DE102015009678A1

DE102015009678A1 - Intelligente Konfiguration einer Anwenderschnittstelle eines Maschinenfunktionszustands-Überwachungssystems

Info

Publication number: DE102015009678A1
Application number: DE102015009678.8A
Authority: DE
Inventors: Kevin D. Steele; Deane M. Horn
Original assignee: Computational Systems Inc
Current assignee: Computational Systems Inc
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2016-01-28
Also published as: US9727050B2; US20160025599A1; CN105302016B; CN109976209A; CN109976209B; DE102015009819A1; US9846426B2; CN105302016A; CN105320839A; CN105302093A; CN105320839B; US20160026172A1; US20160026173A1; DE102015009681A1; CN105302093B; DE102015009681B4; US9977422B2

Abstract

Ein Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul verarbeitet auf der Grundlage von Schwingungssignalen Maschinenschwingungsdaten und stellt die Maschinenschwingungsdaten für ein verteiltes Steuersystem bereit. Ein Betreibercomputer des verteilten Steuersystems führt eine Softwareanwenderschnittstelle aus, die auf der Grundlage eines ausgewählten Maschinenmessungstyps relevante Konfigurationsparameter in der Weise filtert, dass auf dem Anwenderschnittstellenbildschirm nur jene Parameter erscheinen, die auf den ausgewählten Messungstyp anwendbar sind. Ferner werden Konfigurationsparameter für einzelne Messwerte innerhalb des Messungstyps nur verfügbar gemacht, wenn ein bestimmter Messwert für die Erfassung ausgewählt ist. Dies vereinfacht stark die Informationen, die auf der Konfigurationsanwenderschnittstelle angezeigt werden.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der gleichzeitig anhängigen vorläufigen Patentanmeldung lfd. Nr. 62/029,606, eingereicht am 28. Juli 2014, mit dem Titel ”Methods and Apparatus for Integral Vibration Input and Output Card with Process Control System”.
GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Maschinensteuerung und der Maschinenzustandsüberwachung. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein System zum automatischen Konfigurieren eines Anwenderschnittstellenbildschirms in einem verteilten Steuersystem, um die Darstellung von Maschinenzustandsüberwachungs-Konfigurationsoptionen auf der Grundlage spezifischer Typen von Messungen, die an einer Maschine vorgenommen werden sollen, zu vereinfachen.
HINTERGRUND
In früheren Maschinenfunktionszustandsüberwachungs- und Maschinenschutzsystemen war für verschiedene Messungstypen wie etwa Messungen der Wellenrelativschwingung, der Gehäuseschwingung, des Axialschubs/der differentiellen Ausdehnung, der Gehäuseausdehnung, der Exzentrizität und des Drehzahlmessers einzigartige Datenerfassungshardwareelektronik erforderlich. In letzter Zeit ist eine Hardwareschaltungsanordnung entwickelt worden, die dafür konfiguriert werden kann, unter Verwendung gemeinsamer Erfassungshardwareelektronik mehrere Messungstypen auszuführen. Allerdings bietet die Softwareanwenderschnittstelle zum Konfigurieren von Maschinenfunktionszustands-Überwachungssystemen/Maschinenschutzsystemen und von Prozesssteuersystemen wegen Softwarebeschränkungen oder wegen Programmiertastenkombinationen weiter Konfigurationsparameter an, die auf einen spezifischen Messungstyp nicht anwendbar sind. Dies verkompliziert unnötig den Prozess des Konfigurierens solcher Systeme für spezifische Messungstypen.
Wie z. B. in 4 gezeigt ist, stellt eine bekannte Konfigurationsanwenderschnittstelle für eine Prozesssteuerungs-E/A-Karte Konfigurationsregisterkarten sowohl für analoge als auch für digitale Kanäle bereit, obwohl das zugeordnete E/A-Modul nur ein analoges Modul oder ein digitales Modul – nicht beide – sein kann.
In einem anderen Beispiel, das in 5 gezeigt ist, sind Maschinenschutzmessungs-”Keyphasor”-Konfigurationen für eine Beschleunigungsmessung angezeigt (und ausgegraut), obwohl diese Konfigurationsoptionen auf den ausgewählten Messungstyp nicht anwendbar sind. Dies führt zu einem unnötig komplizierten und überfüllten Konfigurationsanzeigebildschirm.
In einem abermals anderen aktuellen Beispiel, das in 6 gezeigt ist, sind die nX-Maschinenschutz-Messkonfigurationsparameter angezeigt (und ausgegraut), obwohl die Messwert-Kontrollkästchen nicht ausgewählt worden sind. Dies führt wieder zu einem unnötig komplizierten Konfigurationsanzeigebildschirm.
Somit wird eine intelligente Anwenderschnittstelle benötigt, die dem Anwender automatisch nur jene Konfigurationsoptionen bietet, die für spezifische Messungen, die unter Verwendung spezifischer Sensortypen vorgenommen werden sollen, notwendig sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung schaffen eine Softwareanwenderschnittstelle, die relevante Konfigurationsparameter auf der Grundlage eines ausgewählten Maschinenmessungstyps in der Weise filtert, dass auf dem Anwenderschnittstellenbildschirm nur jene Parameter erscheinen, die auf den ausgewählten Messungstyp anwendbar sind. Ferner werden Konfigurationsparameter für einzelne Messwerte innerhalb des Messungstyps nur dann verfügbar gemacht, wenn ein bestimmter Messwert zur Erfassung ausgewählt ist. Dies vereinfacht stark die Informationen, die auf der Konfigurationsanwenderschnittstelle angezeigt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul, das auf der Grundlage von Schwingungssignalen Maschinenschwingungsdaten verarbeitet und die Maschinenschwingungsdaten für ein verteiltes Steuersystem bereitstellt. Vorzugsweise enthält das Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul eine Signalaufbereitungsschaltungsanordnung, eine Verarbeitungsschaltungsanordnung und eine Logikgeneratorschaltungsanordnung. Die Signalaufbereitungsschaltungsanordnung weist eine Schnittstelle zum Empfangen analoger Sensorsignale von an einer Maschine angebrachten Sensoren, eine Verstärkungs- und Filterschaltungsanordnung zum Aufbereiten der analogen Sensorsignale und eine Analog-Digital-Umsetzungsschaltungsanordnung zum Umsetzen der analogen Sensorsignale in digitale Sensorsignale auf. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung enthält mehrere parallele Digitalsignal-Verarbeitungskanäle, von denen jeder dafür betreibbar ist, ein Entsprechendes der digitalen Sensorsignale zu verarbeiten, um mehrere verschiedene Typen von Messdaten pro Kanal zu erzeugen. Die Logikgeneratorschaltungsanordnung ist dafür betreibbar, von der Verarbeitungsschaltungsanordnung einen ersten Typ von Messdaten zu empfangen und zu bestimmen, dass sich ein Maschinenbetriebszustand, wie durch den ersten Typ von Messdaten angegeben wird, geändert hat. Außerdem ist die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar, die Verarbeitungsschaltungsanordnung auf der Grundlage der Änderung des Maschinenbetriebszustands zum Erzeugen eines zweiten Typs von Messdaten zu konfigurieren. Die Logikgeneratorschaltungsanordnung formatiert den ersten und den zweiten Typ von Messdaten in Übereinstimmung mit einem Eingabe/Ausgabe-Datenprotokoll, z. B. für das verteilte Steuersystem oder das z. B. für das verteilte Steuersystem nativ ist. Wie der Begriff hier verwendet ist, ist ein Datenprotokoll ”nativ” für eine Plattform, falls es dafür formatiert ist, auf dieser Plattform verarbeitet zu werden, wobei die Plattform ein Betriebssystem oder eine Vorrichtung wie etwa ein DCS-Controller sein kann.
In einigen Ausführungsformen enthalten die analogen Sensorsignale wenigstens ein analoges Drehzahlmessersignal, wobei die Analog-Digital-Umsetzungsschaltungsanordnung das analoge Drehzahlmessersignal in ein digitales Drehzahlmessersignal umsetzt, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung das digitale Drehzahlmessersignal verarbeitet, um Maschinendrehzahldaten zu erzeugen, und wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung bestimmt, dass sich der Maschinenbetriebszustand, wie durch eine Änderung der Maschinendrehzahldaten angegeben wird, geändert hat.
In einigen Ausführungsformen bestimmt die Logikgeneratorschaltungsanordnung auf der Grundlage der Maschinendrehzahldaten, dass sich der Maschinenbetriebszustand von einer stationären Drehzahlbedingung zu einem Auslaufzustand geändert hat, und konfiguriert sie die Verarbeitungsschaltungsanordnung zum Erzeugen des zweiten Typs von Messdaten, der eine Übergangsschwingungssignalform umfasst, die gemessen wird, während die Maschine in dem Auslaufzustand ist.
In einigen Ausführungsformen bestimmt die Logikgeneratorschaltungsanordnung auf der Grundlage dessen, dass die Maschinendrehzahldaten einen Abfall der Maschinendrehzahl von über einem vorgegebenen Drehzahlschwellenwert auf unter dem vorgegebenen Drehzahlschwellenwert angeben, dass sich der Maschinenbetriebszustand geändert hat, wobei sie die Verarbeitungsschaltungsanordnung zum Erzeugen des zweiten Typs von Messdaten, während der Maschinenbetriebszustand unter dem vorgegebenen Drehzahlschwellenwert liegt, und zum Erzeugen des ersten Typs von Messdaten, während der Maschinenbetriebszustand über dem vorgegebenen Drehzahlschwellenwert liegt, konfiguriert.
In einigen Ausführungsformen wird der erste Typ von Messdaten über einen ersten Frequenzbereich erhoben und wird der zweite Typ von Messdaten über einen zweiten Frequenzbereich, der von dem ersten Frequenzbereich verschieden ist, erhoben.
In einigen Ausführungsformen erzeugt wenigstens einer der parallelen Digitalsignal-Verarbeitungskanäle der Verarbeitungsschaltungsanordnung die Messdaten in Form einer Zeitsignalform des digitalen Drehzahlmessersignals.
In einigen Ausführungsformen steht die Logikgeneratorschaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit einem Eingabe/Ausgabe-Bus des verteilten Steuersystems, über den die Logikgeneratorschaltungsanordnung diskrete Eingangswerte empfängt, die den Maschinenbetriebszustand angeben, die durch andere mit dem Eingabe/Ausgabe-Bus verbundene Maschinenmessmodule erzeugt werden. Die Logikgeneratorschaltungsanordnung bestimmt auf der Grundlage einer Änderung eines oder mehrerer der diskreten Eingabewerte, dass sich der Maschinenbetriebszustand geändert hat, und stellt auf der Grundlage der Änderung eines oder mehrerer der diskreten Eingangswerte Alarmpegel ein oder erzeugt auf dieser Grundlage den zweiten Typ von Messdaten.
In einigen Ausführungsformen enthalten die Sensorsignale ein Maschinenschwingungssignal und enthält die Verarbeitungsschaltungsanordnung einen Spitzenwertdetektionskanal, der das Maschinenschwingungssignal empfängt, das Maschinenschwingungssignal während vorgegebener Abtastzeitdauern abtastet, während der Abtastzeitdauern Spitzenamplitudenwerte des Maschinenschwingungssignals detektiert und eine Zeitreihe der Spitzenamplitudenwerte erzeugt. In diesen Ausführungsformen umfasst der erste oder der zweite Typ von Messdaten die Zeitreihe der Spitzenamplitudenwerte.
In einem anderen Aspekt sind Ausführungsformen der Erfindung auf ein verteiltes Steuersystem gerichtet, das einen Eingabe/Ausgabe-Bus, ein Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul, einen Controller eines verteilten Steuersystems und einen Betreibercomputer des verteilten Steuersystems enthält. Daten werden über den Eingabe/Ausgabe-Bus in Übereinstimmung mit einem Datenkommunikationsprotokoll z. B. des verteilten Steuersystems oder eines, das z. B. für das verteilte Steuersystem nativ ist, übertragen. Vorzugsweise enthält das Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul eine Signalaufbereitungsschaltungsanordnung, eine Verarbeitungsschaltungsanordnung und eine Logikgeneratorschaltungsanordnung. Die Signalaufbereitungsschaltungsanordnung weist eine Schnittstelle, die analoge Schwingungssignale von an einer Maschine angebrachten Schwingungssensoren empfängt, eine Verstärkungs- und Filterschaltungsanordnung zum Aufbereiten der analogen Schwingungssignale und eine Analog-Digital-Umsetzungsschaltungsanordnung zum Umsetzen der analogen Schwingungssignale in digitale Schwingungssignale auf. Die Verarbeitungsschaltungsanordnung enthält mehrere parallele Digitalverarbeitungskanäle, von denen jeder ein Entsprechendes der digitalen Schwingungssignale verarbeitet, um mehrere skalare Schwingungswerte pro Kanal zu erzeugen. Die Logikgeneratorschaltungsanordnung empfängt die skalaren Schwingungswerte und formatiert die skalaren Schwingungswerte in Übereinstimmung mit einem Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll z. B. des verteilten Steuersystems oder einem, das z. B. für das verteilte Steuersystem nativ ist. Der Controller des verteilten Steuersystems enthält eine Schnittstellenschaltungsanordnung mit einem oder mit mehreren Schnellabtastregistern. Die Schnittstellenschaltungsanordnung ist dafür betreibbar, den Eingabe/Ausgabe-Bus mit einer vorgegebenen Rate abzutasten, um einen oder mehrere der skalaren Schwingungswerte in den Schnellabtastregistern zu empfangen. Der Betreibercomputer des verteilten Steuersystems führt Anwenderschnittstellensoftware aus zum:

