CN1231402C - 工业薄膜加工动力输送系统的故障预测装置和方法 - Google Patents

工业薄膜加工动力输送系统的故障预测装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于动力输送系统的故障预测系统。动力输送系统包括许多同一个系统监测器互连的组件。系统监测器收集关于每个组件的工作参数与环境参数的数据。系统监测器分析这些数据以便根据参数确定状况。然后把一组规则应用于参数以确定是否应发出警告或故障指示。系统监测器可安装在本地作为动力输送系统的一部分，也可安装在远离动力输送系统的地点使能在远程地点进行数据收集与分析。

Description

工业薄膜加工动力输送系统的故障预测装置和方法
技术领域
本发明涉及动力输送系统的故障预测，更详细地涉及监测动力源的参数并分析这些参数以便发出警告指示。
背景技术
材料加工应用，例如通过应用等离子体的等离子体沉积与溅射为众所周知。这些加工需要动力输送系统。此动力输送系统通常提供一个接至等离子体室的射频(RF)或高压直流(DC)动力信号。在这种应用中，在材料加工期间动力源的不协调或故障会引起加工中材料的全部损失。这种损失会是昂贵的因而极不希望有的。
目前尚无一个半导体加工应用的动力输送系统监测动力输送系统的工作参数以便预测维护要求与防止动力输送系统故障。预测维护与故障的运行中(on-the-fly)监测系统的缺乏使得必需只通过动力输送系统的预定维护以防止这种中间过程期间的动力输送系统的不协调或故障。因此，不可能及时进行必需的维护，从而导致动力输送系统的不协调工作或故障。
目前的动力输送系统也不为制造商、销售商或工厂或用户提供任何方法以监测动力输送系统的工作或在远离动力输送系统的位置建立一个动力输送系统信息的历史数据库。远程监测与建立一个动力输送系统信息的历史数据库对于计划远程动力输送系统的要求的维护提供有价值的数据。远程监测与建立一个数据库还可以使能进行适用于相似地安装的动力输送系统的数据分析并帮助设计未来的动力输送系统。
由于目前的动力输送系统没有一个能进行远程的监测、分析与数据收集，因而动力输送系统需要技术人员出差到安装地点进行现场服务。或者，常由用户把发生故障的动力输送系统送回制造厂修理。由经培训的技术人员进行现场服务对用户来说会是昂贵的。另一方面，由于动力输送系统的工作与环境有很大关系，因而把动力输送系统拆卸并送回修理常导致此动力输送系统通过在服务中心进行的全部试验。此外，通常没有现场运行数据伴随着被送回的动力输送系统。
使用主控制器监测动力输送系统性能由于主控制器的速度限制证明是不合适的。因此，用于分析的关键信息必须直接从与主控制器无关的动力输送系统取得。目前的动力输送系统也不允许远程配置一个动力输送系统供诊断试验用。这要求或者技术人员出差至现场或者通过配置供诊断试验用的装置使服务中心进入制造厂。由于这样的配置处理既困难又消耗时间，用户在配置期间可能犯错误，因而只进行价值受限制的试验。因为这些困难常使合格的技术人员出差至动力输送系统现场成为必要，对有问题的系统进行服务所需时间需要材料加工系统的附加停机时间。
由于许多材料加工应用被材料加工者看作为高度秘密，因而材料加工者不愿意向远方地点甚至制造厂发送信息，以便保护关键的加工信息。另一方面，如果服务技术人员必须出差至动力共应系统现场以便建立并监督合适的数据记录/分析系统，这将增加费用并进一步减慢修理过程。
因此，提供一个用于监测动力输送系统的系统与一个用于远程监测动力输送系统的系统是合乎需要的。
发明内容
本发明针对一种监测动力输送系统的方法。此方法包括提供一个产生输出功率的功率发生器、一个监测由功率发生器产生的输出功率的传感器、与一个接收来自传感器的输入并提供控制信息以改变功率发生器工作的控制器等步骤。此方法还包括监测许多与动力输送系统有关的参数的步骤。把一组规则应用于这些参数以确定动力输送系统的工作状态。
本发明还针对一种远程监测动力输送系统的方法。此方法包括提供一个产生输出功率的功率发生器、一个监测由功率发生器产生的输出功率的传感器、与一个接收来自传感器的输入并提供控制信号以改变功率发生器工作的控制器等步骤。许多参数和的至少一个被传送至一个远方地点。许多与动力输送系统有关并被传送至此远方地点的参数被监测。一个在此远方地点的数据库贮存许多传送至此远方地点的参数。
本发明提供一种监测动力输送系统的方法，包括步骤：由功率发生器产生输出功率；使用传感器探测至少一个动力输送系统的参数；使用与传感器和功率发生器联通的控制器接收来自传感器的输入；根据来自传感器的输入由控制器提供控制信号；基于控制信号改变功率发生器的操作；使用与控制器联通的系统监测器监测多个与动力输送系统有关的参数；以及把一组规则应用于这些参数以确定该动力输送系统的操作状态。
根据本发明的上述方法，还包括根据与动力输送系统有关的参数规定一组操作规则的步骤。
根据本发明的上述方法，还包括根据把该组规则应用于这些参数的步骤的结果发出动力输送系统故障状况信号的步骤。
