CN111971933A - 诊断仪器与机器保护系统的集成 - Google Patents

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Abstract

在一个实施方案中，便携式监测系统可包括第二总线和可拆卸地耦接到该第二总线的第一监测电路。该第一监测电路可被配置为经由包括一个或多个门的节点从第一总线接收工业机器的监测系统的第一信标分组。该第一信标分组可包括指示多个时间片段的第一系统帧调度，在该多个时间片段期间，多个数据分组可被配置为被在监测系统的第一总线上广播。第一监测电路还可被配置为确定多个时间片段中的第一组时间片段，在该第一组时间片段期间，在第一总线上广播第一组数据分组，该第一组数据分组包括表征一个或多个预定操作参数的数据。第一监测电路还可被配置为通过在多个时间片段的第一组时间片段期间激活节点中的一个或多个门，将第一组数据分组从第一总线传输到第一监测电路。该一个或多个门被配置为防止将传出数据分组传输到该第一总线。

Description

诊断仪器与机器保护系统的集成
相关申请的交叉引用
本申请是根据35U.S.C.§119(e)要求于2018年4月6日提交的美国专利申请号15/947,765的优先权的权益的国际专利申请，该美国专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
背景技术
许多行业，诸如烃精炼和发电，可很大程度上依赖于机械的操作，并且在一些情况下，依赖于机械的连续操作。在这些环境中，由于修理费用以及生产损失和对工人的潜在伤害，一个或多个机器的故障可带来大量成本。考虑到这些风险，可能常见的是监测一个或多个机器部件的某些操作参数。操作参数的测量可提供对机器部件的机械条件的指示，从而允许在故障之前对机器部件执行预防性维护(例如，修理、更换等)。该监测可提供一种或多种长期有益效果，诸如较低的生产成本、减少的设备停机时间、改善的可靠性和增强的安全性。
发明内容
总体上，本发明公开了用于工业机器的柔性状况监测的设备、系统、方法和制品。
在一个实施方案中，状况监测电路可包括电路控制器和节点。节点可包括门控制器、节点控制器以及一个或多个门。节点可被配置为可拆卸地耦接到与工业机器相关联的监测系统的总线。电路控制器可被配置为识别与工业机器相关联的操作参数。门控制器可被配置为经由一个或多个门从监测系统中的总线传输一个或多个数据分组，该一个或多个数据分组包括表征操作参数的数据。一个或多个门可被配置为防止经由节点将传出数据分组传输到总线。
任何可行的组合可以包括以下特征中的一个或多个特征。
在一个实施方案中，一个或多个门包括单向数据流电路，该单向数据流电路防止传出数据分组被经由一个或多个门传输到总线。在另一个实施方案中，门控制器可将节点中的一个或多个门配置为将一个或多个数据分组从监测系统中的总线传输到节点控制器。门控制器可向一个或多个门中的门提供控制信号。该门基于控制信号而从监测系统中的总线传输一个或多个数据分组中的数据分组。在另一个实施方案中，状况监测电路可被配置为可拆卸地耦接到监测系统中的总线。
在一个实施方案中，门控制器可被配置为通过从总线接收信标分组来传输一个或多个数据分组。该信标分组可包括监测系统的系统帧调度。系统帧调度可指示在总线上广播包括表征操作参数的数据的一个或多个数据分组的多个第一时间片段。门控制器可被配置为将节点配置为在多个第一时间片段期间从总线传输一个或多个数据分组。
在一个实施方案中，门控制器可被配置为将在总线上广播的多个数据分组传输到节点控制器。节点控制器可被配置为通过至少基于包含在一个或多个数据分组内的唯一标识符来识别一个或多个数据分组，从而从所传输的多个数据分组中选择包括表征操作参数的数据的一个或多个数据分组。
在一个实施方案中，可根据来自状况监测系统的请求来识别操作参数。在另一个实施方案中，电路控制器还可被配置为基于表征操作参数的数据来确定指示工业机器的操作状态的状况监测参数。
在一个实施方案中，状况监测单元可包括存储器，该存储器被配置为存储包括表征操作参数的数据的一个或多个数据分组。在另一个实施方案中，电路控制器还可被配置为计算状况监测参数计算的至少一部分。在另一个实施方案中，电路控制器可被配置为与数据收集软件通信。该数据收集软件可包括在服务器中操作并被配置为监测工业机器的操作的状况监测软件。在一个具体实施中，电路控制器可被配置为执行状况监测软件的至少一部分。
在一个实施方案中，一种方法可包括识别与工业机器相关联的操作参数。该方法还可包括经由节点中的一个或多个门从与工业机器相关联的监测系统中的总线传输一个或多个数据分组，该一个或多个数据分组包括表征操作参数的数据。可由监测系统的一个或多个监测电路在总线上广播该一个或多个数据分组。一个或多个门可被配置为防止经由节点将传出数据分组传输到总线。该方法还可包括将表征操作参数的数据提供给状况监测系统。
任何可行的组合可以包括以下特征中的一个或多个特征。
在一个实施方案中，一个或多个门可包括单向数据流电路，该单向数据流电路防止传出数据分组被经由一个或多个门传输到总线。在另一个实施方案中，该方法还可包括基于表征操作参数的数据来确定指示工业机器的操作状态的状况监测参数。
在一个实施方案中，传输一个或多个数据分组可包括从总线接收信标分组，其中该信标分组包括监测系统的系统帧调度，该系统帧调度指示多个第一时间片段，在该多个第一时间片段期间，在总线上广播包括表征操作参数的数据的一个或多个数据分组。传输一个或多个数据分组还可包括将节点配置为在多个第一时间片段期间从总线传输一个或多个数据分组。
在一个实施方案中，传输一个或多个数据分组可包括传输在总线上广播的数据分组，并且通过至少基于包含在所传输的数据分组内的唯一标识符来识别一个或多个数据分组而从所传输的数据分组中选择包括表征操作参数的数据的一个或多个数据分组。
在一个实施方案中，节点可包括节点控制器和门控制器。门控制器可将节点中的一个或多个门配置为将一个或多个数据分组从监测系统中的总线传输到节点控制器。门控制器可向一个或多个门中的门提供控制信号。该门可基于控制信号而从监测系统中的总线传输一个或多个数据分组中的数据分组。
在一个实施方案中，状况监测电路可包括节点和电路控制器。状况监测电路能够可拆卸地耦接到监测系统中的总线。在另一个实施方案中，可由电路控制器识别操作参数。在另一个实施方案中，可基于来自状况监测系统的请求来识别操作参数。
在一个实施方案中，便携式监测系统可包括第二总线和可拆卸地耦接到该第二总线的第一监测电路。第一监测电路可被配置为经由包括一个或多个门的节点从第一总线接收工业机器的监测系统的第一信标分组。该第一信标分组可包括指示多个时间片段的第一系统帧调度，在该多个时间片段期间，多个数据分组可被配置为被在监测系统的第一总线上广播。第一监测电路还可被配置为确定多个时间片段中的第一组时间片段，在该第一组时间片段期间，在第一总线上广播第一组数据分组，该第一组数据分组包括表征一个或多个预定操作参数的数据。第一监测电路还可被配置为通过在多个时间片段的第一组时间片段期间激活节点中的一个或多个门，将第一组数据分组从第一总线传输到第一监测电路。一个或多个门被配置为防止将传出数据分组传输到第一总线。
任何可行的组合可以包括以下特征中的一个或多个特征。
在一个实施方案中，第一监测电路还可被配置为基于监测系统的第一参考时间来设定便携式监测系统的第二参考时间。可相对于第一参考时间而暂时布置多个时间片段。监测系统的第一参考时间可被包括在信标分组中。在另一个实施方案中，多个数据分组可被通信地耦接到第一总线的一个或多个监测电路在第一总线上广播。
在一个实施方案中，包括表征一个或多个预定操作参数的数据的第一组数据分组可包括指示一个或多个预定操作参数的唯一标识符。在另一个实施方案中，激活节点中的一个或多个门可包括向一个或多个门发送控制信号。该控制信号可被配置为以第一操作模式来设定一个或多个门，在该第一操作模式下，在第一总线上广播的数据分组被传输到便携式监测系统。
在一个实施方案中，一个或多个门可包括单向数据流电路，该单向数据流电路可防止传出数据分组被经由一个或多个门传输到第一总线。在另一个实施方案中，根据权利要求1所述的便携式监测系统还可被配置为接收表征由耦接到工业机器的一个或多个传感器进行的传感器测量结果的数据。表征传感器测量结果的数据可包括检测到的操作参数值以及与检测到的操作参数相关联的时间。在另一个实施方案中，便携式监测系统还可被配置为基于接收到的表征传感器测量结果的数据以及接收到的表征一个或多个预定操作参数的数据来确定工业机器的操作状态。
在一个实施方案中，便携式监测系统还可包括可拆卸地耦接到第二总线的输入监测电路。该输入监测电路可被配置为接收表征传感器测量结果的数据。便携式监测系统还可包括可拆卸地耦接到第二总线的处理电路，该处理电路可被配置为确定工业机器的操作状态。
在一个实施方案中，一种方法可包括经由包括一个或多个门的节点从第一总线接收工业机器的监测系统的第一信标分组。该第一信标分组可包括指示多个时间片段的第一系统帧调度，在该多个时间片段期间，多个数据分组可被配置为被在监测系统的第一总线上广播。该方法还可包括确定多个时间片段中的第一组时间片段，在该第一组时间片段期间，在第一总线上广播第一组数据分组，该第一组数据分组包括表征一个或多个预定操作参数的数据。该方法还可包括通过在多个时间片段的第一组时间片段期间激活节点中的一个或多个门，将第一组数据分组从第一总线传输到便携式监测系统的监测电路。一个或多个门可被配置为防止将传出数据分组传输到第一总线。
