CN109976209A - 分布式控制系统本机处理机械保护和故障预测数据的方法 - Google Patents

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Abstract

一种可操作地直接插入分布式控制系统DCS I/O背板中的振动数据采集与分析模块，从而可由所述DCS I/O控制器直接扫描处理的振动参数。因为过程数据和振动数据二者都由同一DCS I/O控制器扫描，所以不需要将来自分离的振动监视系统的数字数据、二元继电器输出以及模拟总体振动水平输出整合至DCS中。该系统提供：(1)由DCS直接采集振动数据用于机械保护和预测性机械健康分析；(2)将振动信息直接整合于DCS警报屏幕上；(3)采集和显示操作屏幕上的实时振动数据；(4)利用振动数据来检测与设备失效相关的异常情况；以及(5)在闭环控制应用中直接利用振动数据。

Description

分布式控制系统本机处理机械保护和故障预测数据的方法
分案申请
本申请为申请号2015104514390、2015年7月28日、题为“分布式控制系统本机处理机械保护和故障预测数据的方法”的分案申请。
相关申请
母案申请要求于2014年7月28日提交的标题为“带有处理控制系统的整合振动输入输出卡的方法和装置(Methods and Apparatus for Integral Vibration Input andOutput Card with Process Control System)”系列号为62/029,606的共同未决临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明涉及机器控制和机器状态监视领域。更具体地，本发明涉及用于将机器振动数据采集与分析模块作为本机数据输入设备直接整合至分布式控制系统架构的系统。
背景技术
在以前的机械控制和机械振动监视系统中，必须将由机械振动监视系统产生的数字数据与由使用中间通信协议的机械控制系统产生的数据整合起来，从而将这些系统桥接到一起，例如在OPC标准或Modbus或Profibus(过程现场总线)。使用传统的整合方法需要常用的通信协议、协议配置、数据网络、数据同步化以及手动数据映射。需要进行测试和故障排除来验证该组合系统的正确操作。
在传统的机械保护应用中，使用来自振动监视器的表示机器警报状态或跳闸状态的二元继电器输出以及模拟的4mA至20mA电流环输出作为对针对跳闸起始和振动值的分布式控制系统(DCS)的硬接线输入。
在传统的振动监视系统中，由与控制系统配置与显示软件分离的振动系统来配置和显示跳闸水平和警报。只有在实施了上文描述的系统整合方法以从该振动监视系统采集数据的情况下，振动数据才可用于控制系统。
因此，所需要的是，使由机械振动监视系统产生的数字数据可在不必是共中间通信协议来将所有这些系统桥接在一起的情况下用于机械控制系统的系统。
发明内容
本发明的实施方案提供了可操作地直接插入DCS I/O背板中的振动数据采集与分析模块，从而使处理的振动参数可由所述DCS I/O控制器直接扫描。因为过程数据和振动数据二者都由同一DCS I/O控制器扫描，所以不需要将来自分离的振动监视系统的数字数据、二元继电器输出以及模拟总体振动水平输出整合至过程控制系统中。本发明的实施方案的另一些有点包括：(1)由控制系统直接采集振动数据用于机械保护和预测性机械健康分析的目的；(2)将振动信息直接整合于DCS警报屏幕上；(3)采集和显示操作屏幕上的实时振动数据；(4)利用振动数据来检测与设备失效相关的异常情况的能力；以及(5)在闭环控制应用中直接利用振动数据的能力。
DCS中的本机机械保护/预测
