JP5194229B2

JP5194229B2 - システムモニタリング用データ収集システム

Info

Publication number: JP5194229B2
Application number: JP2008526938A
Authority: JP
Inventors: エーコックスサラ; ディーオッカルラリー; エルウィレスジェフリー; エムアイバースヴィクター
Original assignee: エックステックインコーポレイティッド
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2026-07-18
Also published as: CN101371123B; ES2469672T3; JP2009505277A; US7328130B2; EP1917513B1; CN101371123A; EP1917513A1; US20070043533A1; WO2007021425A1

Description

本出願は一般にデータ収集システムに関し、より詳しくはシステムモニタリング用データ収集システムに関する。

いくつかの運転状態を検出し測定するために機械装置がモニタされることが多い。例えば、運動部分を有する機械では振動または振幅をモニタすることが望ましい。他の例では、シャフトを回転させるために使用される機械のトルク等の負荷を測定することが望ましいと思われる。場合によっては、例えば機械自体が回転シャフトの１分当たりの回転数（RPM）等の運転状態をモニタする能力を有することもある。

しかしながら多くの場合、機械はオペレータが追跡したいと望む運転特性の少なくとも一部に関連するデータを提供する能力を持たない。

所望の測定作業を行い得るモニタリングシステムが提案されている。一例として、携帯可能な手持測定装置を含むシステムが提案されている。この測定装置は交信ケーブルにより、振動により励起される機械上の１点と接続し、測定装置はその点の状態を測定するために使用される。

測定装置からの測定データを処理するために中央コンピュータが使用される。中央コンピュータは測定装置が収集したデータも記憶する。

このような手持測定装置は機械上のある位置における状態を測定可能で、データが収集された特定の点と瞬間的な運転状態の「スナップショット」を提供する。機械のいくつかの運転パラメータをモニタし得るモニタシステムが必要となる。

ある態様では、ギア連結を含む駆動装置を経て部材と結合して駆動する駆動モータにより駆動される部材を含む、モニタシステムの運転パラメータを追跡するための方法が提供される。

駆動モータとギア連結のいずれかに、センサユニットが備えられる。センサユニットにはモニタされるシステムの運転状態に応じてアナログ信号を発生するためのセンサと、センサが発したアナログ信号を処理するための集積局部プロセッサが含まれる。

集積局部プロセッサは、センサが発したアナログ信号のための関連タイマを有し、（ｉ）第１の複数のデジタル信号サンプルを生成し、（ｉｉ）第１の複数のデジタル信号サンプルを伝達用パケットとして纏めるように処理する。

パケットには複数のデジタル信号サンプルのデジタル信号サンプル用の関連タイムスタンプ値と、そこから他のデジタル信号サンプルの相対時間を決定できる関連するレポート速度値が含まれる。

本発明の１つまたは複数の実施態様の詳細が、付属する図面と以下の説明で示される。本発明の他の特徴、目的および利点は、以下の説明と図面、およびクレームから明らかである。

実施態様を説明する目的で、本記述は圧延機動力伝達駆動列のモニタリングに注目する。

しかしながら、本実施態様は一例であり、他の駆動列および機械もモニタし得るので、これに限定するものではない。

モニタし得る他の機械装置の例には、オーバーヘッドクレーンギア駆動装置、動力伝達を含むスリッタ、レベラおよび他の剪断駆動装置等のプロセス機械、および運転状態のモニタリングが望ましい他の伝達駆動応用装置が含まれる。

図１を参照すると、例えば鋼鉄等の金属圧延用の圧延機駆動列１０が、それに接続されたモニタリングシステム１２と共に示される。圧延機駆動列１０には、減速歯車２０、ピニオンアセンブリ２２およびシャフト継ぎ手２４および２６を含む駆動列動力伝達装置を通って作業ロール１６および１８に接続して作動するモータ１４が含まれる。

バックアップロール２８および３０は作業ロール１６および１８に隣接して位置し、それを通って加工片（例えば金属板）が圧延作業中に通過し得る空隙またはニップを形成する。モータ１４および減速歯車２０は圧延機のモータ室部分３２に位置し、一方、ピニオンアセンブリ２２、シャフト継ぎ手２４、２６、作業ロール１６、１８およびバックアップロール２８および３０は、モータ室部分３２から離れた圧延機部分３４内に位置する。

