CN102971680B - 用于流体能量机系统的监视和诊断系统以及流体能量机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于流体能量机系统（30）的监视和诊断系统（1），其中所述流体能量机系统（30）具有多个不同的子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和设备部件（13，14，15，23，24）。另外，本发明涉及一种具有监视和诊断系统（1）的流体能量机系统（30）以及一种用于监视和诊断流体能量机系统（30）的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于流体能量机系统的监视和诊断系统，其中流体能量机系统具有多个不同的子系统和设备部件。另外，本发明涉及一种具有监视和诊断系统的流体能量机系统以及用于监视和诊断流体能量机系统的方法。
背景技术
流体能量机系统、比如电驱动的泵和压缩机系统在工业中、一般在加工业中、尤其是石油和燃气业——例如在运送设备、输油管、精炼厂、贮油库中等等——具有多样化的应用。尤其是在产品质量、能量效率、设备可用性、设备安全性和环境保护方面而言，对流体能量机系统的持续保养和维护是总体运行的重要组成部分。
流体能量机系统、如尤其是电驱动的泵或压缩机系统包括但不限于下列部件：一个或多个工作机，如泵和/或压缩机；传动装置、离合器、框架；机械和/或电转速调节系统；管道和接线；辅助系统，如润滑油系统、阻塞气体系统、仪表空气系统、清除空气系统、冷却系统等等；用于主驱动装置的电发动机以及其他系统部件；电子技术设备，如开关设备、变压器、谐波滤波器、无功功率补偿器等等；设备和设备部件的仪表化和自动化，包括例如用于运行管理、企业管理的软件应用以及状态监视部件应用。
当前，各个分立的上述系统部件的状态监视是现有技术。尽管在许多分立应用和部件中已经存在特殊的状态监视系统，如用于泵、压缩机、传动装置或发动机的振动和储藏温度监视，但是未实现对如泵和/或压缩机系统的流体能量机系统的整体监视。因此，例如不能利用现有的状态监视系统来立即诊断：发动机/驱动系统中的电摆矩、电变频器器缺陷（例如单元故障）、或者供电网中的谐波失真是否或以何种程度显示出对过程和有关工作机的影响。另外，与流体能量机系统的历史上相似的运行数据的比较是不可能的。
如前所述，例如存在由不同的机械、电、自动化技术的设备部件构成的电驱动的泵或压缩机系统。尤其是关键设备组件（如变频器、电发动机、驱动机、机械驱动装置、变压器和开关设备等等）以及辅助系统（如润滑油系统、清除空气系统、冷却系统等等）和自动化系统（如设备或站自动化）通常配备有分立的状态监视系统和分立的设备系统。这意味着，针对每个单个的设备部件存在专门的状态监视系统和相应的警报系统。泵或压缩机系统或其设备部件的保养和维护并行地通过保养和维护软件系统——如运行管理系统、企业管理系统或远程维护系统——来支持。
流体能量机系统、如泵或压缩机系统的各个部件的状态监视是现有技术。因此，公知的是执行对仓库、壳体、绕组温度或机器振动等等的状态监视。变频器的自动化例如监视谐波失真，但是不将其与泵或压缩机系的状态监视的信息或者过程和辅助设备的其它的当前或历史过程数据相比较。因此，例如电发动机中电感应的摆矩对系统振动或者其他相关的设备部件条件的影响不是以自动化和系统方式被分析和分类。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种用于流体能量机系统的监视和诊断系统、一种流体能量机系统以及一种用于监视和诊断流体能量机系统的方法，该方法使得能够跨系统地整体地监视和诊断流体能量机系统。通过整体地系统监视和诊断，关于流体能量机系统及其单个部件的当前设备状态的认识水平和知识被显著扩宽和改善。
根据本发明，该任务通过具有根据独立权利要求1的特征的用于流体能量机系统的监视和诊断系统、通过具有根据权利要求8的特征的具有监视和诊断系统的流体能量机系统以及通过具有根据权利要求11的特征的用于监视和诊断流体能量机系统的方法来解决。本发明的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，在根据本发明的监视和诊断系统的情形中描述的特征和细节当然也适用于根据本发明的流体能量机系统和根据本发明的用于监视和诊断流体能量机系统的方法的情形，并且分别反之亦然，使得关于公开内容始终可以相互参考各个发明方面。