– Erzeugen eines ersten Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle zur Anzeige auf einer Anwenderschnittstellenvorrichtung, der ein Messungstyp-Auswahlfeld enthält und keine Sensorkonfigurations-Optionsfelder enthält,
– Empfangen einer durch einen Anwender eingegebenen Messungstypauswahl in dem Messungstyp-Auswahlfeld,
– Erzeugen eines zweiten Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle zur Anzeige auf der Anwenderschnittstellenvorrichtung, der eines oder mehrere Sensorkonfigurations-Optionsfelder enthält, die in dem ersten Bildschirm der graphischen Anwenderschnittstelle nicht enthalten waren, auf der Grundlage der Messungstypauswahl, wobei die Sensorkonfigurations-Optionsfelder spezifisch für einen Sensortyp sind, der beim Vornehmen einer durch die Messungstypauswahl angegebenen Messung verwendet werden soll,
– Empfangen von Sensorkonfigurationsauswahlen, die durch den Anwender in die Sensorkonfigurations-Optionsfelder eingegeben werden, und
– Erzeugen von Konfigurationsdaten zum Konfigurieren des Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmoduls auf der Grundlage der Messungstypauswahl und der Sensorkonfigurationsauswahlen.

In einigen Ausführungsformen führt der Betreibercomputer des verteilten Steuersystems die Anwenderschnittstellensoftware aus, um einen oder mehrere skalare Schwingungswerte, die in das eine oder in die mehreren Schnellabtastregister eingelesen werden sollen, automatisch zuzuweisen, wobei die Zuweisung wenigstens teilweise auf der Messungstypauswahl beruht.
In einigen Ausführungsformen führt der Betreibercomputer des verteilten Steuersystems eine Anwenderschnittstellensoftware aus zum:

– Erzeugen eines Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, der ein Maschinenauslösezeit-Verzögerungseingabefeld enthält, das anfangs auf einen Standard-Auslösezeitverzögerungswert voreingestellt ist, wie er durch eine Industrienorm wie etwa durch die Norm API 670 vorgeschrieben ist,
– Erzeugen eines Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabeoptionsfelder für die Maschinenauslösezeitverzögerung enthält, in die durch einen Anwender andere Auslösezeitverzögerungswerte als der Standard-Auslösezeitverzögerungswert eingegeben werden können,
– Empfangen einer Auslösezeitverzögerungsauswahl, die durch einen Anwender in das Maschinenauslösezeit-Verzögerungseingabefeld eingegeben wird, und
– Erzeugen von Konfigurationsdaten zum Konfigurieren der Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Auslösezeitverzögerungsauswahl.

In einigen Ausführungsformen führt der Betreibercomputer des verteilten Steuersystems die Anwenderschnittstellensoftware aus zum:

– Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine, um anfangs für mehrere Sensoreingaben, die den mehreren Sensoren entsprechen, eine Maschinenschutzüberbrückung zu implementieren, wie sie durch die Industrienorm vorgeschrieben ist,
– Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabeoptionsfelder enthält, in denen der Anwender das Deaktivieren der Maschinenschutzüberbrückung für eine oder für mehrere der Sensoreingaben auswählen kann,
– Empfangen einer durch den Anwender eingegebenen Maschinenschutzüberbrückungsauswahl in dem einen oder in den mehreren Eingabeoptionsfeldern, und
– Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Maschinenschutzüberbrückungsauswahl.

– Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine, um anfangs für alle Sensoreingaben, die den mehreren Sensoren entsprechen, eine Auslösevervielfachung zu implementieren, wie sie durch die Industrienorm vorgeschrieben ist,
– Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabewertfelder für die Auslösevervielfachung enthält,
– Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabeoptionsfelder enthält, in denen der Anwender das Deaktivieren der Auslösevervielfachung für eine oder mehrere der Sensoreingaben auswählen kann,
– Empfangen von Auslösevervielfachungsauswahlen, die durch den Anwender in das eine oder in die mehreren Eingabeoptionsfelder eingegeben werden, und Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Auslösevervielfachungsauswahlen.

– Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine, um anfangs eine Abstimmlogik zu implementieren, die ermöglicht oder verbietet, dass ein gestörter Sensor zu einer Abstimmung zur Auslösung, wie sie durch die Industrienorm vorgeschrieben ist, beiträgt,
– Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabeoptionsfelder enthält, in denen der Anwender das Zulassen oder Verbieten auswählen kann, dass ein gestörter Sensor zu einer Abstimmung zur Auslösung beiträgt,
– Empfangen durch den Anwender eingegebener Abstimmoptionsauswahlen gestörter Sensoren in dem einen oder in den mehreren Eingabeoptionsfeldern, und
– Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Abstimmoptionsauswahl gestörter Sensoren.

– Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine, um anfangs Alarmgrenzwerte oder Warnungsgrenzwerte, wie sie durch die Industrienorm vorgeschrieben sind, zu implementieren,
– Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er eines oder mehrere Eingabewertfelder für die Alarmgrenzwerte oder Warnungsgrenzwerte enthält,
– Empfangen von Alarmgrenzwert- oder Warnungsgrenzwertauswahlen, die durch den Anwender in das eine oder in die mehreren Eingabewertfelder eingegeben werden, und Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Alarmgrenzwert- oder Warnungsgrenzwertauswahlen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ausführungsformen der Erfindung gehen mit Bezug auf die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Figuren hervor, wobei Elemente nicht maßstabsgerecht sind, um die Einzelheiten deutlicher zu zeigen, wobei gleiche Bezugszeichen überall in den mehreren Ansichten gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
1 ein Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (MHM-Modul) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine Digitalfeld-FPGA-Signalverarbeitungsschaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 ein Beispiel einer Steuerlogik zeigt, die durch einen DCS-Controller gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;
4, 5 und 6 Beispiele für Maschinenschutzsoftware-Anwenderschnittstellenbildschirme des Standes der Technik zeigen;
7–11 Beispiele für Messkanal-Konfigurationsschnittstellenbildschirme gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigen; und
12–14 Prozessablaufpläne für Verfahren zum Konfigurieren von Messkanälen gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein Schwingungsdatenerfassungs- und Schwingungsdatenanalysemodul, das über eine Schnittstelle direkt mit einer E/A-Rückwandplatine eines verteilten Steuersystems verbunden ist, um die direkte Erfassung von Schwingungsdaten durch das DCS für den Maschinenschutz und für die vorhersagende Maschinenfunktionszustandsanalyse zu ermöglichen. Wie der Begriff hier verwendet ist, ist ein ”verteiltes Steuersystem (DCS)” ein Typ eines automatisierten Steuersystems, das in einem Prozess oder in einer Anlage verwendet wird, in dem bzw. in der Steuerelemente über eine gesamte Maschine oder über mehrere Maschinen verteilt sind, um Betriebsanweisungen für unterschiedliche Teile der Maschine(n) bereitzustellen. Wie der Begriff hier verwendet ist, bezieht sich ”Schutz” auf die Verwendung von Daten, die von einem oder von mehreren Sensoren (Schwingung, Temperatur, Druck usw.) erhoben werden, um eine Maschine in Situationen, in denen eine schwere und kostspielige Beschädigung auftreten kann, falls die Maschine weiterlaufen gelassen wird, abzuschalten. Andererseits bezieht sich ”Vorhersage” auf die Verwendung von Daten, die von einem oder von mehreren Schwingungssensoren, möglicherweise in Kombination mit Daten von anderen Typen von Sensoren, erhoben werden, um Trends in der Maschinenleistungsfähigkeit zu beobachten und um vorherzusagen, wie viel länger eine Maschine arbeiten kann, bevor sie zur Wartung oder zum Ersatz außer Betrieb genommen werden sollte.
1 zeigt ein Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (MHM) 10, das über eine Schnittstelle direkt mit einem DCS 11 verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das Modul 10 eine Analogfeldsignalaufbereitungs- und Sensorleistungskarte 12, die beispielhaft eine Signalaufbereitungsschaltungsanordnung umfasst und die Sensorsignale empfängt und aufbereitet, eine Digitalfeld-FPGA-Signalverarbeitungskarte 14, die beispielhaft eine Verarbeitungsschaltungsanordnung umfasst und die Sensorsignale verarbeitet, und eine DCS-Logikgeneratorkarte (LGC) 16, die beispielhaft eine Logikgeneratorschaltungsanordnung umfasst und die eine Schnittstelle zu einem DCS-E/A-Bus 18 bereitstellt. Vorzugsweise kann die Feldkarte 12 über einen Feldsignal-Schnittstellenverbinder 22 eine Eingabe von wenigstens acht Messsensoren 20 annehmen. In einer bevorzugten Ausführungsformen können wenigstens zwei der Sensoreingangskanäle als Drehzahlmesserkanäle konfiguriert sein.
Vorzugsweise ist zwischen der analogen Feldkarte 12 und der digitalen Feldkarte 14 eine galvanische elektrische Trennung vorgesehen. Diese elektrische Trennung verhindert einen unbeabsichtigten Stromfluss wie etwa wegen Erdschleifen zwischen den Montageorten der Sensoren 20 und des DCS 11.
Die Sensorleistungsschaltung 24 und die Signalaufbereitungsschaltung 25 können einen weiten Bereich von Sensoren 20 einschließlich Piezobeschleunigungsmessern, Piezo-ICP für Geschwindigkeit, piezodynamisch für Druck, elektrodynamisch für Geschwindigkeit, Wirbelstrom für Weg, Wechselstrom für Schwingung und Gleichstrom für Weg mit einem Eingangsstrom von 4–20 mA unterstützen. Drehzahlmessersensoren, die unterstützt sind, enthalten Wirbelstromwegsensoren, passive elektromagnetische Sensoren, Hall-Effekt-Drehzahlmessersensoren, N-Impuls/Drehzahl-Wellencodierer und TTL-Impulssensoren. Solange sie innerhalb der folgenden beispielhaften Spannungseingabebereiche liegen: 0 bis +24 V, –24 V bis +24 V, –12 V bis +12 V und 0 bis –24 V, werden viele zusätzliche Sensortypen über den Frequenzbereich von Gleichstrom bis 20 kHz unterstützt. In der bevorzugten Ausführungsform können für einen konstanten Strom zwischen 0 und 20 mA, der ebenfalls als Hubstrom für einen elektrodynamischen (passiven) Geschwindigkeitssensor verwendet werden kann, bis zu acht Sensorleistungsschaltungen 24 einzeln programmiert werden. Die oben aufgeführten Eingabespannungsbereiche sind ebenfalls in jedem Sensorkanal einzeln programmierbar.
Dies ermöglicht jegliche Kombination von Sensorleistungs- und Eingabebereichskonfiguration zwischen den Kanälen und ermöglicht dadurch eine Kombination unterstützter Sensoren.
Mit einer Zeitgebung, die durch einen Taktgeber 26 bereitgestellt wird, setzt ein 8-Kanal-Analog-Digital-Umsetzer (8-Kanal-ADC) 28 die acht analogen Signale in einen einzelnen seriellen Datenstrom um, der acht gleichzeitig abgetastete verschachtelte Kanäle von Daten umfasst. In einigen bevorzugten Ausführungsformen setzen zwei Drehzahlmesser-Auslöseschaltungen 30 die Signale der zwei analogen Drehzahlmesser in Drehzahlmesserimpulse um.
Auf der Feldkarte 14 befindet sich ein 8-Kanal-Field-Programmable-Gate-Array (8-Kanal-FPGA) 36 zum Verarbeiten der Schwingungsdaten. Das FPGA 36 empfängt die digitalen 8-Kanal-Signalformdaten, einschließlich möglicherweise von 2 Kanälen von Drehzahlmesserdaten, und verarbeitet die Ursprungsdaten parallel, um skalare Gesamtschwingungsparameter und Gesamtschwingungssignalformen zu erzeugen. Die verarbeiteten Signalformen können tiefpassgefilterte, PeakVue^TM-Ordnungsverfolgungs-, hochpassgefilterte (für Gleichstrom gesperrte) und wahlweise einmal integrierte (Geschwindigkeits-), doppelt integrierte (Weg-) oder nicht integrierte (Beschleunigungs-)Signalformen enthalten. Außerdem können diese Signalformen in den zwei Datenkanälen erzeugt werden, die für Drehzahlmesserdaten vorgesehen sind. Außerdem enthalten Vorhersagedatenkanäle vorzugsweise einen Aufwärtsabtastdatenblock, um Daten mit höherer Auflösung für Ordnungsverfolgungsanwendungen der zeitsynchronen Mittelung (TSA) bereitzustellen.
Die Schwingungskartenkonfigurationsschaltung 32 der analogen Feldkarte 12 enthält vorzugsweise einen Satz von Seriell-Parallel-Zwischenspeicherregistern, die einen seriellen Datenstrom von Konfigurationsdaten von der Anwendungsfirmware der LGC 16 annehmen. Diese Daten werden in ein Parallel-Seriell-Schieberegister in der Schnittstelle des FPGA 36 geladen. Daraufhin behandelt das FPGA 36 unter Verwendung eines synchronen SPI-Formats die Verschiebung der seriellen Daten zu den Steuerzwischenspeichern.
Während des Betriebs der bevorzugten Ausführungsform erscheint das MHM-Modul 10 dem DCS-Controller 19 als eine analoge Mehrkanaleingabekarte mit skalaren Ausgaben ähnlich jenen eines Norm-DCS-Eingabemoduls 21, so dass gemessene Temperatur-, Druck- oder Ventilpositionswerte ausgegeben werden können. Wie im Folgenden ausführlicher diskutiert wird, werden Schwingungssignale durch das Modul 10 in Skalarwerte umgesetzt und über die Rückwandplatine des DCS an den DCS-Controller 19 übergeben. Ein Beispiel eines DCS-Controllers 19 ist der Controller Ovation^TM, der von Emerson Process Management (einem Geschäftsbereich der Emerson Electronic Co.) hergestellt wird. In dieser DCS-Architektur werden von jedem E/A-Modul bis zu sechzehn Skalarwerte als Hochgeschwindigkeitsabtastwerte an den DCS-Controller 19 übergeben. In einer Hochgeschwindigkeitsabtastung kann der DCS-Controller 19 diese sechzehn Skalarwerte mit einer Rate von bis zu 10 ms lesen.
Die Zeitsignalformblockdaten (und zusätzliche skalare Werte) können unter Verwendung eines Blockdatenübertragungsverfahrens wie etwa des Remote Desktop Protocol (RDP) mit einer Rate, die niedriger als die Abtastrate der sechzehn Hochgeschwindigkeits-Skalarwerte ist, über den DCS-E/A-Bus 18 an den DCS-Controller 19 übertragen werden.
Da die durch das Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul 10 erzeugten skalaren Werte durch den DCS-Controller 19 gelesen werden, werden sie durch Software, die in dem DCS-Controller 19 ausgeführt wird, in derselben Weise wie irgendwelche anderen DCS-Daten verarbeitet. Eine Hauptfunktion des DCS-Controllers 19 ist das Vergleichen der skalaren Werte mit Alarmgrenzwerten. Falls die Grenzwerte überschritten werden, werden Alarme erzeugt. Eine Logik innerhalb des DCS-Controllers 19 kann außerdem auf der Grundlage der Alarmbedingungen wie etwa des Schließens eines Relais bestimmen, ob irgendwelche Maßnahmen ergriffen werden sollten. Durch den DCS-Controller 19 werden außerdem in Software Operationen, die eine Alarmrelaislogik, Abstimmung und Zeitverzögerungen enthalten, ausgeführt. Vorzugsweise werden durch Normausgabemodule 23 des DCS DCS-Steuerausgaben wie etwa Relaisausgaben und proportionale 4–20-mA-Ausgaben angesteuert. Vorhersagemassendaten werden in dem LGC-Host-Prozessor 48 formatiert und werden zur ausführlichen Analyse und Anzeige über einen Ethernet-Port 52a an einen Maschinenfunktionszustandsmanagement-Analysecomputer (MHM-Analysecomputer) 54 übertragen. Schutzmassendaten werden ebenfalls in dem LGC-Host-Prozessor 48 formatiert, aber über einen getrennten Ethernet-Port 52b an den DCS-Betreibercomputer 60 übertragen.
In bevorzugten Ausführungsformen enthält ein DCS-Betreibercomputer 60 eine Schnittstelle zum Anzeigen von Schwingungsparametern und anderen Maschinenbetriebsdaten (Drücken, Temperaturen, Geschwindigkeiten, Alarmbedingungen usw.), die von dem DCS-Controller 19 ausgegeben werden.
In 2 ist ein Funktionsblockschaltplan eines einzelnen Kanals des Digitalfeld-FPGA 36 gezeigt. Eine bevorzugte Ausführungsform enthält sieben zusätzliche Kanäle mit derselben Anordnung wie der des einen in 2 gezeigten Kanals. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, können die Digitalsignalformdaten des Kanals über eine Vielzahl digitaler Filter und Integrationsstufen geleitet werden, bevor sie in Schwingungsgesamtwerte umgesetzt werden oder als ”Massen”-Zeitsignalformen zur weiteren Analyse durch Software, die auf der LGC-Karte 16 ausgeführt wird, oder zur Übertragung an DCS-Software oder an MHM-Software gepackt werden.
Wie in 2 gezeigt ist, empfängt die ADC-Schnittstelle 70 über den Verbinder 34 (in 1 gezeigt) die acht Kanäle kontinuierlicher, gleichzeitig abgetasteter Daten von dem ADC 28 der analogen Feldkarte 12. Vorzugsweise sind die Daten in Form eines multiplexierten synchronen seriellen Datenstroms im Serial-Peripheral-Interface-Format (SPI-Format). Die ADC-Schnittstelle 70 demultiplexiert den Datenstrom in Datenströme acht getrennter Kanäle.
Obwohl zur Schwingungssignalverarbeitung alle acht Kanäle verwendet werden könnten, können in einer bevorzugten Ausführungsform zwei der acht Kanäle zur Drehzahlmesser-Messverarbeitung verwendet werden. Vorzugsweise enthält jeder Drehzahlmesser-Messkanal:

– eine monostabile Kippschaltung 110, die eine ”Austast”-Funktion mit programmierbarem Auslöser ist, die für Drehzahlmesserimpulsfolgen mit übermäßigem Jitter oder Rauschen eine Rauschunterdrückung bereitstellt;
– eine Division durch N 111, die ein programmierbarer Impulsteiler ist, der die Impulsraten der durch Zahnräder oder Coderäder erzeugten Drehzahlmessersignale dividiert;
– einen Rückwärtsdrehungsdetektor 112, der durch Vergleich der Phase zweier Drehzahlmesserimpulssignale die Richtung der Wellendrehung bestimmt;
– einen Drehzahlindikator 115, der die Drehzahl des Drehzahlmesserimpulsstroms als einen skalaren Gesamtwert berechnet;
– einen Drehzahl-null-Detektor 113, der eine Angabe einer ”Drehzahl null” bereitstellt, wenn der Drehzahlmesser für ein programmierbares Intervall wie etwa 0,1 s, 1 s, 10 s oder 100 s inaktiv gewesen ist; und
– einen Detektor 114, der eine ”Über-Bereich”-Angabe bereitstellt, wenn der Drehzahlmesser einen festen Schwellenwert von 2 kHz oder 62 kHz übersteigt. In alternativen Ausführungsformen kann dieser Schwellenwert programmierbar sein.