図示した例では、モニタリングシステム１２は振動、温度、トルク、電流速度、回転位置等の圧延機駆動列部品の運転状態をモニタし評価するために用いられる。モニタリングシステム１２には、上記のような様々な駆動列動力伝達部品に局部的に（すなわち伝達部品に、またはその近傍に）固定された、一般に４２、４４および４６で示されるいくつかのセンサユニットが含まれる。センサユニット４２、４６および４６を駆動列動力伝達装置のいくつかの部品に局部的に固定することにより、センサユニットにより発生したデータを用いて部品の運転状態の相対的な比較を行うことができ、場合によっては圧延機駆動列１０の運転状態のより信頼できる分析を提供し得る。

以下により詳細に述べるように、センサユニット４２、４４、４６には、データを収集する一般に３８’で表される、データを関連する情報交信装置（ハブまたコレクタとも呼ばれる）にデータを送るセンサおよびマイクロプロセッサの双方が含まれる。収集されたデータは次に、例えばインターネットを経由して遠隔サーバシステム（図示せず）に接続されるゲートウェイ４０（例えばサーバ）に送られる。

図１をさらに参照すると、モータ１４にはそれに固定されて作動するセンサユニット４２ａ、４２ｂおよび４４が含まれ、センサユニット４４は近接センサ４６および電流変換器に接続している。具体的には、センサユニット４２ａはモータ１４のベアリングハウジング（図示せず）に固定され、ベアリングハウジングにおける振動をモニタするために使用される。

モータ１４の対向するベアリングハウジング（図示せず）にはセンサユニット４２ｂが固定され、対向するベアリングハウジングにおける振動をモニタするために使用される。センサユニット４４はモータ１４の基盤に固定されると共に、外部センサ入力、例えば図に示すような近接センサ４６および電流変換器４８に接続されている。近接センサ４６は、ある実施態様では回転パルスを測定することによりモータ１４の回転速度を測定するために使用できる。電流変換器４８は、モータ１４に供給される電流波形を表す信号出力を提供する。センサ４４は、近接センサ４６および電流変換器４８により供給される信号を用いてデータを収集し、モータの運転をモニタする。

減速歯車２０には４つのセンサユニット４２ｃ、４２ｄ、４２ｅおよび４２ｆが含まれる。センサユニット４２ｃおよび４２ｄは出力ギア５０の駆動シャフトのベアリングハウジング５２に固定され、ベアリングハウジング５２における振動と温度をモニタするために使用される。センサユニット４２ｅおよび４２ｆは入力ピニオンギア５４の入力駆動シャフトのベアリングハウジングに固定され、ギア５４のベアリングハウジングにおける振動と温度をモニタするために使用される。

ピニオンアセンブリ２２には４つのセンサユニット４２ｇ、４２ｈ、４２ｉおよび４２ｊが含まれ、それぞれ関連するベアリングハウジング６４、６６、６８、７０に固定されている。センサユニット４２ｇと４２ｈはピニオンシャフト５６のベアリングハウジング６４、６６に固定されている。センサユニット４２ｉおよび４２ｊはピニオンシャフト５８のベアリングハウジング６８、７０に固定されている。各センサユニット４２ｇ、４２ｈ、４２ｉおよび４２ｊはそのそれぞれのベアリングハウジング６４、６６、６８、７０における振動と温度をモニタするために使用される。

各軸継ぎ手２４および２６には、軸継ぎ手と共に回転する、それぞれに固定されたセンサユニット４６ａおよび４６ｂが含まれる。センサユニット４６ａおよび４６ｂは、それぞれの軸継ぎ手２４および２６の振動、トルク、温度およびシャフトの位置をモニタするために使用される。バッテリーを含むあるセンサユニット４６ａおよび４６ｂの実施態様では、バッテリーの出力レベルを示し、バッテリーの交換または再充電の必要のために、センサユニット４６ａおよび４６ｂがバッテリー電圧をモニタするために使用される。

作業ロール１６、１８にはそれに固定された関連するセンサユニットのペア４２ｋと４２ｌ及び４２ｍと４２ｎが含まれる。センサユニット４２ｋと４２ｌは作業ロールシャフト４３のベアリング７２および７４にそれぞれ固定され、センサユニット４２ｍと４２ｎは作業ロールシャフト７５のベアリング７６および７８にそれぞれ固定されている。各センサユニット４２ｋ〜４２ｎはそれぞれのベアリングの位置で振動と温度をモニタするために使用される。

センサユニット４２、４４、４６を機械駆動列１０に搭載して作動するために任意の適当な方法を使用し得る。ある実施態様では、センサユニット４２、４４、４６はネジ、ボルト等のファスナで機械駆動列１０に締め付けられ、永久に装備されている。熔接等の他の搭載法も可能である。