根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于流体能量机系统的监视和诊断系统来解决，其中所述流体能量机系统具有多个不同的子系统和设备部件。根据本发明，所述监视和诊断系统的特征在于，其具有中央计算单元，每个子系统和每个设备部件都通过标准化的双向接口以及通过一个或多个数据线路与中央计算单元连接以用于数据通信，每个子系统和每个设备部件都具有至少一个用于确定相应子系统和相应设备部件的状态数据的传感器元件，设置有至少一个用于控制传感器元件的控制装置，设置有存储装置，所述存储装置用于存储所确定的相应子系统和相应设备部件的状态数据以及存储用于运行流体能量机系统的比较数据，设置有比较器单元，所述比较器单元用于将相应子系统和相应设备部件的所确定的状态数据与针对每个子系统和每个设备部件的所定义的阈值相比较，以及设置有显示装置，所述显示装置用于显示相应子系统和相应设备部件的所确定的状态数据以及在子系统或设备部件中低于或超过阈值的情况下显示警报。这样的用于流体能量机系统、如电驱动的泵或压缩机系统的监视和诊断系统使得能够进行整体的系统监视以及提供例如整个系统的状态和效率的分类。监视和诊断系统使得能够对流体能量机系统进行当前、历史或未来预测的整体的定量诊断和/或分析。包括全部的监视和诊断系统例如可以通过系统功率和系统效率的当前特征数计算和显示来提高系统/设备满载、以及由此提高资本利用。另外，可以通过流体能量机系统的整体的系统诊断来提高系统可用性。由此可以实现未计划的停滞成本的最小化、所计划的停滞成本的降低和替换零件成本的降低。监视和诊断系统例如支持、推进和促进了流体能量机系统的运行的基于状态的保养。另外，监视和诊断提供通过连续及时地识别过程和设备部件中的薄弱点来实现提高的系统安全性和对环境保护和工作保护的提高的贡献。此外，通过根据本发明的监视和诊断系统，实现了针对基于状态的保养和远程维护（包括分析较大数据量和运行的知识生成）的低成本解决方案。监视和诊断系统支持尤其是流体能量机系统的关键子系统和设备部件的监视和基于状态的分类。
所述流体能量机系统具有多个不同的子系统和设备部件。因此，流体能量机系统例如可以作为设备部件具有一个或多个工作机，如泵或压缩机、传动装置、离合器、框架元件；机械和/或电转速调节装置；管道和接线；以及用于主驱动装置的电发动机以及其他系统部件；电子技术设备，如开关设备、变压器、谐波滤波器、无功功率补偿器、仪表；以及辅助系统，如润滑油系统、阻塞气体系统、仪表空气系统、清除空气系统、冷却系统等等。也就是说，集成到所述流体能量机系统中的监视和诊断系统集成和补充了现有子系统，如自动化系统、尤其是设备部件、辅助设备部件、变频器、开关设备、发动机控制单元、以及例如用于旋转机器的状态监视系统、保养、运行管理和企业管理软件系统。所述监视和诊断系统在基于状态和前瞻性的运行管理和保养策略方面实现了运行管理以及尤其是保养的中央支持。
用于包括多个不同子系统和设备部件的流体能量机系统的监视和诊断系统具有中央计算单元。流体能量机系统的每个子系统和每个设备部件都通过标准化的双向接口以及通过一个或多个数据线路或数据连接与中央计算单元连接以用于数据通信。流体能量机系统的每个子系统和每个设备部件都具有至少一个用于确定相应子系统和相应设备部件的状态数据的传感器元件。监视和诊断系统还具有用于控制多个传感器元件的控制装置，所述控制装置与中央计算单元连接、尤其是中央计算单元的一部分。存储装置用于存储相应子系统和相应设备部件的所确定的状态数据以及存储用于运行流体能量机系统的比较数据。在监视和诊断系统的比较器单元中可能的是，将相应子系统和相应设备部件的所确定的状态数据与针对每个子系统和每个设备部件的所定义的阈值相比较、尤其是与用于运行流体能量机系统的已知数据相比较。此外设置有显示装置，其用于显示相应子系统和相应设备部件的所确定的状态数据以及在子系统或设备部件中低于或超过阈值的情况下显示警报。也就是说，监视和诊断系统实现了数据收集和存储装置、尤其是数据库中的数据存储以及对所采集的、尤其是加时间戳的数据和警报进行数据处理以用于例如基于时间顺序、过程模型、特殊特征数或在监视和诊断系统中进行分析和诊断。另外，可以对所收集的数据进行归档以用于在监视和诊断系统中进行分析和诊断。通过将所确定的状态数据与针对流体能量机系统的历史运行方式相比较，可以实时地作出关于流体能量机系统的状态的整体陈述。
根据本发明的一个优选改进方案，可以在监视和诊断系统中规定：中央计算单元具有电缆连接的或无电缆的接口以用于现场和/或远程控制中央计算单元。因此，例如设备操作者或保养和维护人员可以通过输入单元、例如键盘来执行中央计算单元或分配给中央计算单元的控制装置的现场控制。可替代地或附加地，监视和诊断系统支持对中央计算单元的远程控制的支持。因此优选地在监视和诊断设备中设置因特网协议、接口和/或总线系统以用于相应子系统以及相应设备部件和中央计算单元之间的数据通信。例如可以设置相应的接口和协议（如TCP/IP网络协议）、以及Profi总线、现场总线、CAN总线、Mod总线系统以及直接模拟电缆连接。通过提供用于集成子系统和设备部件的所需接口和协议，不需要用于监视和诊断流体能量机系统的专有高成本匹配。