根据本发明的上述方法，其中监测参数的步骤进一步包括收集关于这些参数的历史数据并根据这些历史数据确定至少一个参数的至少一个状况的步骤，而把该组规则应用于这些参数的步骤把此组规则应用于此至少一个状况。
根据本发明的上述方法，其中确定至少一个状况的步骤进一步包括利用模糊逻辑系统与神经网络系统之一以确定至少一个状况的步骤。
根据本发明的上述方法，其中确定至少一个状况的步骤还包括规定一个范围的步骤，其中如果一个参数落在此范围内则此至少一个参数的此状况是容许的。
根据本发明的上述方法，其中确定至少一个状况的步骤还包括依据选择的参数模拟物理结果的步骤。
根据本发明的上述方法，还包括提供一个专家系统以接收这些规则与此至少一个状况，其中专家系统依据把这些规则应用于这些状况来指示一个故障模式标准。
根据本发明的上述方法，其中参数包括功率转换效率、动力输送系统的工作时间、动力输送系统的输出开动、元件温度、环境温度、湿度、颗粒污染、通信链路误差率、响应特性、输入功率偏移、输出功率偏移、接触循环次数、热循环次数、瞬变次数、反馈、与参数值趋势等参数组中的至少一个。
本发明还提供一种动力输送系统，包括：一个接收输入功率并发出输出功率的功率发生器；一个用于检测与动力输送系统有关的至少一个参数的传感器；一个用于接收来自传感器的、指示该至少一个参数的输入并提供控制信号以改变功率发生器的操作的控制器；以及一个系统监测器，此系统监测器与控制器联通并接收多个确定与动力输送系统有关的参数的信号作为输入，此系统监测器包括一组操作规则并把此组规则应用于参数以确定动力输送系统的操作状态。
根据本发明的上述动力输送系统，其中系统监测器依据动力输送系统的操作状态指示一个警告。
根据本发明的上述动力输送系统，其中系统监测器还包括一个用于收集输入此系统监测器的参数数据的数据库。
根据本发明的上述动力输送系统，其中系统监测器还包括一个确定至少一个参数的至少一个状况并把此组规则应用于此至少一个状况的分析引擎。
根据本发明的上述动力输送系统，其中分析引擎包括模糊逻辑系统与神经网络系统之一以确定该至少一个状况。
根据本发明的上述动力输送系统，其中分析引擎通过确定一个范围来确定至少一个状况，其中如果一个参数落在此范围内则此至少一个参数的此状况是容许的。
根据本发明的上述动力输送系统，其中分析引擎通过依据选择的参数模拟物理结果来确定至少一个状况。
根据本发明的上述动力输送系统，还包括一个接收这些规则与该至少一个状况的专家系统，其中此专家系统依据把规则应用于状况来指示一个故障方式标准。
根据本发明的上述动力输送系统，把还包括一个接收输出功率的匹配网络，此匹配网络产生一个在功率发生器与负载之间的阻抗。
根据本发明的上述动力输送系统，其中参数包括功率转换效率、动力输送系统的工作时间、动力输送系统的输出开动、元件温度、环境温度、湿度、颗粒污染、通信链路误差率、响应特性、输入功率偏移、输出功率偏移、接触循环次数、热循环次数、瞬变次数、反馈与参数值趋势等参数组中的至少一个。
本发明还提供一种监测动力输送系统的方法，包括步骤：由功率发生器产生输出功率；使用与功率发生器联通的传感器探测至少一个功率发生器的参数；使用与传感器和功率发生器联通的控制器接收来自传感器的输入；根据来自传感器的输入从控制器提供控制信号；根据该控制信号改变功率发生器的操作；把多个参数中的至少一个传送至一个远程地点；使用与控制器和该远程地点联通的系统监测器监测多个与动力输送系统有关的参数并传送至此远程地点；以及提供一个在此远程地点用于贮存此多个传送至此远程地点的参数的数据库。
根据本发明的上述方法，还包括分析传送至此远程地点的数据以监测动力输送系统操作的步骤。
根据本发明的上述方法，还包括依据把规则组应用于参数步骤的结果发出动力输送系统故障状况的信号。
根据本发明的上述方法，还包括步骤：在远程地点，监测多个与动力输送系统有关的参数中的选择的数个；以及在远程地点，把一组规则应用于这些参数以确定动力输送系统的操作状态。
根据本发明的上述方法，还包括在远程地点根据与动力输送系统有关的参数确定一组操作规则。
根据本发明的上述方法，其中监测参数的步骤进一步包括收集参数的历史数据并根据这些历史数据确定至少一个参数的至少一个状况的步骤，而把一组规则应用于参数的步骤把此组规则应用于此至少一个状况。
根据本发明的上述方法，其中监测参数的步骤还包括在多个远程地点收集多个动力输送系统的参数的历史数据并根据这些历史数据确定至少一个参数的至少一个状况的步骤，而把一组规则应用于参数的步骤把此组规则应用于此至少一个状况。
根据本发明的上述方法，其中确定至少一个状况的步骤进一步包括利用模糊逻辑系统与神网络系统之一以确定此至少一个状况的步骤。
根据本发明的上述方法，其中确定至少一个状况的步骤还包括确定一个范围的步骤，其中如果一个参数落在此范围内则此至少一个参数的此状况是容许的。
根据本发明的上述方法，其中确定至少一个状况的步骤还包括依据选择的参数模拟物理结果的步骤。
根据本发明的上述方法，还包括提供一个专家系统以接收规则与至少一个状况，其中专家系统信号依据把规则应用于状况来指示一个故障方式标准。
