序，其中存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型只是示范性的，因而并不是限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。
基于前面的说明书会意识到，本公开的上述实施例可使用包括计算机软件、固件、硬件或者它们的任何组合或子集的计算机编程技术或工程技术来实现，其中技术效果是近乎实时地本地监测来自单个机器的操作数据并计算机器部件的剩余寿命或整个机器的综合剩余寿命，其中剩余寿命可使用机器上的数字显示器查看。具有计算机可读代码部件的任何这种结果程序可在一个或多个计算机可读介质内体现或提供，由此制作按照本公开所述实施例的计算机程序产品、即制造产品。计算机可读介质可以非限制性地例如是固定(硬)驱动器、磁盘、光盘、磁带、例如只读存储器(ROM)的半导体存储器和/或例如因特网或其它通信网络或链路的任何传送/接收介质。可通过直接从一个介质运行代码、通过将代码从一个介质复制到另一个介质或者通过在网络上传送代码，来制作和/或使用包含计算机代码的制造产品。
使用接收的传感器输出和接收的输入功能定期确定机器剩余寿命的方法和系统的上述实施例提供了一种监测机器状况的经济高效且可靠的方法。更具体地说，本文所述的方法和系统便于在机器上本地进行的数据收集和计算。因此，本文所述的方法和系统以经济高效且可靠的方式促进提前检测和计划维护的及时安排。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求确定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。
配件表
100 板载机器监测系统
102 壳体
104 外壳
106 机器
108 径向外围表面
110 传感器
112 电机绕组
114 处理器
116 投票模块
118 存储器装置
120 寿命计算器
122 整体显示器
124 电源
126 无线供电系统
128 变压器系统
130 输出连接4 -->
202 输出信号
204 已验证
206 校正的输出信号
208 基于百分位的参数输出
210 手动输入功能
212 确定受监测部件的剩余寿命
214 显示确定的剩余寿命
216 输出到维护管理系统

Claims (10)

1.一种机器监测系统(100)，包括：
安装到机器(106)表面(108)的壳体(102)；
多个传感器(110)，配置成监测所述机器的参数并生成相应的输出信号(202)，所述参数表示所述机器的状况；
投票模块(116)，定位于所述壳体内并配置成接收所述相应的输出信号并基于所述相应的输出信号生成校正输出(206)；
存储器装置(118)，定位于所述壳体内并包含配置成存储有关所述机器构造的手动输入功能(210)的存储单元；
寿命计算器(120)，定位于所述壳体内并通信耦合到所述投票模块和所述存储器装置，所述寿命计算器配置成使用所述校正输出和所述手动输入功能确定所述机器的剩余寿命；以及
显示器(122)，定位于所述壳体内并配置成显示所述机器的所述剩余寿命。
2.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述机器(106)的所述状况与所述机器(106)的剩余寿命有关。
3.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述多个传感器(110)配置成监测所述机器(106)的温度。
4.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述多个传感器(110)沿圆周间隔开一百二十度。
5.如权利要求1所述的系统(100)，其中，涉及所述机器(106)构造的所述手动输入功能(210)包括绕组绝缘类型和冷却类型中的至少一个。
6.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述寿命计算器(120)配置成确定所生成的相应的输出信号(202)的百分位数值。
7.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述寿命计算器(120)配置成确定所生成的相应的输出信号(202)在预定时间上的平均数的百分位数值。
8.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述寿命计算器(120)配置成使用所生成的相应的输出信号(202)在预定时间上的平均数的百分位数值确定剩余寿命。
9.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述寿命计算器(120)配置成确定所述参数超过预定的阈值范围并生成表示超过数的输出。
10.如权利要求1所述的系统(100)，其中，所述寿命计算器(120)包含处理器(114)，并且所述寿命计算器配置成将计算的输出板载存储，以用于将来输出到系统外或在系统上显示。
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