DE102019113017B4 - DEVICE AND METHOD FOR SUPPLYING POWER TO MACHINE INSTRUMENTS OVER A DATA COMMUNICATION NETWORK - Google Patents

DEVICE AND METHOD FOR SUPPLYING POWER TO MACHINE INSTRUMENTS OVER A DATA COMMUNICATION NETWORK Download PDF

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Abstract

Maschinenmesssystem zum Erheben von Schwingungsdaten, die den Betriebszustand einer Maschine in einer industriellen Umgebung anzeigen, wobei die Maschine eine Rotationswelle aufweist, die von einem Lager gehalten wird, wobei das System umfasst:eine zentrale Logikeinheit, die die Schwingungsdaten empfängt, die den Betriebszustand der Maschine anzeigt, wobei die zentrale Logikeinheit mit einem Ethernet-Netzwerk kommuniziert;einen Ethernet-Netzwerkschalter, der mit der zentralen Logikeinheit über das Ethernet-Netzwerk kommuniziert, wobei der Ethernet-Netzwerkschalter umfasst:eine interne Stromversorgung, um Strom an den Ethernet-Netzwerkschalter zu liefern; undeinen oder mehrere Power over Ethernet (PoE - Strom über Ethernet) Anschlüsse, die geeignet sind, um Daten zu kommunizieren und damit verbundenen Geräten Strom zur Verfügung zu stellen; undeine Zweikanal-Messeinheit, welche an der Maschine angrenzend an die Welle und das Lager montiert ist, wobei die Zweikanal-Messeinheit umfasst:einen ersten Sensor mit einem Wirbelstromsensor, zum Erfassen von Schwingungen der Maschine und zum Erzeugen einer ersten Art von Schwingungsdaten, welche eine relative Wellenschwingung anzeigen,einen zweiten Sensor mit einem piezoelektrischen Sensor oder seismischen Sondensensor zum Erfassen von Schwingungen der Maschine und zum Erzeugen einer zweiten Art von Schwingungsdaten, welche absolute Lagerschwingungen anzeigen; ein oder mehrere Sensormodule, wobei jedes umfasst:eine oder mehrere Sensorschnittstellen, um eine elektrische Verbindung mit einem oder beiden der ersten und zweiten Sensoren bereitzustellen; undeinen PoE Anschluss, der mit einem der einen oder mehreren PoE Anschlüsse des Ethernet-Netzwerkschalters verbunden ist, um Daten zum Ethernet-Netzwerkschalter zu kommunizieren und Strom davon zu empfangen,wobei die zentrale Logikeinheit die ersten und zweiten Arten von Schwingungsdaten über das Ethernet-Netzwerk empfängt und die absolute Wellenschwingung berechnet nach :absolute Wellenschwingung = relative Wellenschwingung - absolute Lagerschwingung.Machine measurement system for collecting vibration data indicative of the operating condition of a machine in an industrial environment, the machine having a rotary shaft supported by a bearing, the system comprising:a central logic unit receiving the vibration data indicative of the operating condition of the machine wherein the central logic unit communicates with an Ethernet network;an Ethernet network switch that communicates with the central logic unit over the Ethernet network, the Ethernet network switch comprising:an internal power supply to provide power to the Ethernet network switch ; andone or more Power over Ethernet (PoE - Power over Ethernet) ports suitable for communicating data and providing power to devices connected thereto; anda dual channel measurement unit mounted on the machine adjacent the shaft and bearing, the dual channel measurement unit comprising:a first sensor, including an eddy current sensor, for detecting vibrations of the machine and for generating a first type of vibration data, which is a indicative of relative shaft vibration,a second sensor including a piezoelectric sensor or seismic probe sensor for sensing vibration of the machine and generating a second type of vibration data indicative of absolute bearing vibration; one or more sensor modules, each comprising:one or more sensor interfaces to provide an electrical connection to one or both of the first and second sensors; anda PoE port connected to one of the one or more PoE ports of the Ethernet network switch to communicate data to and receive power from the Ethernet network switch,wherein the central logic unit transmits the first and second types of vibration data over the Ethernet network receives and calculates the absolute shaft vibration according to: absolute shaft vibration = relative shaft vibration - absolute bearing vibration.

Description

GEBIETAREA

Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Datenerhebung für die Verwaltung und Steuerung eines Maschinenzustands. Spezieller betrifft diese Erfindung ein System zur Bereitstellung von Strom für Maschinendatenerfassungsgeräte durch Datenkommunikationsnetzwerke.This invention relates to the field of data collection for machine state management and control. More particularly, this invention relates to a system for providing power to machine data collection devices through data communication networks.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Überwachung und Steuerung komplexer Industriemaschinen erfordert im Allgemeinen viele Sensoren verschiedener Art (Schwingung, Temperatur, Druck usw.) und Steuergeräte (d.h. für Schalter, Ventile und Stellelemente), die an verschiedenen Stellen an oder in der Nähe der Maschine verteilt sind. Typischerweise sind derartige Sensoren und Steuergeräte über ein Kommunikationsnetzwerk mit Überwachungs- und Steuersystemen in einer Industrieanlage verbunden. Nachteile, die mit älteren Kommunikationsnetzwerken in solchen Anwendungen verbunden sind, weisen auf:

  • - die Datenübertragungsdistanz ist begrenzt;
  • - es werden viele Stromversorgungen benötigt, um weit verteilte Sensoren und Steuergeräte zu versorgen, was zu höheren Kosten führt;
  • - die Länge der Signalleitungen zwischen Sensoren und Sensormodulen ist tendenziell lang, was zu Rauschproblemen bei Signalen mit niedriger Amplitude führt; und
  • - da die Umwandlung von analogen Signalen in digitale Signale am Sensormodul erfolgt, erhöhen lange Signalleitungen zwischen Sensoren und Sensormodulen die Wahrscheinlichkeit von Rauschen noch mehr.
The monitoring and control of complex industrial machinery generally requires many different types of sensors (vibration, temperature, pressure, etc.) and control devices (ie for switches, valves and actuators) distributed at various locations on or near the machine. Typically, such sensors and controllers are connected to monitoring and control systems in an industrial plant via a communication network. Disadvantages associated with older communication networks in such applications include:
  • - the data transmission distance is limited;
  • - many power supplies are required to power widely distributed sensors and controllers, resulting in higher costs;
  • - the length of the signal lines between sensors and sensor modules tends to be long, leading to noise problems with low amplitude signals; and
  • - Since the conversion from analog signals to digital signals is done at the sensor module, long signal lines between sensors and sensor modules increase the likelihood of noise even more.

Was benötigt wird, ist ein Maschinenüberwachungs- und Steuerungsnetzwerk, das die mit den Feldbusnetzen verbundenen Probleme verringert. What is needed is a machine monitoring and control network that reduces the problems associated with fieldbus networks.

Die US 2013/0201316 A1 offenbart ein System und Verfahren in einem Gebäude oder Fahrzeug für eine Aktuatoroperation als Reaktion auf einen Sensor gemäß einer Steuerlogik, wobei das System einen Router oder ein Gateway umfasst, das mit einem dem Sensor zugeordneten Gerät und einem dem Aktuator zugeordneten Gerät über gebäudeinterne oder fahrzeuginterne Netzwerke kommuniziert, und einen externen, mit dem Internet verbundenen Steuerserver, der mit der Steuerlogik verbunden ist, die einen geschlossenen linearen PID-Regelkreis implementiert und mit dem Router über ein externes Netzwerk kommuniziert, um das gebäudeinterne oder fahrzeuginterne Phänomen zu steuern. Der Sensor kann ein Mikrofon oder eine Kamera sein, und das System kann Sprach- oder Bildverarbeitung als Teil der Steuerlogik umfassen. Eine Redundanz wird verwendet, indem mehrere Sensoren oder Aktoren verwendet werden, oder indem mehrere Datenpfade über die gebäude- oder fahrzeuginterne oder -externe Kommunikation verwendet werden. Die Netzwerke können verdrahtet oder drahtlos sein und können BAN-, PAN-, LAN-, WAN- oder Heimnetzwerke sein.the U.S. 2013/0201316 A1 discloses a system and method in a building or vehicle for actuator operation in response to a sensor according to control logic, the system comprising a router or gateway communicating with a device associated with the sensor and a device associated with the actuator via in-building or in-vehicle networks communicates, and an external Internet-connected control server connected to the control logic that implements closed-loop linear PID control and communicates with the router through an external network to control the in-building or in-vehicle phenomenon. The sensor can be a microphone or a camera, and the system can include voice or image processing as part of the control logic. Redundancy is used by using multiple sensors or actuators, or by using multiple data paths via the building or vehicle internal or external communication. The networks can be wired or wireless and can be BAN, PAN, LAN, WAN or home networks.