中央计算单元可以是流体能量机系统的直接部分，但是其也可以被布置为与流体能量机系统间隔开。监视和诊断系统的控制装置优选地为了控制传感器元件与中央计算单元直接连接。
根据本发明的一个特别优选的改进方案，可以在监视和诊断系统中规定：比较器单元具有分析装置，其用于相对于流体能量机系统的其他子系统或设备部件观察至少一个子系统或至少一个设备部件的所确定的状态数据。分析装置使得能够执行流体能量机系统的诊断。尤其是可以借助于对子系统和部件组件的分析和相关来执行诊断以用于以协调的、跨系统的基础推荐或通知例如时间轴、运行模式和设备运行方式。这使得能够对流体能量机系统、尤其是泵和压缩机系统进行整体的状态监视和基于状态的分类。比较器单元和分析装置使得能够计算当前的依赖于状态的特征数并且支持流体能量机系统的基于状态的前瞻性的保养。分析装置使得能够例如在考虑到历史运行和故障情形的情况下借助于模型支持的评估来分析流体能量机系统、尤其是子系统和设备部件。将诊断模型用于状态监视实现了设备知识的编码以及连续匹配的设备应用。监视和诊断系统例如可以通过整体的跨度性的分析和分类以及例如对电流网扰动、冷却剂水平和过滤器污染、流水线堵塞等等的监视来执行，以便基本上前瞻性地避免重大的设备故障。通过连续整体的系统监视和分类，关于当前设备状态和设备部件的知识被显著扩展。例如，运行模式和周期对照设备部件和系统的可用性和可靠性的比较和相关实现了连续地更新平均无故障运行时间和故障标准的定量的可能性。
另外，优选如下的监视和诊断系统：其中显示装置被构造为声学和/或光学显示警报。
另外优选如下的监视和诊断系统：其中计算单元被构造为制定电子电报。也就是说，在超过或低于所定义的阈值的情况下，监视和诊断系统可以触发提醒或警报并且生成电子电报以例如通知设备操作者和保养人员、维护人员或者耦合输入运行和企业管理系统。
根据本发明的第二方面，该任务通过具有根据本发明的第一方面构造的监视和诊断系统的流体能量机系统来解决，其中所述流体能量机系统具有多个不同的子系统和设备部件，并且每个子系统和每个设备部件分别具有至少一个用于确定相应子系统和相应设备部件的状态数据的传感器元件。这样构造的流体能量机系统使得能够整体地监视流体能量机系统。子系统或设备部件的状态数据可以用于监视整个系统。流体能量机系统优选地包括流体能量机（如压缩器、泵或压缩机）、以及联轴器、具有发动机控制单元的电发动机、变频器和/或例如具有开关设备和变压器的变压站。另外，可以设置：传动装置、离合器、框架；机械和/或电转速调节装置；管道和接线；以及电子技术设备，如开关设备、变压器、谐波滤波器、无功功率补偿器；以及自动化系统。此外，优选如下的流体能量机系统：其作为子系统具有润滑油系统、清除空气系统、阻塞气体系统、仪表空气系统和/或至少一个冷却系统。
根据本发明的第三方面，该任务通过借助于根据本发明的第一方面构造的监视和诊断系统来监视和诊断流体能量机系统的方法来解决，其中所述流体能量机系统具有多个不同的子系统和设备部件。
用于监视和诊断流体能量机系统的方法的特征尤其是在于，中央计算单元通过标准化的双向接口并且通过一个或多个数据线路或数据连接与每个子系统和每个设备部件通信，其中相应子系统以及相应设备部件的至少一个传感器元件由与中央计算单元连接的至少一个控制装置来控制，以用于确定相应子系统和相应设备部件的状态数据；相应子系统和相应设备部件的由相应传感器元件确定的状态数据以及用于运行流体能量机系统的比较数据被存储在存储装置中；比较器单元将相应子系统以及相应设备部件的所确定的状态数据与相应子系统以及相应设备部件的所定义的阈值相比较；以及显示装置显示相应子系统以及相应设备部件的所确定的状态数据并且在子系统或设备部件中低于或超过阈值的情况下显示警报。
用于流体能量机系统、尤其是电驱动的泵或压缩机系统的尤其是连续的远程和/或现场监视和诊断系统收集、记录和归档关于子系统和设备部件的数据和信息、例如警报，以便借助于连续的系统监视和整个系统的状态和效率的基于状态的分类来尤其是以模型支持的方式进行分析、制定趋势曲线和修正/互相关以及提供关于流体能量机系统、尤其是泵或压缩机系统的当前状态的客观特征数。由此实现整个系统的定量的诊断和/或分析。通常，具有已经安装的仪表装置、尤其是传感器元件的监视和诊断系统就已经足够了。用于诊断的附加传感器元件在需要时可以随时被集成到监视和诊断系统中。流体能量机系统的统一的监视和诊断系统尤其是使得能够通过系统功率和系统效率的当前的特征数计算和显示来提高系统/设备满载并由此提高资本利用。监视和诊断系统通过连续的整个系统诊断来提高系统/设备可用性。例如，可以通过监视和诊断系统来支持、推进和促进运行的基于状态的保养。