本发明提供一种系统，包括：一个动力输送系统，包括：一个接收输入功率并产生输出功率的功率发生器；一个用于探测动力输送系统的至少一个参数的传感器；一个控制器，用于接收来自传感器的、指示该至少一个参数的输入，提供控制信号以改变功率发生器的操作，并根据该输入提供数据改变；以及一个位于远离动力输送系统的远程监测器，此远程监测器接收来自动力输送系统的数据，此远程监测器包括一个用于贮存从动力输送系统接收的数据的数据库，这些数据包括多个确定与动力输送系统有关的参数的信号。
根据本发明的上述系统，其中远程监测器包括一个用于存储一组动力输送系统工作的规则并把此组规则应用于参数以确定动力输送系统的操作状态的规则数据库。
根据本发明的上述系统，其中远程监测器依据动力输送系统的操作状态指示一个警告。
根据本发明的上述系统，其中远程监测器还包括一个确定至少一个参数的至少一个状况并把该组规则应用于此至少一个状况的分析引擎。
根据本发明的上述系统，其中分析引擎包括模糊逻辑系统与神经网络系统之一以确定至少一个状况。
根据本发明的上述系统，其中分析引擎通过确定一个范围来确定至少一个状况，其中如果一个参数落在此范围内则此至少一个参数的此状况是容许的。
根据本发明的上述系统，其中分析引擎通过依据选择的参数模拟物理结果来确定至少一个状况。
根据本发明的上述系统，其中对远程监测器与动力输送系统之间交换的数据加密。
根据本发明的上述系统，其中从动力输送系统发送至远程监测器的参数可由操作人员确定。
从后面提供的详细描述，本发明适用的另外领域将变为显而易见。应懂得说明本发明优选实施例的详细描述与专门例子只打算用于说明的用途而不打算用来限制本发明的范围。
附图说明
从以下详细描述与附图，本发明将被更充分地了解，这些附图中：
图1是一个根据本发明的原理布置的动力输送系统的框图；
图2是一个根据本发明的原理布置的动力输送系统监测器的框图；
图3是一个动力输送系统监测器的工作流程图；
图4是一个根据本发明原理布置的动力输送系统与远程监测系统的框图；
图5是一个用于多个动力输送系统的远程动力输送系统监测系统的框图；
图6是一个用于监测在多处本地的多个动力输送系统工作的远程监测系统的框图；与
图7是一个描述远程动力输送监测系统工作的框图。
具体实施方式
下面对优选实施例的描述只是举例性质而决不打算用来限制本发明、它的应用或使用。
图1描述一个根据本发明原理布置的动力输送系统10的框图。动力输送系统10包括一个输送系统12，它包括一个功率发生器或功率发生器组件14。功率发生器14接收一个输入信号，例入一个来自AC输入/主内务操作组件16的交流(AC)输入信号。AC输入16通过一个AC插座18接收电源。AC输入16整理供应用的AC信号并输入到功率发生器14。功率发生器14可概括为把AC信号变换为一个预定的输出信号的任何装置。AC输入16也把AC输入信号变换为一个驱动逻辑电平元件的低电平直流(DC)信号。
最好，配置功率发生器14以便通过把AC输入变换为一个预定的DC电压而输出一个射频(RF)信号。一对开关，例如一个推挽放大器配置，依次把DC电压变换为一个可在从功率发生器14输出之前加以滤波的RF输出电压。功率发生器14的工作可以是本领域内已知的任何常规的工作类型，包括单级或双级转换。
在应用于负载之前功率发生器14向阻抗匹配网络或组件20发出一个输出电压。功率发生器14包括一个确定其输出的内部输出传感器。阻抗匹配组件20典型地提供一个在功率发生器14与负载22之间的可变阻抗以便保持在功率发生器14输出端的预定阻抗，典型为50Ω。
一个输出计量组件或输出传感器24在应用于负载22之前接收来自阻抗匹配网络20的功率输出。输出传感器24测量在来自阻抗匹配网络20的输出中探测到的预定参数。例如，输出传感器24可测量一个或多个参数包括电压、电流、功率、频率、相位或在向负载22发出一个功率输出中感兴趣的其它参数。
阻抗匹配网络20与输出传感器24二者都向输送系统控制器26发出数据信号。输送系统控制器26接收来自阻抗匹配网络20与输出传感器24之一或二者的数据。输送系统控制器26接收这些数据并如同将在此中较详细地描述的那样向功率发生器14发出至少一个控制或数据信号。输送系统控制器26还可向阻抗匹配网络20、输出传感器24、负载22与AC输入16每个发出控制信号或同它们每个交换数据。输送系统控制器26还同输入/输出(I/O)适配器或适配器组件28(也称为周边可选装置(POD))交换数据。I/O适配器28使得能同外部装置例如全系统控制器、等离子体系统控制器、试验组件、用户输入组件或其它可要求共用或控制输送系统12工作的组件通信。
通信发生在动力输送系统的各种组件之间。更详细地说，输送系统控制器26起公共控制器核心作用，它通过高速通信链路34、36、38、48与58同系统与子系统组件互连。这些通信链路使能按设计标准规定进行单向或双向通信。通信链路34互连功率发生器14与输送系统控制器26使能高速、双向通信。通信链路36按要求互连阻抗匹配网络20与输送系统控制器26。通信链路38按要求互连输出传感器24与输送系统控制器26。通信链路48互连AC输入16与输送系统控制器26。通信链路58互连输送系统控制器26与负载22。
