CN1669198A - 用于监控技术设备、特别是实施诊断的方法和装置 - Google Patents

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米尔科·阿佩尔
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Abstract

根据本发明，表示当前操作状况的温度模式(7)由涉及技术设备(24)的测量温度值和/或其它温度信息导出并分类。

Description

用于监控技术设备、特别是实施诊断的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于监控技术设备的方法和装置。
背景技术
传统的用于监控设备操作状态的方法通常包括采集输入到控制系统的大量数据并根据对特定上限或下限的违反而进行分析；例如检查测量的温度值是低于还是高于给定的温度极限。
这意味着通常针对上述违反分别检查每个测量值。通常，上限和下限设置为非常接近于可能很严重的操作情况，从而一个或多个测量值的违反极限一般需要立即进行紧急情况处理，例如紧急停止，以避免人员和/或机器损伤。由此，监控设备的公知方法不能用于预测还在过程中发展，但还没有完全暴露的故障。
此外，不同的条件监控资源用于启动能源设备的监控，例如涡轮机和/或发电机的振动监控。
这些多数孤立的解决方案提供需要为合适的条件评估进一步解释的数据组(在多数情况下甚至不能互相兼容，特别是如果涉及不同的监控设备的供应商)。
温度记录的公知方法为条件监控的目的而采用设备部件的测量的表面温度(如果这些表面可以达到)。机器表面的异常高温可能例如表示在该机器内部存在电故障。
公知热耦合器用于测量为条件监控和过程控制而选择的温度，并从各测量中得出结论，例如前面提到的违反上限和/或下限。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种改进的、用于监控技术设备、尤其是用于执行诊断的方法和装置。
特别是对技术设备、尤其是能源设备的涡轮机和/或发电机的潜在故障的预测和诊断应当非常可靠，以改善过程控制。
本发明的解决方案按照权利要求1和3提出。优选实施例描述在相关从属权利要求中。
温度模式可以包括所有有关技术设备的温度值和/或温度信息的全部或部分。
温度模式的导出可以包括数据压缩算法，例如模式识别算法，从而与用于导出所述温度模式的温度数据量相比，减少了描述所述温度模式的数据量。
本发明基于如下事实，即设备中的所有机器以及正在处理的材料都发出热量。
在各种情况下，热例如被传导至物体表面，在此热通过辐射和对流流失在环境中。
因此，产生热和消耗热的过程产生温度模式，例如在受控设备部件的表面，该温度模式是任何时候操作条件的特征。当操作条件变化时，相关的温度模式也会变化。
本发明例如可以包括通过成像系统产生涉及设备部件的温度图。这种图有助于理解一个或多个设备组件的各种操作条件，即从正常到极端异常变化的操作条件。
在测试阶段，可以为了将来参考和与实际操作条件的比较而采集和存储上述正常和各种异常操作条件的温度模式。由此，涉及各种操作条件的温度模式的历史记录可有助于判断当前操作模式。在实际问题和/或危险出现之前，即使在正常和异常操作模式之间的情况也可以被检测到并很好识别。
优选地，以非接触方式例如利用红外摄像机采集一个或多个设备部件的温度。
在另一优选实施例中，对大范围的部件进行热检查，例如电缆、导体、开关设备、照明系统、建筑物的绝缘、加热系统、管道、发动机、电动机、发电机、涡轮机，等等。松散的电连接、用旧的轴承或不重合的耦合都可以很容易地发现，因为它们的温度特性与其期望的操作温度模式相比显得异常热，而当扫描被阻塞的蒸汽管道或热交换器各自的温度辐射时，它们表现出异常冷的温度模式。
所有这些出现故障的设备例子都不能通过视觉观察检测到。
当不仅例如通过红外摄像机采集一个或多个孤立设备部件的温度特性/模式，而且(或多或少)采集整个设备的温度模式时，所采集的图像表示整个操作模式，并且可以采取必要的行动。此外，与采集设备的单个部件的孤立温度特性/模式相比，可以明显减少所采集的数据，例如在很多情况下不需要找到涉及该设备各部件的潜在故障及其在该部件中或该部件上的精确位置，只需识别出现故障的部件。深入挖掘部件故障的细节的其它行动对专业维护工程师来说通常不是非常苛求的，并且不需要其它技术帮助，更重要的是识别出变成有故障的部件，如果可能，应当在故障造成问题之前。
本发明的上述可以达到的数据减少的另一方面是如下事实，即在设备中，很多设备部件相互作用，因此表现出异常温度模式的第一故障部件通常导致第二设备部件中出现故障，该第二设备部件也表现出由所述第一故障部件导致的异常温度模式。这种设备部件之间交互的专业知识可以有利地用于减少本发明中待采集的数据量，例如通过简单避免“在下游”连接到第一部件的第二部件的温度数据的采集，因为第二部件的故障取决于第一部件故障的出现。因此，涉及所述第二部件的温度数据的采集是多余的，尤其是为了识别潜在的基本故障，并且可以避免。
相反，公知方法和热系统极大地专注于对部件的分别诊断，这些部件被单独判断。
所采集的热图片，优选涉及(几乎)整个设备或至少涉及一个或多个包括多个设备部件的交互子系统，可以输入到评价和分析系统中，以用于例如通过将所采集的图片与相似操作状况下的存储图片比较来进行判断。其结果可以用于规划和实施必要的维护和服务工作。