尤其是可以通过监视和诊断系统或用于监视和诊断流体能量机系统的方法来实现未计划的停止成本的最小化、所计划的停止成本的降低和替换零件成本的降低。另外，可以通过及早识别过程和设备部件中的薄弱点来连续地保证该系统/设备安全性以及改善的环境保护。此外，通过监视和诊断系统，实现了针对基于状态的保养和远程维护（包括分析较大数据量和运行的知识生成）的低成本解决方案。全面的监视和诊断系统实现了对机械、电、自动化技术的设备部件和子系统的过程和运行条件的整体的监视。例如，可以通过监视和诊断系统来诊断：发动机/驱动系统中电感应的摆矩、电变频器缺陷（如单元故障）、或者供电网和相关工作机中的谐波失真是否或以何种程度表现出。监视和诊断系统支持尤其是流体能量机系统、优选泵或压缩机系统的关键设备部件的监视和基于状态的分类。监视和诊断系统有利地基于分析模型以及经验模型、试探法、过程和系统数据的趋势曲线、过程和系统警报、以及x、y和6西格玛图。监视和诊断系统可以尤其是通过整个系统为设备操作员、保养和维护人员提供电子电报形式的提醒和警报。保养程序优选地集成到监视和诊断系统中。因此，例如可以在运行和保养状态方面对设备部件自动地进行分类。检查日期可以连续自动地被匹配并且例如针对电、自动化技术、机械的设备部件、仪表装置和执行机构以及辅助设备被更新。这是所谓的预防性保养。另外，可以在探测到可预见的设备部件的短期/长期故障以及由此可预见的与所计划的检查计划的偏差时生成显式指示。诊断系统支持现场诊断和/或远程诊断。
全面的整体的监视和诊断系统实现了诸如下列部件的集成：关键设备部件，如变频器、电发动机、驱动机、机械驱动装置、变压器和开关设备等等；辅助设备，如润滑油系统、清除空气系统、冷却系统等等；以及自动化系统，如设备自动化、站自动化。整体的监视和诊断系统使得能够通过保养和维护系统、如运行管理系统、企业管理系统、远程维护系统同时保养和维护设备和设备部件。通过集成所有子系统和设备部件以用于诊断和分析整个泵和压缩机系统，例如可以针对前瞻性的保养策略执行相关/互相关、基于状态的基于模型的分类等等。
泵和压缩机系统的状态监视现在利用全部过程数据，如温度、量和质量、辅助设备测量以及电和自动化技术部件来进行。变频器的自动化监视谐波失真并且现在将其与该系统的状态监视的信息或过程和辅助设备的其他当前或历史过程数据相比较。因此，电发动机中的电感应的摆矩对系统振动或者其他相关设备部件条件的影响现在以自动化和系统方式被分析和分类。这尤其是通过尤其是关键的泵和压缩机设备部件的状态和效率进行全面的分析和当前/短期/长期的评估来实现整体的监视和诊断系统。整体的监视和诊断系统使得能够收集、记录、以及在中央存储装置或档案中归档所有子系统和设备部件的全部数据和信息以及分析和归类以用于诊断。对在此描述的监视和诊断系统的访问可以本地以及从外部、即通过远程诊断进行。
用于流体能量机系统、如电驱动的泵或压缩机系统的连续的远程和/或现场监视和诊断系统利用用于旋转机器的状态监视系统、保养、运行管理和企业管理软件系统等等集成和补充了现有子系统，如自动化系统，如站、设备、设备部件、辅助设备、变频器、开关设备、发动机控制单元等等。根据本发明的监视和诊断系统在基于状态和前瞻性的运行管理和保养策略方面实现了运行管理以及尤其是保养的实时支持。
用于流体能量机系统的监视和诊断系统尤其是包括标准化的双向接口以用于与子系统和设备部件通信，例如用于数据和警报传输。相应的接口和协议、尤其是TCP/IP协议、Profi总线、现场总线、Mod总线、直接模拟电缆连接等等，由监视和诊断系统来提供。数据收集和数据存储在中央计算单元的存储装置中或数据库中进行。这要么在线地并实时地、要么用相匹配的采样率以基于事件的方式在监视和诊断系统中进行。为了分析和诊断对所收集的加时间戳的数据和警报的数据处理基于时间顺序、过程模型、特殊特征数等等在监视和诊断系统中进行。另外，在监视和诊断系统的中央计算单元的存储装置中进行所收集的时间顺序的归档以用于分析和诊断。另外，监视和诊断系统还以与历史运行方式相比较的方式对所归档的时间顺序和警报进行应用支持的分析以用于诊断。通过传感器元件可以对尤其是关于设备状态和效率的当前特征数进行直接访问。监视和诊断系统还被构造为借助于监视和诊断系统为本地和/或远程维护和服务人员以及为电子运行管理系统自动化地制定电子电报。
根据本发明的监视和诊断系统允许本地以及远程访问。例如，跨子系统的监视和诊断系统实现以机械系统、变频器、供电网等为来源的状态数据的实时和时间一致的分析和归档。该分析和诊断要么本地地、要么通过远程维护进行。除纯粹的接口配置以外对状态监视系统的完全集成以及所决定的应用到监视和诊断系统中的集成在需要时是可能的。
用于流体能量机系统、如电驱动的泵或压缩机系统的连续的远程或现场监视和诊断系统实现了有关设备和设备部件的跨系统的整体的诊断。