输送系统控制器26使用直接信号连接或数字通信协议最好是高速数字通信协议同功率发生器14、阻抗匹配网络20、输出传感器24、负载22与I/O适配器28每个通信。此协议可包括误差检测与校正以改善系统控制器26与同它交换数据的每个装置之间通信的可靠性。这样的协议使得能在一个同控制与测量的传统模拟方法相比为很高的动态范围内控制与反馈信号。为实现数字通信，此中描述的每个组件可有一个数字通信端口，且每个通信链路有效作用以规定各连接组件之间的数字界面。
按照本发明的一个特定特征，输送系统控制器26如同将在此中较详细地描述的还包括一个系统监测器46。应了解图1中的输送系统控制器26表示为包括系统监测器46。或者，本领域内的技术人员将认识到系统监测器46也可配置为一个同输送系统控制器26分离的组件。系统监测器46提供一个对动力输送系统10的快速探测系统。
除了上面描述的关于功率发生器14、阻抗匹配网络20、输出传感器24、负载22与AC输入16的输入之外，来自各种传感器例如功率发生器14的输出传感器的附加输入可施加于输送系统控制器26以便向系统监测器46提供充分的输入使能分析动力输送系统10的工作。动力输送系统10也可包括环境传感器例如通过通信链路54同输送系统控制器26连接的环境传感器52。通信链路54可如上述描述的通信链路34、36、38、48和58类似工作。通信链路54可传输数字或模拟信号或数字与模拟信号的组合，按设计标准规定实现单向或双向通信。
如同此中表示，系统监测器46监测表征动力输送系统10工作的各种参数。系统监测器46发出一个模拟或数字的监测输出信号，它提供关于动力输送系统10工作的信息。此信息可包括推荐的维护、误差检测与建议的校正、故障方式警告或与动力输送系统10有关的其它信息。
图2描述一个图1系统监测器46的框图。系统监测器46通过上述通信链路接收参数。参数1、参数2与参数n输入参数数据库60。作为例子，这些输入系统监测器46的参数可包括系统功率转换效率、子系统功率转换效率、工作时间、输出开动次数、元件温度、环境空气温度、环境水温度、湿度、灰尘与污染因数、通信链路误差率、增益特性、增益特性的变化、响应特性、响应特性的变化、AC输入线的飘移、AC输入线的瞬变、疲劳数据包括接触器循环、机电装置循环、功率元件的热循环、负载瞬变例如电弧、来自系统传感器的反馈完整性、或在确定动力输送系统的工作中可能有用的其它参数或趋势。最好，参数数据库60以神经网络形式实现。参数数据库60的神经网络建立与保持输入参数数据库60的参数数据的历史记录并压缩参数数据。
参数数据库60贮存数据并向分析引擎62输出数据。分析引擎62可使用一个神经网络、模糊逻辑或其它人工智能系统实现。如同将在此中较详细地描述的，分析引擎62分析从参数数据库62接收的参数数据并确定其是否在预定范围内或确定个别或成组的参数数据暗示合乎需要还是不合乎需要的状况。
分析引擎62向专家系统64输出许多状况。专家系统64接收来自分析引擎62的状况并把这些状况应用于从规则数据库66接收的规则。规则数据库66容有一个或许多规则，当它们在专家系统64中应用于从分析引擎62接收的状况时，确定动力输送系统10的工作并发出一个警告或故障指示。专家系统64输出一个或许多指示动力输送系统10或其中一部分的工作状态的警告、故障指示、或故障方式数据或标记。贮存在规则数据库66内的规则可根据各种设计考虑通过神经网络或模糊逻辑系统产生并周期性地更新。或者，贮存在规则数据库66内的规则可由系统设计者规定，并可被固定直至被系统设计者修改。可使用传统的软件技术例如IF-THEN(如果一则)语句，或使用人工智能例如专家系统、模糊逻辑、决策树、故障树或神经网络来应用这些规则。
在一个优选实施例中，贮存在规则数据库66内的规则被实现为语言规定动力输送系统10的工作。例如，代替具体规定的限制，使用诸如“减少”、“高”、“正常”与“失配”等规则的模糊描述。当以数学函数规定一个输出参数时，此函数中的变化最好表示为“增加”或“减少”以保证一些其它变量未引起改变。例如，如果效率降低，但负载阻抗z与功率未改变，则可能是系统变化引起了效率的改变。另一方面，如果效率改变，但输出功率减小，则效率的改变可能由工作点改变而非系统变化引起。作为例子，下面示出若干规则以示证这些规则的模糊性质。
IF     (功率放大器(PA)效率降低)AND((至少一个功率
       晶体管(PT)温度高)OR(PT电流失配))
THEN   可能是PA问题。
IF     (PA效率降低)AND((至少一个PT温度高)OR(PT
       电流失配))AND(驱动电流小)
THEN   可能是驱动问题或激励板问题。
IF      (体脉动电压增大)AND(PA效率未改变)AND(体电
        压未降低)
THEN    体罩可能退化/干透。
IF      (调制器效率降低)AND(体电压未升高)AND(PA效
        率保持相同)
THEN    可能是调制器问题。
IF      (体电容充电时间明显增长)
THEN    可能是调制器泄漏问题。
IF      (体电容充电时间接近于0)
THEN    可能是接触器焊住。
IF      (体电容放电时间为无限长)