図１に示すように、各センサユニット４２、４４、４６は通信機３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと交信可能である（例えばＲＳ４８５、４線接続、および／またはＲＦ交信等のワイアレス接続）が、センサユニット４２ａ、４２ｂおよび４４は通信機３８ａに接続し、センサユニット４２ｃ〜４２ｆは通信機３８ｂに接続し、センサユニット４２ｇ〜４２ｊおよびセンサユニット４６ａ、４６ｂは通信機３８ｃに接続し、センサユニット４２ｋ〜４２ｎは通信機３８ｄに接続している。

センサユニット４６ａおよび４６ｂは通信機３８ｃと無線で（例えば全方向ＲＦアンテナ４７を用いて）交信し（例えばＲＦ発信機４５を用いて）、一方、その他のセンサユニット４２ａ〜４２ｎおよび４４は有線で通信機３８ａ〜３８ｄとそれぞれ交信している。全方向ＲＦアンテナを使用することにより、シャフト継ぎ手２４および２６によるセンサユニット４６ａおよび４６ｂの回転による、センサユニット４６ａ、４６ｂと通信機３８ｃとの間の交信妨害を低減し得る。センサユニット４２ａ〜４２ｎ、４４の１つ以上が無線で交信する他の形態も可能である。

ある実施態様では、センサユニットのいずれもが無線で交信しない。例えば、センサユニット４２ａ〜４２ｎ、４６ａ、４６ｂおよび４４のそれぞれが有線で通信機に接続される。

通信機３８ａ〜３８ｄは有線で関連するセンサユニット４２ａ〜４２ｎおよび４４に電力を供給する（例えば８〜２８ＶＤＣ等のＤＣ低電圧）。センサユニット４６ａおよび４６ｂはそれぞれ、内部電源（例えばバッテリー）を含み、電力を供給する。通信機３８ｂ〜３８ｄのそれぞれは、通信機３８ａを通って電源８６（例えば１１０／２２０Ｖ電源）に接続している（ライン８０で示す様に）。

通信機３８はセンサユニット４２、４４、４６から受信したデータを集め、データをゲートウェイ４０に送る。

ゲートウェイ４０は各通信機３８からホスト通信を仕切るためのローカルサーバの役割を果たし、点線８２で示されるローカルネットワーク接続（例えばＬＡＮ接続）およびブリッジ部品８４を経由してオフサイトシステムへのインターネット接続を提供できる。ゲートウェイ４０はライン８８を介して電源８６に接続される。

図２の図形表示を参照すると、センサユニット４２、４４および４６にはセンサ９２（例えば加速度計）、またはセンサのセットおよび同じユニットの一部としての積分ローカルマイクロプロセッサが含まれる。

図示されるようなある実施態様では、マイクロプロセッサ９０とセンサ９２の電子系の双方が同じ回路基板９６上に置かれている。他の実施態様では、マイクロプロセッサ９０の電子系が同じモジュール中に置かれるが、センサ９２の電子系を載せた基板９６からは離れている。

上記のように、センサユニット４２および４６は、例えば振動、温度、トルク／ひずみ、電流、回転速度および／または回転位置等を決定するための具体的な運転データをセンサ９２を用いて収集し、それらは機械の運転状態に応答する。標準電圧や電流出力センサを含む追加的な物理データの入手はセンサユニット４４を実用化することで可能である。

図３Ａ〜３Ｄは３軸振動に応答するセンサ９２ａと、温度、ある実施態様ではひずみに反応するセンサ９２ｂとを含むセンサユニット４２の実施態様を示す。センサ９２はマイクロプロセッサも載せた回路基板９６に搭載され、センサ９２ｂには遠隔温度検出装置と連結するための入力が含まれる。

ある実施態様では、センサ９２ａはマイクロプロセッサ９０を搭載する回路基板９６から離れて含まれる。ある実施態様では、センサユニット４２には温度および／またはひずみセンサ９２ｂは含まれない。

図４Ａおよび４Ｂを参照すると、センサユニット４４には３つの±１０ボルト入力９５、３つの４〜２０ｍＡ電流入力９７、光エンコーダ入力９９および近接スイッチ入力１０１が含まれる。センサユニット４４には温度センサ９２ｂおよびバッテリ等の電源も含まれる。

図５Ａおよび５Ｂを参照すると、センサユニット４６は無線であり、回転シャフトに取り付けることができる。センサ46には１つのシャフト振動センサ９２ａおよび３つの温度および／またはひずみセンサ９２ｂが含まれる。図に示すように、３つのセンサ９２ａおよび９２ｂはマイクロプロセッサ９０と同じ回路基板上に含まれる。電源９３がセンサユニット４６に電力を提供する。