本发明的一些实施方案提供了这样的振动数据采集系统，其收集并处理DCS本机的软件格式的机械保护数据和机械预测数据。如本文使用的术语，如果软件被设计成在平台上运行，则该软件是该平台“本机”的，其中该平台可为操作系统或者设备，例如DCS控制器。所述系统包括从DCS机械健康监视器模块中的振动波形计算标量总体振动参数的振动模块。优选使用在现场卡现场可编程门阵列(FPGA)中的并行数字信号处理来计算这些标量总体值。将这些经处理的标量振动值通过常规DCS串行I/O总线传输至DCS I/O控制器。
通过在DCS控制器中以确定的速率运行的逻辑例程(本文称为“控制片”)来扫描和处理标量振动值。优选将控制片逻辑的输出传输至DCS输出模块以执行机器关闭或其他控制功能。在多个实施方案中，控制片可被优化为最大保护(更严格的机器保护)或最大有效性(减少保护以最小化有害跳闸事件或误跳闸事件)。
本发明的一些优选实施方案提供了从振动数据采集系统例如通过以太网传输时间波形数据以及在机器健康管理分析计算机上查看所述波形数据的能力。还提供了一些实施方案用于在DCS I/O总线上移动时间波形数据块。在这些实施方案中，可通过DCS串行I/O总线背板使用DCS远程桌面协议(RDP)将时间波形区块数据块传输至DCS控制器。
保护和预测的分离
本发明的一些优选实施方案还提供了从机械预测功能分离机械保护功能。特别地，预测数据采集和处理不干扰保护数据采集和处理，因为这两股数据流通过信号处理FPGA中的分离的独立数据路径来处理。此外，一些优选实施方案实施分别用于保护数据预测数据的单独物理端口。机器健康管理(MHM)软件通过可被DCS配置软件禁用的专用以太网端口来访问预测数据。保护数据通过DCS I/O背板传输至DCS控制器，或者通过单独的专用以太网端口来提供。此外，预测组件不能对保护组件进行“写入”，并且提供了单独的配置和数据存储。
在一些优选实施方案中，所有的保护硬件配置功能都由仅DCS软件来处理，但是MHM预测软件可访问该保护配置数据以确定传感器和测量配置。
此外，MHM预测软件可仅控制预测时间波形。虽然该预测软件可读取保护总体值，但是该预测软件不能影响用于保护功能的总体水平测量的配置。此外，在一些优选实施方案中，在抢占式多任务实时操作系统(RTOS)中以更低的优先级来运行预测任务。
优选地，存在分别处理保护数据和预测数据的单独的软件主机。DCS软件主机处理保护数据，而MHM软件主机处理预测数据。
本发明的一个实施方案涉及一种机械健康监视(MHM)模块，其基于振动信号处理机器振动数据并将所述机器振动数据提供至分布式控制系统(DCS)。所述机械健康监视模块包括信号调理电路、处理电路和逻辑生成器电路。所述信号调理电路具有用于接收来自附接至机器的传感器的模拟振动信号的接口，用于调理所述模拟振动信号的放大和滤波电路，以及用于将所述模拟振动信号转换成数字振动信号的模拟-数字转换电路。所述处理电路包括多个并行数字信号处理通道。每个通道处理所述数字振动信号中相应的一个数字振动信号以生成多个标量振动值每通道和至少一个振动时间波形每通道。所述逻辑生成器电路接收所述多个标量振动值和所述振动时间波形，并根据所述DCS本机的输入/输出数据协议来格式化它们。
在一些实施方案中，所述逻辑生成器电路包括配置成与输入所述DCS的输入/输出总线电连接和机械连接以及从所述DCS的输入/输出总线解除连接的背板接口。在这些实施方案中，通过所述DCS的所述背板接口和所述输入/输出总线使用所述DCS本机的输入/输出数据协议来传达所述多个标量振动值。
在一些实施方案中，所述逻辑生成器电路包括独立于所述背板接口的第一网络通信接口。所述第一网络通信接口通过通信网络将所述振动时间波形传达给用于机器健康预测处理的机器健康管理数据分析计算机。