本发明通过考虑如前所述的设备部件之间的交互及其相应的“故障依赖”，将包括不仅涉及该设备的一些孤立部件的温度信息而且涉及尽可能多的设备部件的温度信息的热信息(温度模式)组合起来。
所有采集的技术设备部件的温度的测量值，例如涡轮机外壳、轴承、锅炉、水泵、管道、电缆、开关设备、发电机等的表面温度，可以存储在一个公共数据库中(或者相互链接以获得实际温度模式)。
当前和/或历史故障(和/或其它通常是未来故障的预先显现或可能只是暂时和可容许的背离正常操作状况的过程干扰)涉及从上述采集的温度测量值导出的具体温度模式；在设备运行期间所述模式不断被手动和/或自动地例如通过采用专家系统得到改善，以达到包括学习过程在内的适应性监控。
当再次检测到特定温度模式时可以进行故障预测，尤其是根据存储在上述数据库中的可比历史状况。
涉及过程干扰的温度模式可以不同于涉及故障的温度模式，并且可以用于过程优化和过程增强的反馈。
本发明包括但不仅限于以下优点：
·对于故障预测和过程控制没有不同类(inhomogeneous)的数据源，
·公知的热和选择性温度测量的限制不再适用
·与传统条件监控系统的组合相比节省成本
·清楚区别故障和过程干扰之间
·可以对过程控制进行反馈
附图说明
下面描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的装置，以及
图2是采用根据本发明的方法进行诊断的泵系统。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的装置1的典型配置。
诸如能源设备的技术设备24应当受到监控。该技术设备24包括多个至少部分地交互的系统22和子系统24。在运行期间，技术设备24的至少一些上述部件在若干位置产生热量。
通过装置1对技术设备的监控和诊断是通过采集涉及该技术设备24及其当前操作状况的温度值和温度信息来执行的。
温度值可以通过传感器单元3和/或连接到技术设备24的现有控制系统来获得，在该现有控制系统中对所采集的温度值进行处理。诸如包括一个或多个热图片的热特性的其它温度信息由红外摄像机4采集。
将上述温度数据输入连接到分析模块6的数据采集模块5。
分析模块6包括模式识别算法，用于从上述温度数据中导出技术设备24的温度模式7；温度模式7对应于技术设备24的当前操作状况，并且可以包括当前操作状况的图形的、优选为二维和/或三维表示和/或文本表示和/或表格化的结构信息等。
为了对当前操作状况进行分类，分析模块6将根据当前操作状况的温度模式7与对应于过去和/或假定温度模式7的、存储在数据库8中并对应于已知和/或正常和/或异常和/或期望操作状况等的已知温度模式7进行比较。
上述比较的结果有助于对当前操作状况进行分类，并例如在设备操作台的计算机屏幕上输出对应的分类消息9。该分类消息可以包括将当前操作状况识别为技术设备24的正常和/或静止和/或暂时和/或期望和/或可容许和/或异常和/或危险的操作状况。
即使对应于当前操作状况的温度模式7没有完全与任何一个存储在数据库8中的已知温度模式7匹配，分析模块6仍然可以例如通过确定当前温度模式7和上述已知温度模式之间的相似度来对当前操作状况进行分类。与当前温度模式最接近的已知温度模式可以确定当前操作状况的类别。
装置1以自适应方式改善了其分类能力，因为由分析模块6导出、但由于是第一次出现还未存储在数据库8中的温度模式7，将会与其相关分类(可能基于如前所述的相似度计算)一起存储在数据库8中。因此，在技术设备和装置1运行期间自动训练装置1，以识别和分类越来越多的不同操作状况。
图2示出作为技术设备24的子系统20的泵系统，以通过根据本发明的方法进行诊断。
该泵系统是多个包含在技术设备24内的子系统20或系统22中的一个。
泵系统包括管道14，其第一部分连接到泵10的进口，其第二部分连接到泵10的出口，从而管道14中的液体通过管道14运送。
泵10由电动机12驱动并与该电动机耦合。
该整个组合安装在T形安装口16中。
以下涉及泵系统的温度值和温度信息应当可以例如通过温度传感器和/或红外线摄像机和/或作为计算值获得：
-在安装口16中出现的环境温度30，
-在泵10的进口处或附近出现的液体流入温度32，
-在泵10的出口处或附近出现的液体流出温度34，
-泵的轴承温度36，
-电动机轴承温度38，
-其它涉及水泵10和/或电动机12和/或管道14的温度40，例如管道14和/或电动机12和/或水泵10的表面温度，以及
-泵系统附近区域44的至少一个热图片。
区域42(例如(厚)壁)不可为了采集温度数据而靠近。
上述温度数据列表可以如下分类：
-液体入口温度32和出口温度34通常由技术设备24的控制系统采集和处理，并因此可以直接通过所述控制系统和本发明装置1之间的数据连接来获得；不需要附加的测量等。
-泵温度36和电动机轴承温度38可以、但通常不是在控制系统中处理，因此必须另外采集，例如通过温度传感器和/或诸如聚焦在所述轴承上的红外线摄像机的热装备；所选择的方法取决于必要的花费和/或期望的结果。为了根据本发明来监控泵系统而选择这些温度，因为它们非常适合于表示出泵系统的操作状况：轴承出现故障就改变其温度特性，但仍然在一段时间内保持其功能。因此，泵系统的故障可以在其实际崩溃之前检测到。
-环境温度39和其它温度40也可以、但通常不是在控制系统中处理，因此必须另外采集，优选通过诸如聚焦在所述感兴趣区域的红外线摄像机的热装备采集。