Weiter anhand von 2 enthält jeder der acht unabhängigen parallelen Kanäle der Signalverarbeitung in dem FPGA 36 vorzugsweise die folgenden Komponenten:

– ein Hochpassfilter 72 für die Gleichstromsperrung, das vorzugsweise auf 0,01 Hz, 0,1 Hz, 1 Hz oder 10 Hz eingestellt werden kann und das für die im Folgenden beschriebenen Integratoren auf der Grundlage der Position eines Schalters 74 ausgewählt oder überbrückt werden kann;
– zwei Stufen der Integration der digitalen Signalform einschließlich eines ersten Integrators 76 und eines zweiten Integrators 78, die für die Dateneinheit eine Umsetzung von Beschleunigung in Geschwindigkeit, von Beschleunigung in Weg oder von Geschwindigkeit in Weg bereitstellen;
– ein digitales Trackingbandpassfilter 82 mit einer Bandpassmittenfrequenz, die durch die Drehzahlmesserfrequenz oder durch Mehrfache der Drehzahlmesserfrequenz eingestellt wird, und das als Eingabe auf der Grundlage der Position eines Schalters 80 entweder den ”normalen” Datenstrom (keine Integration), den Einmalintegrations-Datenstrom oder den Doppelintegrations-Datenstrom, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben ist, empfängt; und
– Blöcke 88–100 zur Berechnung des skalaren Gesamtmesswerts, die, wie im Folgenden beschrieben ist, skalare Gesamtwerte mehrerer unterschiedlicher Signalformen bestimmen.

In der bevorzugten Ausführungsform ist der Zweck des digitalen Trackingbandpassfilters 82, einen schmalen Bandpassfrequenzgang (mit hohem Q) mit einer Mittenfrequenz, die durch die Drehzahl einer ausgewählten Drehzahlmessereingabe bestimmt ist, bereitzustellen. Die Mittenfrequenz kann ebenfalls ein ausgewähltes ganzzahliges Vielfaches der Drehzahlmesserdrehzahl sein. Wenn eine Signalform durch dieses Filter geht, verbleiben nur Schwingungskomponenten, die Mehrfachen der Drehzahl der überwachten Maschine entsprechen. Wenn durch den entsprechenden FPGA-Berechnungsblock (88, 90 oder 92) der RMS-, der Spitzen- oder der Spitze-Spitze-Skalarwert der resultierenden Signalform berechnet wird, ist das Ergebnis dasselbe wie ein Wert, der durch eine in der Anwendungsfirmware der LGC 16 ausgeführte ”nX-Spitzenwert”-Berechnung zurückgegeben würde. Da diese skalare Berechnung als ein kontinuierlicher Prozess in dem FPGA 36 anstatt als eine in Firmware erfolgte Berechnung ausgeführt wird, ist sie im Vergleich zu einem entsprechenden mit einer niedrigeren Rate in Firmware erzeugten Wert für einen ”Abschaltparameter” besser geeignet. Eine Anwendung dieser Messung gibt es bei der Überwachung von aeroderivativen Gasturbinen, die allgemein eine Trackingfilterfunktion für die Überwachung erfordern.
Für mehrere der skalaren Gesamtwerte kann der einzelne Datentyp, aus dem die Werte berechnet werden, auf der Grundlage der Positionen der Schalter 84a–84d aus dem normalen Datenstrom, aus dem einmal integrierten Datenstrom, aus dem doppelt integrierten Datenstrom, aus dem hochpassgefilterten (für Gleichstrom gesperrten) Datenstrom oder aus dem Trackingfilterdatenstrom ausgewählt werden. Außerdem weisen mehrere der skalaren Gesamtkanäle einzeln programmierbare Tiefpassfilter 88a–88d auf. In der bevorzugten Ausführungsform werden diese skalaren Gesamtwerte unabhängig von den Zeitsignalformen, die für die Vorhersage oder für den Schutz verwendet werden, und parallel zu ihnen erzeugt. Die Blöcke für die Berechnung des skalaren Gesamtmesswerts enthalten:

– einen RMS-Block 88, der den RMS-Wert der Zeitsignalform bestimmt, wobei die RMS-Integrationszeit vorzugsweise auf 0,01 s, 0,1 s, 1 s oder 10 s eingestellt werden kann;
– einen Spitzenwertblock 90, der den Größeren des positiven oder des negativen Signalformspitzenwerts relativ zu dem Durchschnittswert der Signalform bestimmt, der vorzugsweise über eine Zeitdauer, die entweder durch die Drehzahlmesserzeitdauer oder durch eine programmierbare Zeitverzögerung bestimmt ist, gemessen wird;
– einen Spitze-Spitze-Block 92, der den Signalform-Spitze-Spitze-Wert über eine Zeitdauer, die entweder durch die Drehzahlmesserzeitdauer oder durch eine programmierbare Zeitverzögerung bestimmt ist, bestimmt;
– einen Block 94 für den absoluten ±-Spitzenwert, der den Wert der weitesten positiven Signalformauswanderung und den Wert der weitesten negativen Signalformauswanderung relativ zu dem Nullpunkt des Messbereichs bestimmt, der vorzugsweise über eine Zeitdauer gemessen wird, die entweder durch die Drehzahlmesserzeitdauer oder durch eine programmierbare Zeitverzögerung bestimmt ist;
– einen Gleichstromblock 96, der den Gleichstromwert der Zeitsignalform bestimmt, der einen Messbereich aufweist, der vorzugsweise auf 0,01 Hz, 0,1 Hz, 1 Hz oder 10 Hz eingestellt ist; und
– einen PeakVue^TM-Block 100, der einen skalaren Wert bestimmt, der den Spitzenwert der gefilterten und vollwellengleichgerichteten PeakVue^TM-Signalform repräsentiert, wie in dem US-Patent Nr. 5.895.857 an Robinson u. a. (hier durch Literaturhinweis eingefügt) beschrieben ist, die vorzugsweise über eine Zeitdauer gemessen wird, die entweder durch die Drehzahlmesserzeitdauer oder durch eine programmierbare Zeitverzögerung bestimmt ist. Die Vollwellengleichrichtungs- und die Spitzenwerthaltefunktion werden in dem Funktionsblock 98 implementiert. Die PeakVue^TM-Signalform von dem Block 98 wird außerdem als eine auswählbare Eingabe in die Vorhersagezeitsignalform- und Schutzzeitsignalformverarbeitung, die hier beschrieben ist, verfügbar gemacht.

Der Vorhersagezeitsignalform-Verarbeitungsabschnitt 116 des FPGA 36 stellt eine kontinuierliche gefilterte Zeitsignalform zur Verwendung durch irgendwelche Vorhersageüberwachungsfunktionen bereit. Es ist ein unabhängiges Tiefpassfilter/ein unabhängiger Dezimierer 104a vorgesehen, so dass die Vorhersagezeitsignalform eine andere Bandbreite als die Schutzzeitsignalform aufweisen kann. Ein Signalform-Aufwärtsabtastungsblock 106 stellt eine Datenratenvervielfachung für Analysetypen wie etwa zeitsynchrone Mittelung (TSA) und Ordnungsverfolgung bereit. Die Eingabe in den Vorhersagezeitsignalform-Verarbeitungsabschnitt 116 kann auf der Grundlage der Positionen des Schalters 102a aus dem normalen Datenstrom, aus dem einmal integrierten Datenstrom, aus dem doppelt integrierten Datenstrom, aus dem hochpassgefilterten (für Gleichstrom gesperrten) Datenstrom oder aus dem PeakVue^TM-Datenstrom ausgewählt werden.
Der Schutzzeitsignalformabschnitt 118 des FPGA 36 stellt eine kontinuierliche gefilterte Zeitsignalform zur Verwendung durch Schutzüberwachungsfunktionen bereit. Es ist ein unabhängiges Tiefpassfilter/ein unabhängiger Dezimierer 104b vorgesehen, so dass die Schutzzeitsignalform eine andere Bandbreite als die Vorhersagezeitformsignalform aufweisen kann. Die Eingabe in den Schutzzeitsignalform-Verarbeitungsabschnitt 118 kann auf der Grundlage der Positionen des Schalters 102b aus dem normalen Datenstrom, aus dem einmal integrierten Datenstrom, aus dem doppelt integrierten Datenstrom, aus dem hochpassgefilterten (für Gleichstrom gesperrten) Datenstrom oder aus dem PeakVue^TM-Datenstrom ausgewählt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen stellen eine Übergangsdatenerhebung bereit, wobei kontinuierliche, parallele Zeitsignalformen von jedem Signalverarbeitungskanal zur Übertragung an eine externe Datenablage erhoben werden können. Vorzugsweise weisen Übergangssignalformen eine feste Bandbreite auf und werden sie von dem Schutzzeitsignalform-Datenstrom erhoben.
Wie in 1 gezeigt ist, gehen die skalaren Gesamtwerte sowie die digital gefilterten Zeitsignalformen über die LGC-Schnittstelle 38 zu der LGC-Logikplatine 16 zur Weiterverarbeitung und zum Transport zu dem DCS-Controller 19 über die DCS-E/A-Rückwandplatine 18 oder über den Ethernet-Port 52 zu externen Softwareanwendungen, die auf dem MHM-Datenanalysecomputer 54 ausgeführt werden.
3 zeigt ein Beispiel einer Steuerlogikroutine (hier auch als ein Steuerblatt bezeichnet), die durch den DCS-Controller 19 ausgeführt wird. In bevorzugten Ausführungsformen wird ein Steuerblatt zur Ausführung mit einer vorgegebenen Rate wie etwa 1 s, 0,1 s oder 0,01 s durch die in dem Controller 19 ausgeführte DCS-Software geplant. Während das Steuerblatt, das den Schwingungsprozess steuert, ausgeführt wird, werden skalare Gesamtschwingungswerte von dem DCS-E/A-Bus 18 abgetastet und werden mit der Ausführungsrate des Steuerblatts Ausgangswerte erzeugt.
Vorzugsweise enthalten die durch die Steuerblätter ausgeführten Logikfunktionen:

– eine Abstimmlogik wie etwa eine Logik, um zu bestimmen, dass eine Warnbedingung vorliegt, falls 2 von 2 Skalarwerten über dem Schwellenwert liegen oder falls 2 von 3 über dem Schwellenwert liegen.
– Kombinieren von Schwingungsdaten mit anderen DCS-Prozessparameterdaten (wie etwa Druck und Temperatur).
– Auslösevervielfachung, was eine temporäre Bedingung ist, die durch den aktuellen Maschinenzustand oder durch eine manuelle Eingabe, die einen Alarmpegel erhöht, bestimmt wird. Die Auslösevervielfachung wird üblicherweise während des Starts einer rotierenden Maschine wie etwa einer Turbine verwendet. Während die Turbine beschleunigt, geht sie normalerweise durch wenigstens eine mechanische Resonanzfrequenz. Da während dieser Resonanz höhere Schwingungsbedingungen als normal gemessen werden, wird die ”Auslösevervielfachung” verwendet, um einige oder alle der Alarmpegel vorübergehend anzuheben, um eine Fehlalarmauslösung zu vermeiden. Die Auslösevervielfachungseingabe kann mit einer Betreibereingabe manuell eingestellt werden oder kann auf der Grundlage der Drehzahl oder einer anderen ”Maschinenzustands”-Eingabe automatisch eingestellt werden.
– Auslöseüberbrückung, was üblicherweise eine manuelle Eingabe zum Unterdrücken des Betriebs der Ausgabelogik zum Sperren von Auslösefunktionen wie etwa während des Maschinenstarts ist. Die Auslöseüberbrückung ist eine Funktion, die entweder alle erzeugten Schwingungsalarme oder irgendwelche Ausgaben, die als eine Auslösesteuerung verwendet würden, oder beide unterdrückt. Die Auslöseüberbrückungseingabe kann mit einer Betreibereingabe manuell eingestellt werden oder kann auf der Grundlage einer ”Maschinenzustands”-Eingabe automatisch eingestellt werden.