THEN    可能是接触器焊住。
IF      (环境温度未改变)AND(PA变压器温度升高)AND
        (PA效率未改变)AND(单元处于热稳定状态)
THEN    可能是PA变压器问题。
IF      (PT温度升高)AND(PT温度匹配)AND(入口水温
        未改变)AND(PA效率未改变)
THEN    可能是水流量减小。
IF      (PT温度升高)AND(PT温度失配)AND(入口水温
        未改变)AND(PA效率未改变)
THEN    可能是PT散热问题。
IF      (PT温度失配)AND(PA效率未改变)AND(PT电流
        匹配)
THEN    可能是PT温度传感器问题(或保持运转)。
IF      (PT电流失配)AND(PA效率未改变)AND(PT温度
        相同)AND(驱动电流未改变)
THEN    可能是PA电流传感器问题(或保持运转)。
IF      (调制器内务处理(HK)电压降低)AND(体电压未改
        变)
THEN    可能是调制器HK问题。
IF      (体电压降压率增大)
THEN    可能是设备功率问题。
IF      (环境温度升高)AND(风扇正常)
THEN    可能是设备冷却问题。
IF      (通信误差率增大)AND(调制器HK脉动增大)
THEN    可能是噪声问题。
IF      (联锁跳闸持续＜0.1ms)
THEN    可能是联锁噪声(可能不是由机电开关引起)。
IF      (各组件有明显不同的误差率)
THEN    可能是高误差率组件的接地问题。
图3描述一个系统监测器46的工作流程图。控制从开始框70开始，并前进至监视器参数框72。在监测器参数框72，把确定动力输送系统10作的参数输入参数数据库60。还在监测器参数框72，分析引擎62分析从参数数据库60接收的数据并产生输出至专家系统64的状况。然后控制进至应用规则框74。在应用规则框74应用规则之前，在产生规则框76产生规则。产生规则框76产生如上述关于规则数据库66的规则。规则贮存在规则数据库66内。应用规则框74比较从分析引擎62接收的状况与从规则数据库66接收的规则。接着控制进至确定动作/报警框78。在确定动作/报警框78根据关于动力输送系统10的数据从专家系统64输出维护建议、警告、故障状况与其它可能的动作。然后控制进至结束框80。
专家系统64与应用规则框74利用一个以正常工作、无故障工作为基础的预期参数状态的数据库与一套使用这些数据的规则。由于动力输送系统10的许多参数受外部变量例如AC线电压、环境温度与负载阻抗的影响，规则数据库66与分析引擎62必须包括这些影响以防止错误的警告与故障方式。可通过使用一个查阅表或根据来自样品动力输送系统的测量数据经验确定的模型建立一个系统模型来对这些外部变量寻址。如果动作/报警框78确定指示一个规定为要求动力输送系统10停止工作的严重紧急故障的故障，或一个规定为异常工作或偏移的警告，则确定动作/报警框78规定适当的动作以保护动力输送系统10并指示动力输送系统10的一个子系统或外部设施需要服务。此动作保护动力输送系统10与其中安装此系统的整个用户系统。
如上述，规则数据库66贮存输入专家系统64的规则。这些规则包括对于给定系统的规则与预期值。对于本发明，必须规定这些规则以防止当实际上不存在故障时发出警告或故障指示。可通过两种方法以导出这些规则与预期值。
第一方法称为保护带法。在此方法中，围绕一个参数的预期值设置一个带，而当此参数落到预设的带以外时输出一个警告或故障指示。作为一个例子，如果已知底盘的内部环境温度作为内部功率损耗与外部环境温度的函数在正常工作范围内线性变化，可通过下面的方程(1)确定正常或无故障环境温度：
Tint(Tamb，Pdiss)＝Tamb+αPdiss    (1)
式中Tint是预期环境温度；
Tamb是外部环境温度；
α是根据经验数据的比例常数；与
Pdiss是计算出的热损耗，使用传感器数据来确定。
规则数据库66可贮存查阅表中的内部环境温度的预期状态或需要时计算此温度。通过围绕内部环境温度设置一个保护带例如±10％作为警告的界限或±20％作为故障的界限，当温度落到警告或故障保护带以外时专家系统64发出一个警告。
作为保护带近似法的一个替代，可使用故障物理学法以确定当故障或警告工作状况存在时作为度量标准的规则数据库66的规则。当故障物理学法指示元件或子系统可能有高的故障概率时，可产生适当的标记或动作。
可使用化学反应或物质扩散模型模仿电子元件故障。机电元件故障模型常以故障平均周期(MCTF)模型为基础。焊接点与半导体单元片连接的热疲劳模型使用温差(ΔT)与故障周期的结合。
作为一个具体例子，例如温度与可用于估算温度的效率，两参数提供对系统性能完善的指示。Arrhenius关系描述化学反应速率对温度的指数依赖关系。大多数电子元件故障起因于化学反应也称为扩散现象。Arrhenius方程规定由于元件温度引起的加速因子也称为增大的故障率。它可表述为如下的方程所示：