Claims (6)

1.一种用于监控技术设备(24)、尤其是用于实施诊断的方法，包括以下步骤：
-从涉及该技术设备(24)的多个温度值和温度信息中的至少一个中推导出至少一个涉及该技术设备(24)的当前操作状况的温度模式(7)，
-将至少一个推导出的温度模式(7)与涉及该技术设备(24)的特定操作状况的已知故障温度模式、存储的故障温度模式和过程干扰温度模式中的至少一个进行比较，
-基于所述比较，将该技术设备(24)的当前操作状况分类为正常、静止、暂时、可容许、异常、危险操作状况中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
为了将来与该技术设备(24)的未来运行期间出现的未来温度模式进行比较，在存储器、优选在数据库(8)中存储所述当前操作状况的所述类别以及该操作状况的有关温度模式(7)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括：
通过红外线摄像机(4)获得所述温度值和温度信息中的至少一个。
4.一种用于诊断技术设备(24)的装置(1)，包括：
-至少一个数据采集模块(5)，用于采集涉及该技术设备(24)的多个温度值和温度信息中的至少一个，
-分析模块(6)，用于从所述温度值和温度信息的至少一个中推导出至少一个涉及该技术设备(24)的当前操作状况的温度模式(7)，通过将所述温度模式(7)与涉及该技术设备(24)的特定操作状况的已知故障温度模式、存储的故障温度模式和过程干扰温度模式中的至少一个进行比较，将该技术设备(24)的当前操作状况分类(9)为正常、静止、暂时、可容许、异常、危险操作状况中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的装置(1)，还包括存储器，优选为数据库(8)，用于为了将来与该技术设备(24)的未来运行期间出现的未来温度模式进行比较，存储所述当前操作状况的所述类别(9)以及该操作状况的有关温度模式(7)。
6.根据权利要求4或5所述的装置(1)，还包括包含在所述数据采集模块(5)中的红外线摄像机(4)。
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