Norm API 670

Intelligente Konfiguration der Anwenderschnittstelle
Wie oben diskutiert wurde, stellt der DCS-Betreibercomputer 60 eine Schnittstelle zum Anzeigen von Schwingungsparametern und anderen Maschinenbetriebsdaten, die von dem DCS-Controller 19 ausgegeben werden, bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform führt der DCS-Betreibercomputer 60 Anwenderschnittstellensoftware (UI-Software) aus, die unter anderem eine Konfigurationsdatei zum Konfigurieren der Messkanäle des MHM-Moduls 10 erzeugt. Die Konfigurationsdatei wird vorzugsweise durch den LGC-Host-Prozessor 48 empfangen, der sie verwendet, um viele der anderen Komponenten des MHM-Moduls 10 zu konfigurieren.
Beispiele für UI-Bildschirme zum Konfigurieren der Messkanäle sind in 7–11 gezeigt. Die 12–14 zeigen Prozessablaufpläne für Ausführungsformen von Verfahren zum Konfigurieren von Messkanälen.
7 zeigt einen Anfangs-Kanalkonfigurationsbildschirm 200, der das Konfigurieren von acht Schwingungsmessungskanälen 202 und zwei externen Drehzahlmesserkanälen 204 (Schritt 300 in 12) bereitstellt. In diesem Anfangskonfigurationsbildschirm 200 ist auf der Eingabekonfigurationsregisterkarte kein Messungstyp für den Kanal 1 ausgewählt worden und sind keine messungsspezifischen Konfigurationseingabefelder angezeigt. 8 zeigt den Kanalkonfigurationsbildschirm 200, in dem in dem Eingabefeld 206 für Kanal 1 in der Eingabekonfigurationsregisterkarte ein Messungstyp Wellenrelativschwingung ausgewählt worden ist (Schritt 302). Bei Auswahl des Messungstyps Wellenrelativschwingung aktualisiert sich der Bildschirm 200 automatisch, um nur Konfigurationseingabefelder 208 für die Eingabekonfigurationsregisterkarte des Kanals 1, die diesem bestimmten Messungstyp zugeordnet sind, anzuzeigen (Schritt 304). Zum Beispiel werden Eingabefelder für die folgenden Parameter freigelegt, um die Auswahl der geeigneten Konfigurationswerte zu ermöglichen: untere Grenzfrequenz, Umsetzermodell, Sensorarbeitsbereichsanfang, Sensorarbeitsbereichsende, Sensormodell und Sensorempfindlichkeit.
9 zeigt den Kanalkonfigurationsbildschirm 200, in dem in dem Eingabefeld 206 für den Kanal 7 in der Eingabekonfigurationsregisterkarte ein Messungstyp Drehzahlmesser ausgewählt worden ist (Schritt 302). Bei Auswahl des Messungstyps Drehzahlmesser aktualisiert sich der Bildschirm 200 automatisch, um nur die Konfigurationsparametereingabefelder 208 in der Eingabekonfigurationsregisterkarte für Kanal 7, die Drehzahlmessermessungen zugeordnet sind, anzuzeigen (Schritt 304). 10 zeigt ein Beispiel, in dem die Parameterregisterkarte des Kanalkonfigurationsbildschirms 200 für einen Messungstyp Drehzahlmesser ausgewählt worden ist (Schritt 306). An diesem Punkt sind keine Drehzahlmessermesswerte in den Eingabefeldern 210 ausgewählt worden und werden keine Konfigurationsparameter angezeigt. 11 zeigt ein Beispiel, in dem mehrere Drehzahlmessungen (UPM, Drehzahl-null-Detektion, Rückwärtsdrehungsdetektion, Rotorbeschleunigung, Spalt-Gleichspannung und Bedarfs-Drehzahlmesser-Signalformdaten) ausgewählt worden sind (Schritt 308). Auf der Grundlage der Auswahl dieser Messungen werden die Eingabefelder 210 für mehrere relevante Konfigurationsparameter automatisch freigelegt, um die Konfiguration der ausgewählten Messungen zu ermöglichen (Schritt 310).
Wie zuvor diskutiert wurde, setzt des MHM-Modul 10 Schwingungssignale in Skalarwerte um und macht diese Skalarwerte über den DCS-E/A-Bus 18 für den DCS-Controller 19 verfügbar (1). In der typischen DCS-Architektur werden sechzehn Skalarwerte als Hochgeschwindigkeitsabtastwerte verfügbar gemacht, die der DCS-Controller 19 mit einer vorgegebenen Rate wie etwa alle 10 ms liest. Diese Werte werden in ”Schnellabtast”-Register in dem DCS-Controller 19 eingelesen.
Auf der Grundlage der Verfügbarkeit von sechzehn Hochgeschwindigkeitsabtastwerten auf dem DCS-E/A-Bus 18 sind jedem der acht Kanäle des MHM-Moduls 10 zwei Schnellabtastregister zugewiesen. Wie zuvor diskutiert wurde, können die parallelen Messverarbeitungskanäle des MHM-Moduls 10 tatsächlich mehr als zwei Typen von Messwerten für jede Sensoreingabe erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform wählt Software, die in der DCS-Logikgeneratorkarte 16 ausgeführt wird, auf der Grundlage des Typs der ausgewählten Messung für jeden Messkanal automatisch zwei der mehreren Messwerte aus, um sie den Schnellabtastregistern zuzuweisen (Schritt 312 in 12). Zum Beispiel können die zwei ausgewählten Messwerte, die den Schnellabtastregistern zugewiesen werden, die Gesamt-Spitze-Spitze-Spannung und die Spalt-Gleichspannung sein, falls der ausgewählte Typ der Messung die Wellenrelativschwingung ist.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen überwacht in der DCS-Logikgeneratorkarte 16 ausgeführte Firmware wie etwa auf der Grundlage von Maschinendrehzahlmessungen (Schritt 314) den Maschinenzustand (Schritt 316 in 13) und initiiert sie eindeutige Maschinenfunktionszustandsmessungen oder stellt sie bestimmte Alarmpegel entsprechend dem eindeutigen Maschinenzustand ein (Schritt 318). Falls die durch den Drehzahlindikator 115 ausgegebenen Maschinendrehzahl z. B. zeigt, dass sich der Maschinenzustand von einer stationären Drehzahlbedingung zu einem Auslöse-/Auslaufzustand geändert hat, initiiert die Software das Aufzeichnen einer lückenlosen Übergangssignalform von Schwingungsdaten während der Auslaufzeitdauer. Diese Signalformdaten können von dem Vorhersagezeitsignalform-Verarbeitungsabschnitt 116 des FPGA 36 kommen. Als ein anderes Beispiel kann die Software eine Exzentrizitätsmessung ausführen, um den Betrag einer gebogenen Welle zu messen, falls der Drehzahlindikator 115 zeigt, dass der Maschinenzustand kleiner als 600 min^–1 ist. Bei über 600 min^–1 schaltet die Software diese Messung aus. In einem dritten Beispiel kann eine vertikale Wasserturbine vier verschiedene Betriebszustände aufweisen, die durch diskrete Eingabewerte angegeben werden, die über den DCS-E/A-Bus 18 verfügbar gemacht werden. Auf der Grundlage des bestimmten Maschinenbetriebszustands kann die Software bestimmte Alarmpegel einstellen oder kann sie bestimmte Messungstypen zur Ausgabe verfügbar machen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen überwacht Firmware, die in der DCS-Logikgeneratorkarte 16 ausgeführt wird, einen ersten Satz von Maschinenfunktionszustandsmesswerten, die über einen ersten Bereich erhoben werden, um einen eindeutigen Maschinenzustand zu bestimmen (Schritt 314) und initiiert sie auf der Grundlage des durch den ersten Satz von Messungen angegebenen Maschinenzustands einen zweiten Satz eindeutiger Maschinenfunktionszustandsmessungen über einen zweiten Bereich (Schritt 320). Zum Beispiel könnte das MHM-Modul 10 normalerweise Spektralschwingungsdaten nur bis zu 2 kHz erheben. Allerdings kann eine zweite Messung mit einem Spektrum von 20 kHz initiiert werden, um die Bestimmung der Ursache des Alarms in dem Hochfrequenzbereich zu ermöglichen, falls ein erster Satz von Messungen angibt, dass das Hochfrequenzdetektionsband eine Alarmbedingung ist.
API-670-Steuerblattlogik
Die Norm API 670, wie sie durch das American Petroleum Institute (API) definiert ist, stellt genaue Anforderungen für die Überwachung und den Schutz von Ausrüstung bereit, die bei kritischen rotierenden Maschinen in Ölraffinerie- und petrochemischen Werken verwendet wird. Diese Norm umfasst die minimalen Anforderungen für ein Maschinenschutzsystem, das Radialwellenschwingung, Gehäuseschwingung, Wellenaxialposition, Wellendrehzahl, Kolbenstangenabfall [engl.: ”piston rod drop”], Phasenreferenz, Überdrehzahl, Überspannungsdetektion und kritische Maschinentemperaturen (wie etwa Lagermetall und Motorwicklungen) messen kann.
Die Kombination von Maschinenschwingungsüberwachung mit Maschinensteuerung erfordert üblicherweise entweder (1) das Konfigurieren eines Schwingungsmaschinenschutzsystems und daraufhin das Integrieren des Maschinenschutzsystems mit einem Prozesssteuersystem oder (2) das direkte Eingeben von Schwingungsinformationen in das Prozesssteuersystem und das manuelle Konfigurieren des Prozesssteuersystems für beste Praktiken im Schwingungsmaschinenschutz wie etwa in Übereinstimmung mit der Norm API 670. Mit der Option (1) gibt es mehrere Probleme, einschließlich, dass der Integrationsprozess zeitaufwändig ist und Training, zusätzliche Hardware, Software, Konfiguration und dauernde Unterstützung erfordert. Das Problem bei der Option (2) ist, dass Prozesssteuersystembetreiber üblicherweise auf dem Gebiet des sicheren Konfigurierens eines Prozesssteuersystems für die Anwendungsaufgabe des Schützens von Maschinen vor hoher Schwingung unerfahren sind.
Hier beschriebene bevorzugte Ausführungsformen schaffen ein System, das die der Option (2) zugeordneten Probleme behandelt. Das System enthält UI-Software für ein Prozesssteuersystem, das einen Anwender führt und auf der Grundlage der besten Praktiken der Schwingungsindustrie und der Norm API 670 eine Anwendereingabe annimmt. Das System verwendet eine eingebaute UI-Programmlogik, um einen unerfahrenen Anwender beim Aufbau eines API-670-Steuerblatts für ein Prozesssteuersystem zu führen.
In bevorzugten Ausführungsformen wählt die Anwenderschnittstellenprogrammlogik (UI-Programmlogik) gemäß der Norm API 670 als die Standardzeitverzögerung, bevor eine Maschinenauslösung stattfindet, eine Sekunde im Voraus aus und erzeugt sie automatisch mit dieser Standardzeitverzögerung einen Analogeingabeblock (Schritt 322 in 14). Wie der Begriff hier verwendet ist, ist ein Analogeingabeblock (Al-Block) ein Objekt innerhalb der Steuerlogik, das verwendet wird, um analoge Eingangssignale von analoger Eingangshardware einzulesen. Üblicherweise weist der Al-Block interne Alarmgrenzwerte auf, die konfigurierbare Zeitverzögerungen, bevor sie erklärt werden, aufweisen können. Dadurch, dass ein Al-Block mit gewünschten Einstellungen automatisch erzeugt wird, entlasten bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung den Anwender davon, den Al-Block aus einer Palette manuell auf einen Arbeitsplatz ziehen und ablegen zu müssen und ihn zum Alarmieren mit einer Zeitverzögerung öffnen/konfigurieren zu müssen.
Außerdem bietet die UI-Programmlogik vom Anwender auswählbare Optionen für andere gemäß API 670 akzeptable Werte von Verzögerungen von 2 Sekunden und 3 Sekunden und erzeugt sie automatisch einen Al-Block mit der vom Anwender ausgewählten Zeitverzögerung (Schritt 326). In einigen Ausführungsformen bietet die UI-Programmlogik dem Anwender eine Option, von der Norm API 670 abzuweichen, indem ein vom Anwender ausgewählter Wert für die Zeitverzögerung eingegeben wird, wobei die Software automatisch einen Al-Block mit der vom Anwender ausgewählten Zeitverzögerung erzeugt. Der Anwender hat die Fähigkeit, den kundenangepassten Wert als eine akzeptierte Abweichung anzunehmen (Schritt 324), wobei diese automatisch in einer Liste von Abweichungen gesichert wird.
In einigen Ausführungsformen erzeugt die UI-Programmlogik für jede Sensoreingabe automatisch eine Steuerblattlogik zum Implementieren einer Maschinenschutzüberbrückung gemäß der Norm API 670. Vorzugsweise stellt die UI-Programmlogik für den Anwender die Option bereit, diese Überbrückung für jede Sensoreingabe freizugeben oder zu deaktivieren (Schritt 328). Eine Maschinenschutzüberbrückung, die hier auch als eine Auslöseüberbrückung bezeichnet ist, ermöglicht das Überbrücken der Maschinenabschaltungs-Alarmgrenzwerte. Eine solche Überbrückung wäre z. B. notwendig, falls an dem Schutzsystem eine Wartung ausgeführt wird, um ein versehentliches Auslösen der Maschine zu vermeiden.