US 2008/0294915 A1 offenbart einen Netzwerkadapter, der Power-over-Ethernet(PoE)-Protokolle verwendet, um Energie von einem Ethernet-Anschluss abzuleiten und die abgeleitete Energie einem Feldgerät bereitzustellen. Der Netzwerkadapter kommuniziert analoge Daten mit dem Feldgerät und wandelt die analogen Daten unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers in digitale Daten um, bevor er die digitalen Daten über den Ethernet-Anschluss an eine Zentrale überträgt. Der Netzwerkadapter ist dem Feldgerät eindeutig zugeordnet, wodurch dem Netzwerkadapter/Feldgerät-System eine IP-Adresse zugewiesen werden kann, auf die unter Verwendung von IP-Protokollen von jedem geeigneten Browser aus zugegriffen werden kann. U.S. 2008/0294915 A1 discloses a network adapter that uses Power over Ethernet (PoE) protocols to derive power from an Ethernet port and provide the derived power to a field device. The network adapter communicates analog data with the field device and converts the analog data to digital data using an analog-to-digital converter before transmitting the digital data to a central office via the Ethernet port. The network adapter is uniquely associated with the field device, allowing the network adapter/field device system to be assigned an IP address that can be accessed from any suitable browser using IP protocols.

DE 10 2017 111 272 A1 offenbart ein Maschinengesundheitsmanagementsystem umfassend Maschinenmesseinheiten, die über Power Over Ethernet (PoE) mit einer zentralen Logikeinheit verbunden sind. Jede Messeinheit umfasst ein oder mehrere Sensormodule, mit denen Sensoren verbunden sind, oder ein oder mehrere Ausgangsmodule, mit denen Ausgangsgeräte verbunden sind, oder eine Kombination aus Sensormodulen und Ausgangsmodulen. Die für die Stromversorgung der Messeinheiten benötigte Energie kommt über das PoE-Netzwerk. Von den Sensoren erzeugte Sensorsignale werden digitalisiert und können in den Sensormodulen ausgewertet werden. Rohdaten und in einigen Fällen vorverarbeitete Daten werden über das Ethernet-Netzwerk zur zentralen Logikeinheit transportiert, wo die Daten analysiert und/oder mit anderen Daten kombiniert werden, um Vorhersageanalysen durchzuführen, Entscheidungen zu treffen und möglicherweise Schutzlösungen zu implementieren, die Leistungsfähigkeit der Maschine vorherzusagen, oder die Maschine zu steuern. DE 10 2017 111 272 A1 discloses a machine health management system comprising machine measurement units connected to a central logic unit via Power Over Ethernet (PoE). Each measurement unit comprises one or more sensor modules to which sensors are connected, or one or more output modules to which output devices are connected, or a combination of sensor modules and output modules. The energy required to power the measuring units comes from the PoE network. Sensor signals generated by the sensors are digitized and can be evaluated in the sensor modules. Raw data and in some cases pre-processed data is transported over the Ethernet network to the central logic unit, where the data is analyzed and/or combined with other data to perform predictive analysis, make decisions and possibly implement protection solutions, predict machine performance, or to control the machine.

US 2007/0101814 A1 offenbart ein integrales steckerloses hermetisch abgedichtetes piezoelektrisches Hochtemperatursensorgehäuse und eine Kabelanordnung beinhaltend eine Signalkonditionierungs-/-verarbeitungsschaltung mit einer Ladungsverstärker-Differenzverstärker-Kombination mit integriertem Trimmkondensator und/oder einem Spannungsteilernetzwerk in mindestens einem Signalverarbeitungspfad, um die Fähigkeit bereitzustellen um Eingangsimpedanzen kundenspezifisch anzupassen und Gleichtaktsignale auszugleichen, um Ungleichheiten zu kompensieren, die durch inhärente parasitäre Kapazitäten und spezifische strukturelle Beschränkungen der Sensoranordnung verursacht werden. U.S. 2007/0101814 A1 discloses an integral connectorless hermetically sealed piezoelectric high temperature sensor package and cable assembly including signal conditioning/processing circuitry having a combined charge amplifier-differential amplifier with integrated trimming capacitor and/or a voltage divider network in at least one signal processing path to provide the ability to customize input impedances and balance common mode signals, to compensate for imbalances caused by inherent parasitic capacitances and specific structural limitations of the sensor assembly.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Die oben genannten und weitere Anforderungen werden durch ein Maschinenzustandsverwaltungssystem erfüllt, das Maschinenmesseinheiten beinhaltet, die über Power over Ethernet (PoE - Strom über Ethernet) mit einer zentralen Logikeinheit verbunden sind. Jede Messeinheit weist ein oder mehrere Sensormodule, mit denen Sensoren verbunden sind, und/oder ein oder mehrere Ausgabemodule auf, mit denen Ausgabegeräte verbunden sind. Beispiele für Sensoren sind Wirbelstromsensoren, piezoelektrische Sensoren, seismische Sondensensoren, Linear Variable Differential Transformer (LVDT - lineare variable Lineartransformator) Sensoren und Temperatursensoren. Beispiele von Ausgabegeräten weisen Relais, analoge Spannung und analogen Strom auf. Die zum Speisen der Messeinheiten benötigte Energie kommt über das PoE Netzwerk.The above and other needs are met by a machine condition management system that includes machine measurement units connected to a central logic unit via Power over Ethernet (PoE). Each measurement unit has one or more sensor modules to which sensors are connected and/or one or more output modules to which output devices are connected. Examples of sensors are eddy current sensors, piezoelectric sensors, seismic probe sensors, linear variable differential transformer (LVDT) sensors, and temperature sensors. Examples of output devices include relays, analog voltage, and analog current. The energy required to feed the measuring units comes via the PoE network.

Die durch die Sensoren erzeugten Sensorsignale werden digitalisiert und können in den Sensormodulen analysiert werden. Die Rohdaten und die in eineigen Fällen vorverarbeiteten Daten werden über das Ethernet-Netzwerk zur zentralen Logikeinheit transportiert. In der zentralen Logikeinheit werden die Daten analysiert und/oder mit anderen Daten kombiniert, um Vorhersageanalysen durchzuführen, Entscheidungen zu treffen und möglicherweise Schutzlösungen zu implementieren, die Leistung der Maschine/des Systems vorherzusagen oder die Maschine/das System zu steuern.The sensor signals generated by the sensors are digitized and can be analyzed in the sensor modules. The raw data and, in some cases, the pre-processed data are transported to the central logic unit via the Ethernet network. In the central logic unit, the data is analyzed and/or combined with other data to perform predictive analysis, make decisions and possibly implement protection solutions, predict machine/system performance, or control the machine/system.