在一些实施方案中，所述逻辑生成器电路包括独立于所述背板接口的第二网络通信接口。所述第二网络通信接口可操作地通过通信网络将所述振动时间波形传达给用于机器保护处理的DCS操作器计算机。
在一些优选实施方案中，所述第一网络通信接口和第二网络通信接口是以太网接口端口。
在一些实施方案中，所述逻辑生成器电路通过所述DCS的所述背板接口和所述输入/输出总线使用块数据传输协议来以块数据传达所述所述振动时间波形。
在一些实施方案中，所述处理电路的所述多个并行数字处理通道包含用于处理用于机器健康预测处理的振动时间波形的第一通道，以及用于处理用于机器保护处理的振动时间波形的第二通道。在所述第二通道中执行的处理优选独立于在所述第一通道中执行的处理。
本发明的另一实施方案涉及这样的DCS，其包括输入/输出总线、一个或多个MHM模块、一个或多个DCS输入模块、DCS控制器和一个或多个分布式控制系统输出模块。所述输入/输出总线根据所述DCS本机的数据通信协议来传输数据。如上文所述，每个MHM模块包括信号调理电路、处理电路和逻辑生成器电路。所述DCS输入模块从附接至机器的过程传感器接收传感器信号，基于所述传感器信号生成标量过程值，并将所述标量过程值提供至所述输入/输出总线。所述过程传感器包括除了振动传感器以外的传感器。所述DCS控制器包括接口电路和逻辑电路。所述接口电路以预定的速率扫描所述输入/输出总线从而接收所述标量振动值和所述标量过程值。所述逻辑电路执行控制逻辑例程从而基于逻辑处理一个或多个所述标量振动值、一个或多个所述标量过程值或者标量振动值与标量过程值的组合来生成控制信号。所述DCS输出模块从所述输入/输出总线接收控制信号，并基于所述控制信号生成机器操作输出信号。
在一些实施方案中，所述DCS控制器的所述逻辑电路执行所述控制逻辑例程，并以与所述接口电路扫从所述输入/输出总线描所述标量振动值和所述标量过程值速率相同的预定速率生成所述控制信号。
在一些实施方案中，所述DCS输入模块生成温度标量值、压力标量值、流量标量值和速度标量值。
在一些实施方案中，每个MHM模块生成标量振动值，包括RMS值、峰值、峰-峰值、DC值、绝对+/-峰值和PeakVue值。
在一些实施方案中，所述DCS控制器的所述逻辑电路选择性地执行优化用于不同目的的逻辑控制例程(本文中还称为控制片)。使用第一跳闸阈值水平针对最大机器保护来优化一些逻辑控制例程。使用比所述第一跳闸阈值水平更高的第二跳闸阈值水平针对最大机器有效性来优化另一些逻辑控制例程。
在另一个方面中，本发明的一个实施方案提供了用于在DCS中处理数据的方法。所述数据基于由附接至处于所述DCS控制下的一个或多个机器的传感器生成传感器信号。所述方法包括：
(a)从附接至所述一个或多个机器的传感器接收模拟振动信号；
(b)将所述模拟振动信号转换成数字振动信号；
(c)在多个并行数字信号处理通道中同时处理所述数字振动信号，所述处理包括：
(c1)在所述并行数字信号处理通道中的仅专用于机器健康预测处理的一个或多个中处理所述数字振动信号；以及
(c2)在所述并行数字信号处理通道中的仅专用于机器健康保护处理的一个或多个中处理所述数字振动信号；
其中专用于机器健康预测处理的数字信号处理通道与专用于机器健康保护处理的所述数字信号处理通道分离，并且独立于后者；
(d)基于所述机器健康保护处理生成机器操作输出信号；
(e)基于所述机器健康预测处理生成机器性能信号；
(f)在所述DCS中使用所述机器操作输出信号来关闭所述机器中的一个或多个以避免损坏；以及
(g)使用所述机器性能信号来观察机器性能的趋势，或预测所述机器中的一个或多个在脱机维护或更换之前还能运行多久。