任何可行的组合可以包括以下特征中的一个或多个特征。
在一个实施方案中，该方法还可包括基于监测系统的第一参考时间来设定便携式监测系统的第二参考时间。可相对于第一参考时间而暂时布置多个时间片段。监测系统的第一参考时间可被包括在信标分组中。在另一个实施方案中，多个数据分组可被通信地耦接到第一总线的一个或多个监测电路在第一总线上广播。在另一个实施方案中，包括表征一个或多个预定操作参数的数据的第一组数据分组，包括指示一个或多个预定操作参数的唯一标识符。
在一个实施方案中，激活节点中的一个或多个门可包括向一个或多个门发送控制信号。该控制信号可被配置为以第一操作模式来设定一个或多个门，在该第一操作模式下，在第一总线上广播的数据分组被传输到便携式监测系统。在另一个实施方案中，该一个或多个门可包括单向数据流电路。该单向数据流电路防止经由一个或多个门而将传出数据分组传输到第一总线。在另一个实施方案中，该方法还可包括接收表征由耦接到工业机器的一个或多个传感器进行的传感器测量结果的数据。表征传感器测量结果的数据可包括检测到的操作参数值以及与检测到的操作参数相关联的时间。
在一个实施方案中，该方法还可包括基于接收到的表征传感器测量结果的数据以及接收到的表征一个或多个预定操作参数的数据来确定工业机器的操作状态。在另一个实施方案中，可由便携式监测系统中的监测电路来执行接收、确定和传输。
所公开的这些和其他能力将在回顾下面的附图、具体实施方式和权利要求书之后被更全面地理解。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
图1A是示出包括现有监测系统的操作环境的示例性实施方案的图；
图1B是示出图1A的监测系统的背板的示例性实施方案的图；
图2A是示出包括被配置为监测机器的操作参数的柔性监测系统的操作环境的一个示例性实施方案的图；
图2B为示出被配置用于与图2A的监测系统的背板的示例性实施方案的图；
图3是示出图2A的监测系统的背板的示例性实施方案的图；
图4是示例性监测系统的示意图；
图5是可监测工业机器的操作的示例性监测系统的图示；
图6是示例性状况监测电路的示意图；
图7是示出将数据分组从监测系统传输到状况监测系统的示例性方法的流程图；
图8是监测系统和便携式监测系统之间经由状况监测电路的示例性单向耦接的示意图；并且
图9是示出由便携式监测系统监测工业机器的示例性方法的流程图。
具体实施方式
工业机器可因多个操作状态和多个操作参数而复杂。监测系统可监测复杂工业机器的操作并且采取必要的动作以确保机器如所期望的进行操作。例如，监测系统可检测机器的操作状态和/或操作参数(例如，经由耦接到机器的多个传感器来检测)。监测系统可提供状况监测，其中该监测系统可向用户通知机器的操作状况。另外地或另选地，监测系统可提供保护监测，其中该监测系统可在检测到的机器操作参数超过阈值时关闭机器。
具有状况监测功能的监测系统可能需要具有较大处理能力和/或较大存储器的昂贵基础结构(例如，服务器)。对于一些监测系统(例如，远程定位监测系统、具有很少工业机器的设施的监测系统等)，建立昂贵和/或庞大的基础结构可能是不可行的。这可通过在可对多个监测系统执行状况监测的远程服务器处安装状况监测系统(例如，状况监测软件)来避免。然而，具有可与监测系统通信的远程状况监测系统可能使监测系统易于受到黑客攻击和/或恶意软件的影响。本专利申请提供了一种状况监测电路，该状况监测电路可充当监测系统与(例如，远程部署的)状况监测系统之间的联络员。可将该状况监测电路设计成将数据(例如，传感器数据)从监测系统传输到状况监测系统，但防止将数据传输到监测系统。在一个实施方案中，数据的传输可在从监测系统到状况监测系统的一个方向上进行，而不是在从状况监测系统到监测系统的另一个方向上进行。这可防止未授权用户改变/破坏监测系统的操作。
监测系统可能需要机器的一个或多个操作参数，以便向机器提供状况监测和/或保护监测。可经由一个或多个机器传感器来获得这些操作参数，该一个或多个机器传感器可检测操作参数并将它们提供给监测系统。然而，在监测机器的同时，可能确定需要监测系统可能无法获得的机器的附加操作参数。例如，机器传感器可能无法检测附加操作参数。此外，机器可远程定位，并且重新配置监测系统以检测附加操作参数可能是较为麻烦的。这可通过使用存在于机器附近的便携式监测系统来避免，该便携式监测系统可检测附加操作参数，并且可允许进行状况/保护监测。然而，在一些情况下，具有可与监测系统通信的便携式监测系统可能使监测系统易于受到黑客攻击和/或恶意软件的影响。本专利申请提供了一种状况监测电路，该状况监测电路可充当监测系统与(例如，远程部署的)状况监测系统之间的联络员。可将该状况监测电路设计成将数据从监测系统传输到状况监测系统，但防止将数据传输到监测系统。在一个实施方案中，数据的传输可在从监测系统到状况监测系统的一个方向上进行，而不是在从状况监测系统到监测系统的另一个方向上进行。这可防止未授权用户改变/破坏监测系统的操作。
本文讨论了用于监测工业机器的系统和对应方法的实施方案。然而，本公开的实施方案可无限制地用于其他目标对象的超声测试。
图1示出包含现有监测系统的操作环境100。该操作环境100可包括目标102、至少一个传感器104、与传感器104通信的监测系统106、内部网络110a和外部网络110b。
目标102可以是任何机器的任何部件。目标102的示例可包括齿轮、轴承和轴等。机器的示例可包括涡轮机器、涡轮机(例如，水力涡轮机、风力涡轮机)、发电机和往复式压缩机。
传感器104可被配置为感测目标102的操作参数，以生成表示所测量的操作参数的至少一个传感器信号104s，并且将传感器信号104s传输到监测系统106(例如，经由现场布线)。例如，传感器104可包括探头、换能器和信号调节电路(未示出)。探针可与目标102相互作用以测量操作参数。换能器可将操作参数的测量值转换成电信号(例如，电压)。信号调节电路可调节和/或放大电信号以生成传感器信号104s(例如，在最小值和最大值之间的范围内的电压)。因此，在一个方面，传感器信号104s可包含由传感器换能器进行的直接或原始测量。传感器信号104s可以是模拟信号或数字信号。
在另一方面，除了操作参数的直接测量之外，传感器信号104s还可包括增强的数据集。增强的数据集可包含多个测量的变量，这取决于被测量的操作参数的类型。例如，目标102可以是旋转部件，诸如轴，并且径向振动可以是由接近传感器形式的传感器104测量的变量。在这些情况下，增强的数据集可包括间隙电压、1x滤波振幅、2x滤波振幅、1x滤波相位、2x滤波相位、不是1x振幅和最大轴位移(Smax)中的一者或多者。间隙电压是由探针输出的电压并且表示目标102与探针末端之间的物理距离。1倍振幅是与轴旋转具有相同频率的振动振幅，而2倍振幅是频率是轴旋转的两倍的振动振幅。例如，1480转/分钟的旋转速度对应于24.66周/秒(Hz)的频率。相位是在相对于参考位置的预先确定的测量位置处测量的振动之间的时间延迟。因此，1x相位是指具有与轴旋转相同的频率的振动相位，而2x相位是指具有为轴旋转的频率的两倍的频率的振动相位。不是1X振幅是指除1X振幅之外的所有振幅。在其他实施方案中，增强数据集可包括关于传感器104的一个或多个部件(诸如换能器)的元数据。元数据的示例可包括序列号、版本号、操作温度和健康状态中的一者或多者。
传感器104的数量和类型可由旨在被测量的一个或多个操作参数决定。在一个方面，传感器104可采取用于测量振动、位置、速度、运动方向和偏心度的一个或多个接近探针的形式。在另一方面，传感器104可采取用于测量地震振动和加速度的一个或多个加速度计的形式。在另一方面，传感器104可采用分别用于测量温度和压力的一个或多个温度探针或压力探针的形式。应当理解，上面列出的传感器类型和对应的操作参数不是穷举性的，并且传感器104的实施方案可包括适用于测量感兴趣的操作参数的任何传感器或传感器的组合。
在使用中，监测系统106可被配置为处理所接收的传感器信号104s和输出监测信号106s、108s。例如，监测系统106可被配置为确定表征操作参数测量结果的值。监测系统106还可以将该确定的值和/或增强的数据集的任何测量的变量实时地与一个或多个对应的预定警报状况进行比较，并且确定警报状态(例如，OK、NOOK、警报、危险等)。例如，当目标102为旋转轴并且测量的操作参数为轴的径向振动时，传感器信号104s可包括作为时间函数的轴的位移的测量。根据传感器信号104s，监测系统106可确定从峰到峰位移的振幅值。
监测系统106还可被配置为将监测信号106s、108s输出到内部网络110a和/或外部网络110b。输出监测信号106s、108s可包括增强数据集的测量变量、所确定的值和所确定的状态中的一者或多者。警报状态，诸如警报和危险，可通过监测信号106s、108s经由监测系统106上的物理继电器或向外部系统110通告。在另一方面，监测系统106可除此之外或另选地存储传感器信号104s以供稍后处理。
内部网络110a可以是与机器控制系统112通信的装置网络。机器控制系统112可被配置为向可操作以控制目标102的一个或多个操作参数的机器提供命令。内部网络110a还可与其他系统通信，诸如执行配置软件(未示出)的计算装置、人机界面(HMIs)114和/或客户历史数据库116。配置软件可用于向监测系统106提供配置信息，例如预定报警状态。HMI114可以是与用户界面设备(例如，显示器)通信的一个或多个计算设备，从而允许机器的操作者查看测量的操作参数和/或向机器控制系统112提供指令。