Beispiele von Schutzlösungen sind das Abschalten von Maschine/Anlage auf der Basis von Alarmwerten, das Erzeugen von Warnungen für Systeme darüber und das Wählen zwischen verschiedenen Werten. Beispiele für die Vorhersageanalyse weisen die Analyse der Rohdaten (Spitzenwert, FFT, Vergleiche zum Guten usw.) im Messmodul oder in der zentralen Logikeinheit und die Meldung des Zustands der Maschine/des Systems auf, um Wartungsintervalle zu planen. Ein Beispiel für eine Steuerungslösung ist die Kombination verschiedener Ein- und Ausgänge, um der Steuersequenz zu folgen, und Entscheidungen darüber zu treffen, ob ein System in der programmierten Weise laufen kann.Examples of protection solutions are shutting down machine/equipment based on alarm values, generating alerts for systems above them and choosing between different values. Examples of predictive analysis include analyzing the raw data (peak, FFT, comparisons to good, etc.) in the measurement module or central logic unit and reporting the state of the machine/system to schedule maintenance intervals. An example of a control solution is combining different inputs and outputs to follow the control sequence and make decisions about whether a system can run in the programmed way.

Die Verwendung von PoE in einem Steuerungsnetzwerk kann von einem Standardbüro-Ethernet getrennt sein, so dass deterministische Protokolle implementiert werden können. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können sowohl deterministische als auch Standard-Ethernetprotokolle verwendet werden, abhängig davon, ob es sich um eine Anwendung zur Vorhersage oder zum Schutz oder zu anderen Zwecken handelt.Using PoE in a control network can be separate from standard office Ethernet, allowing deterministic protocols to be implemented. In various embodiments, both deterministic and standard Ethernet protocols can be used depending on whether the application is for prediction or protection or other purposes.

Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird, richten sich Ausführungsbeispiele der Erfindung auf ein Maschinenmesssystem zur Erfassung von Schwingungsdaten, die Betriebsbedingungen von Maschinen in einem industriellen Umfeld anzeigen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das System eine zentrale Logikeinheit, einen Ethernet-Netzwerkschalter und eine zweikanalige Messeinheit auf. Der Ethernet-Netzwerkschalter kommuniziert über ein Ethernet-Netzwerk mit der zentralen Logik-Einheit. Der Ethernet-Netzwerkschalter weist eine interne Stromversorgung und einen oder mehrere Power over Ethernet (PoE) Anschlüsse auf, die Daten kommunizieren und den damit verbundenen Geräten Strom zur Verfügung zu stellen. Die zweikanalige Messeinheit weist einen ersten und zweiten Sensor und ein oder mehrere Sensormodule auf. Der erste Sensor erfasst die Schwingung der Maschine und erzeugt eine erste Art von Schwingungsdaten. Der zweite Sensor erfasst die Schwingung der Maschine und erzeugt eine zweite Art von Schwingungsdaten. Jedes Sensormodul weist eine oder mehrere Sensorschnittstellen auf, um eine elektrische Verbindung zu einem oder beiden der ersten und zweiten Sensoren zur Verfügung zu stellen. Jedes Sensormodul weist außerdem einen PoE Anschluss auf, der mit einem der PoE Anschlüsse des Ethernet-Netzwerkschalters verbunden ist, um Daten an den Ethernet-Netzwerkschalter zu kommunizieren und Strom vom Ethernet-Netzwerk zu empfangen.As will be described in more detail below, example embodiments of the invention are directed to a machine measurement system for collecting vibration data indicative of operating conditions of machines in an industrial environment. In a preferred embodiment, the system includes a central logic unit, an Ethernet network switch, and a two-channel measurement unit. The Ethernet network switch communicates with the central logic unit via an Ethernet network. The Ethernet network switch has an internal power supply and one or more Power over Ethernet (PoE) ports that communicate data and provide power to connected devices. The two-channel measuring unit has a first and second sensor and one or more sensor modules. The first sensor senses vibration of the machine and generates a first type of vibration data. The second sensor senses the vibration of the machine and generates a second type of vibration data. Each sensor module has one or more sensor interfaces to provide electrical connection to one or both of the first and second sensors. Each sensor module also has a PoE port that connects to one of the Ethernet network switch PoE ports to communicate data to the Ethernet network switch and receive power from the Ethernet network.

In einigen Ausführungsbeispielen sind der erste und der zweite Sensor in einem einzigen Messeinheitsgehäuse montiert.In some embodiments, the first and second sensors are mounted in a single measurement unit housing.

In einigen Ausführungsbeispielen ist der Ethernet-Netzwerkschalter innerhalb des Messeinheitsgehäuses angeordnet.In some embodiments, the Ethernet network switch is located within the measurement unit housing.

Der erste Sensor umfasst einen Wirbelstromsensor und der zweite Sensor einen piezoelektrischen Sensor oder einen seismischen Sondensensor.The first sensor comprises an eddy current sensor and the second sensor comprises a piezoelectric sensor or a seismic probe sensor.

Die Maschine eine weist rotierende Welle auf, die von einem Lager gehalten wird, wobei die zweikanalige Messeinheit an der Maschine angrenzend an die Welle und das Lager montiert ist. Der erste Sensor dieser Ausführungsbeispiele umfasst einen Wirbelstromsensor, wobei die erste Art von Schwingungsdaten relative Wellenschwingungen anzeigt. Der zweite Sensor dieser Ausführungsbeispiele umfasst einen piezoelektrischen Sensor oder einen seismischen Sondensensor, wobei die zweite Art von Schwingungsdaten absolute Lagerschwingungen anzeigt. Die zentrale Logikeinheit dieser Ausführungsbeispiele empfängt die ersten und zweiten Arten von Schwingungsdaten über das Ethernet-Netzwerk und berechnet die absolute Wellenschwingung nach:

  • absolute Wellenschwingung = relative Wellenschwingung - absolute Lagerschwingung.
The machine has a rotating shaft supported by a bearing, with the dual channel measurement unit mounted on the machine adjacent the shaft and bearing. The first sensor of these embodiments comprises an eddy current sensor, with the first type of vibration data being indicative of relative shaft vibrations. The second sensor of these embodiments comprises a piezoelectric sensor or a seismic probe sensor, the second type of vibration data being absolute bearing vibrations indications. The central logic unit of these exemplary embodiments receives the first and second types of vibration data via the Ethernet network and calculates the absolute shaft vibration according to:
  • absolute shaft vibration = relative shaft vibration - absolute bearing vibration.

Einige Ausführungsbeispiele des Systems weisen eine zentrale Logikeinheit, einen ersten Ethernet-Netzwerkschalter und ein oder mehrere erste Sensormodule auf. Die zentrale Logikeinheit, die mit einem Ethernet-Netzwerk kommuniziert, empfängt und verarbeitet die Maschinendaten, die Maschinenvorhersagedaten, Maschinenschutzdaten und Maschinensteuerdaten aufweisen können. Der erste Ethernet-Netzwerkschalter, der über das Ethernet-Netzwerk mit der zentralen Logikeinheit kommuniziert, weist eine interne Stromversorgung und einen oder mehrere Power over Ethernet (PoE) Anschlüsse auf, die geeignet sind, um Daten zu kommunizieren und den angeschlossenen Geräten Strom zur Verfügung zu stellen. Jedes erste Sensormodul weist eine Sensorschnittstelle zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Sensor und einen PoE Anschluss auf, der mit einem der PoE Anschlüsse des ersten Ethernet-Netzwerkschalters verbunden ist. Der PoE Anschluss von jedem ersten Sensormodul kommuniziert Daten zum und empfängt Strom vom ersten Ethernet-Netzwerkschalter.Some example embodiments of the system include a central logic unit, a first Ethernet network switch, and one or more first sensor modules. The central logic unit, which communicates with an Ethernet network, receives and processes the machine data, which may include machine prediction data, machine protection data, and machine control data. The first Ethernet network switch, which communicates with the central logic unit over the Ethernet network, has an internal power supply and one or more Power over Ethernet (PoE) ports suitable for communicating data and providing power to the connected devices deliver. Each first sensor module has a sensor interface for providing an electrical connection to a sensor and a PoE port that is connected to one of the PoE ports of the first Ethernet network switch. The PoE port of each first sensor module communicates data to and receives power from the first Ethernet network switch.

In einigen Ausführungsbeispielen sind der erste Ethernet-Netzwerkschalter und die ersten Sensormodule in einem einzigen Messeinheitsgehäuse angeordnet.In some embodiments, the first Ethernet network switch and the first sensor modules are arranged in a single measurement unit housing.