在一些实施方案中，在分离并且独立的并行现场可编程门阵列(FPGA)通道中执行所述处理步骤(c1)和(c2)。
在一些实施方案中，所述处理步骤(c1)不能影响所述处理步骤(c2)。
在一些实施方案中，与所述处理步骤(c1)相关的数据储存于第一储存位置中，并且与所述处理步骤(c2)相关的数据储存于第二储存位置中，并且可通过所述处理步骤(c1)读取所述第二储存位置，但是不能通过所述处理步骤(c1)写入所述第二储存位置。
在一些实施方案中，在所述DCS中控制任务优先级的实时操作系统中，所述处理步骤(c1)具有比所述处理步骤(c2)更低的优先级。
在一些实施方案中，步骤(f)包括将所述机器操作输出信号通过输入/输出总线提供至所述分布式控制系统，并且步骤(g)包括将所述机器性能信号通过独立于所述输入/输出总线的网络通信接口提供至机器健康管理数据分析计算机。在一些实施方案中，所述方法包括在所述DCS中生成控制信号以选择性地禁用所述网络通信接口。
附图说明
本发明的其他实施方案将通过引用与附图相结合的具体实施方式而变得显而易见，其中为了更清楚地显示细节，元件不是按比例的，其中在一些附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1描绘了根据本发明的一个实施方案的机械健康监视(MHM)模块；
图2描绘了根据本发明的一个实施方案的现场数字FPGA信号处理电路；并且
图3描绘了根据本发明的一个实施方案的由DCS控制器执行的控制逻辑的一个例子。
具体实施方式
本发明的一些实施方案提供振动数据采集与分析模块，其直接连接至分布式控制系统I/O背板，从而允许由所述DCS直接采集振动数据，用于机械保护和预测性机械健康分析的目的。如本文使用的术语，“分布式控制系统(DCS)”是一种在过程或工厂中使用的自动化控制系统，其中使控制元件遍布于一个或多个机器中以对所述机器(多种)的不同部件提供操作指令。如本文使用的术语，“保护”是指在如果使机器继续运行的话则可能导致严重并且代价巨大的损坏的情况下使用从一个或多个传感器收集的数据(振动、温度、压力等)来关闭该机器。另一方面，“预测”是指使用从一个或多个振动传感器收集的数据，该数据可能与来自其他类型的传感器的数据组合，来观察机器性能方面的趋势，以及预测在应当使其脱机用于维护或更换之前机器可运行多久。
图1描绘了直接与DCS 11连接的机械健康监视模块(MHM)10。在该优选实施方案中，模块10包括接收并调理传感器信号的现场模拟信号调理与传感器功率卡12、处理所述传感器信号的现场数字FPGA信号处理卡14以及提供与DCS I/O总线18的接口的DCS逻辑生成器卡(LGC)16。所述现场卡12可优选通过现场信号接口连接器22接受来自多至八个测量传感器20的输入。在一个优选实施方案中，所述传感器输入通道中的两个可配置为转速计通道。
优选地，在模拟现场卡12与数字现场卡14之间提供电绝缘。该电绝缘防止传感器20与DCS11的安装位置之间的非故意电流，例如因接地回路导致的非故意电流。
传感器功率24和信号调理电路26可支持宽范围的传感器20，包括压电加速度计、压电ICP速度、压电动压、电动速度、涡电流位移、AC振动和DC位移。支持的转速计传感器包括涡电流位移传感器、被动电-磁传感器、霍耳效应转速计传感器、N脉冲/转的轴编码器以及TTL脉冲传感器。在DC至20KHz范围内支持许多其他传感器类型，至少它们落在示例性的电压输入范围内即可：0至+24V、-24V至+24V、-12V至+12V，以及0至-24V。在该优选实施方案中，可对多至八个传感器功率电路24的0至20mA的恒定电流进行编程，所述恒定电路可用作电动(被动)速度传感器的升电流。可选择恒压电源(+24V或-24VDCDC)，也可选择恒流。对于各传感器通道，上文所列的输入电压范围也是可分别编程的。这允许通道之间的传感器功率和输入范围配置的任何混合，从而使得能够对所支持的传感器进行混合。