用于流体能量机系统、尤其是电驱动的泵或压缩机系统的监视和诊断系统的重要特征和优点为：
a）提供为了集成包括辅助系统在内的前述子系统所需的接口和协议。因此不需要专有的高成本的匹配。
b）从子系统的自动化系统或直接从子系统收集和一致地记录相关数据、信息和警报。由此提供了用于确定原因和效果的时间一致性并且还在损害情况以前提供信息的分类。总体上由此显著降低了分析/诊断时间和成本。
c）独立于子系统的可能性和限制将相关数据和警报归档。由此首先提供了与设备历史相比较的可能性。这是尤其是为了开发基于模型的诊断应用所必需的。
d）诊断以用于与运行和企业管理系统一起借助于对子系统和辅助设备数据和警报的分析和互相关以协调的跨系统的基础来推荐和通知时间轴、运行模式和设备运行方式。这实现了对流体能量机系统或泵或压缩机系统以及各个设备部件的整体的状态监视和基于状态的分类。当前依赖于状态的特征数被计算并且基于状态的前瞻性的保养被支持。
e）在考虑到历史运行和故障场景的情况下借助于模型支持的评估来分析设备状态和设备部件。将诊断模型用于状态监视使得能够编码设备知识和连续匹配的应用。
f）监视和诊断系统为设备和设备部件的所有相关子系统构成用于本地和/或远程维护和保养的中央起始点。尤其是也在诊断系统的寿命周期方面，诊断可以以时间和成本最小化的方式来执行。
g）对泵和压缩机系统的包括辅助设备在内的关键的机械、电、仪表化技术、自动化技术部件进行集成的整体分析和诊断。如现有技术中公知的那样仅仅对泵和压缩机系统进行基于状态的监视尽管可以及时地预见发展中的贮存损害，但是自然地局限于该系统并且不能考虑到过程本身中、供电网或辅助设备中的异常状态。在此，根据本发明的监视和诊断系统通过对网络扰动、冷却剂水平、过滤器污染、输油管堵塞等等进行整体的跨度性的分析和分类以及监视来着手以便前瞻性地避免很大程度上重大的设备故障。
通过连续整体的系统监视和分类来显著扩展关于流体能量机系统、包括子系统和设备部件的知识。例如，运行模式和周期对照设备部件和系统的可用性和可靠性的比较和相关实现了连续地更新平均无故障运行时间和故障标准的定量的可能性。
流体能量机系统、尤其是泵系统尤其是包括：工作机、如泵；至少一个联轴器；至少一个电发动机；至少一个变频器；以及至少一个变压站。此外，可以集成辅助设备、如润滑油系统、清除空气系统、例如用于变频器的冷却系统。工作机借助于监视和诊断系统的控制单元、尤其是设备控制单元被控制和调节。此外，存在用于设备部件、如发动机、变频器、开关设备和其他辅助设备的分立调节单元。这些子系统为监视和诊断系统提供相关的数据和信息。作为另外的数据和信息源，还可以有电子设备操作员日志手册和运行和企业管理系统可例如用于保养。
下面的非限制性的测量值、数据、警报、接口被引导到根据本发明的监视和诊断系统：
a）从变压站：电压和电流（初级/次级侧）和/或相位角。还有开关设备、无功功率补偿器、变压器和/或谐波滤波器的警报、故障、状态报告。
b）从变频器：变频器系统的电压和电压谐波、电流和电流谐波、电流和电压的有效值、相位角、视在功率、无功功率、有效功率、转矩、转速（实际值和额定值）、变频器效率、和/或警报、故障、状态报告。
c）从发动机控制单元：发动机的电压、电流、相位角、视在功率、无功功率、有效功率、转矩、发动机效率、绕组温度、警报、故障、状态报告。
d）从旋转机器的状态监视：贮存温度、壳体温度、径向或轴向振动的振动数据、和/或警报、故障、状态报告。
e）从辅助设备：冷却剂温度、冷却剂压力或水平、环境空气温度、过滤器的压力差、润滑油压力、助剂流量、和/或警报、故障、状态报告。
f）从设备控制单元：流量、过程温度、过程压力、过程质量和/或警报、故障、状态报告。
g）从设备操作员日志手册：设备部件、设备装置和设备机器的运行模式、设备操作员观察和条目、异常操作和设备条件、保养系统、维护间隔、维护规定、维护手册、维护人员和替换零件计划、数据手册、和/或技术图和手册。
h）数据接口，其中子系统之间的数据传输可以同步地以及异步地进行。数据传输可以通过下列各项进行：电缆（4－20mA）、以太网；Profi总线；现场总线和/或Mod总线。数据传输也可以无电缆地进行。
根据本发明的监视和诊断系统优选地通过远程维护平台提供远程维护功能。所描述的监视和诊断系统收集和记录来自分立子系统和设备部件的相关数据和警报。在需要时，也可以将附加的传感器以及另外的子系统集成到监视和诊断系统中。所描述的监视和诊断系统利用警报和提醒阈值分析、相关、比较、生成尤其是跨子系统的图以及诊断指标。
在超过或低于可定义的阈值的情况下，监视和诊断系统触发自己的提醒和警报，并且制定电子电报例如以用于通知设备操作员、保养人员或维护人员或者耦合输入运行和企业管理系统。