In einigen Ausführungsbeispiele weist das Maschinenmesssystem ein oder mehrere erste Ausgabemodule auf. Jedes erste Ausgabemodul weist eine Ausgabeschnittstelle zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zu einem Ausgabegerät und einen PoE Anschluss auf, der mit einem der PoE Anschlüsse des ersten Ethernet-Netzwerkschalters verbunden ist. Der PoE Anschluss von jedem ersten Ausgabemodul kommuniziert Daten zum und empfängt Strom vom ersten Ethernet-Netzwerkschalter.In some embodiments, the machine measurement system includes one or more first output modules. Each first output module has an output interface for providing an electrical connection to an output device and a PoE port that is connected to one of the PoE ports of the first Ethernet network switch. The PoE port of each first output module communicates data to and receives power from the first Ethernet network switch.

In einigen Ausführungsbeispielen sind das eine oder die mehreren ersten Ausgabemodule in dem Messeinheitsgehäuse angeordnet.In some embodiments, the one or more first output modules are arranged in the measuring unit housing.

In einigen Ausführungsbeispielen weist das Maschinenmesssystem einen zweiten Ethernet-Netzwerkschalter und ein oder mehrere zweite Sensormodule auf. Der zweite Ethernet-Netzwerkschalter, der keine interne Stromversorgung hat, weist einen PoE Anschluss auf, der mit einem der PoE Anschlüsse des ersten Ethernetschalteres verbunden ist, um Daten zum ersten Ethernet-Netzwerkschalter zu kommunizieren und Strom davon zu empfangen. Der zweite Ethernet-Netzwerkschalter weist ebenfalls einen oder mehrere PoE Anschlüsse auf, die geeignet sind, um Daten zu kommunizieren und den mit dem zweiten Ethernet-Netzwerkschalter verbundenen Geräten Strom zur Verfügung zu stellen. Jedes der zweiten Sensormodule weist eine Sensorschnittstelle zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Sensor und einen PoE Anschluss auf, der mit einem der PoE Anschlüsse des zweiten Ethernet-Netzwerkschalters verbunden ist. Der PoE Anschluss von jedem zweiten Sensormodul kommuniziert Daten zum und empfängt Strom vom zweiten Ethernet-Netzwerkschalter.In some embodiments, the machine measurement system includes a second Ethernet network switch and one or more second sensor modules. The second ethernet network switch, which has no internal power supply, has a PoE port that is connected to one of the PoE ports of the first ethernet switch to communicate data to and receive power from the first ethernet network switch. The second Ethernet network switch also has one or more PoE ports suitable for communicating data and providing power to devices connected to the second Ethernet network switch. Each of the second sensor modules has a sensor interface for providing an electrical connection to a sensor and a PoE port that is connected to one of the PoE ports of the second Ethernet network switch. The PoE port of every second sensor module communicates data to and receives power from the second Ethernet network switch.

In einigen Ausführungsbeispielen sind der zweite Ethernet-Netzwerkschalter und die zweiten Sensormodule in dem Messeinheitsgehäuse angeordnet.In some embodiments, the second Ethernet network switch and the second sensor modules are arranged in the measuring unit housing.

In einigen Ausführungsbeispielen ist die Sensorschnittstelle von jedem der ersten Sensormodule geeignet, um eine elektrische Verbindung zu einem Wirbelstromsensor, piezoelektrischen Sensor, seismischen Sondensensor, Linear Variable Differential Transformer (LVDT) Sensor, Spannungssensor, Stromsensor, Temperatursensor oder Drucksensor zur Verfügung zu stellen.In some embodiments, the sensor interface of each of the first sensor modules is adapted to provide an electrical connection to an eddy current sensor, piezoelectric sensor, seismic probe sensor, linear variable differential transformer (LVDT) sensor, voltage sensor, current sensor, temperature sensor, or pressure sensor.

In einigen Ausführungsbeispielen ist die Ausgabeschnittstelle von jedem der ersten Ausgabemodule geeignet, um eine elektrische Verbindung zu einem Relais, einem Schalter, einem Stellelement, einem Ventil, einem digitalen Ausgang, einem Spannungsausgang, einem Stromausgang, einer Linearpositionseinheit und einem Schrittmotor zur Verfügung zu stellen.In some embodiments, the output interface of each of the first output modules is adapted to provide an electrical connection to a relay, a switch, an actuator, a valve, a digital output, a voltage output, a current output, a linear position unit, and a stepper motor.

In einigen Ausführungsbeispielen weist das Maschinenmesssystem einen dritten Ethernet-Netzwerkschalter auf. Der dritte Ethernet-Netzwerkschalter weist eine interne Stromversorgung, einen oder mehrere PoE Anschlüsse, die Daten kommunizieren und angeschlossenen Geräten Strom zur Verfügung stellen, ein Drahtlosmodul zum drahtlosen Kommunizieren von Daten zum und vom dritten Ethernet-Netzwerkschalter und ein oder mehrere dritte Sensormodule auf. Jedes der dritten Sensormodule weist eine Sensorschnittstelle, die eine elektrische Verbindung mit einem Sensor zur Verfügung stellt, und einen PoE Anschluss auf, der mit einem der PoE Anschlüsse des dritten Ethernet-Netzwerkschalters verbunden ist. Der PoE Anschluss von jedem dritten Sensormodul kommuniziert Daten zum und empfängt Strom vom dritten Ethernet-Netzwerkschalter.In some embodiments, the machine measurement system includes a third Ethernet network switch. The third Ethernet network switch has an internal power supply, one or more PoE ports that communicate data and provide power to connected devices, a wireless module for wirelessly communicating data to and from the third Ethernet network switch, and one or more third sensor modules. Each of the third sensor modules has a sensor interface that provides an electrical connection to a sensor and a PoE port that connects to one of the PoE ports of the third Ethernet network switch. The PoE port of every third sensor module communicates data to and receives power from the third Ethernet network switch.

Figurenlistecharacter list

Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden durch Bezug auf die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den Figuren deutlich, wobei Elemente nicht maßstabsgerecht sind, um die Details deutlicher darzustellen, wobei ähnliche Referenznummern ähnliche Elemente in den verschiedenen Ansichten darstellen.

  • 1 stellt ein System zum Speisen und Kommunizieren mit verschiedenen Komponenten eines Maschinenmess-/Steuersystems über Power over Ethernet entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dar und
  • 2 stellt ein zweikanaliges Messgerät entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dar.
Other embodiments of the invention will become apparent by reference to the detailed description in conjunction with the figures, where elements are not drawn to scale in order to show the details, like reference numerals represent like elements throughout the different views.
  • 1 FIG. 12 illustrates a system for powering and communicating with various components of a machine measurement/control system via Power over Ethernet in accordance with a preferred embodiment; and FIG
  • 2 12 represents a two-channel measuring device according to a preferred embodiment.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Gemäß 1 weist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Maschinenmess-/Steuersystems 10 eine zentrale Logikeinheit 12 auf, die von verschiedenen Sensormodulen oder Ausgabemodulen erhobene Daten empfängt und verarbeitet, die einer Maschine 16 in einer Industrieanlage zugeordnet sind. Die zentrale Logikeinheit 12 kommuniziert mit den Netzwerkschaltern 18 und 24 über ein Kommunikationsnetzwerk, das in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Standard-Ethernetkabel 14a und 14b aufweist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die zentrale Logikeinheit 12 eine Stromversorgung 13 auf.According to 1 For example, a preferred embodiment of a machine measurement/control system 10 includes a central logic unit 12 that receives and processes data collected from various sensor modules or output modules associated with a machine 16 in an industrial plant. The central logic unit 12 communicates with the network switches 18 and 24 over a communications network, which in a preferred embodiment comprises standard Ethernet cables 14a and 14b. In the preferred embodiment, the central logic unit 12 has a power supply 13 .