通过由计时器26提供的计时，8通道的模拟-数字转换器(ADC)28将八个模拟信号转换成包含八个同时采样的交叉数据通道的单一串行数据流。在一些优选实施方案中，两个转速计触发电路30将两个模拟转速计信号转换成转速计脉冲。
现场卡14上的是用于处理振动数据的8通道现场可编程门阵列(FPGA)36。FPGA 36接收8通道数字波形数据和2通道转速计数据，并且并行处理原始数据以生成标量总体振动参数和波形。所处理的波形可包括低通滤波波形、PeakVueTM波形、阶次跟踪波形、高通滤波波形(DC闭锁)，以及可选择的单一集成波形(速度)、双集成(波形位移)或非集成波形(加速度)。预测数据通道还可优选包括上采样数据块以提供用于时间同步平均(TSA)或阶次跟踪应用的更高分辨率数据。
模拟现场卡12的振动卡配置电路32优选包括一组串行-并行锁存器，其接收来自LGC 16的应用固件的配置数据的串行数据流。该数据被载入FPGA 36的接口中的并行-串行移位寄存器。然后，FPGA 36进行将所述串行数据移位至使用同步SPI格式的控制锁存器。
在运行该优选实施方案期间，MHM模块10对于DCS控制器19表现为具有与标准DCS输入模块21的标量输出相似的标量输出的多通道模拟输入卡，例如可输出测量的温度、压力或阀位置值。如在下文中更详细描述的，由模块10将振动信号转换成标量值，并通过DCS的背板将其呈递至DCS控制器19。DCS控制器19的一个例子是由Emerson ProcessManagement(Emerson Electric Co.的分部)制造的OvationTM控制器。在典型的DCS架构中，将仅十六个标量值作为高速扫描值呈递至DCS控制器19。在高速扫描中，DCS控制器19可以以高至10mS速率来读取这十六个标量值。
时间波形块数据(和一些标量值)可通过DCSI/O总线18使用例如远程桌面协议(RDP)等块数据传输方法以低于所述十六个标量值的扫描速率的速率传输至DCS控制器19。
因为由机械健康监视模块10生成的标量值由DCS控制器19读取，所以由DCS控制器19中以与任何其他DCS数据相同的方式运行的软件来处理它们。DCS控制器19的一个主要功能是将标量值与警报限制进行比较。如果超过该限制，则生成警报。DCS控制器19内的逻辑还可确定是否应当基于警报条件来采取任何动作，例如关闭继电器。DCS控制器19还可以以软件的方式来执行包括报警继电器逻辑、表决和时间延迟在内的操作。优选地，DCS控制输出，例如继电器输出和4mA至20mA的成比例输出，由DCS的标准输出模块23驱动。批量预测数据在LGC宿主机处理器48中被格式化，并通过以太网端口52a传输至机器健康管理(MHM)分析计算机54，用于详细分析和显示。批量保护数据也在LGC主机处理器48中被格式，但是通过单独的以太网入口52b传输至DCS操作器计算机60。
在一些优选实施方案中，DCS操作器计算机60包括用于显示从DCS控制器19输出的振动参数和其他机器操作数据(压力、温度、速度、警报条件等)的接口。
图2中描绘了现场数字FPGA 36的单一通道的功能框图。一个优选实施方案包括具有与图2中描述的一个通道相同的布局的其他七个通道。如在下文中更详细描述的，所述通道数字波形数据可路由通过多个数字滤波器和集成阶段，然后转换成振动总体值或打包为“批量”时间波形，用于由LGC卡16上运行的软件进行进一步分析或者用于传输至DCS软件或MHM软件。