如此配置，监测系统106可有利于保护包含目标102的机器。例如，响应于告警状态的通告，机器控制系统112可用于控制目标102的操作(例如，根据编程逻辑自动地或使用HMI114手动地)，以使所测量的操作参数改变并移出告警状态。在极端情况下，机器控制系统112可用于关闭机器的操作以保护目标102免受损坏和/或工人免受损坏。历史数据库116可以存储包含在监测信号106s内的任何数据。
外部网络110b可以是与诊断系统120通信的业务网络。诊断系统120可分析从监测系统106接收的监测信号108s内包含的任何数据，以诊断目标102的不正确操作和/或预测目标102在其发生之前的不正确操作。因此，通过向外部网络110b提供监测信号108s，监测系统106可促进目标102的状况监测。
在图1B中更详细地示出监测系统106。如图所示，监测系统106包括背板150，该背板可被配置为允许耦接到其上的不同部件之间的通信。各部件可包括测量处理电路152a、继电器输出电路154a、测量输出电路156a、配置和诊断电路160a，以及对应的接口电路152b、154b、156b、160b。接口电路152b、154b、156b、160b可提供硬件接口，以用于去往和来自它们相应的电路152a、154a、156a、160a的通信。各个电路152a、154a、156a、160a可使用在总线上运行的协议在背板150上传达所选择的信息，该总线由跨背板150延伸的无源迹线形成。
在一个方面，测量处理电路152a可耦接到接口电路152b，使得将由接口电路152b接收的传感器信号104s直接传输到测量处理电路152a。即，不将传感器信号104s传输到背板150。传感器信号104s可由操作者通过输出端口162访问。可基于一对一地存在多个测量处理电路152a和接口电路152b，以用于接收传感器信号104s。如上所述，测量处理电路152a可被配置为确定包含在接收到的传感器信号104s内的操作参数测量结果的一个或多个值。测量处理电路152a还可将所确定的值和/或增强数据的所测量变量与预定报警状态进行实时比较，并且确定目标102的状态。测量处理电路152a还可将表示增强数据的所测量的变量、所确定的值和所确定的状态的信号输出到背板150。
测量处理电路152a还可格式化过程变量(例如，所确定的值、增强数据集的所测量的变量、通告警报等)以输出到机器控制系统112。例如，该格式可以是范围在约4mA至约20mA(也称为4-20)之间的电流，并且与对应的标度相比，该电流与所确定的值和/或所测量的变量成比例。机器控制系统112可利用过程变量来对目标102进行过程控制。
可由继电器处理电路154a从背板150检索由测量处理电路152a确定的状态。继电器处理电路154a可包括继电器，该继电器被编程为基于接收到的警报状态致动以通告警报。在一个示例中，继电器可基于单个状态致动。在另一个示例中，继电器可基于组合两个或更多个状态的布尔表达式(例如，AND或OR表决)致动。继电器处理电路154a还可将表示通告警报的信号直接输出到机器控制系统112，以对目标102进行过程控制。例如，机器控制系统112可在接收到警报通告时关闭目标102的操作。通告警报还可用于提供指示和/或驱动到机器控制系统112、HMI 114或历史库(historian)116的数字输入中。
测量输出电路156a可从背板150检索诸如所确定的值、增强数据的所测量的变量、所确定状态和通告警报的数据以用于向内部网络110a传输。在接收时，所检索的数据可由历史库116存储和/或由操作者使用HMI 114查看。
配置和诊断电路160a可从内部网络110a接收第一配置命令，并且将该第一配置命令传输到背板150以供电路152a、154a、156a、160a使用。第一配置命令可提供一个或多个设定点以供测量处理电路152a用于确定状态。第一配置命令还可提供逻辑指令并识别将由继电器输出电路154a用于警报通告的状态。第一配置命令还可识别待由测量输出电路156a从背板150检索并传输到内部网络110a的数据，诸如所确定的值、增强数据的所测量的变量、所确定的状态和/或通告警报。
配置和诊断电路160a还可从内部网络110a接收第二配置命令。第二配置命令可识别待从背板150检索并传输到外部网络110b以供诊断系统120使用的数据，诸如所确定的值、增强数据的所测量的变量、所确定的状态和通告警报。
虽然能够有助于目标102的保护监测和状况监测，但在一些情况下，诸如监测系统106的监测系统的架构可能缺乏灵活性。在一个方面，将配置和诊断电路160a放置成与内部网络110a和外部网络110b两者通信可在更新第二配置命令时造成延迟。当诊断机器问题时，可能期望改变由诊断系统120接收的数据。然而，可严格调控去往或来自与内部网络110a通信的部件的传输，以便保护机器控制系统112免于未经授权的访问。该调控可包括允许配置和诊断电路160a将数据传输到外部网络110b以进行状况监测，但禁止将对第二命令的改变从外部网络110b传输到配置和诊断电路160a。相反，可能需要机器控制系统112的授权操作者批准对第二配置命令的任何改变，并且将所更新的第二调节命令从内部网络110a传输到配置和诊断电路160a。
在另一方面，将接收传感器信号104s的接口电路152b直接耦接到测量处理电路152a可将对传感器信号104s的访问仅限于测量处理电路152a。因此，监测系统106的其他电路154a、156a、160a以及诊断系统120不能利用由传感器信号104s传输的原始操作参数测量结果。此外，如果将第二测量处理电路(未示出)添加到监测系统以从另一个传感器接收附加传感器信号，则每个测量处理电路可利用其接收的操作参数测量结果，但不利用其他测量处理电路接收的操作参数。
在另一方面，可限制由测量处理电路152a输出到机器控制系统112的过程变量。通常，对于由测量处理电路152a接收的每个传感器信号104s，可存在多种可能的过程变量(例如，所确定的值和/或增强数据集的所测量的变量)。例如，测量处理电路152a可从测量径向振动的传感器信号104s确定8个可能的过程变量(振幅、间隙电压、1x滤波振幅、2x滤波振幅、1x滤波相位、2x滤波相位、非1x振幅和Smax)。然而，测量处理电路152a可具有针对每个传感器104输出单个过程变量的能力，其中该测量处理电路从传感器接收传感器信号104s。
这些限制中的一个或多个可通过本公开的柔性监测系统的实施方案来解决。图2A示出包括柔性监测系统202的操作环境200的示例性实施方案。操作环境200可类似于操作环境100，不同的是利用柔性监测系统202替换了监测系统106。柔性监测系统202包括含有背板206的基座204，以及一个或多个电路210。背板206可被配置为与两个或更多个电路210通信地耦接，并且从耦接至其的至少一个电路210接收数据。如本文所述，传输到背板206的数据可被称为监测数据。在一个方面，监测数据可包括包含在传感器信号104s内的信息，诸如测量的目标102的操作参数和测量的增强数据集的变量。监测数据还可包括基于测量的目标102的操作参数和/或测量的增强数据集的变量确定的任何值、状态和/或通告警报。耦接到背板206的电路210可从背板206检索监测数据。在某些实施方案中，目标206可为非磁化的。无源背板可基本上不包含或不包含执行计算功能的逻辑电路。所需仲裁逻辑可放置在插入或以其他方式通信地耦接到无源背板的子卡(例如，电路210中的一个或多个)上。
与监测系统106的电路152a、154a、156a、160a相比，可将电路210设计成具有可编程以执行柔性监测系统202的不同预定功能的共同架构。由电路210中的一个或多个电路接收的传感器信号104s可被传输到背板206，并且由传感器信号104s表示的监测数据可由任何电路210访问。此外，柔性监测系统202可以以从每个基座204的各个背板206(例如，逻辑背板)形成共用背板206′的方式通信地耦接多个基座。因此，电路210可从形成共用背板206′的任何背板206检索监测数据，而不仅仅是从它们物理耦接的背板206检索监测数据。
在某些实施方案中，柔性监测系统202的电路210可被配置为提供至少类似于监测系统106的电路152a、154a、156a、160a的功能。电路210的示例性实施方案在图图2A至图3中示出，并且在下面详细讨论。例如，电路210可包括输入电路210i、处理电路210p、输出电路210o和基础结构电路210n。然而，应当理解，电路210可被编程以执行其他功能。对电路210的进一步讨论也可在名称为“门控异步多点网络接口监测系统(Gated AsynchronousMultipoint Network Interface Monitoring System)”的美国专利申请15/947,716中找到，该专利申请全文通过引用并入本文。因此，柔性监测系统202可被配置为接收传感器信号104s并将监测信号206s、208s分别输出到内部网络110a和外部网络110b。如下文所详述，柔性监测系统202的实施方案可分别从内部网络110a和外部网络110b接收命令信号209s、211s，而不损害机器控制系统112的安全性。因此，柔性监测系统202可以是监测系统106的现有部署的合适替换，同时提供改善的灵活性和功能。