Die Netzwerkschalter 18 und 24, die durch ihre eigenen Stromversorgungen 20 und 26 gespeist werden, stellen den angeschlossenen Geräten über ein PoE Ethernet-Kabel 15 Power over Ethernet (PoE) zur Verfügung. Der Netzwerkschalter 24 ist vorzugsweise ein drahtgebundener Ethernet-Schalter, wogegen der Schalter 18 zusätzlich zur drahtgebundenen Kommunikation auch die drahtlose Netzwerkkommunikation über ein Drahtlosmodul 22 unterstützt. Der Schalter 24 stellt dem Schwingungssensormodul 40 über einen PoE Anschluss 24b und das PoE Kabel 15a die Datenkommunikationen und Strom zur Verfügung. Das Schwingungssensormodul 40 erzeugt Schwingungsdaten auf der Basis von Schwingungssignalen, die von einem Schwingungssensor 38, wie etwa einem piezoelektrischen Sensor, empfangen wurden. Das Schwingungssensormodul 40 weist eine Sensorschnittstelle 39 zur Verbindung mit dem Sensor 38 und einen PoE Anschluss 41 zum Verbinden mit dem PoE Kabel 15a auf. In dem Sensormodul 40 sind zwischen der Sensorschnittstelle 39 und dem PoE Anschluss 41 eine Signalkonditionierungsschaltung und eine Analog-Digital-Wandlerschaltung angeordnet.Network switches 18 and 24, powered by their own power supplies 20 and 26, provide Power over Ethernet (PoE) to attached devices via a PoE Ethernet cable 15. The network switch 24 is preferably a wired Ethernet switch, whereas the switch 18 also supports wireless network communication via a wireless module 22 in addition to wired communication. The switch 24 provides the data communications and power to the vibration sensor module 40 via a PoE connector 24b and the PoE cable 15a. The vibration sensor module 40 generates vibration data based on vibration signals received from a vibration sensor 38, such as a piezoelectric sensor. The vibration sensor module 40 has a sensor interface 39 for connection to the sensor 38 and a PoE connector 41 for connection to the PoE cable 15a. A signal conditioning circuit and an analog/digital converter circuit are arranged in the sensor module 40 between the sensor interface 39 and the PoE connection 41 .

Der Schalter 24 stellt außerdem Datenkommunikationen mit einer ersten Messeinheit 28 über das PoE Kabel 15b zur Verfügung. Spezieller stellt das PoE Kabel 15b eine Datenkommunikation mit einem Netzwerkschalter 30 zur Verfügung, der eine Komponente der ersten Messeinheit 28 ist. Der Schalter 30, der über seine eine eigene interne Stromversorgung 32 verfügt, stellt die Datenkommunikation und Stromversorgung über die PoE Anschlüsse 30a - 30d für Sensormodule und Ausgabemodule 34a - 34d zur Verfügung, die Komponenten der Mess-/Steuereinheit 28 sind. Jedes Sensor- und Ausgabemodul 34a - 34d weist einen PoE Anschluss 33a - 33d auf. Die Sensor- und Ausgabemodule weisen ein Ventilsteuerungsstellmodul 34a, das über eine Sensorschnittstelle 35a mit einem Ventilsteuerungsstellelement 36a verbunden ist, zwei Schwingungsüberwachungsmodule 34b und 34c, die über die Sensorschnittstellen 35b und 35c mit den Schwingungssensoren 36b und 36c verbunden sind, und ein Spannungsmessmodul 34d auf, das über eine Sensorschnittstelle 35d mit einem Spannungssensor 36d verbunden ist. Der Schalter 30 und die Module 34a - 34d der ersten Messeinheit 28 werden vorzugsweise in einem einzigen Messeinheitsgehäuse aufgenommen.The switch 24 also provides data communications with a first measurement unit 28 via the PoE cable 15b. More specifically, the PoE cable 15b provides data communication with a network switch 30 that is a component of the first measurement unit 28 . The switch 30, which has its own internal power supply 32, provides the data communication and power supply via the PoE connections 30a-30d for sensor modules and output modules 34a-34d, which are components of the measurement/control unit 28. Each sensor and output module 34a - 34d has a PoE connection 33a - 33d. The sensor and output modules have a valve control actuator module 34a, which is connected to a valve control actuator 36a via a sensor interface 35a, two vibration monitoring modules 34b and 34c, which are connected to the vibration sensors 36b and 36c via the sensor interfaces 35b and 35c, and a voltage measurement module 34d. which is connected to a voltage sensor 36d via a sensor interface 35d. The switch 30 and the modules 34a-34d of the first measurement unit 28 are preferably housed in a single measurement unit housing.

Der Schalter 18 stellt Datenkommunikationen und Strom über die PoE Verbindung 15e und den PoE Anschluss 45 für ein Strommessmodul 44 zur Verfügung. Das Strommessmodul 44 erzeugt aktuelle Daten auf der Basis von aktuellen Messsignalen, die über die Schnittstelle 43 von einem Stromsensor 42 empfangen werden.The switch 18 provides data communications and power to a power sense module 44 via the PoE connection 15e and the PoE port 45 . Current measurement module 44 generates current data based on current measurement signals received from current sensor 42 via interface 43 .

Der Schalter 18 stellt außerdem Datenkommunikationen und Strom für eine zweite Messeinheit 46 über den PoE Anschluss 18b und das PoE Kabel 15c zur Verfügung. Spezieller stellt das PoE Kabel 15c eine Datenkommunikation und Strom für einen PoE Anschluss 48c eines Netzwerkschalters 48 zur Verfügung, der eine Komponente der zweiten Messeinheit 46 ist. Der Schalter 48, der über keine eigene interne Stromversorgung verfügt, stellt eine Datenkommunikation und Strom über die PoE Anschlüsse 48a und 48b für PoE Anschlüsse 49 und 53 von zwei Sensormodulen 50 und 54 zur Verfügung, die Komponenten der Mess-/Steuereinheit 46 sind. Die Sensormodule 50 und 54 umfassen zwei Schwingungsüberwachungsmodule, die Schwingungsdaten auf der Basis von Schwingungssignalen erzeugen, die über die Sensorschnittstellen 51 und 55 von den Schwingungssensoren 52 und 56 empfangen werden. In einem der nachfolgend erörterten bevorzugten Ausführungsbeispiele ist der Sensor 52 ein Wirbelstromsensor und der Sensor 56 ein piezoelektrischer Sensor oder ein seismischer Sensor. Der Schalter 48 und die Schwingungsüberwachungseinheiten 50 und 54 der zweiten Messeinheit 46 werden vorzugsweise in einem Messeinheitsgehäuse aufgenommen. Der Schalter 48 kann außerdem über eine Standard-Ethernetverbindung 14c mit dem Schalter 30 kommunizieren.The switch 18 also provides data communications and power to a second sensing unit 46 via the PoE port 18b and PoE cable 15c. More specifically, the PoE cable 15c provides data communication and power to a PoE port 48c of a network switch 48 that is a component of the second sensing unit 46 . The switch 48, which does not have its own internal power supply, provides data communication and power via the PoE connections 48a and 48b for PoE connections 49 and 53 of two sensor modules 50 and 54, which are components of the measurement/control unit 46. Sensor modules 50 and 54 include two vibration monitoring modules that generate vibration data based on vibration signals received via sensor interfaces 51 and 55 from vibration sensors 52 and 56 . In one of the preferred embodiments discussed below, sensor 52 is an eddy current sensor and sensor 56 is a piezoelectric sensor or a seismic sensor. The switch 48 and the vibration monitoring units 50 and 54 of the second measuring unit 46 are preferably integrated in a measuring unit ge taken home. Switch 48 can also communicate with switch 30 via a standard Ethernet connection 14c.

In diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das System 10 außerdem einen drahtlosen Schalter 58 auf, der über eine eigene interne Stromversorgung 60 verfügt. Der Schalter 58 stellt Datenkommunikationen und Strom für einen PoE Anschluss 67 eines Tachometermoduls 66 über einen PoE Anschluss 59 und ein PoE Kabel 15d zur Verfügung. Das Tachometermodul 66 erzeugt Tachometerdaten auf der Basis von Tachometerimpulsen, die über die Sensorschnittstelle 65 von einem Tachometersensor 64 empfangen werden.In this exemplary embodiment, the system 10 also includes a wireless switch 58 that has its own internal power supply 60 . The switch 58 provides data communications and power to a PoE port 67 of a tachometer module 66 via a PoE port 59 and a PoE cable 15d. The speedometer module 66 generates speedometer data based on speedometer pulses received from a speedometer sensor 64 via the sensor interface 65 .

Es gibt mehrere Vorteile des in 1 dargestellten Maschinenmess-/Steuersystems 10 gegenüber herkömmlichen Systemen wie etwa industriellen Netzwerken, die eine Feldbusverdrahtung nutzen. Diese Vorteile weisen auf

  • - Daten können über größere Entfernungen übertragen werden;
  • - es können weit verteilte Messungen mit weniger Stromversorgungen durchgeführt werden;
  • - der Abstand zwischen Sensoren und Sensormodulen kann kürzer sein, wobei dadurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, Rauschen bei Signalen mit niedriger Amplitude aufzunehmen;
  • - die Umwandlung von analogen Signalen in digitale Signale erfolgt näher an den Sensoren, wobei die Wahrscheinlichkeit von Rauschen weiter reduziert wird; und
  • - geringere Installationskosten.
There are several advantages of the in 1 illustrated machine measurement/control system 10 over conventional systems such as industrial networks that utilize fieldbus wiring. These advantages show
  • - Data can be transmitted over longer distances;
  • - widely distributed measurements can be performed with fewer power supplies;
  • - the distance between sensors and sensor modules can be shorter, thereby reducing the likelihood of picking up noise on low-amplitude signals;
  • - the conversion of analog signals into digital signals takes place closer to the sensors, further reducing the likelihood of noise; and
  • - lower installation costs.

Ein weiterer Vorteil ist die Skalierbarkeit. So kann zum Beispiel in einem Ausführungsbeispiel eine Gruppierung von zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Sensor- oder Ausgabemodulen in einem einzigen Gehäuse zusammen gruppiert und als eine Einheit mit dem Kommunikationsnetzwerk verbunden werden. Im Inneren des Gehäuses befindet sich ein PoE Netzwerkschalter, der das Ethernet-Netzwerk zur Messung und Steuerung der Maschine mit dem PoE Netzwerk verbindet. Die im Gehäuse gruppierten Module benötigen einen oder zwei Ethernet-Eingänge (Ringstruktur zur Verfügbarkeit) und einen Stromeingang. Intern zum Gehäuse liefert der PoE Schalter Strom für einzelne Sensor over Ethernet (SoE), Actor over Ethernet (AoE), Input over Ethernet (IoE), Vibration over Ethernet (VoE - Schwingungen über Ethernet) oder Functional Safety over Ethernet (FSoE - funktionale Sicherheit über Ethernet) Module. In diesem Zusammenhang betrifft ein „Actor“ eine aktive Komponente in einem Prozess oder einer Steuereinheit, wie etwa einem Ventil oder einem Relais. Externe Netzwerkverbindungen können über drahtloses, optisches Ethernet oder andere Standardtechnologien realisiert werden.Another benefit is scalability. For example, in one embodiment, a grouping of two, three, four, five, six or more sensor or output modules may be grouped together in a single housing and connected to the communications network as a unit. Inside the housing there is a PoE network switch that connects the Ethernet network for measuring and controlling the machine to the PoE network. The modules grouped in the housing require one or two Ethernet inputs (ring structure for availability) and a power input. Internal to the housing, the PoE switch provides power for individual Sensor over Ethernet (SoE), Actor over Ethernet (AoE), Input over Ethernet (IoE), Vibration over Ethernet (VoE) or Functional Safety over Ethernet (FSoE - functional Security over Ethernet) modules. In this context, an "actor" refers to an active component in a process or control unit, such as a valve or a relay. External network connections can be realized via wireless, optical Ethernet or other standard technologies.

Zweikanal-MessgeräteTwo channel gauges

Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kombiniert ein Zweikanal-Messgerät die phasensynchronisierte Datenerfassung von zwei Messkanälen in einer elektronischen Messeinheit. Dies ermöglicht es dem Zweikanalgerät, die genauesten Maschinenvorhersage- und Schutzalgorithmen zu implementieren, die zwei Messkanäle und Echtzeitgenauigkeit erfordern.According to a preferred embodiment, a two-channel measuring device combines the phase-synchronized data acquisition of two measuring channels in one electronic measuring unit. This enables the two-channel device to implement the most accurate machine prediction and protection algorithms that require two measurement channels and real-time accuracy.

Ein Beispiel für eine Messung, die mit einem phasensynchronisierten Zweikanalgerät implementiert werden kann, ist die absolute Wellenschwingung. Bei dieser Messung misst ein Sensor die relative Schwingung zwischen einem Sensorgehäuse und der Maschinenwelle, wobei ein weiterer Sensor die Schwingung des Sensorgehäuses misst. Die Gehäuseschwingung wird von der relativen Schwingung von der Welle zum Gehäuse abgezogen, um die tatsächliche Wellenschwingung im Inneren des Gehäuses zu bestimmen. Damit werden in diesem Messmodus die beiden Kanäle kombiniert, um die absolute Wellenschwingung zu messen und zu berechnen, wie etwa in Einheiten von µm oder „mil“. In bevorzugten Ausführungsbeispielen werden Signalamplituden als Null zur Spitze oder Spitze zu Null bewertet.An example of a measurement that can be implemented with a dual-channel phase-locked instrument is absolute shaft vibration. In this measurement, a sensor measures the relative vibration between a sensor housing and the machine shaft, with another sensor measuring the vibration of the sensor housing. The case vibration is subtracted from the relative vibration from the shaft to the case to determine the actual shaft vibration inside the case. Thus, in this measurement mode, the two channels are combined to measure and calculate the absolute shaft vibration, such as in units of µm or "mil". In preferred embodiments, signal amplitudes are evaluated as zero to peak or peak to zero.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die absolute Wellenschwingung die absolute Lagerschwingung, die von der relativen Wellenschwingung abgezogen wird, entsprechend:

  • absolute Wellenschwingung = relative Wellenschwingung - absolute Lagerschwingung.
In a preferred embodiment, the absolute shaft vibration is the absolute bearing vibration subtracted from the relative shaft vibration, according to:
  • absolute shaft vibration = relative shaft vibration - absolute bearing vibration.

Vorzugsweise wird ein Wirbelstromsensor zur Messung der relativen Wellenschwingung verwendet, wobei ein seismischer oder piezoelektrischer Sensor zur Messung der absoluten Lagerschwingung verwendet wird. In bevorzugten Ausführungsbeispielen sind der Wirbelstromsensor und der seismische oder piezoelektrische Sensor in einem einzigen Messeinheitsgehäuse montiert, so dass sie entlang derselben Messachse an derselben Messstelle an der Maschine ausgerichtet sind.Preferably, an eddy current sensor is used to measure relative shaft vibration, with a seismic or piezoelectric sensor being used to measure absolute bearing vibration. In preferred embodiments, the eddy current sensor and the seismic or piezoelectric sensor are mounted in a single measurement unit housing so that they are aligned along the same measurement axis at the same measurement location on the machine.

In 2 wird ein Beispiel eines Zweikanal-Messgerätes 68 gezeigt, um eine absolute Wellenschwingungsmessung an einer rotierenden Welle 70 vorzunehmen, die von einem Lager 72 gehalten wird. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung 68 einen Wirbelstromsensor 52 und einen piezoelektrischen Sensor 56 auf, die im gleichen Messeinheitsgehäuse 46 montiert sind. Es können jedoch in anderen Ausführungsbeispielen von Mehrkanalmessgeräten andere Arten von Sensoren zur Verfügung gestellt werden.In 2 An example of a dual channel meter 68 is shown for making an absolute shaft vibration measurement on a rotating shaft 70 supported by a bearing 72. FIG. In this preferred embodiment, the measuring device 68 comprises an eddy current sensor 52 and a piezoelectric sensor 56 mounted in the same measuring unit housing 46 . However, it can be used in other designs play of multi-channel measuring devices other types of sensors are made available.