Außerdem stellt die UI-Programmlogik für den Anwender ein Mittel bereit, um für die Sensoren Gruppierungen zu erzeugen, so dass mehrere Sensoren mit einer einzelnen Anwendereingabe umgangen werden können. Ferner stellt die UI-Programmlogik für den Anwender ein Mittel bereit, um eine ”Kraft” auszuwählen, die erzwingt, dass ein Ausgangsrelaiszustand einen gegebenen Zustand ändert oder in ihm bleibt (Schritt 332), wobei sie automatisch Überbrückungen, Gruppierungen und Kräfte in dem Steuerblatt erzeugt (Schritt 330).
In einigen Ausführungsformen erzeugt die UI-Programmlogik automatisch ein Steuerblatt, um für jede Sensoreingabe eine Auslösevervielfachung gemäß der Norm API 670 zu implementieren. Vorzugsweise stellt die UI-Programmlogik für den Anwender eine Option, einen Standardwert auszuwählen, einen optionalen API-670-Wert einzugeben oder einen vom Anwender bevorzugten Wert, der außerhalb der Spezifikation API 670 liegt, einzugeben, bereit (Schritt 334). Außerdem kann die UI-Programmlogik für den Anwender eine Option bereitstellen, die Auslösevervielfachung für jede Sensoreingabe freizugeben oder zu deaktivieren. Ferner kann die UI-Programmlogik für den Anwender ein Mittel bereitstellen, um für die Sensoren Gruppierungen zu erzeugen, so dass die Auslösevervielfachung auf mehrere Sensoren mit einer einzelnen Anwendereingabe angewendet werden kann und so dass sie automatisch Auslösevervielfachungen und Gruppierungen in einem Steuerblatt erzeugt (Schritt 330).
In einigen Ausführungsformen bietet die UI-Programmlogik dem Anwender eine Option, für radiale Sensoren den Standard der Norm API 670 zu implementieren, der nicht zulässt, dass ein gestörter Sensor zu einer Abstimmung zur Auslösung beiträgt. Vorzugsweise wird dem Anwender eine alternative Option geboten, um zu ermöglichen, dass ein schlechter Sensor, ein schlechter Umsetzer oder ein schlechtes Kabel zu einer Abstimmung zur Auslösung beiträgt (Schritt 336). In diesen Ausführungsformen wählt das Steuerblatt die Bedingung des Sensors, des Umsetzers und des Kabels auf der Grundlage der Eingabe des Anwenders für Auslöseentscheidungen automatisch an oder ab (Schritt 330).
In einigen Ausführungsformen bietet die UI-Programmlogik dem Anwender eine Option, eine Standardbedingung der Norm API 670 zu implementieren, die ermöglicht, dass ein gestörter Schubsensor zu einer Abstimmung zur Auslösung beiträgt. Vorzugsweise wird dem Anwender eine alternative Option geboten, nicht zuzulassen, dass ein gestörter Sensor, ein gestörter Umsetzer oder ein gestörtes Kabel zu einer Abstimmung zur Auslösung beiträgt (Schritt 336). In diesen Ausführungsformen wählt das Steuerblatt die Bedingung des Sensors, des Umsetzers und des Kabels auf der Grundlage der Eingabe des Anwenders automatisch für Auslöseentscheidungen an/ab (Schritt 330).
In einigen Ausführungsformen bietet die UI-Programmlogik dem Anwender eine Option, für jede Steuersystemausgabe Zwischenspeicherungs- oder Nicht-Zwischenspeicherungsrelais auszuwählen (Schritt 338). Die UI-Programmlogik erzeugt automatisch ein Steuerblatt, um das Relais zwischenzuspeichern oder automatisch zurückzusetzen, wenn die Alarmbedingung wahr ist und daraufhin falsch wird (Schritt 330).
In einigen Ausführungsformen stellt die UI-Programmlogik für den Anwender ein Verfahren bereit, um für jeden Messkanal oder für jede Gruppe von Messkanälen Alarmgrenzwerte, Warnungsgrenzwerte und Vorwarnungsgrenzwerte einzugeben (Schritt 340), wobei die UI-Programmlogik diese Grenzwerte automatisch auf das Steuerblatt anwendet, um Alarme und die Relaisaktivierung zu bestimmen (Schritt 330).
In einigen Ausführungsformen erzeugt die UI-Programmlogik ein Steuerblatt, das automatisch: (1) in alle ankommenden Schwingungs- und Statusdaten einen Datum- und Zeitstempel einfügt; (2) eine digitale Eingabe (DI) zum Zurücksetzen von Zwischenspeicherrelais konfiguriert; (3) eine digitale Ausgabe (DO) und ein sichtbares UI-Element zum Erklären von Überbrückungen konfiguriert; und (4) eine DO in dem Steuerblatt zum Ausgeben des Status aller Hardware konfiguriert.
In einigen Ausführungsformen werden Sensorspaltspannungen und Sensorvorspannungen anfangs mit Standardspannungswerten eingestellt und ermöglicht die UI-Programmlogik, dass der Anwender diese Werte bearbeitet (Schritt 342), woraufhin sie in dem Steuerblatt automatisch aktualisiert werden (Schritt 330).
In einigen Ausführungsformen erzeugt die UI-Programmlogik das Steuerblatt in Übereinstimmung mit der Norm API 670, um automatisch den höchsten Wellenradialschwingungsmesswert bei jedem Lager, alle axialen Messwerte, den höchsten Maschinengehäuseschwingungs-Messwert, den höchsten Drehzahlmesswert, den höchsten Stangenabfallmesswert und den höchsten Temperaturmesswert bei jedem Lager zu erfassen und zu aktualisieren.
In einigen Ausführungsformen stellt die UI-Programmlogik für den Anwender eine Option bereit, um Relaisoptionen auszuwählen (Schritt 344), die die UI-Programmlogik verwendet, um die Steuerblattlogik auf der Grundlage der Anwenderauswahl automatisch zu konfigurieren (Schritt 330). Vorzugsweise enthalten diese Relaisoptionen normal unerregt, normal erregt, für Alarm unerregt und zur Abschaltung erregt.
In einigen Ausführungsformen stellt die UI-Programmlogik für den Anwender Optionen zum Auswählen der Standardbereiche für axiale Schubmessungen (wie etwa –1016 bis +1016 Mikrometer [–40 bis +40 Millizoll]) und radiale Schwingungsmesswerte (0 bis 125 Mikrometer) oder zum Eingeben kundenangepasster Werte für diese Bereiche bereit. Anwenderauswahlen können bearbeitet und für künftige Standardkonfigurationen gesichert werden. Die UI-Programmlogik erzeugt für jeden ausgewählten Bereich auf der Grundlage der Standardwerte oder kundenangepasster Werte das Steuerblatt. Kundenangepasste Werte werden vorzugsweise in einem API-670-Norm-Abweichungsbericht erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform konfiguriert die UI-Programmlogik für eine Schwingung größer als 254 Mikrometer [10 Millizoll] automatisch eine Schaltungsstörung in dem Steuerblatt.
In einigen Ausführungsformen konfiguriert die UI-Programmlogik das Steuerblatt bei hoher Schwingung oder Sensorstörung automatisch gemäß Standard so, dass es eine Abstimmung zur Auslösung erhält, wenn für Axialschubmessungen eine 2-von-3-Logik ausgewählt ist.
In einigen Ausführungsformen konfiguriert die UI-Programmlogik das Steuerblatt automatisch gemäß Standard auf einen Temperaturbereich bis zum Skalenendwert wie etwa 0°C bis 150°C und werden digitale Ablesungen in der Steuerlogik automatisch mit einer Auflösung von 1 Grad konfiguriert, wenn ein Temperatursensor als Eingabe verwendet wird. Vorzugsweise konfiguriert die UI-Programmlogik eine Doppelabstimmung für Temperatur als die Standardkonfiguration gemäß der Norm API 670. Andere Abstimmungskonfigurationen, die von dem Anwender angenommen werden, werden in der API-670-Ausnahmeliste gekennzeichnet.
In einigen Ausführungsformen verwendet die UI-Programmlogik die Konfigurationseinstellungen für jeden konfigurierten Kanal, um automatisch graphische Elemente zu erzeugen, die dem Anwender auf dem DCS-Betreibercomputer 60 während der Laufzeit angezeigt werden. Vorzugsweise gilt für diese graphischen Elemente: (1) Sie enthalten Balkendiagramme, die proportional zur Schwingung, zur Position, zur Temperatur oder zu irgendeinem Hauptwert sind; (2) sie stellen eine graphische Angabe von Alarm-, Warn- und Vorwarnpegeln bereit; (3) sie enthalten technische Notationen; (4) sie stellen eine graphische Angabe eines höchsten gemessenen Werts bereit; (5) sie stellen für jeden angezeigten Wert eine Bezeichnung oder eine Beschreibung bereit; (6) sie konfigurieren automatisch auf den Bereich bis zum Skalenendwert; (7) sie stellen eine Angabe des Sensor-, des Kabel- und des Umsetzerfunktionszustands bereit; (8) sie stellen eine positive Angabe einer Störung oder keiner Störung bereit; (9) sie stellen eine Angabe des Status von Relais bereit; (10) sie stellen eine Angabe von Schaltungsstörungen bereit; (11) sie stellen eine Angabe von Abstimmungsergebnissen bereit; (12) sie stellen ein Verfahren zum Starten eines Trends von Historienwerten und Life-Werten bereit; (13) sie stellen für den Anwender ein Kennwortschutzverfahren zum Bearbeiten von Alarmgrenzwerten bereit; und (14) sie stellen für den Anwender ein Verfahren zum Zurücksetzen von Zwischenspeicherrelais bereit.
In einigen Ausführungsformen enthält der Anwenderschnittstellen-Anzeigebildschirm eine Schaltfläche, die der Anwender anklicken kann, die den höchsten gemessenen Drehzahlspitzenwert zurücksetzt. Vorzugsweise ist die Steuerlogik automatisch für diese Softwareanwendereingabe oder DI, die den Drehzahlspitzenwert zurücksetzt, konfiguriert.
In einigen Ausführungsformen geben vorkonfigurierte HART-Vorrichtungen ihre Konfigurationsdaten automatisch an die Steuerlogik weiter, die das Steuerblatt dementsprechend automatisch konfiguriert.
Allgemein ist der Maschinenschutz ein Balanceakt zwischen Sicherheit und Maschinenverfügbarkeit. Einige Anwendungen können automatisch in Richtung Sicherheit tendieren, wie etwa innerhalb von 100 ms auslösen, oder einen gestörten Sensor als eine Abstimmung zur Auslösung zählen. Andere Anwendungen können stärker zur Verfügbarkeit tendieren, wie etwa eine Dreisekundenverzögerung vor dem Auslösen implementieren oder einen gestörten Sensor nicht als Abstimmung zur Auslösung zählen. Dementsprechend ermöglichen einige Ausführungsformen der UI-Programmlogik, dass der Anwender mehrere Aspekte der Steuerblattkonfiguration stärker in Richtung der Sicherheit oder stärker in Richtung der Verfügbarkeit ”abstimmt”. Zum Beispiel kann auf dem DCS-Betreibercomputer ein einzelner graphischer Schieberegler angezeigt werden, um eine Eingabe bereitzustellen, die ermöglicht, dass der Anwender entlang einer Schiebeskale mit maximaler Sicherheit an einem Ende und maximaler Verfügbarkeit an dem anderen Ende einen Punkt auswählt. In dieser Ausführungsform stellt die UI-Programmlogik automatisch die Auslösezeiteinstellung und die Abstimmlogik auf der Grundlage der Schiebereglereinstellung ein.
Einige Ausführungsformen implementieren ein Verfahren zum automatischen Zugreifen auf Konfigurationsinformationen für das MHM-Modul 10 und zum Zugreifen auf Konfigurationsinformationen für das verteilte Steuersystem 11 und zum Erzeugen einer Steuersystemkonfigurationsdatei, die beim Konfigurieren des verteilten Steuersystems zum Empfangen von Daten von dem MHM-Modul 10 in dem nativen Datenformat des verteilten Steuersystems verwendet wird. Einige Merkmale eines solchen Verfahrens sind in den US-Patenten 8,463,417 und 8,958,900 beschrieben, deren gesamte Inhalte hier durch Literaturhinweis eingefügt sind.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen für diese Erfindung ist zur Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form beschränken. Im Licht der obigen Lehren sind offensichtliche Änderungen oder Veränderungen möglich. Die Ausführungsformen sind im Bemühen gewählt und beschrieben worden, die besten Veranschaulichungen der Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung zu bieten und dadurch zu ermöglichen, dass der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Änderungen, wie sie für die bestimmte betrachtete Verwendung geeignet sind, nutzt. Alle solchen Änderungen und Veränderungen liegen im Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche bestimmt ist, wenn sie in Übereinstimmung mit der Breite interpretiert werden, zu der sie gesetzlich, recht und billig berechtigt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5895857 [0048]
US 8463417 [0086]
US 8958900 [0086]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm API 670 [0019]
Norm API 670 [0054]
Norm API 670 [0063]
Norm API 670 [0064]
Norm API 670 [0065]
API-670-Steuerblatts [0065]
Norm API 670 [0066]
API 670 [0067]
Norm API 670 [0067]
Norm API 670 [0068]
Norm API 670 [0070]
API-670-Wert [0070]
API 670 [0070]
Standard der Norm API 670 [0071]
Norm API 670 [0072]
Norm API 670 [0077]
API-670-Norm-Abweichungsbericht [0079]
Norm API 670 [0081]
API-670-Ausnahmeliste [0081]