利用该架构，电路210可以各种方式组合在一个或多个背板206上以形成柔性监测系统202的不同具体实施。柔性监测系统202的给定具体实施中包括的基座204、输入电路210i、处理电路210p、输出电路210o和基础结构电路210n的数量也可彼此独立地变化。在一些具体实施中，柔性监测系统202可为包括电路210的单个基座204的形式，该电路210被配置为提供信号输入、信号输出、保护监测、状况监测、以及它们的组合。在其他具体实施中，柔性监测系统202可为至少两个基座204的形式，并且被配置为执行信号输入、信号输出、保护监测和状况监测的任何组合的电路210可分布在所述至少两个基座204之间。这样，柔性监测系统202的输入、处理和输出能力以及柔性监测系统202的不同电路210的物理位置可针对特定监测应用进行定制。
此外，在初始部署之后，可修改柔性监测系统202的具体实施，以在预期监测应用程序改变的情况下修改耦接到给定基座204的电路210。考虑到它们的共同架构，电路210可容易地添加到具有耦合到新电路210的容量的基座204。另选地，一个或多个新基座204可通信地耦接到现有基座204，从而允许一个或多个新电路210耦接到一个或多个新基座204的一个或多个相应背板206，并且扩展柔性监测系统202的监测能力。在一些情况下，从柔性监测系统202的一个基座204移除的电路210可以储备形式存储为部件或重新部署到柔性监测系统202的相同或不同具体实施的另一个基座204，这可能是有益的。
在某些实施方案中，输入电路210i可被配置为接收传感器信号104s，对传感器信号104s执行信号调节，并且将经调节的传感器信号104s输出到背板206。与图1A至图1B的监测系统106形成对比，输入电路210i可与处理电路210p解耦，从而允许柔性监测系统202的输入电路210i的数量独立于处理电路210p的数量而变化。
可从多种不同类型的传感器104接收传感器信号104s。传感器类型的示例可包括但不限于振动传感器、温度传感器(例如，电阻温度检测器或RTD)、位置传感器和压力传感器。
柔性监测系统202的实施方案可包括一个或多个输入电路210i。如图2A所示，柔性监测系统202包括两个输入电路210i。输入电路210i中的每一个可与相应的传感器104通信，以用于接收对应的传感器信号104s。例如，一个传感器信号104s可表示第一监测数据，该第一监测数据包括第一机器部件的第一操作参数的测量结果(例如，由第一传感器采集)。其他传感器信号104s可表示第二监测数据，该第二监测数据包括第二机器部件的第二操作参数的测量结果(例如，由不同于第一传感器的第二传感器采集)。在某些实施方案中，第一机器部件和第二机器部件可为相同的(例如，目标102)。在其它实施方案中，第一和第二机器部件可为不同的(例如，目标102和不同的目标[未示出])。类似地，在一些实施方案中，第一操作参数和第二操作参数可以是相同的操作参数。在一个方面，该配置可在传感器104中的一者发生故障的情况下提供冗余。在另一方面，可利用这种配置，其中期望的测量(例如，轴旋转速度)来源于在时间(相位)上协调的两个传感器测量。在另外的实施方案中，第一操作参数和第二操作参数可不同。虽然已经示出并讨论了两个输入电路210i，但是监视系统的其他实施方案可包括更多或更少的输入电路。
不同类型的传感器104可生成不同格式的传感器信号104s，并且输入电路210i可被编程为在将经调节的传感器信号传输到背板206之前执行适合于不同传感器信号104s的信号调节。例如，从位置传感器接收的传感器信号104s可由位置输入电路250接收。从振动传感器接收的传感器信号104s可由振动输入电路252接收。从温度传感器接收的传感器信号104s可由温度输入电路254接收。从压力传感器接收的传感器信号104s可由压力输入电路256接收。
在其他实施方案中，输入电路210i可为离散接触电路260的形式。分立触点电路260可包括可由外部开关或继电器闭合的一对触点。该对触点可由机器控制系统112或由机器控制系统112的操作者闭合开关来闭合。分立接触电路260可用于改变柔性监测系统202的行为。行为变化的示例可包括但不限于不同的机器操作模式、使得柔性监测系统202抑制警报确定以及重置警报状态。
虽然监测系统106可包括分立的接触件，但其可能缺乏特异性。例如，通过关闭测量系统106中的离散接触件实现的改变可在由该测量系统106生成的所有警报上实现。相比之下，因为柔性监测系统202的离散接触电路260可与保护处理电路264分开，所以该离散接触电路260可被配置为仅实现选定的警报确定和/或复位警报状态，或者实现所有警报。
在另外的实施方案中，输入电路210i可以是数字数据流输入电路262的形式。例如，数字数据流输入电路262可被配置为从传感器104、机器控制系统112和/或可信第三方系统接收数字数据流，而不是模拟数据流(例如，来自传感器104)。
处理电路210p可被配置为从背板206检索任何数据，分析所检索的操作参数，并且输出此类分析的结果。在某些实施方案中，处理电路210p可被配置为执行保护功能，并且在本文中可被称为保护处理电路264。在其他实施方案中，处理电路210p可被配置为从背板206检索所选择的数据，并且将检索到的信息传输到诊断系统120以用于执行诊断和/或预测功能(例如，状况监测)，并且在本文中可被称为状况处理电路266。
柔性监测系统202的给定具体实施中包括的处理电路210p和输入电路210i的数量可彼此独立地变化。在某些实施方案中，处理电路210p可被添加到背板206或从背板移除以定制可用于保护监测和/或状况监测的计算资源的量。在其他实施方案中，给定的处理电路210p可以由具有更大或更小计算功率的另一个处理电路210p替换。
这些情况中的任何一种在某些情况下均可为有益的，从而为柔性监测系统202提供计算灵活性，所述柔性监测系统可根据给定应用进行定制和/或根据需要进行修改。在一种情况下，具有相对较低重要性的机器可具有较高的成本压力和较低的处理要求。在这种情况下，柔性监测系统202的具体实施可包括处理电路210p，该处理电路具有针对成本定制的处理资源。在另一种情况下，特定监测应用程序可能需要高处理要求(例如，用于确定表征所测量的参数的值、用于输出监测数据等)。在这种情况下，柔性监测系统202的具体实施可包括处理电路210p，该处理电路具有针对处理资源定制的处理资源。因此，根据预期监测应用的优先级，柔性监测系统202的架构可允许针对不同用例进行适应。
下文参考不同的功能来讨论保护处理电路264和状况处理电路266。然而，保护处理电路264可被编程为执行状况处理电路266的任何功能。状况处理电路266可被编程为执行保护处理电路264的功能，除了向背板206传输数据并提供本地存储之外。抑制状况处理电路266向背板206传输数据的能力可抑制未经授权的侵入，并有利于保护内部网络110a和机器控制系统112。
保护处理电路264可被配置为响应于接收到保护命令而从背板206检索所选择的监测数据。例如，一个或多个保护命令可以从内部网络110a(例如，从机器控制系统112的操作者)接收的保护命令信号209s的形式传输到保护处理电路264。所选择的监测数据可包括传输到背板206的监测数据的至少一部分。传输到背板的监测数据可从输入电路210i或另一个保护处理电路264接收。保护处理电路264还可被配置为确定表征所选择的监测数据的值，并且将所确定的值作为附加监测数据传输到背板206。
保护处理电路264可被配置为基于所确定的值、从背板206(例如，从另一个保护处理电路264)检索的另一个确定的值以及它们的组合与一个或多个预定设定点的比较来确定所选择的监测数据的状态。预先确定的设定点可对应于相应的报警状态(例如，警示状态、Danger状态等)。继续以上示例，在所确定的值是径向振动的幅度的情况下，一个或多个设定点可包括警示设定点、大于警示设定点的Danger设定点以及它们的组合。在某些实施方案中，可采用单个设定点。假设使用警示和度规设定点，如果径向振幅值小于警示设定点，则径向振幅的状态可被确定为“OK”。如果径向振幅值大于或等于警示设定点，则径向振幅的状态可被确定为“警示”。如果径向振幅值大于Danger设定点，则操作参数的状态可以确定为“Danger”。在以这种方式确定所选择的监测数据的状态之后，保护处理电路264可将所确定的状态传输到背板206。状况处理电路266可被配置为从背板206检索所选择的监测数据，并将所检索的监测数据提供给外部网络110b以供诊断系统120使用。在某些实施方案中，响应于接收到调节命令，状况处理电路266可检索所选择的监测数据。例如，一个或多个调节命令可以调节命令信号211s的形式传输到状况处理电路266，该调节命令信号211s可从外部网络110b接收。(例如，来自诊断系统120的操作者)。继而，诊断系统120可以利用检索到的监测数据来确定状态和/或警报状况的原因。另选地或除此之外，诊断系统120还可以采用检索到的监测数据来在状态和/或报警状态出现之前预测状态和/或报警状态的发展。在另外的实施方案中，诊断系统120可以存储检索到的监测数据以用于后续分析。在另外的实施方案中，诊断系统120可以将检索到的监测数据传输到另一个计算装置进行分析。
在另外的实施方案中，状况处理电路266可基于对预定状态的检测从背板206检索所选择的监测数据。例如，状况处理电路266可以检索和查看由保护处理电路264生成的状态，以识别与预定状态匹配的状态。所识别的状态还可包括表征确定状态时的时间的状态时间。在识别匹配时，状况处理电路266可检索所选监测数据，所述监测数据包括对应于状态时间之前和/或之后的预定持续时间状态的操作参数测量。这样，诊断系统120可以设置有与确定状态的原因相关的操作参数信息。预先确定的状态和所选择的监测数据可以包含在一个或多个调节命令内。