如图2所示，ADC接口70接收该连续的八个通道，通过连接器34(图1中示出)对来自现场模拟卡12的ADC 28的数据进行同时采样。该数据优选为串行外围接口(SPI)格式中的多路复用的同步串行数据流的形式。ADC接口70将该数据流去多路复用成八个分离的通道数据流。
虽然所有八个通道都可用于振动信号处理，但是在一个优选实施方案中，可使用该八个通道中的两个来进行转速计测量处理。每个转速计测量通道优选包括：
-单触发(one-shot)110，其为可编程的触发器“消隐”功能，提供对具有过度抖动或噪音的转速计脉冲串的噪音去除；
-除以N(divide-by-N)111，其为可编码的脉冲分配器，分配由齿轮和密码轮产生的转速计信号的脉冲速率；
-反向旋转检测器112，其通过将两个转速计脉冲信号的相位进行比较来确定轴旋转的方向；
-RPM指示器115，其将转速计脉冲流的RPM计算为标量总体值。
-零速检测器113，当转速计在可编程间隔例如0.1s、1s、10s或100s中已经不活跃时，其提供“零速”指示；以及
-超速检测器114，当转速计超过固定的2KHz或62KHz阈值时，其提供“超速”
指示。在一些可选实施方案中，该阈值可为可编程的。
继续引用图2，FPGA 36中的八个独立的并行信号处理通道中的每一个优选包括以下组件：
-用于DC闭锁的高通滤波器72，其优选设置为0.01Hz、0.1Hz、1Hz或10Hz，并且可基于开关74的位置针对下文描述的集成器来选择或忽略该高通滤波器72；
-两阶段的数字波形集成，包括第一集成器76和第二集成器78，其提供这样的数据单位转换：从加速度到速度、从加速度到位移或从速度到位移；
-数字跟踪带通滤波器82，如在下文中更详细描述，其具有由转速计频率或多个转速计频率设置并且基于开关80的位置而接收为“标准”数据流(不集成)、单一集成数据流或双集成数据流输入的带通中心频率；以及
-标量总体测量计算块88至100，其如下文所述来确定几个不同的波形标量总体值。
在该优选实施方案中，数字跟踪带通滤波器82的目的是提供具有由选择的转速计输入的RPM确定的中心频率的窄(高Q)带通响应。所述中心频率还可为选择的转速计RPM的整数倍。当波形通过该滤波器时，保留仅与所监视的机器转速的倍数对应的振动组成。当通过相应的FPGA计算块(88、90或92)来计算所得波形的RMS标量值、峰标量值或峰-峰标量值时，结果与通过LGC 16的应用固件中执行的“nX峰”计算所返回的值相同。因为该标量计算被执行为连续方法，而不是在固件中完成的计算，所以其比固件中以更低的速率产生的相应值更适于作为“关闭参数”。该测量的一个应用是监视一般需要用于监视的跟踪滤波器功能的航空衍生涡轮。
对于所述标量总体值中的一些而言，从其计算这些值的个体数据类型可选自基于开关84a至84d的位置的标准数据流、单一集成数据流、双集成数据流、高通滤波(DC闭锁)数据流或跟踪过滤器数据。此外，所述标量总体通道中的一些具有可单独编程的低通滤波器88a至88d。在该优选实施方案中，这些标量总体值独立于并且并行于用于预测或保护的时间波形生成。这些标量总体测量计算块优选包括：
-RMS块88，其确定时间波形的RMS值，其中RMS的集成时间可优选设置为0.01s、0.1s、1s或10s；
-峰(PK)块90，其确定相对于波形平均值的正波形峰值或负波形峰值中的更大者，所述波形平均值优选在由转速计时间或可编程时间延迟确定的时间内测量；
-峰-峰(PK-PK)块92，其在由转速计时间或可编程时间延迟确定的时间内确定波形峰-峰值；
-绝对+/-峰块94，其确定相对于测量范围零点的最大正信号波形偏移值以及最大负信号波形偏移值，所述零点优选在由转速计时间或可编程时间延迟确定的时间内测量；