Wie in 1 dargestellt ist, kann Strom für den Wirbelstromsensor 52 und den piezoelektrischen Sensor 56 durch die PoE Verbindung zum Netzwerkschalter 18 über den im Messeinheitsgehäuse 46 der Vorrichtung 48 enthaltenen Netzwerkschalter 48 zur Verfügung gestellt werden. Die Messdaten der Sensoren 52 und 56 werden ebenfalls über den Netzwerkschalter 48 und den Netzwerkschalter 88 an die zentrale Logikeinheit 12 kommuniziert. Die zentrale Logikeinheit 12 führt die oben beschriebenen Berechnungen durch, um die absolute Wellenschwingung zu bestimmen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt die Messvorrichtung 68 die relativen Wellenschwingungsdaten vom Wirbelstromsensor 52 und die absolute Lagerschwingung vom Sensor 56 mit einer Rate von etwa 50 kHz zur Verfügung. Bei anderen Arten von Messungen kann die Datenübertragungsrate abhängig von der Art der Messung von etwa 20 kHz bis etwa 200 kHz variieren.As in 1 As shown, power for the eddy current sensor 52 and the piezoelectric sensor 56 can be provided through the PoE connection to the network switch 18 via the network switch 48 contained in the measuring unit housing 46 of the device 48 . The measurement data from the sensors 52 and 56 are also communicated to the central logic unit 12 via the network switch 48 and the network switch 88 . The central logic unit 12 performs the calculations described above to determine the absolute shaft vibration. In a preferred embodiment, measurement device 68 provides relative shaft vibration data from eddy current sensor 52 and absolute bearing vibration data from sensor 56 at a rate of approximately 50 kHz. For other types of measurements, the data transmission rate can vary from about 20 kHz to about 200 kHz depending on the type of measurement.

Man wird einschätzen können, dass die Messung der absoluten Wellenschwingung nur ein Beispiel für eine Messung ist, die mit einem Zweikanal-Messgerät durchgeführt werden kann. Weitere Beispiele weisen auf

  • - Spitzen- und Phasenmessungen, die mittels zwei Wirbelstromsensoren durchgeführt werden;
  • - SMAX Messungen, die mittels zwei Wirbelstromsensoren oder zwei Piezosensoren oder zwei seismischen Sensoren oder anderen Kombinationen von zwei Sensoren vorgenommen werden;
  • - Orbitmessungen, die mittels zwei Wirbelstromsensoren durchgeführt werden;
  • - Fallstangenmessungen, die mittels zwei Wirbelstromsensoren oder einem Wirbelstromsensor und einem Piezosensor oder einem Wirbelstromsensor und einem seismischen Sensor vorgenommen werden; und
  • - Stangenspaltmessungen, die mittels zwei Wirbelstromsensoren oder einem Wirbelstromsensor und einem Piezosensor oder einem Wirbelstromsensor und einem seismischen Sensor vorgenommen werden.
It will be appreciated that the absolute shaft vibration measurement is just one example of a measurement that can be made with a dual channel meter. Other examples point to
  • - peak and phase measurements performed by two eddy current sensors;
  • - SMAX measurements made using two eddy current sensors, or two piezo sensors, or two seismic sensors, or other combinations of two sensors;
  • - Orbit measurements carried out using two eddy current sensors;
  • - Drop rod measurements made using two eddy current sensors, or one eddy current sensor and one piezo sensor, or one eddy current sensor and one seismic sensor; and
  • - Bar gap measurements made using two eddy current sensors, or one eddy current sensor and one piezo sensor, or one eddy current sensor and one seismic sensor.

Daten-Zeitstempeldata timestamp

In bevorzugten Ausführungsbeispielen wenden die verschiedenen in 1 dargestellten Messmodule 34a - 34d, 40, 44, 50, 54 und 66 einen Zeitstempel auf die Daten von jedem zugeordneten Sensor an. Für viele Arten von Messungen mit Einkanal-Messgeräten kann die Zeitstempelgenauigkeit für Zeitdomänenvergleiche ausreichend sein. Zum Beispiel sollte die zeitliche Genauigkeit der mit Zeitstempel versehenen Daten aus den verschiedenen Messmodulen 34a - 34d, 40, 44, 50, 54 und 66 ausreichend sein, um es der zentralen Logikeinheit 12 zu ermöglichen, einen Zeitdomänenvergleich von Lastdatenwerten von einem vernetzten Modul mit den Schwingungsdatenwerten von einem anderen vernetzten Modul durchzuführen, um eine zeitliche Verbindung zwischen Last und Schwingung zu sehen.In preferred embodiments, the various in 1 Illustrated measurement modules 34a-34d, 40, 44, 50, 54 and 66 apply a time stamp to the data from each associated sensor. For many types of measurements with single-channel measuring devices, the timestamp accuracy can be sufficient for time-domain comparisons. For example, the temporal accuracy of the time-stamped data from the various metering modules 34a-34d, 40, 44, 50, 54, and 66 should be sufficient to allow the central logic unit 12 to perform a time-domain comparison of load data values from a networked module with the Run vibration data values from another networked module to see a temporal relationship between load and vibration.

Um eine gute Zeitstempelgenauigkeit zu erreichen, können Netzwerkprotokolle wie Network Time Protocol (NTP - Netzwerzeitprotokoll) oder Precision Time Protocol (PTP - Präzisionszeitprotokoll) zur Zeitsynchronisation zwischen den verschiedenen Messmodulen und der zentralen Logikeinheit 12 verwendet werden.In order to achieve good time stamp accuracy, network protocols such as Network Time Protocol (NTP) or Precision Time Protocol (PTP) can be used for time synchronization between the various measurement modules and the central logic unit 12 .

Claims (10)