存在于柔性监测系统202中的状况处理电路266的数量可独立于输入电路210i的数量而变化。在某些实施方案中，可添加状况处理电路266以增加柔性监测系统202输出监测数据的能力。例如，当柔性监测系统202中存在两个或更多个状况处理电路266时，每个状况处理电路可负责输出不同的测量的操作参数。在另一个示例中，两个或更多个状况处理电路266可输出相同的测量的操作参数以便提供冗余。各自在某些情况下可为有益的，从而为柔性监测系统202提供计算灵活性。在另一个示例中，可以添加状况处理电路266以实现定制分析而不干扰标准操作(例如，当对新分析进行β测试时)。
输出电路210o可被配置为响应于接收到输出命令(例如，包含在从内部网络110a接收的一个或多个保护命令信号209s中)而获得包含在背板206上的任何监测数据。输出电路210o还可将检索到的监测数据以监测信号206s的形式输出到内部网络110a。监测由输出电路210o检索的数据的示例可包括但不限于操作参数测量、所确定的值、增强数据集的变量、状态和警报。
在一个方面，输出电路210o可为比例输出电路270的形式。比例输出电路270可被配置为以过程控制信号300s的形式输出监测信号206s。与预定标度相比，过程控制信号300s可与过程变量诸如直接测量值或增强数据集的变量成比例。例如，电流输出可为4-20mA输出。过程控制信号300s可直接或经由内部网络110a提供给机器控制系统112，以便于控制目标102的操作参数。包括在过程控制信号300中的过程变量可由保护命令信号209s指定。
在另外的实施方案中，输出电路210o可以是一个或多个继电器电路272的形式，该继电器电路272被配置为从背板206检索选定状态数据并且基于接收到的警报状态致动以通告警报。通告警报可以警报信号302s的形式输出。在一个示例中，继电器可基于单个状态致动。在另一个示例中，继电器可基于组合两个或更多个状态的预定的布尔表达式(例如，AND或OR表决)致动。警报信号302s可经由内部网络110a提供给机器控制系统112，或直接提供给机器控制系统112，以便于控制目标102的操作参数。例如，机器控制系统112可响应于接收到报警信号302s而关闭目标102的操作。用于致动继电器的选定状态数据和逻辑可由保护命令信号209s指定。
在其他实施方案中，输出电路210o可为至少一个通信接口电路274的形式。通信接口电路274可被配置为响应于接收到保护命令信号209s而从背板206检索所选择的监测数据。所选择的监测数据可包括所测量的操作参数、增强数据集的所测量的变量、所确定的状态和所确定的警报中的一者或多者。检索到的数据可以一个或多个返回信号306s传输到内部网络110a以供机器控制系统212(例如，用于过程控制)、HMI114(例如，向操作者显示)使用和/或由历史数据库116存储。
基础结构电路210n可被配置为执行柔性监测系统202操作所需的功能。在一个方面，基础结构电路210n可采取系统接口电路276的形式。该系统接口电路276可用作用于将保护命令信号209s从内部网络110a传输到监测系统220的接入点，从而便于配置涉及保护监测的电路(例如，保护处理电路264、输出电路210i)。保护命令信号209s可包括一个或多个信号，该一个或多个信号以任何组合包括以下中的任一者：识别用于检索和/或输出的保护处理电路264和输出电路210i中的每一者的选定监测数据，保护处理电路264的报警设定点，以及用于通过继电器输出电路272通告继电器的逻辑。
应当理解，与监测系统106相比，柔性监测系统202的实施方案可分离配置保护监测功能(例如，系统接口电路276)和状况监测功能(例如，状况处理电路266)的电路210。因此，保护监测配置可完全在内部网络110a上执行，而状况监测配置可完全在外部网络110b上执行。即，内部网络110a不通信地耦接到外部网络110b。因此，可将调节命令信号211s提供给状况处理电路266，而无需从机器控制系统112的授权操作者获得批准。
为了理解允许状况处理电路266与外部网络110b和背板206通信时固有的网络安全风险，状况处理电路266可限于与背板206单向通信以仅用于数据检索。此类单向通信可通过硬件(例如，数据二极管)、固件和/或软件的任何组合来建立。在某些实施方案中，该单向通信至少通过硬件提供。因此，柔性监测系统202可相对于恶意行为者保持安全，同时有利于状况处理电路266的快速配置。
在另一方面，基础结构电路210n可采取电力输入电路280的形式。电源输入电路280可提供将一个或多个电源连接到柔性监测系统202的能力。
在另一方面，基础结构电路210n可采取桥接电路282的形式。桥接电路282可提供将两个或更多个基座204的背板206连接在一起并形成共用背板206′以在两者间进行通信的能力。
如此配置，电路210的实施方案可以分布在一个或多个基座204之间的任何组合布置，以形成具有期望的监测能力(例如，输入、处理、输出等)的柔性监测系统的具体实施。下文示出由电路210和基座204的不同分组构造以提供不同监测功能的柔性监测系统202的示例性实施方案。
图4是示例性监测系统400的图示。监测系统400可包括多个监测电路402a-n，该多个监测电路可经由背板404的端口(例如，端口406)可拆卸地耦接到背板404。背板404可以是物理总线、包括物理总线或者形成物理总线的一部分。底板可以是被配置为有助于耦接到该底板404的监测电路402a-n之间的多点异步电子通信的无源底板。因此，可由耦接至背板的一个或多个监测电路接收被传递到背板的数据分组。在图4中，背板可包括与多个端口(例如，端口406)电子通信的多个数据通道408a-c，该多个端口被配置为接纳监测电路。每个端口可被配置为有助于耦接到该端口(例如，端口406)的监测电路(例如，监测电路402b)与背板404的一个或多个数据通道(例如，408a-c)之间的电子通信。
各种类型的监测电路可耦接到背板。例如，如上所述，监测电路可以是输入电路、处理电路、通信网关电路、SIM电路、继电器电路、状况监测(CM)电路等。一些监测电路(例如，处理电路)可被配置为在总线的数据通道上广播数据分组并且从总线的数据通道读取/接收数据分组。其他监测电路(例如，状况监测电路)可被配置为仅从总线的数据通道读取/接收数据分组。在一些实施方案中，每个监测电路可具有可用于识别监测电路的唯一ID。由监测电路广播的数据分组可包括与监测电路相关联的唯一ID。
监测电路可包括可控制监测电路的操作的电路控制器单元405。电路控制器单元405可包括电路控制器412、调度控制器414、节点控制器416和门控制器418。监测电路可包括门(或多个门)420，该门可将数据分组广播到背板的数据通道(例如，来自电路控制器412、节点控制器416等的数据分组)和/或将数据分组从背板的数据通道传输到电路控制器412。在一些具体实施中，门420可将数据分组传输到外部状况监测系统、便携式监测系统等。在一些实施方案中，节点控制器、门控制器和/或门可以是现场可编程门阵列(FPGA)。
在一些具体实施中，调度控制器414、节点控制器、门控制器418和门420可形成监测电路402a的节点430。节点可充当电路控制器412与背板404的数据通道之间的联络者。节点430可有助于和控制电路控制器412与背板404之间的电子通信。例如，节点430可控制数据分组从电路控制器412到背板404的数据通道的传递。节点还可控制数据分组从数据通道到监测电路的电路控制器的传输。例如，节点430可被配置为基于监测系统的预定调度来将数据分组从数据通道传输到电路控制器(或外部状况监测系统)。
电路控制器412可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。电路控制器412可被配置为执行与监测电路的期望功能相对应的特定操作。在一些实施方案中，电路控制器412可被配置为从外部源(例如，传感器或用户装置、数据采集系统、状况监测系统等)接收数据，处理数据，并且将数据提供给节点430。例如，电路控制器412可包括模数(A/D)转换器，该模数转换器可被配置为从传感器(例如，被配置为检测工业机器的操作参数的传感器)接收模拟信号，并且将该模拟信号转换为数字信号。电路控制器412可被配置为从背板的一个或多个数据通道(例如，经由节点)接收数据，处理数据，并且将数据提供给外部源(例如，用户装置、数据采集系统、状况监测系统等)。电路控制器412还可被配置为向节点控制器416和/或门控制器414提供控制信号，以指示将数据分组传递到背板404的数据通道/从背板404的数据通道接收数据分组。
节点控制器416可与对应的监测电路的电路控制器412和门控制器418电子通信。节点控制器416可包括存储器413、至少一个数据处理器和/或被配置为有助于如本文所述的操作的其他电路。节点控制器416可用作电路控制器412与门控制器418和/或门之间的接口。例如，节点控制器416可被配置为使用例如分组滤波技术来控制将哪些数据传递到电路控制器412。例如，监测电路的电路控制器412(例如，处理电路、输入电路、输出电路、状况监测电路等)可向节点控制器416发送信号以从背板404请求特定数据。节点控制器416可监测背板的数据通道，识别期望的数据分组，并且将该数据分组传递到电路控制器进行处理。这可例如通过门控制器418来完成，该门控制器可向门420发送控制信号，该控制信号可指示门420将数据分组从背板404传输到节点控制器416。节点控制器继而可将所传输的数据分组中的数据传输到卡控制器412。