A = e [ ( - Ea k ) × ( 1 T - 1 Tn ) ] - - - ( 2 )
式中A是加速因子；
-Ea是以特定的故障机理变化的激活能量的电子伏特值；
K是玻尔兹曼(Boitzmann)常数；
T是升高的温度值(°K)；与
Tn是正常温度(°K)。
上述系统在导致一个实际故障之前发出警告与故障方式指示。这提供提前的警告使系统停工时间减至最短并降低物主的总成本。而且，这种系统通过减少送回制造厂修理且后来经试验而确定装置中不存在明显问题的装置的数目而有利于动力输送系统制造厂。此外，根据工作状况上述系统降低关键元件的总故障率。
上面对于图1-3描述的系统表示为相对于被监测的动力输送系统在本地工作。然而，对于有些应用，例如动力输送系统的制造厂或销售商在远离客户的地方，位于远离动力输送系统的系统监测器可便于对动力输送系统服务并使能进行远程系统监测与远程数据收集。如同将在此中描述，远程系统监测与数据收集能力通过便于客户协助而提供更大的灵活性，从而使停工时间、错误的保修返回与用户的不方便减至最少。
图4描述一个包括一个本地动力输送系统88与一个远程监测器90的远程监测系统86。动力输送系统88最好位于一个本地地点92，而远程监测器90最好位于远离动力输送系统88的地点。即是说，动力输送系统88可位于用户设施地点，而远程监测器90可遥远地位于某个制造厂设施，例如现场服务设施或其它制造厂地点，称为远程地点94。应当注意动力输送系统88可包括一个例如上面对于图1-3描述的本地系统监测器。远程监测器90可执行与上述的系统监测器46相似的功能与/或可提供补充功能，例如远程监测与分析、数据收集与规则产生等。如在此描述的，远程监测器90利用可以是双向链路的通信链路96同动力输送系统88互连。此双向链路使远程监测器90能接收来自动力输送系统88的数据并还能使远程监测器90向动力输送系统88提供数据或控制指令。
图5描述一个远程监测系统100的框图，其中远程监测器90位于远程地点94并同动力输送系统188a、动力输送系统288b与动力输送系统n 88n通信。远程监测系统100如同上面对于远程监测系统86描述的情况相似地工作。此外，远程监测器90监测许多动力输送系统88a、88b与88c而非单个动力输送系统。远程地点94可位于某个制造厂设备处，例如某个用户服务与设计设施处。远程地点94也可位于某个用户位置，但远离动力输送系统88a、88b、88n的地点。
如图5中表示，远程监测器90监测可遍布在本地地点92的许多动力输送系统的工作。远程监测器90提供一个在用户位置或服务地点的集中的监测位置，或某个其它的远程地点。
远程监测系统90贮存各动力输送系统88a、88b、88c的数据，并可选地，集中贮存动力输送系统88a、88b、88c的数据。以此方式，可为整个动力输送系统群建立一个历史数据组，并可为监测各动力输送系统的工作贮存各自的数据组。或者，制造系统90生成实时地为被监测的动力输送系统收集的其它数据组或作为一个后处理工作。例如，可在一个特定的本地地点集合来自位于互相接近地点的动力输送系统的数据以提供专门的环境信息。
图6描述远程监测系统86、100的一个扩展方案。远程监测系统102描述远程监测系统概念的一个进一步扩展。每个远程监测系统100、100′与100″包括许多动力输送系统88a、88b、88n与远程监测器90。如图6中表示，使用相同的参考数字标志相同的部件外加一撇(′)与两撇(″)以指示各自的远程监测系统。
每个本地的远程监测系统100、100′、100″向一个总体监测器104输出数据。远程监测系统100可位于远离远程监测系统100′的单独地点，而远程监测系统100′可位于远离远程监测系统100″的地点。每个远程监测器90、90′与90″收集与其相联系的各动力输送系统的数据。然后每个远程监测器90、90′、90″向总体监测器104输出数据。本领域内的人员将了解对于任何远程监测系统100、100′、100″，可省略远程监测器90、90′、90″，因为每个各自的动力输送系统88可直接向总体监测器104输出数据。图6中的系统如同上面对于图4-5描述的情况相似地工作。远程监测系统102远程监测全球的动力输送系统88整体，以便收集来自安装在变化的环境中的各动力输送系统88的一个断面的数据，从而使能如同对于图1-3描述的情况进行较精确的分析与规则产生。
图7描述一个用于实现如上面对于图4-6描述的远程数据收集与监测系统的框图。控制在开始框110开始并进至收集远程数据框112。在框112收集如上述的远程数据。之后，控制进至监测器参数框114。在框114，规定动力输送系统88工作的参数输入图2的参数数据库60。同样在框114内，图2的分析引擎62分析从参数数据库60接收的数据并产生输出至专家系统64的状况。然后控制进至应用规则框116。在应用规则框116应用规则之前，在产生规则框118产生规则。产生规则框118如上述使用模糊逻辑或神经网络产生规则。这些规则贮存在规则数据库66内。应用规则框116比较从分析引擎62接收的状况同从规则数据库66接收的规则。接着控制进至确定动作/报警框122。在框122，根据关于动力输送系统10的数据从专家系统64以故障模式或标记的形式输出维护建议、警告、故障状况与其它可能的动作。然后控制进至结束框124。