Maschinenmesssystem zum Erheben von Schwingungsdaten, die den Betriebszustand einer Maschine in einer industriellen Umgebung anzeigen, wobei die Maschine eine Rotationswelle aufweist, die von einem Lager gehalten wird, wobei das System umfasst: eine zentrale Logikeinheit, die die Schwingungsdaten empfängt, die den Betriebszustand der Maschine anzeigt, wobei die zentrale Logikeinheit mit einem Ethernet-Netzwerk kommuniziert; einen Ethernet-Netzwerkschalter, der mit der zentralen Logikeinheit über das Ethernet-Netzwerk kommuniziert, wobei der Ethernet-Netzwerkschalter umfasst: eine interne Stromversorgung, um Strom an den Ethernet-Netzwerkschalter zu liefern; und einen oder mehrere Power over Ethernet (PoE - Strom über Ethernet) Anschlüsse, die geeignet sind, um Daten zu kommunizieren und damit verbundenen Geräten Strom zur Verfügung zu stellen; und eine Zweikanal-Messeinheit, welche an der Maschine angrenzend an die Welle und das Lager montiert ist, wobei die Zweikanal-Messeinheit umfasst: einen ersten Sensor mit einem Wirbelstromsensor, zum Erfassen von Schwingungen der Maschine und zum Erzeugen einer ersten Art von Schwingungsdaten, welche eine relative Wellenschwingung anzeigen, einen zweiten Sensor mit einem piezoelektrischen Sensor oder seismischen Sondensensor zum Erfassen von Schwingungen der Maschine und zum Erzeugen einer zweiten Art von Schwingungsdaten, welche absolute Lagerschwingungen anzeigen; ein oder mehrere Sensormodule, wobei jedes umfasst: eine oder mehrere Sensorschnittstellen, um eine elektrische Verbindung mit einem oder beiden der ersten und zweiten Sensoren bereitzustellen; und einen PoE Anschluss, der mit einem der einen oder mehreren PoE Anschlüsse des Ethernet-Netzwerkschalters verbunden ist, um Daten zum Ethernet-Netzwerkschalter zu kommunizieren und Strom davon zu empfangen, wobei die zentrale Logikeinheit die ersten und zweiten Arten von Schwingungsdaten über das Ethernet-Netzwerk empfängt und die absolute Wellenschwingung berechnet nach : absolute Wellenschwingung = relative Wellenschwingung - absolute Lagerschwingung.A machine measurement system for collecting vibration data indicative of the operating condition of a machine in an industrial environment, the machine having a rotary shaft supported by a bearing, the system comprising: a central logic unit that receives the vibration data indicative of the operating condition of the machine indicates wherein the central logic unit communicates with an Ethernet network; an ethernet network switch in communication with the central logic unit over the ethernet network, the ethernet network switch comprising: an internal power supply to provide power to the ethernet network switch; and one or more Power over Ethernet (PoE - Power over Ethernet) ports suitable for communicating data and providing power to devices connected thereto; and a dual channel measurement unit mounted on the machine adjacent the shaft and bearing, the dual channel measurement unit comprising: a first sensor having an eddy current sensor for detecting vibrations of the machine and for generating a first type of vibration data which indicative of relative shaft vibration, a second sensor including a piezoelectric sensor or seismic probe sensor for sensing vibration of the machine and generating a second type of vibration data indicative of absolute bearing vibration; one or more sensor modules, each comprising: one or more sensor interfaces to provide electrical connection with one or both of the first and second sensors; and a PoE port connected to one of the one or more PoE ports of the Ethernet network switch to communicate data to and receive power from the Ethernet network switch, wherein the central logic unit transmits the first and second types of vibration data over the Ethernet network receives and calculates the absolute shaft vibration according to: absolute shaft vibration = relative shaft vibration - absolute bearing vibration. Maschinenmesssystem nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Sensor in einem einzigen Messeinheitsgehäuse montiert sind.machine measuring system claim 1 , wherein the first and the second sensor are mounted in a single measuring unit housing. Maschinenmesssystem nach Anspruch 2, wobei das eine oder die mehreren Sensormodule in dem einzelnen Messeinheitsgehäuse montiert sind.machine measuring system claim 2 , wherein the one or more sensor modules are mounted in the single measurement unit housing. Maschinenmesssystem nach Anspruch 3, wobei der Ethernet-Netzwerkschalter in dem einzelnen Messeinheitsgehäuse angeordnet ist.machine measuring system claim 3 , wherein the Ethernet network switch is located in the single measurement unit housing. Maschinenmesssystem nach Anspruch 1, wobei die zentrale Logikeinheit geeignet ist, um Maschinenschwingungsdaten zu empfangen und zu verarbeiten, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Maschinenvorhersagedaten, Maschinenschutzdaten und Maschinensteuerdaten besteht.machine measuring system claim 1 wherein the central logic unit is adapted to receive and process machine vibration data selected from the group consisting of machine prediction data, machine protection data and machine control data. Maschinenmesssystem nach Anspruch 1, wobei die zentrale Logikeinheit geeignet ist, um die Maschinenschwingungsdaten zu empfangen und die MaschinenSchwingungsdaten zur Verarbeitung durch ein externes Datenanalysesystem zur Verfügung zu stellen, das verarbeitete Maschinenschwingungsdaten an die zentrale Logikeinheit zurückgibt, wobei die verarbeiteten Maschinenschwingungsdaten aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Maschinenvorhersagedaten, Maschinenschutzdaten und Maschinensteuerdaten besteht.machine measuring system claim 1 wherein the central logic unit is adapted to receive the machine vibration data and to provide the machine vibration data for processing by an external data analysis system which returns processed machine vibration data to the central logic unit, the processed machine vibration data being selected from the group consisting of machine prediction data, machine protection data and machine control data. Maschinenmesssystem zum Erheben von Schwingungsdaten, die den Betriebszustand einer Maschine in einer industriellen Umgebung anzeigen, wobei die Maschine eine Rotationswelle aufweist, die von einem Lager gehalten wird, wobei das System umfasst: eine zentrale Logikeinheit, die die Schwingungsdaten empfängt, die den Betriebszustand der Maschine anzeigt, wobei die zentrale Logikeinheit mit einem Ethernet-Netzwerk kommuniziert; einen Ethernet-Netzwerkschalter, der mit der zentralen Logikeinheit über das Ethernet-Netzwerk kommuniziert, wobei der Ethernet-Netzwerkschalter umfasst: eine interne Stromversorgung, um Strom an den Ethernet-Netzwerkschalter zu liefern; und einen oder mehrere Power over Ethernet (PoE - Strom über Ethernet) Anschlüsse, die geeignet sind, um Daten zu kommunizieren und damit verbundenen Geräten Strom zur Verfügung zu stellen; und eine Zweikanal-Messeinheit, welche an der Maschine angrenzend an die Welle und das Lager montiert ist, wobei die Zweikanal-Messeinheit umfasst: einen ersten Sensor mit einem Wirbelstromsensor, zum Erfassen von Schwingungen der Maschine und zum Erzeugen einer ersten Art von Schwingungsdaten, welche eine relative Wellenschwingung anzeigen, einen zweiten Sensor mit einem piezoelektrischen Sensor oder seismischen Sondensensor zum Erfassen von Schwingungen der Maschine und zum Erzeugen einer zweiten Art von Schwingungsdaten, welche absolute Lagerschwingungen anzeigen; ein oder mehrere Sensormodule, wobei; jedes umfasst: eine oder mehrere Sensorschnittstellen, um eine elektrische Verbindung mit einem oder beiden der ersten und zweiten Sensoren bereitzustellen; und einen PoE Anschluss, der mit einem der einen oder mehreren PoE Anschlüsse des Ethernet-Netzwerkschalters verbunden ist, um Daten zum Ethernet-Netzwerkschalter zu kommunizieren und Strom davon zu empfangen, wobei die zentrale Logikeinheit die ersten und zweiten Arten von Schwingungsdaten über das Ethernet-Netzwerk empfängt und die absolute Wellenschwingung basierend darauf berechnet.Machine measurement system for collecting vibration data indicative of the operating condition of a machine in an industrial environment, the machine having a rotating shaft supported by a bearing, the system comprising: a central logic unit that receives the vibration data indicative of the operational status of the machine, the central logic unit communicating with an Ethernet network; an Ethernet network switch that communicates with the central logic unit over the Ethernet network, the Ethernet network switch including: an internal power supply to provide power to the Ethernet network switch; and one or more Power over Ethernet (PoE - Power over Ethernet) ports suitable for communicating data and providing power to connected devices; and a dual channel measurement unit mounted on the machine adjacent the shaft and bearing, the dual channel measurement unit comprising: a first sensor having an eddy current sensor for detecting vibrations of the machine and for generating a first type of vibration data indicative of relative shaft vibration, a second sensor having a piezoelectric sensor or seismic probe sensor for sensing vibrations of the machine and for generating a second type of vibration data indicative of absolute bearing vibrations; one or more sensor modules, wherein; each includes: one or more sensor interfaces to provide an electrical connection to one or both of the first and second sensors; and a PoE port connected to one of the one or more PoE ports of the Ethernet network switch to communicate data to and receive power from the Ethernet network switch, wherein the central logic unit receives the first and second types of vibration data over the Ethernet network and calculates the absolute shaft vibration based thereon. Maschinenmesssystem nach Anspruch 7, wobei der erste und der zweite Sensor in einem einzigen Messeinheitsgehäuse montiert sind.machine measuring system claim 7 , wherein the first and the second sensor are mounted in a single measuring unit housing. Maschinenmesssystem nach Anspruch 8, wobei das eine oder die mehreren Sensormodule in dem einzelnen Messeinheitsgehäuse montiert sind.machine measuring system claim 8 , wherein the one or more sensor modules are mounted in the single measurement unit housing. Maschinenmesssystem nach Anspruch 9, wobei der Ethernet-Netzwerkschalter in dem einzelnen Messeinheitsgehäuse angeordnet ist.machine measuring system claim 9 , wherein the Ethernet network switch is located in the single measurement unit housing.
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