在一些实施方案中，节点控制器416可使用(例如，通过耦接到背板的各种监测电路402a-n)提供有传递到背板的数据分组的信息来识别待提供给电路控制器412的相关数据。例如，节点控制器416可使用数据分组的IP地址、MAC地址、TCP/IP标头、UDP/IP标头、消息标头、对象标头、源信息、目的地信息和/或内容来识别待提供给电路控制器的相关数据分组。在一些具体实施中，门420可将多个数据分组从背板404传输到电路控制器412/节点控制器416，并且电路控制器412/节点控制器可滤除特定数据分组(例如，基于来自状况监测系统的请求进行)。该滤除可基于数据分组中的唯一标识符(例如，该唯一标识符表示包含在数据分组中的操作参数)。
在一些实施方案中，节点控制器可被配置为从电路控制器接收信号，将该信号编码成位，并且将对应于编码位的信号传递到门控制器(例如，以数据分组的形式进行)，以用于将数据传递到背板的数据通道。节点控制器还可存储可用于控制门的操作的系统帧调度的副本。
门控制器418可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。每个门控制器可与对应的监测电路的门420和节点控制器416电连通。每个门控制器可被配置为控制对应的监测电路的门的操作，从而控制该监测电路与背板的数据通道之间的数据流。例如，门控制器418可控制门420(该门可包括接收器424和发射器422)的操作模式。在一些实施方案中，门控制器可被配置为基于由节点控制器提供的预定调度和/或指令来控制门的操作模式。例如，门控制器可被配置为从节点控制器接收数据，存储数据，并且在预定时间将数据(例如，以数据分组的形式)传递到数据通道。在一些实施方案中，门控制器可从节点控制器接收调度。在一些实施方案中，每个数据通道可具有对应的调度，该调度限定各个监测电路可何时将信号传递到该特定数据通道。
门420可包括发射器422，该发射器可将数据分组广播到背板404中的数据通道。门420还可包括接收器424，该接收器可将数据分组从背板404中的数据通道读取/传输到节点控制器416。在一些实施方案中，接收器424可被配置为修改和/或控制从背板404传递到节点控制器416的信号。例如，接收器424可从背板的数据通道接收信号，放大信号，并且将该信号提供给电路控制器412(例如，经由门控制器和/或节点控制器进行)。
在一些实施方案中，接收器424可具有第一操作模式和第二操作模式。在第一操作模式下，接收器可被配置为允许将数据分组从数据通道(例如，数据通道408a-c)传输到节点控制器416。在第二操作模式下，接收器可被配置为防止数据分组从数据通道(例如，数据通道408a-c)到达节点控制器416。
调度控制器414可生成调度，该调度可确定每个监测电路可何时将数据传递到背板的每个数据通道。该调度可经由背板404的数据通道(例如，数据通道408a-c)而分布在监测电路(例如，监测电路402a-n)之间。例如，监测电路402a中的调度控制器414可准备可经由一个或多个数据通道408a-c分布到监测电路402b-402n的调度。
门420的控制操作模式可被称为选通。每个调度可包括可对应于与监测电路之间的数据分组传输相关联的预定的时间量的时间帧(也称为“系统帧”)。可将该帧划分为多个时间片段。调度可将时间片段分派/分配给监测电路。调度生成也可被称为仲裁。能够生成调度(例如，包括调度控制器414的监测电路)并且将调度传递到数据通道的监测电路可被称为能够仲裁监测电路(或主监测电路)。可将所生成的调度在信标分组中广播到数据通道，该信标分组可由监测系统的监测电路接收。信标分组可包括参考时间。可相对于信标分组而暂时布置调度中的时间片段。另外，参考时间可指示主监测电路的内部时钟。
图5示出可监测工业机器550的操作的示例性监测系统500。监测系统500可包括多个监测电路402a-n。该监测电路可被配置为作为输入电路(例如，输入电路210i)、继电器输出电路(例如，输出电路210o)、处理电路(例如，处理电路266)、SIM电路等操作。监测系统500还可包括状况监测电路506，该状况监测电路可将在背板404上广播的数据传输到可在例如状况监测系统510、服务器等上操作的数据收集软件和/或状况监测软件。监测电路402a-n和状况监测电路506能够可拆卸地耦接到背板404。状况监测系统510可与状况监测电路506通信(例如，请求在背板404上广播的数据)。另外地或另选地，状况监测电路506可将数据(例如，状况监测系统510所请求的数据)传输到状况监测系统510。
状况监测电路506可支持操作系统。该操作系统可与状况监测系统510上的操作系统进行通信。在一个具体实施中，状况监测电路506可对机器550执行状况监测操作。例如，状况监测电路506可执行状况监测系统510中的状况监测软件的一部分。如果机器550的操作参数超过阈值，则状况监测电路506可发出警报并通知授权操作者。状况监测电路506可被配置为将数据分组从背板404中的数据通道传输到状况监测系统510。状况监测电路506还可被配置为防止数据分组被从状况监测系统510传输到监测系统500。
图6是示例性状况监测电路506的示意图。如前所述，状况监测电路506可包括电路控制器单元405，该电路控制器单元可包括电路控制器412、调度控制器414、节点控制器416和门控制器418。状况监测电路可包括一个或多个门620，该一个或多个门可包括一个或多个接收器424。然而，门620可不包括发射器。因此，状况监测电路可允许数据分组的单向流，其中数据分组只能从背板404读取/传输数据到监测卡的部件(例如，卡控制器412、节点控制器416、门控制器418等)，但不能将数据分组广播到背板的数据通道。例如，发射器424可将在背板404上广播的数据分组传输到节点控制器416。这可例如通过将在背板404上广播的数据分组上的数据直接传输到节点控制器416或经由门控制器418传输到节点控制器416来完成。门控制器418可向发射器424发送控制信号，发射器424可基于该控制信号将数据分组从背板404传输到节点控制器416。节点控制器416可将所传输的数据分组中的数据传输到电路控制器412。
图7是示出将数据分组从监测系统500传输到状况监测系统510的示例性方法的流程图。在702处，可识别与工业机器550相关联的操作参数(例如，通过状况监测电路506的电路控制器412进行)。对操作参数的识别可基于来自状况监测系统510的请求。例如，状况监测系统可向状况监测电路506(例如，状况监测电路506的电路控制器412)发送识别操作参数(例如，与机器550相关联的位置、振动、温度、速度等)的请求信号。另选地，电路控制器412可识别操作参数(例如，基于由电路控制器412执行的状况监测操作进行)。监测系统500可经由一个或多个传感器来检测机器550的操作参数(例如，由状况监测系统510识别的操作参数)，并且在背板404上广播检测到的数据。例如，可通过输入电路(未示出)在背板404的一个或多个数据通道上广播所识别的操作参数，该输入电路从与机器550相关联的传感器接收所识别的操作参数。
在704处，可从监测系统500的背板404传输一个或多个数据分组，该一个或多个数据分组包括表征所识别的操作参数(例如，在步骤702处识别的操作参数)的数据。这可例如通过将节点630中的一个或多个门620(例如，门620中的接收器424)配置为传输在总线404的数据通道中广播的数据分组来完成。这些数据分组可被传输到节点控制器416和/或电路控制器412。节点控制器416和/或门控制器418可控制门620的操作(例如，将门620设置为第一操作模式，在该第一操作模式中，门620中的接收器424被配置为将在总线404的数据通道上广播的数据分组传输到节点控制器416/电路控制器412)。在一些具体实施中，门620可将数据分组直接传输到状况监测系统510，从而避免使用电路控制器412。
在一些具体实施中，电路控制器412可从背板404接收信标分组。信标分组可包括监测系统510的系统帧调度。系统帧调度可指示一个或多个数据分组被调度为在背板404上广播的时间片段。数据分组可包括表征所识别的操作参数(例如，在702处识别的操作参数)的数据。信标分组还可包括与监测系统510相关联的参考时间。电路控制器412可使电路控制器412的内部时间与信标分组中的参考时间同步。这可允许电路控制器412精确地(例如，数十纳秒的精度)确定与系统帧调度相关联的时间片段的发生时间。这可允许电路控制器412在系统帧调度的所选择的时间片段的发生期间(例如，经由门控制器418)将门620配置为在第一操作模式下操作。因此，在所选择的时间片段期间在背板404上广播数据分组将被传输到电路控制器412。例如，所选择的时间片段可对应于在背板404上广播与所识别的操作参数相关联的数据分组的时间。对时间片段的选择可基于信标分组中的调度。
在另一个具体实施中，门控制器418可将门620配置为在系统帧调度的整个期间(或多个时间片段期间)将数据分组从背板404传输到电路控制器412。可将所传输的数据分组传输到电路控制器412，该电路控制器然后可选择包括表征所识别的操作参数的数据的一个或多个数据分组。可基于所传输的数据分组中的唯一标识符来(例如，通过节点控制器416和/或电路控制器412)选择与所识别的操作参数相关联的数据分组。该唯一标识符可指示包括在对应的数据分组中的操作参数。