专家系统64与应用规则框116利用以正常工作、无故障工作为基础的预期参数状态的数据库与一组使用这些数据的规则。由于动力输送系统10的许多参数受外部变量例如AC线电压、环境温度与负载阻抗的影响，因而规则数据库66与分析引擎62必须包括这些影响以防止错误的警告或故障方式。可通过使用一个查阅表或根据来自样品动力输送系统的测量数据经验确定的模型建立一个系统模型来对这些外部变量寻址。如果动作/报警框122确定一个规定为要求动力输送系统10停止工作的严重紧急事故的故障，或一个规定为异常工作或偏移的警告，确定动作/报警框122规定适当的动作以保护动力输送系统10并指示动力输送系统10的一个子系统或外部设施需要服务。此动作保护动力输送系统10与其中安装此动力输送系统10的整个用户系统。
如上述，规则数据库66贮存输入专家系统64的规则。这些规则包括规则与给定系统的预定值。对于本发明，必须规定这些规则以防止当实际上不存在故障时发出警告或故障指示。可通过上面对于图1-3描述的两种方法以导出规则与预期值。
图4-7中描述的远程监测系统提供几个特点与好处。对于图5-7描述的远程监测系统使制造厂或服务中心能对位于远方的动力输送系统提供专家帮助、监测与分析。本地的动力输送系统最好通过一个可选择的媒介例如内部网(intranet)、因特网、局域网(LAN)或广域网(WAN)接收配置指令。最好，选择的界面把参数传输从一个特定局部协议变换至一个适于远距离传输至远程地点的通用的外部协议。最好，可配置的界面把数据加密以提供合适的数据保护。此外，可配置的界面使本地用户能规定什么数据可传输至远程地点。
上述远程监测系统还提供几个附加的好处。服务人员可远程监测在远方地点工作的动力输送系统。在许多情况下，这可减轻把动力输送系统送回制造厂的需要，因为可由现场技术人员在远程地点诊断安装在本地地点的装置。每个动力输送系统不必各自贮存数据，因为这些数据可由远程监测器贮存。而且，可直接从动力输送系统访问数据，以允许快速取得数据。如此中描述，本地地点只需要容许外部访问该单元并规定可得到什么信息，这明显地减少对在本地地点搜集数据的操作者的需要量。现场服务人员不必造成不必要的跳闸以进行现场诊断，而这种现场诊断可由服务技术人员在远方有效地完成。再有，所有数据记录与分析工具只需要位于远程地点，因此消除了在安装动力输送系统期间在本地地点安装附加装置的需要。
本发明的描述只是举例性质，因此，不违背本发明要旨的变化规定为在本发明的范围之内。不应把这些变化看作违背本发明的精神与范围。

Claims (39)

1.一种监测动力输送系统的方法，包括步骤：
由功率发生器产生输出功率；
使用传感器探测至少一个动力输送系统的参数；
使用与传感器和功率发生器联通的控制器接收来自传感器的输入；
根据来自传感器的输入由控制器提供控制信号；
基于控制信号改变功率发生器的操作；
使用与控制器联通的系统监测器监测多个与动力输送系统有关的参数；以及
把一组规则应用于这些参数以确定该动力输送系统的操作状态。
2.权利要求1的方法，还包括根据与动力输送系统有关的参数规定一组操作规则的步骤。
3.权利要求1的方法，还包括根据把该组规则应用于这些参数的步骤的结果发出动力输送系统故障状况信号的步骤。
4.权利要求1的方法，其中监测参数的步骤进一步包括收集关于这些参数的历史数据并根据这些历史数据确定至少一个参数的至少一个状况的步骤，而把该组规则应用于这些参数的步骤把此组规则应用于此至少一个状况。
5.权利要求4的方法，其中确定至少一个状况的步骤进一步包括利用模糊逻辑系统与神经网络系统之一以确定至少一个状况的步骤。
6.权利要求4的方法，其中确定至少一个状况的步骤还包括规定一个范围的步骤，其中如果一个参数落在此范围内则此至少一个参数的此状况是容许的。
7.权利要求4的方法，其中确定至少一个状况的步骤还包括依据选择的参数模拟物理结果的步骤。
8.权利要求4的方法，还包括提供一个专家系统以接收这些规则与此至少一个状况，其中专家系统依据把这些规则应用于这些状况来指示一个故障模式标准。
9.权利要求1的方法，其中参数包括功率转换效率、动力输送系统的工作时间、动力输送系统的输出开动、元件温度、环境温度、湿度、颗粒污染、通信链路误差率、响应特性、输入功率偏移、输出功率偏移、接触循环次数、热循环次数、瞬变次数、反馈、与参数值趋势等参数组中的至少一个。
10.一种动力输送系统，包括：
一个接收输入功率并发出输出功率的功率发生器；
一个用于检测与动力输送系统有关的至少一个参数的传感器；
一个用于接收来自传感器的、指示该至少一个参数的输入并提供控制信号以改变功率发生器的操作的控制器；以及
一个系统监测器，此系统监测器与控制器联通并接收多个确定与动力输送系统有关的参数的信号作为输入，此系统监测器包括一组操作规则并把此组规则应用于参数以确定动力输送系统的操作状态。
11.权利要求10的动力输送系统，其中系统监测器依据动力输送系统的操作状态指示一个警告。