-DC块96，其确定时间波形的DC值，该值具有优选设置为0.01Hz、0.1Hz、1Hz或10Hz的测量范围；以及
-PeakVueTM块100，其确定如Robinson等名下的美国专利No.5,895,857中描述(通过引用并入本文)的表示经过滤的峰值以及全波整流的PeakVueTM波形，其优选在由转速计时间或可编程时间延迟确定的时间内测量。在功能块98中实施全波整流和峰保持功能。还将来自块98的PeakVueTM波形提供为对本文描述的预测时间波形和保护时间波形处理的可选择输入。
FPGA 36的预测时间波形处理区段116提供了用于任何预测监视功能的连续过滤时间波形。提供了独立的低通滤波器/分波器104a，以使预测时间波形可为与保护时间波形不同的带宽。波形上采样块106提供了用于例如时间同步平均(TSA)和阶次跟踪等分析类型的数据速率放大倍数。对预测时间波形处理区段的输入116可选自基于开关102a的位置的标准数据流、单一集成数据流、双集成数据流、高通滤波(DC闭锁)数据流或PeakVueTM数据流。
FPGA 36的保护时间波形区段118提供了用于保护监视功能的连续过滤时间波形。提供了独立的低通滤波器/分波器104b，以使保护时间波形可为与预测时间波形不同的带宽。对保护时间波形处理区段的输入118可选自基于开关102b的位置的标准数据流、单一集成数据流、双集成数据流、高通滤波(DC闭锁)数据流或PeakVueTM数据流。
一些优选实施方案提供了瞬时数据收集，其中可针对发送至外部的数据存储从各信号处理通道收集连续的并行时间波形。优选将瞬时波形固定于带宽中，并且从保护时间波形数据流收集瞬时波形。
如图1所示，标量总体值以及数字过滤的时间波形通过LGC接口38至LGC逻辑板16，用于通过DCSI/O背板18进一步处理并传输至DCS控制器19，或通过以太网端口至在MHM数据分析计算机54上运行的外部软件应用。
图3描绘了由DCS控制器19执行的控制逻辑例程(在本文中还称为控制片)的一个例子。在一些优选实施方案中，将控制片调度为通过在控制器19中运行的DCS软件以预定速率——例如1秒、0.1秒或0.01秒——来执行。因为执行了控制振动过程的控制片，所以以控制片的执行速率从DCSI/O总线18扫描标量总体振动值，并生成输出值。
由控制片执行的逻辑功能优选包括：
-表决逻辑，例如确定当2个标量值中的两个超过阈值，或3个标量中的两个超过阈值时存在警报条件的逻辑。
-组合振动数据与其他DCS过程参数数据(例如压力和温度)。
-跳闸倍乘(Trip multiply)，其为由当前机器状态或由提高警报水平的手动输入确定的临时条件。通常在例如涡轮机等旋转机器的启动期间使用跳闸倍乘。当涡轮机加速时，其一般通过至少一个机械共振频率。因为在共振期间测量比标准振动条件更高的振动条件，所以使用“跳闸倍乘”来瞬时提高一些或所有警报水平以避免误警报跳闸。可基于RPM或另一些“机器状态”输入通过操作器输入来手动或者自动设置该跳闸倍乘输入。
-跳闸旁路，其通常为例如在机器启动期间抑制禁用跳闸功能输出逻辑的操作的手动输入。跳闸旁路是抑制所有生成的振动几包或将用作跳闸控制的任何输出或这二者的功能。可基于一些“机器状态”输入通过操作器输入来手动或者自动设置该跳闸旁路输入。
时间延迟，其为通常编程为确保在允许机器发生跳闸之前的特定时间内保持跳闸条件的延迟。通常根据API670建议将跳闸时间延时设置为1秒和3秒。该延迟的目的是拒绝由机械或电瑕疵或小故障引起的误警报。