此外，所描述的诊断系统使得能够基于经验表对设备状态进行分类。如果例如泵的效率低于下阈值，则可以从这样的经验表中导出可能的过程技术、机械、电或自动化技术的原因，并且触发和计划相应的保养活动。
附图说明
下面根据附图进一步阐述本发明及其改进方案以及其优点。附图分别示意性示出：
图1具有根据本发明的构造原理构造的现场和/或远程监视和诊断系统的流体能量机系统；
图2用于流体能量机系统的监视和诊断系统，其中监视和诊断系统是根据本发明的构造原理构造的；
图3以电泵系统为例的监视和诊断系统的体系结构图；
图4具有提醒和警报阈值的示例性特征数的时间变化曲线；
图5用于对故障原因分类的示例性分配表。
在图1至图5中给具有相同功能和作用方式的元素配备相同的附图标记。
具体实施方式
图1示意性地示出具有根据本发明的构造原理构造的现场和/或远程监视和诊断系统1的流体能量机系统30。用于流体能量机系统30、如电驱动的泵或压缩机系统的远程和/或现场监视和诊断系统1利用用于旋转的机器的状态监视系统17、保养系统25、运行管理系统、企业管理软件系统21等等集成和补充了现有子系统，如自动化系统18、辅助设备16、站和设备19以及设备部件，如变频器14、开关设备或变压站13、发动机控制单元15等等。根据本发明的监视和诊断系统1在基于状态和前瞻性的运行管理和保养策略方面实现了运行管理以及尤其是保养的实时支持。
流体能量机系统30的监视和诊断系统1尤其是包括标准化的双向接口3以用于与子系统16、17、18、19、20、21、22、25、26和设备部件13、14、15、23、24通信，例如以用于数据和警报传输。相应的接口和协议，尤其是TCP/IP协议、Profi总线、现场总线、Mod总线、直接模拟电缆连接等等，由监视和诊断系统1来提供。数据收集和数据存储在中央计算单元2的存储装置5中或数据库中进行。这要么在线地并实时地进行、要么用匹配的采样率以基于事件的方式在监视和诊断系统1中进行。为了分析和诊断对所收集的加时间戳的数据和警报进行的数据处理基于时间顺序、过程模型、特殊特征数等等在监视和诊断系统1中进行。另外，在监视和诊断系统1的中央计算单元2的存储装置5中进行所收集的时间顺序的归档以用于分析和诊断。另外，监视和诊断系统1还以与历史运行方式相比较地对所归档的时间顺序和警报进行应用支持的分析以用于诊断。通过传感器元件可以对尤其是关于设备状态和效率的当前特征数进行直接访问。监视和诊断系统1还被构造为借助于监视和诊断系统1为本地和/或远程维护和服务人员以及为电子运行管理系统21自动化地制定电子电报。
根据本发明的监视和诊断系统1允许本地以及远程访问。例如，跨子系统的监视和诊断系统1实现以机械系统23、变频器13、供电网26等等为来源的状态数据的实时和时间一致的分析和归档。该分析和诊断要么本地地、要么通过远程维护进行。除纯粹的接口配置以外对状态监视系统17的完全集成、以及所决定的应用到监视和诊断系统1中的集成在需要时是可能的。
在图2中示意性地示出了用于流体能量机系统30的监视和诊断系统，其中监视和诊断系统1是根据本发明的构造原理构造的。监视和诊断系统1具有中央计算单元2。另外设置有用于控制传感器元件的控制装置5。此外设置有存储装置6，其用于存储由传感器元件所确定的相应子系统16、17、18、19、20、21、22、25、26和相应设备部件13、14、15、23、24的状态数据、以及存储用于运行流体能量机系统30的比较数据。同样设置有比较器单元7，其用于将相应子系统和相应设备部件的所确定的状态数据与针对每个子系统和每个设备部件所定义的阈值相比较。另外，监视和诊断系统1具有显示装置8，其用于显示相应子系统和相应设备部件的所确定的状态数据以及在子系统或设备部件中低于或超过阈值的情况下显示警报。
在图3中以电泵系统30为例示意性示出了监视和诊断系统1的体系结构图。流体能量机系统30尤其是包括如泵或压缩机的工作机23、至少一个联轴器（必要时与恒定或可变传动比的传动装置27一起）、至少一个电发动机15、至少一个变频器14以及至少一个变压站13。此外，可以设置辅助设备，如润滑油系统、清除空气系统、例如用于变频器13的冷却系统。工作机23借助于监视和诊断系统1的控制单元5、尤其是设备控制单元被控制和调节。此外，存在用于设备部件——如发动机15、变频器14、开关设备或变压站13——和其他辅助设备的分立调节单元。这些子系统和设备部件为监视和诊断系统1提供相关的数据和信息。作为另外的数据和信息源，还可以有电子设备操作员日志手册20和运行和企业管理系统21、25可例如用于保养。
下面的非限制性的测量值、数据、警报、接口被引导到根据本发明的监视和诊断系统1：
a）从变压站13：电压和电流（初级/次级侧）和/或相位角。还有开关设备、无功功率补偿器、变压器和/或谐波滤波器的警报、故障、状态报告。