12.权利要求10的动力输送系统，其中系统监测器还包括一个用于收集输入此系统监测器的参数数据的数据库。
13.权利要求12的动力输送系统，其中系统监测器还包括一个确定至少一个参数的至少一个状况并把此组规则应用于此至少一个状况的分析引擎。
14.权利要求13的动力输送系统，其中分析引擎包括模糊逻辑系统与神经网络系统之一以确定该至少一个状况。
15.权利要求13的动力输送系统，其中分析引擎通过确定一个范围来确定至少一个状况，其中如果一个参数落在此范围内则此至少一个参数的此状况是容许的。
16.权利要求13的动力输送系统，其中分析引擎通过依据选择的参数模拟物理结果来确定至少一个状况。
17.权利要求13的动力输送系统，还包括一个接收这些规则与该至少一个状况的专家系统，其中此专家系统依据把规则应用于状况来指示一个故障方式标准。
18.权利要求13的动力输送系统，把还包括一个接收输出功率的匹配网络，此匹配网络产生一个在功率发生器与负载之间的阻抗。
19.权利要求13的动力输送系统，其中参数包括功率转换效率、动力输送系统的工作时间、动力输送系统的输出开动、元件温度、环境温度、湿度、颗粒污染、通信链路误差率、响应特性、输入功率偏移、输出功率偏移、接触循环次数、热循环次数、瞬变次数、反馈与参数值趋势等参数组中的至少一个。
20.一种监测动力输送系统的方法，包括步骤：
由功率发生器产生输出功率；
使用与功率发生器联通的传感器探测至少一个功率发生器的参数；
使用与传感器和功率发生器联通的控制器接收来自传感器的输入；
根据来自传感器的输入从控制器提供控制信号；
根据该控制信号改变功率发生器的操作；
把多个参数中的至少一个传送至一个远程地点；
使用与控制器和该远程地点联通的系统监测器监测多个与动力输送系统有关的参数并传送至此远程地点；以及
提供一个在此远程地点用于贮存此多个传送至此远程地点的参数的数据库。
21.权利要求20的方法，还包括分析传送至此远程地点的数据以监测动力输送系统操作的步骤。
22.权利要求20的方法，还包括依据把规则组应用于参数步骤的结果发出动力输送系统故障状况的信号。
23.权利要求20的方法，还包括步骤：
在远程地点，监测多个与动力输送系统有关的参数中的选择的数个；以及
在远程地点，把一组规则应用于这些参数以确定动力输送系统的操作状态。
24.权利要求23的方法，还包括在远程地点根据与动力输送系统有关的参数确定一组操作规则。
25.权利要求23的方法，其中监测参数的步骤进一步包括收集参数的历史数据并根据这些历史数据确定至少一个参数的至少一个状况的步骤，而把一组规则应用于参数的步骤把此组规则应用于此至少一个状况。
26.权利要求23的方法，其中监测参数的步骤还包括在多个远程地点收集多个动力输送系统的参数的历史数据并根据这些历史数据确定至少一个参数的至少一个状况的步骤，而把一组规则应用于参数的步骤把此组规则应用于此至少一个状况。
27.权利要求26的方法，其中确定至少一个状况的步骤进一步包括利用模糊逻辑系统与神网络系统之一以确定此至少一个状况的步骤。
28.权利要求26的方法，其中确定至少一个状况的步骤还包括确定一个范围的步骤，其中如果一个参数落在此范围内则此至少一个参数的此状况是容许的。
29.权利要求26的方法，其中确定至少一个状况的步骤还包括依据选择的参数模拟物理结果的步骤。
30.权利要求26的方法，还包括提供一个专家系统以接收规则与至少一个状况，其中专家系统信号依据把规则应用于状况来指示一个故障方式标准。
31.一种系统，包括：
一个动力输送系统，包括：
一个接收输入功率并产生输出功率的功率发生器；
一个用于探测动力输送系统的至少一个参数的传感器；
一个控制器，用于接收来自传感器的、指示该至少一个参数的输入，提供控制信号以改变功率发生器的操作，并根据该输入提供数据改变；以及
一个位于远离动力输送系统的远程监测器，此远程监测器接收来自动力输送系统的数据，此远程监测器包括一个用于贮存从动力输送系统接收的数据的数据库，这些数据包括多个确定与动力输送系统有关的参数的信号。
32.权利要求31的系统，其中远程监测器包括一个用于存储一组动力输送系统工作的规则并把此组规则应用于参数以确定动力输送系统的操作状态的规则数据库。
33.权利要求32的系统，其中远程监测器依据动力输送系统的操作状态指示一个警告。
34.权利要求32的系统，其中远程监测器还包括一个确定至少一个参数的至少一个状况并把该组规则应用于此至少一个状况的分析引擎。
35.权利要求34的系统，其中分析引擎包括模糊逻辑系统与神经网络系统之一以确定至少一个状况。
36.权利要求34的系统，其中分析引擎通过确定一个范围来确定至少一个状况，其中如果一个参数落在此范围内则此至少一个参数的此状况是容许的。
37.权利要求34的系统，其中分析引擎通过依据选择的参数模拟物理结果来确定至少一个状况。
38.权利要求31的系统，其中对远程监测器与动力输送系统之间交换的数据加密。
39.权利要求31的系统，其中从动力输送系统发送至远程监测器的参数可由操作人员确定。
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