在706处，可将表征操作参数的数据提供给状况监测系统510。电路控制器412可将704处选择的数据分组中的数据直接或间接地传输到状况监测系统510。在一些具体实施中，电路控制器412可将各种所选择的数据分组(例如，在704处选择的数据分组)中的数据聚集成一个数据分组，并且传输所聚集的数据分组。在一些具体实施中，电路控制器412可将在704处选择的数据分组中的数据存储在本地存储器413中或存储在云端中。电路控制器412还可将所选择的数据分组提供给用户(例如，显示该数据)。在一些具体实施中，电路控制器412可基于所选择的数据分组来确定操作状态(例如，机器的健康状况、与机器相关联的警报等)。另外地或另选地，电路控制器412可执行机器550的状况监测操作。状况监测操作可包括计算/确定一个或多个状况监测参数，诸如传感器(例如，被配置为检测机器550的操作参数的传感器)的配置、机器550的位置和操作参数、机器550的操作状态等。
图8是监测系统500和便携式监测系统840之间经由状况监测电路506的示例性单向耦接的示意图。如前所述，监测系统500可包括可拆卸地耦接到背板404的多个监测电路402a-n。监测系统500可监测机器850的操作(例如，经由多个机器传感器[未示出]进行，该多个机器传感器被配置为检测机器850的一个或多个操作参数，并且经由输入电路将测量数据传输到背板404)。
便携式监测系统840可与状况监测电路506通信(例如，请求在背板404上广播的数据)。便携式监测系统840可包括第二总线844，多个监测电路842a-d可耦接(例如，可拆卸地耦接)到该第二总线。便携式监测系统840可耦接到传感器860，该传感器被配置为检测与机器850相关联的一个或多个操作参数。例如，传感器860可检测机器850的可能不直接对监测系统500可用的操作参数(例如，监测系统可能不具有可检测由传感器860检测的操作参数的传感器)。另外地或另选地，传感器860可比与监测系统500相关联的传感器更高的时间和/或空间分辨率来检测操作参数。例如，传感器860可包括可耦接到机器850的多个子传感器，这些子传感器可检测机器850的给定区域(例如，机器以不期望的方式运行的区域)的多个操作参数。
图9是示出由便携式监测系统监测工业机器的示例性方法的流程图。在902处，从总线404接收与监测系统500相关联的信标分组。可由便携式监测系统840接收该信标分组。例如，可由状况监测电路506的门620中的接收器424检测到该信标分组。可将该信标分组传输到便携式监测系统840(例如，通过监测电路506的电路控制器412进行)。便携式监测系统840的输入监测电路842d可接收由状况监测电路506传输的信标分组。可将该信标分组存储在输入监测电路824d的存储器中。该信标分组可包括指示多个时间片段的第一系统帧调度，在该多个时间片段期间，多个数据分组被配置为被在总线404上广播。该信标分组还可包括指示监测系统500的内部时间的参考时间。便携式监测系统可基于监测系统500的参考时间来设定其内部时钟。可通过可拆卸地耦接到总线404的监测电路(例如，监测电路402a-c中被指定为主监测电路的一个)在总线404上广播该信标分组。
在904处，确定多个时间片段中的第一组时间片段。在第一组时间片段期间，将在背板404上广播包括表征一个或多个预定操作参数的数据的第一组数据分组(例如，由监测电路402a-c中的一个或多个进行)。预定操作参数可以是便携式监测系统840为向机器850提供状况和/或保护监测可能需要的一组操作参数。例如，便携式监测系统840可确定其需要监测系统500可获得的与机器850相关联的操作参数(例如，位置、振动、温度、速度等)(例如，监测系统500可耦接到可检测来自机器850的所需操作参数的传感器)。在一些具体实施中，便携式监测系统840(例如，便携式监测系统中的处理器电路)可基于信标分组中的调度来确定第一组时间片段。该调度可指示在背板404上广播包含机器850的一个或多个操作参数的数据分组的时间片段。在一些具体实施中，信标分组中的系统帧调度可指示对应于输入监测电路的唯一标识符(例如，mac地址)的时间片段，该输入监测电路被配置为在该时间片段期间进行广播。便携式监测系统840可知道将在背板404上广播预定操作参数的输入监测电路(及其唯一标识符)。基于该信息，便携式监测系统840可确定系统帧调度中的第一组时间片段。
在背板404上广播的数据分组可包括可指示其内容的唯一标识符。例如，该唯一标识符可指示包含在数据分组中的操作参数数据。在一些具体实施中，可将在背板404上广播的多个数据分组传输到便携式监测系统840。便携式系统840中的监测卡可接收数据分组，并且确定包括与预定数据参数相关联的唯一标识符的第一组数据分组。
在906处，将第一组数据分组从总线404传输到便携式监测系统840的监测电路。这可例如通过激活状况监测电路506的节点630中的一个或多个门620来完成。在一个具体实施中，便携式监测系统840可将节点活动调度发送到电路控制器412。节点活动调度可包括需要激活门620的持续时间。基于节点活动调度，门控制器418可激活门620中的接收器424。例如，可在节点调度中包括的、在904处确定的时间片段(例如，广播包括预定操作参数的数据分组的时间片段)期间激活门620。从背板404传输到便携式监测系统840的数据分组可包括唯一标识符，该唯一标识符可指示对应的数据分组中包括的预定操作参数。
便携式监测系统840可从背板404接收数据分组。另外地或另选地，便携式监测系统840还可被配置为从耦接到工业机器850的一个或多个传感器(例如，传感器860)接收表征传感器测量结果的数据。表征传感器测量结果的数据可包括由传感器860检测的操作参数值。表征传感器测量结果的数据还可包括与检测到的操作参数相关联的时间。检测到的操作参数的时间测量结果可允许便携式监测系统将检测到的传感器测量结果与从背板404获得的数据分组同步。
便携式监测系统840可基于接收到的表征传感器测量结果的数据以及接收到的表征一个或多个预定操作参数的数据来确定工业机器850的操作状态。对操作状态的确定可涉及布置传感器测量数据和从背板404接收的数据，该布置基于这些数据的检测时间进行。在一些具体实施中，输入监测电路842d能够可拆卸地耦接到第二总线844。输入监测电路842d可被配置为从传感器860接收表征传感器测量结果的数据。便携式监测系统840还可包括可拆卸地耦接到第二总线844的处理电路842c。处理电路842c可被配置为确定工业机器850的操作状态(例如，与状况监测、保护监测等相关联的警报)。便携式监测系统可将机器850的操作状态传达到数据收集系统、状况监测系统、授权用户等中的一者或多者。
其他实施方案在所公开的主题的范围和精神内。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域技术人员将理解的是，本文中具体描述且在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的相似命名的部件通常具有类似的特征，因此在具体实施方案内，不一定完全阐述每个相似命名的部件的每个特征。
上述某些示例性实施方案提供对本文所公开的系统、装置和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。本领域技术人员将理解的是，本文中具体描述且在附图中示出的系统、装置和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。此外，在本公开中，实施方案的相似命名的部件通常具有类似的特征，因此在具体实施方案内，不一定完全阐述每个相似命名的部件的每个特征。
本文所述的主题可在数字电子电路和/或计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构装置和其结构等同物)或它们的组合中实现。本文所述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，体现在机器可读存储装置中)、或体现在传播的信号中，以用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机或多台计算机)执行或控制该数据处理设备的操作的一个或多个计算机程序。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或适用于计算环境中的其他单元部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一台计算机上或在多台计算机上执行，该多台计算机位于一个站点处或跨多个站点分布并且由通信网络互连。
本说明书中所述的过程和逻辑流程，包括本文所述主题的方法步骤，可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行本文所述主题的功能。该过程和逻辑流程还可由专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且本文所述主题的设备可被实现为专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))。