b）从变频器14：变频器系统的电压和电压谐波、电流和电流谐波、电流和电压的有效值、相位角、视在功率、无功功率、有效功率、转矩、转速（实际值和额定值）、变频器效率和/或警报、故障、状态报告。
c）从发动机15以及所属的电动机控制单元：发动机的电压、电流、相位角、视在功率、无功功率、有效功率、转矩、发动机效率、绕组温度、警报、故障、状态报告。
d）从旋转机器22的状态监视17：贮存温度、壳体温度、径向或轴向振动的振动数据和/或警报、故障、状态报告。
e）从未示出的辅助设备：冷却剂温度、冷却剂压力或水平、环境空气温度、过滤器的压力差、润滑油压力和/或警报、故障、状态报告。
f）从泵23的设备控制单元：流量、过程温度、过程压力、过程质量和/或警报、故障、状态报告。
g）从设备操作员日志手册20：设备部件、设备装置和设备机的运行模式、设备操作员观察和条目、异常运行和设备条件、保养系统、维护间隔、维护规定、维护手册、维护人员和替换零件计划、数据手册、和/或技术图和手册。
图4示意性示出了具有提醒和警报阈值的示例性特征数KDI的时间变化曲线。在超过或低于可定义的阈值的情况下，监视和诊断系统1触发自己的提醒和警报，并且制定电子电报例如以用于通知设备操作员、保养人员或维护人员或者耦合输入运行和企业管理系统。
此外，所描述的监视和诊断系统1使得能够基于如图5所示的经验表对流体能量机系统30的设备状态进行分类。如果例如泵23的效率低于下阈值，则可以从这样的经验表中导出可能的过程技术的、机械的、电的或自动化技术的原因，并且触发和计划相应的保养活动。
Claims (13)
1.一种用于流体能量机系统（30）的监视和诊断系统（1），其中所述流体能量机系统（30）具有多个不同的子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和设备部件（13，14，15，23，24），其特征在于，
－监视和诊断系统（1）具有中央计算单元（2）；
－每个子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和每个设备部件（13，14，15，23，24）都通过标准化的双向接口（3）以及通过一个或多个数据线路（4）与中央计算单元（2）连接以用于数据通信；
－每个子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和每个设备部件（13，14，15，23，24）都具有至少一个用于确定相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的和相应设备部件（13，14，15，23，24）的状态数据的传感器元件；
－设置有至少一个用于控制所述传感器元件的控制装置（5）；
－设置有存储装置（6），其用于存储相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的和相应设备部件（13，14，15，23，24）的所确定的状态数据、以及存储用于运行流体能量机系统（30）的比较数据；
－设置有比较器单元（7），其用于将相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的和相应设备部件（13，14，15，23，24）的所确定的状态数据与针对每个子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和每个设备部件（13，14，15，23，24）的所定义的阈值相比较；以及
－设置有显示装置（8），其用于显示相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的和相应设备部件（13，14，15，23，24）的所确定的状态数据以及在子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）或设备部件（13，14，15，23，24）中低于或超过阈值的情况下显示警报。
2.根据权利要求1所述的监视和诊断系统（1），其特征在于，中央计算单元（2）具有用于中央计算单元（2）的现场和/或远程控制的有电缆连接的接口。
3.根据权利要求1所述的监视和诊断系统（1），其特征在于，中央计算单元（2）具有用于中央计算单元（2）的现场和/或远程控制的无电缆连接的接口。
4.根据前述权利要求1至3之一所述的监视和诊断系统（1），其特征在于，为了相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）以及相应设备部件（13，14，15，23，24）和中央计算单元（2）之间的数据通信设置由因特网协议、网关和总线系统构成的集合中的一个或多个。