已经处于举例说明和描述性的目的提供了前述的本发明优选实施方案的描述。它们并非意图穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。可在以上教导的启示下进行显而易见的修改和变形。选择并描述了一些实施方案以提供对本发明原理及其实际应用的最佳描述，并从而使本领域技术人员能够在多个实施方案中使用本发明，并且根据预期的特定用途进行多种修改。当根据被公平、合法和公正地赋予权利的宽度来解释时，所有这些修改和变形都落在由所附权利要求书确定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种机械健康监视模块，其基于振动信号处理机器振动数据并将所述机器振动数据提供至分布式控制系统，所述机械健康监视模块包括：
信号调理电路，其具有用于接收来自附接至机器的多个传感器的多个模拟振动信号的接口，用于调理所述多个模拟振动信号的放大和滤波电路，以及用于将所述多个模拟振动信号转换成多个数字振动信号的模拟-数字转换电路；
与所述信号调理电路电通信的处理电路，所述处理电路包括多个并行数字信号处理通道，每个通道处理所述多个数字振动信号中相应的一个数字振动信号从而生成多个标量振动值每通道以及至少一个振动时间波形每通道；以及
与所述处理电路电通信的逻辑生成器电路，所述逻辑生成器电路可操作地接收所述多个标量振动值和所述至少一个振动时间波形，并且可操作地根据所述分布式控制系统本机的输入/输出数据协议来格式化至少所述多个标量振动值。
2.根据权利要求1所述的机械健康监视模块，其中所述逻辑生成器电路包括配置成与所述分布式控制系统的输入/输出总线电连接和机械连接以及从所述分布式控制系统的输入/输出总线解除连接的背板接口，并且其中通过所述背板接口和所述分布式控制系统的输入/输出总线使用所述分布式控制系统本机的输入/输出数据协议来传达所述多个标量振动值。
3.根据权利要求2所述的机械健康监视模块，其中所述逻辑生成器电路包括可操作地通过通信网络将所述至少一个振动时间传达给用于机器健康预测处理的机器健康管理数据分析计算机的至少一个网络通信接口，其中所述至少一个网络通信接口独立于所述背板接口。
4.根据权利要求3所述的机械健康监视模块，其中所述至少一个网络通信接口包括以太网接口端口。
5.根据权利要求2所述的机械健康监视模块，其中所述逻辑生成器电路包括可操作地通过通信网络将所述至少一个振动时间传达给用于机器保护处理的数字控制系统操作器计算机的至少一个网络通信接口，其中所述至少一个网络通信接口独立于所述背板接口。
6.根据权利要求5所述的机械健康监视模块，其中所述至少一个网络通信接口包括以太网接口端口。
7.根据权利要求2所述的机械健康监视模块，其中所述逻辑生成器电路包括：
可操作地通过第一通信网络将所述至少一个振动时间波形传达给用于机器健康预测处理的机器健康管理数据分析计算机的第一网络通信接口；以及
可操作地通过第二通信网络将所述至少一个振动时间波形传达给用于机器保护处理的数字控制系统操作器计算机的第二网络通信接口，
其中所述第一网络通信接口和第二网络通信接口独立于所述背板接口。
8.根据权利要求7所述的机械健康监视模块，其中所述第一网络通信接口和第二网络通信接口包括以太网接口端口。
9.根据权利要求2所述的机械健康监视模块，其中所述逻辑生成器电路可操作地通过所述分布式控制系统的所述背板接口和所述输入/输出总线使用块数据传输协议来以块数据传达所述至少一个振动时间波形。
10.根据权利要求1所述的机械健康监视模块，其中所述处理电路的所述多个并行数字处理通道包括：
用于处理用于机器健康预测处理的振动时间波形的第一通道；以及
用于处理用于机器保护处理的振动时间波形的第二通道，其中所述第二通道中执行的处理独立于所述第一通道中执行的处理。
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