以举例的方式，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储器装置。一般来说，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或者/并且将数据传送至一个或多个用于存储数据的大容量存储装置(例如，磁盘、磁光盘或光盘)。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括(以举例的方式)半导体存储器装置(例如，EPROM、EEPROM和闪存装置)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动盘)；磁光盘；和光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本文所述的主题可在具有用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)以及键盘和指向装置(例如，鼠标或跟踪球)的计算机上实现，用户可通过该键盘和指向装置向计算机提供输入。还可使用其他种类的装置来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可为任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
本文所述的技术可使用一个或多个模块来实现。如本文所用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或它们的各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现或记录在非暂态处理器可读存储介质上的软件(即，模块本身不为软件)。实际上，“模块”将被解释为始终包括至少一些物理的非暂态硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可使用相同的处理器和网络接口)。本文所述的模块可被组合、集成、分开和/或复制以支持各种应用。另外，代替在特定模块处执行的功能或除在特定模块处执行的功能之外，本文描述为在特定模块处执行的功能可在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他装置执行。此外，模块可相对于彼此本地或远程地跨越多个装置和/或其他部件来实现。另外，模块可从一个装置移动并添加至另一个装置，以及/或者可包括在两个装置中。
本文所述的主题可在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用程序服务器)或前端部件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可通过该图形用户界面或网络浏览器与本文所述主题的具体实施进行交互)，或此类后端部件、中间件部件和前端部件的任何组合。系统的部件可通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如互联网。
如本文在整个说明书和权利要求书中所用的，近似语言可用于修饰任何定量表示，所述定量表示可有所不同但不导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语诸如“约”和“基本上”修饰的值不应限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指明，否则此类范围被识别并包括其中所包含的所有子范围。

Claims (20)

1.一种便携式监测系统，所述便携式监测系统包括：
第二总线；
第一监测电路，所述第一监测电路能够拆卸地耦接到所述第二总线，所述第一监测电路被配置为：
经由包括一个或多个门的节点从第一总线接收工业机器的监测系统的第一信标分组，
其中所述第一信标分组包括指示多个时间片段的第一系统帧调度，在所述多个时间片段期间，多个数据分组被配置为在所述监测系统的所述第一总线上广播；
确定所述多个时间片段中的第一组时间片段，在所述第一组时间片段期间，在所述第一总线上广播第一组数据分组，所述第一组数据分组包括表征一个或多个预定操作参数的数据；并且
通过在所述多个时间片段的第一组时间片段期间激活所述节点中的所述一个或多个门，将所述第一组数据分组从所述第一总线传输到所述第一监测电路，
其中所述一个或多个门被配置为防止将传出数据分组传输到所述第一总线。
2.根据权利要求1所述的便携式监测系统，其中所述第一监测电路还被配置为基于所述监测系统的第一参考时间来设定所述便携式监测系统的第二参考时间，其中相对于所述第一参考时间而暂时布置所述多个时间片段。
3.根据权利要求2所述的便携式监测系统，其中所述监测系统的所述第一参考时间被包括在所述信标分组中。
4.根据权利要求1所述的便携式监测系统，其中所述多个数据分组由通信地耦接到所述第一总线的一个或多个监测电路在所述第一总线上广播。
5.根据权利要求1所述的便携式监测系统，其中包括表征一个或多个预定操作参数的数据的所述第一组数据分组包括指示所述一个或多个预定操作参数的唯一标识符。
6.根据权利要求1所述的便携式监测系统，其中激活所述节点中的所述一个或多个门包括向所述一个或多个门发送控制信号，所述控制信号被配置为以第一操作模式来设定所述一个或多个门，在所述第一操作模式下，将在所述第一总线上广播的数据分组传输到所述便携式监测系统。
7.根据权利要求1所述的便携式监测系统，其中所述一个或多个门包括单向数据流电路，所述单向数据流电路防止将所述传出数据分组经由所述一个或多个门传输到所述第一总线。
8.根据权利要求1所述的便携式监测系统，所述便携式监测系统还被配置为接收由耦接到所述工业机器的一个或多个传感器进行的表征传感器测量结果的数据，其中表征传感器测量结果的所述数据包括检测到的操作参数值和与所述检测到的操作参数相关联的时间。
9.根据权利要求8所述的便携式监测系统，所述便携式监测系统还被配置为基于所述接收到的表征传感器测量结果的数据以及所述接收到的表征一个或多个预定操作参数的数据来确定所述工业机器的操作状态。
10.根据权利要求1所述的便携式监测系统，所述便携式监测系统还包括：
输入监测电路，所述输入监测电路能够拆卸地耦接到所述第二总线，所述输入监测电路被配置为接收表征传感器测量结果的数据；和
处理电路，所述处理电路能够拆卸地耦接到所述第二总线，所述处理电路被配置为确定所述工业机器的操作状态。
11.一种方法，所述方法包括：
经由包括一个或多个门的节点从第一总线接收工业机器的监测系统的第一信标分组，
其中所述第一信标分组包括指示多个时间片段的第一系统帧调度，在所述多个时间片段期间，多个数据分组被配置为在所述监测系统的所述第一总线上广播；
确定所述多个时间片段中的第一组时间片段，在所述第一组时间片段期间，在所述第一总线上广播第一组数据分组，所述第一组数据分组包括表征一个或多个预定操作参数的数据；并且
通过在所述多个时间片段的所述第一组时间片段期间激活所述节点中的所述一个或多个门，将所述第一组数据分组从所述第一总线传输到便携式监测系统的监测电路，
其中所述一个或多个门被配置为防止将传出数据分组传输到所述第一总线。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括基于所述监测系统的第一参考时间来设定所述便携式监测系统的第二参考时间，其中相对于所述第一参考时间而暂时布置所述多个时间片段。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述监测系统的所述第一参考时间被包括在所述信标分组中。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个数据分组由通信地耦接到所述第一总线的一个或多个监测电路在所述第一总线上广播。
15.根据权利要求11所述的方法，其中包括表征一个或多个预定操作参数的数据的所述第一组数据分组包括指示所述一个或多个预定操作参数的唯一标识符。
16.根据权利要求11所述的方法，其中激活所述节点中的所述一个或多个门包括向所述一个或多个门发送控制信号，所述控制信号被配置为以第一操作模式来设定所述一个或多个门，在所述第一操作模式下，将在所述第一总线上广播的数据分组传输到所述便携式监测系统。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或多个门包括单向数据流电路，所述单向数据流电路防止将所述传出数据分组经由所述一个或多个门传输到所述第一总线。
18.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括接收由耦接到所述工业机器的一个或多个传感器进行的表征传感器测量结果的数据，其中表征传感器测量结果的所述数据包括检测到的操作参数值和与所述检测到的操作参数相关联的时间。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括基于所述接收到的表征传感器测量结果的数据以及所述接收到的表征一个或多个预定操作参数的数据来确定所述工业机器的操作状态。
20.根据权利要求11所述的方法，其中由所述便携式监测系统中的所述监测电路执行所述接收、所述确定和传输。
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