5.根据前述权利要求1至3之一所述的监视和诊断系统（1），其特征在于，所述至少一个控制装置（5）为了控制所述传感器元件与中央计算单元（2）连接。
6.根据前述权利要求1至3之一所述的监视和诊断系统（1），其特征在于，比较器单元（7）具有分析装置（9），所述分析装置（9）用于相对于流体能量机系统（30）的其他子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）或设备部件（13，14，15，23，24）观察至少一个子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的或至少一个设备部件（13，14，15，23，24）的所确定的状态数据。
7.根据前述权利要求1至3之一所述的监视和诊断系统（1），其特征在于，显示装置（8）被构造为声学和/或光学地显示警报。
8.根据前述权利要求1至3之一所述的监视和诊断系统（1），其特征在于，中央计算单元（2）被构造为制定电子电报。
9.一种具有根据前述权利要求1至8之一构造的监视和诊断系统（1）的流体能量机系统（30），其中所述流体能量机系统（30）具有多个不同的子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和设备部件（13，14，15，23，24），其中每个子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和每个设备部件（13，14，15，23，24）分别具有至少一个用于确定相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的和相应设备部件（13，14，15，23，24）的状态数据的传感器元件。
10.根据权利要求9所述的流体能量机系统（30），其特征在于，流体能量机系统（30）包括由带有联轴器（27）的流体能量机、具有发动机控制单元的电发动机（15）、变频器（14）和变压站（13）构成的集合中的一个或多个。
11.根据权利要求10所述的流体能量机系统（30），其特征在于，流体能量机系统（30）具有由润滑油系统、清除空气系统和至少一个冷却系统构成的集合中的一个或多个。
12.一种用于借助于根据前述权利要求1至8之一构造的监视和诊断系统（1）来监视和诊断流体能量机系统（30）的方法，其中流体能量机系统（30）具有多个不同的子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和设备部件（13，14，15，23，24）。
13.根据权利要求12所述的用于监视和诊断流体能量机系统（30）的方法，其特征在于，中央计算单元（2）通过标准化的双向接口（3）以及通过一个或多个数据线路（4）与每个子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和每个设备部件（13，14，15，23，24）通信，其中相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）以及相应设备部件（13，14，15，23，24）的至少一个传感器元件由与中央计算单元（2）连接的至少一个控制装置（5）来控制，以用于确定相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的和相应设备部件（13，14，15，23，24）的状态数据，相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的和相应设备部件（13，14，15，23，24）的由相应传感器元件确定的状态数据以及用于运行流体能量机系统（30）的比较数据被存储在存储装置（6）中，比较器单元（7）将相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）以及相应设备部件（13，14，15，23，24）的所确定的状态数据与每个子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）和每个设备部件（13，14，15，23，24）的所定义的阈值相比较，以及显示装置（8）显示相应子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）的和相应设备部件（13，14，15，23，24）的所确定的状态数据并且在子系统（16，17，18，19，20，21，22，25，26）或设备部件（13，14，15，23，24）中低于或超过阈值的情况下显示警报。
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