Claims

Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10), das auf der Grundlage von Schwingungssignalen Maschinenschwingungsdaten verarbeitet und die Maschinenschwingungsdaten für ein verteiltes Steuersystem (11) bereitstellt, wobei das Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) umfasst: eine Signalaufbereitungsschaltungsanordnung mit einer Schnittstelle zum Empfangen mehrerer analoger Sensorsignale von mehreren an einer Maschine angebrachten Sensoren (20), eine Verstärkungs- und Filterschaltungsanordnung zum Aufbereiten der mehreren analogen Sensorsignale und eine Analog-Digital-Umsetzungsschaltungsanordnung zum Umsetzen der mehreren analogen Sensorsignale in mehrere digitale Sensorsignale; eine Verarbeitungsschaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit der Signalaufbereitungsschaltungsanordnung, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung mehrere parallele Digitalsignal-Verarbeitungskanäle umfasst, wobei jeder Kanal zum Verarbeiten eines Entsprechenden der mehreren digitalen Sensorsignale betreibbar ist, um mehrere verschiedene Typen von Messdaten pro Kanal zu erzeugen; und eine Logikgeneratorschaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit der Verarbeitungsschaltungsanordnung und mit der Signalaufbereitungsschaltungsanordnung, wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, von der Verarbeitungsschaltungsanordnung einen ersten Typ von Messdaten zu empfangen, und dafür betreibbar ist, zu bestimmen, dass sich ein Maschinenbetriebszustand, wie durch den ersten Typ von Messdaten angegeben wird, geändert hat, und dafür betreibbar ist, die Verarbeitungsschaltungsanordnung auf der Grundlage der Änderung des Maschinenbetriebszustands zum Erzeugen eines zweiten Typs von Messdaten zu konfigurieren, und dafür betreibbar ist, den ersten Typ von Messdaten und den zweiten Typ von Messdaten in Übereinstimmung mit einem Eingabe/Ausgabe-Datenprotokoll, das für das verteilte Steuersystem (11) nativ ist, zu formatieren.
Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) nach Anspruch 1, wobei die analogen Sensorsignale wenigstens ein analoges Drehzahlmessersignal enthalten, und wobei: die Analog-Digital-Umsetzungsschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, das wenigstens eine analoge Drehzahlmessersignal in ein digitales Drehzahlmessersignal umzusetzen; die Verarbeitungsschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, das wenigstens eine digitale Drehzahlmessersignal zu verarbeiten, um Maschinendrehzahldaten zu erzeugen; und die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar ist zu bestimmen, dass sich der Maschinenbetriebszustand, wie durch eine Änderung der Maschinendrehzahldaten angegeben wird, geändert hat.
Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) nach Anspruch 2, wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, auf der Grundlage der Maschinendrehzahldaten zu bestimmen, dass sich der Maschinenbetriebszustand von einer stationären Drehzahlbedingung zu einem Auslaufzustand geändert hat, und dafür betreibbar ist, die Verarbeitungsschaltungsanordnung zum Erzeugen des zweiten Typs von Messdaten, der eine Übergangsschwingungssignalform umfasst, die gemessen wird, während die Maschine in dem Auslaufzustand ist, zu konfigurieren.
Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) nach Anspruch 2, wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, auf der Grundlage dessen, dass die Maschinendrehzahldaten einen Abfall der Maschinendrehzahl von über einem vorgegebenen Drehzahlschwellenwert auf unter den vorgegebenen Drehzahlschwellenwert angeben, zu bestimmen, dass sich der Maschinenbetriebszustand geändert hat, und dafür betreibbar ist, die Verarbeitungsschaltungsanordnung zum Erzeugen des zweiten Typs von Messdaten, während der Maschinenbetriebszustand unter dem vorgegebenen Drehzahlschwellenwert liegt, und zum Erzeugen des ersten Typs von Messdaten, während der Maschinenbetriebszustand über dem vorgegebenen Drehzahlschwellenwert liegt, zu konfigurieren.
Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) nach Anspruch 2, wobei der erste Typ von Messdaten über einen ersten Frequenzbereich erhoben wird und der zweite Typ von Messdaten über einen zweiten Frequenzbereich, der von dem ersten Frequenzbereich verschieden ist, erhoben wird.
Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) nach Anspruch 2, wobei wenigstens einer der parallelen Digitalsignal-Verarbeitungskanäle der Verarbeitungsschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, die Messdaten in Form einer Zeitsignalform des digitalen Drehzahlmessersignals zu erzeugen.
Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) nach Anspruch 1, wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung mit einem Eingabe/Ausgabe-Bus des verteilten Steuersystems (11), über den die Logikgeneratorschaltungsanordnung diskrete Eingangswerte empfängt, die den Maschinenbetriebszustand angeben, die durch andere mit dem Eingabe/Ausgabe-Bus (18) verbundene Maschinenmessmodule erzeugt werden, in elektrischer Verbindung steht und wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, auf der Grundlage einer Änderung eines oder mehrerer der diskreten Eingangswerte zu bestimmen, dass sich der Maschinenbetriebszustand geändert hat, und wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, auf der Grundlage der Änderung eines oder mehrerer der diskreten Eingangswerte Alarmpegel einzustellen oder den zweiten Typ von Messdaten zu erzeugen.
Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) nach Anspruch 1, wobei die Sensorsignale ein Maschinenschwingungssignal enthalten und wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung einen Spitzenwertdetektionskanal enthält, der dafür betreibbar ist, das Maschinenschwingungssignal zu empfangen, das Maschinenschwingungssignal während vorgegebener Abtastzeitdauern abzutasten, während der Abtastzeitdauern Spitzenamplitudenwerte des Maschinenschwingungssignals zu detektieren und eine Zeitreihe der Spitzenamplitudenwerte zu erzeugen, und wobei der erste oder der zweite Typ von Messdaten die Zeitreihe der Spitzenamplitudenwerte umfasst.
Verteiltes Steuersystem (11), das umfasst: einen Eingabe/Ausgabe-Bus (18), über den Daten in Übereinstimmung mit einem Datenkommunikationsprotokoll, das für das verteilte Steuersystem (11) nativ ist, übertragen werden; ein Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) in elektrischer Verbindung mit dem Eingabe/Ausgabe-Bus (18), wobei das Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) umfasst: eine Signalaufbereitungsschaltungsanordnung mit einer Schnittstelle zum Empfangen mehrerer analoger Schwingungssignale von mehreren an einer Maschine angebrachten Schwingungssensoren (20), eine Verstärkungs- und Filterschaltungsanordnung zum Aufbereiten der mehreren analogen Schwingungssignale und eine Analog-Digital-Umsetzungsschaltungsanordnung zum Umsetzen der mehreren analogen Schwingungssignale in mehrere digitale Schwingungssignale; eine Verarbeitungsschaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit der Signalaufbereitungsschaltungsanordnung, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung mehrere parallele Digitalverarbeitungskanäle, wobei jeder Kanal zum Verarbeiten eines Entsprechenden der mehreren digitalen Schwingungssignale dient, um mehrere skalare Schwingungswerte pro Kanal zu erzeugen, umfasst; und eine Logikgeneratorschaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit der Verarbeitungsschaltungsanordnung, wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, die skalaren Schwingungswerte zu empfangen und die skalaren Schwingungswerte in Übereinstimmung mit einem Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll, das für das verteilte Steuersystem (11) nativ ist, zu formatieren; einen Controller (19) des verteilten Steuersystems in elektrischer Verbindung mit dem Eingabe/Ausgabe-Bus (18), wobei der Controller (19) des verteilten Steuersystems eine Schnittstellenschaltungsanordnung mit einem oder mit mehreren Schnellabtastregistern enthält, wobei die Schnittstellenschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, den Eingabe/Ausgabe-Bus (18) mit einer vorgegebenen Rate abzutasten, um einen oder mehrere der skalaren Schwingungswerte in dem einen oder in den mehreren Schnellabtastregistern zu empfangen; und einen Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems in elektrischer Verbindung mit dem Controller (19) des verteilten Steuersystems und der eine Anwenderschnittstellenvorrichtung enthält, wobei der Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems dafür betreibbar ist, Anwenderschnittstellensoftware auszuführen zum: – Erzeugen eines ersten Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle zur Anzeige auf der Anwenderschnittstellenvorrichtung, wobei der erste Bildschirm der graphischen Anwenderschnittstelle ein Messungstyp-Auswahlfeld enthält und keine Sensorkonfigurations-Optionsfelder enthält, – Empfangen einer durch einen Anwender eingegebenen Messungstypauswahl in dem Messungstyp-Auswahlfeld, – Erzeugen eines zweiten Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle zur Anzeige auf der Anwenderschnittstellenvorrichtung, wobei der zweite Bildschirm der graphischen Anwenderschnittstelle eines oder mehrere Sensorkonfigurations-Optionsfelder enthält, die in dem ersten Bildschirm der graphischen Anwenderschnittstelle nicht enthalten waren, auf der Grundlage der Messungstypauswahl, wobei das eine oder die mehreren Sensorkonfigurations-Optionsfelder spezifisch für einen Sensortyp sind, der beim Vornehmen einer durch die Messungstypauswahl angegebenen Messung verwendet werden soll, – Empfangen einer oder mehrerer Sensorkonfigurationsauswahlen, die durch den Anwender in das eine oder in die mehreren Sensorkonfigurations-Optionsfelder eingegeben werden, und – Erzeugen von Konfigurationsdaten zum Konfigurieren des Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmoduls auf der Grundlage der Messungstypauswahl und der einen oder mehreren Sensorkonfigurationsauswahlen.
Verteiltes Steuersystem (11) nach Anspruch 9, wobei der Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems dafür betreibbar ist, die Anwenderschnittstellensoftware zum automatischen Zuweisen eines oder mehrerer der skalaren Schwingungswerte, die in das eine oder in die mehreren Schnellabtastregister eingelesen werden sollen, auszuführen, wobei die Zuweisung wenigstens teilweise auf der Messungstypauswahl beruht.
Verteiltes Steuersystem (11), das umfasst: einen Eingabe/Ausgabe-Bus (18), über den Daten in Übereinstimmung mit einem Datenkommunikationsprotokoll, das für das verteilte Steuersystem (11) nativ ist, übertragen werden; ein Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) in elektrischer Verbindung mit dem Eingabe/Ausgabe-Bus (18), wobei das Maschinenfunktionszustands-Überwachungsmodul (10) umfasst: eine Signalaufbereitungsschaltungsanordnung mit einer Schnittstelle zum Empfangen mehrerer analoger Schwingungssignale von mehreren an einer Maschine angebrachten Schwingungssensoren (20), eine Verstärkungs- und Filterschaltungsanordnung zum Aufbereiten der mehreren analogen Schwingungssignale und eine Analog-Digital-Umsetzungsschaltungsanordnung zum Umsetzen der mehreren analogen Schwingungssignale in mehrere digitale Schwingungssignale; eine Verarbeitungsschaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit der Signalaufbereitungsschaltungsanordnung, wobei die Verarbeitungsschaltungsanordnung mehrere parallele Digitalverarbeitungskanäle, wobei jeder Kanal zum Verarbeiten eines Entsprechenden der mehreren digitalen Schwingungssignale dient, um mehrere skalare Schwingungswerte pro Kanal zu erzeugen, umfasst; und eine Logikgeneratorschaltungsanordnung in elektrischer Verbindung mit der Verarbeitungsschaltungsanordnung, wobei die Logikgeneratorschaltungsanordnung dafür betreibbar ist, die mehreren skalaren Schwingungswerte zu empfangen und die mehreren skalaren Schwingungswerte in Übereinstimmung mit einem Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll, das für das verteilte Steuersystem (11) nativ ist, zu formatieren; einen Controller (19) des verteilten Steuersystems, der umfasst, eine Schnittstellenschaltungsanordnung, die den Eingabe/Ausgabe-Bus (18) mit einer vorgegebenen Rate abtastet, um einen oder mehrere der skalaren Schwingungswerte davon zu empfangen; und eine Logikschaltungsanordnung zum Ausführen einer Steuerlogikroutine, die auf der Grundlage der Logikverarbeitung eines oder mehrerer der skalaren Schwingungssignale Steuersignale erzeugt; und einen Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems in elektrischer Verbindung mit dem Controller (19) des verteilten Steuersystems und der eine Anwenderschnittstellenvorrichtung enthält, wobei der Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems dafür betreibbar ist, Anwenderschnittstellensoftware auszuführen zum: – Erzeugen eines Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle zur Anzeige auf der Anwenderschnittstellenvorrichtung, wobei der Bildschirm der graphischen Anwenderschnittstelle ein Maschinenauslösezeit-Verzögerungseingabefeld enthält, das anfangs auf einen Standard-Auslösezeitverzögerungswert voreingestellt ist, wie er durch eine Industrienorm vorgeschrieben ist, – Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabeoptionsfelder für die Maschinenauslösezeitverzögerung enthält, wobei durch einen Anwender andere Auslösezeitverzögerungswerte als der Standard-Auslösezeitverzögerungswert eingegeben werden können, – Empfangen einer Auslösezeitverzögerungsauswahl, die durch einen Anwender in das Maschinenauslösezeit-Verzögerungseingabefeld eingegeben wird, und – Erzeugen von Konfigurationsdaten zum Konfigurieren der Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Auslösezeitverzögerungsauswahl.
Verteiltes Steuersystem (11) nach Anspruch 11, wobei der Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems dafür betreibbar ist, die Anwenderschnittstellensoftware auszuführen zum: – Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine, um anfangs für mehrere Sensoreingaben, die den mehreren Sensoren (20) entsprechen, eine Maschinenschutzüberbrückung zu implementieren, wie sie durch die Industrienorm vorgeschrieben ist, – Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabeoptionsfelder enthält, in denen der Anwender das Deaktivieren der Maschinenschutzüberbrückung für eine oder für mehrere der Sensoreingaben auswählen kann, – Empfangen einer durch den Anwender eingegebenen Maschinenschutzüberbrückungsauswahl in dem einen oder in den mehreren Eingabeoptionsfeldern, und – Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Maschinenschutzüberbrückungsauswahl.
Verteiltes Steuersystem (11) nach Anspruch 11, wobei der Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems dafür betreibbar ist, die Anwenderschnittstellensoftware auszuführen zum: – Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine, um anfangs für alle Sensoreingaben, die den mehreren Sensoren (20) entsprechen, eine Auslösevervielfachung zu implementieren, wie sie durch die Industrienorm vorgeschrieben ist, – Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabewertfelder für die Auslösevervielfachung enthält, – Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabeoptionsfelder enthält, in denen der Anwender das Deaktivieren der Auslösevervielfachung für eine oder mehrere der Sensoreingaben auswählen kann, – Empfangen von Auslösevervielfachungsauswahlen, die durch den Anwender in das eine oder in die mehreren Eingabeoptionsfelder eingegeben werden, und – Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Auslösevervielfachungsauswahlen.
Verteiltes Steuersystem (11) nach Anspruch 11, wobei der Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems dafür betreibbar ist, die Anwenderschnittstellensoftware auszuführen zum: – Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine, um anfangs eine Abstimmlogik zu implementieren, die ermöglicht oder verbietet, dass ein gestörter Sensor zu einer Abstimmung zur Auslösung, wie sie durch die Industrienorm vorgeschrieben ist, beiträgt, – Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er ein oder mehrere Eingabeoptionsfelder enthält, in denen der Anwender das Zulassen oder Verbieten auswählen kann, dass ein gestörter Sensor zu einer Abstimmung zur Auslösung beiträgt, – Empfangen durch den Anwender eingegebener Abstimmoptionsauswahlen gestörter Sensoren in dem einem oder in den mehreren Eingabeoptionsfeldern, und – Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Abstimmoptionsauswahl gestörter Sensoren.
Verteiltes Steuersystem (11) nach Anspruch 11, wobei der Betreibercomputer (60) des verteilten Steuersystems dafür betreibbar ist, die Anwenderschnittstellensoftware auszuführen zum: – Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine, um anfangs Alarmgrenzwerte oder Warnungsgrenzwerte, wie sie durch die Industrienorm vorgeschrieben sind, zu implementieren, – Erzeugen des Bildschirms der graphischen Anwenderschnittstelle, so dass er eines oder mehrere Eingabewertfelder für die Alarmgrenzwerte oder Warnungsgrenzwerte enthält, – Empfangen von Alarmgrenzwert- oder Warnungsgrenzwertauswahlen, die durch den Anwender in das eine oder in die mehreren Eingabewertfelder eingegeben werden, und – Erzeugen von Konfigurationsdaten für die Steuerlogikroutine wenigstens teilweise auf der Grundlage der Alarmgrenzwert- oder Warnungsgrenzwertauswahlen.