ある実施態様では、センサユニット４６にはマイクロプロセッサ９０を搭載する回路基板９６から離れたセンサ９２ｂが含まれる。

図３Ａ〜５Ｂを参照すると、センサ９２とマイクロプロセッサ９０は容器の中に収納され、ある態様では容器はそれぞれの駆動列１０の要素に搭載される基盤部分１１８と、基盤部分と接続したカバー部分１２２とで形成される。

ある実施態様では、カバー部分１２２と基盤部分１１８とが合体してシールを形成する（例えば耐水シール）。

マイクロプロセッサ９０はセンサ９２から情報またはデータを、例えば電気的アナログ信号の形式で受け取り、データを通信機３８に送る前に前処理することができる（図１）。

マイクロプロセッサ９０は積算タイマ、読み取り専用メモリ、フラッシュメモリ、シリアル通信および／またはアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（ある実施態様では８チャンネル、１０ビットＡ／Ｄ変換器）を含み得る。アナログ信号がセンサ９２から送られ（ある実施態様では連続的に）、マイクロプロセッサで捕捉される。

マイクロプロセッサ９０はセンサユニット４２、４４、４６内でアナログ信号をデジタル信号に変換する。マイクロプロセッサ９０は所定の時間間隔（サンプリングとも呼ばれる）でアナログ信号レベルを測定し、アナログ信号を例えば０〜１０２３の間の整数値に変換する（カウントとも呼ばれる）。

マイクロプロセッサは例えば約８，０００Ｈｚ以上の速度でアナログ信号をサンプリングすることができる。測定のタイプとセンサユニットに依存して整数値を後に「真正価」に変換できる（例えばオフサイトホストプロセッサ）。

例えば、ある実施態様では、例えば図３Ａのセンサユニットのオフボード温度センサ９２から受け取ったデータをデジタル計数から温度値に以下の式を用いて変換し得る：

Ｔｅｍｐ（Ｆ）＝−０．４５７４７８（カウント）＋５００．０

上記のことから、関係する機械部品の運転状態に関連する各レコードで様々なデジタルデータレコードを発生し得ることが理解されると思われる。データ記録容量を管理するため、マイクロプロセッサ９０はそれぞれのレポート速度を有し、マイクロプロセッサがＡ／Ｄ変換器によるデジタルデータ値出力の所定のものを選択し、データをレポートしさらに処理する。これらの実施態様では、レポート速度（例えば１００Ｈｚ、１０００Ｈｚ等）はサンプリング速度（例えば８０００Ｈｚ）より小さい。

これにより、処理する記録の量を減らしてデータ処理量を減少し得る一方、マイクロプロセッサ９０を用いて連続データ収集を可能にする。

このことは、センサ９２の出力またはマイクロプロセッサ９０のサンプリング速度を変化する必要なく、センサユニット４２、４４、４６のレポート速度を柔軟に増加または減少し得る点で有利である。

センサユニット４２、４４、４６のマイクロプロセッサ９０はＡ／Ｄ変換器による出力されるデジタル値の少なくとも一部または全部をマークし、下流の処理および解析を促進する。

例えば、各マイクロプロセッサ９０は各センサユニット４２、４４、４６において指定されたレポート速度で、例えば３２ビット整数によりデジタルデータ値にタイムスタンプする。タイムスタンプはゼロから開始し、例えば１秒の１／１２５毎等の所定の間隔（たとえばサンプリング速度に対応する）以下で増加させる。

ある実施形態では、モニタリングシステム１２のセンサユニット４２、４４、４６の全ては実質的に同時に開始またはリセット（ある実施態様ではユーザの指令により、または自動的に）され、全てのセンサユニットのタイムスタンプは実質的に同じ時間に（例えば相互に±０．５ミリ秒以内に）同じ値で開始する。

ある場合は、各マイクロプロセッサ９０のタイムスタンプを、例えば整数がその最高値に達した場合にゼロに巻き戻す。タイムスタンプはデジタルデータでセンサユニット４２、４４、４６から通信機３８に伝達され、例えばデータ同期、検索運転、照会等のための下流処理中に使用される。

マイクロプロセッサ９０は入力されるアナログ信号の他の前処理を行うこともできる。

ある実施態様では、マイクロプロセッサ９０は警報および処理フィルターを通ってデータを走らせる。警報トリップ（例えば数値が所定の範囲の外へ出た場合に発生する）と処理された価とを関係する通信機３８にレポートすることができる。ある実施態様では、マイクロプロセッサ９０は高速フーリエ変換を行い、警報を発生し、得られたＦＦＴスペクトルにおける閾値で誘発される処理をさらに行う。ある実施態様では、マイクロプロセッサ９０は例えば低域通過フィルターまたは移動平均フィルター等の他のフィルターを通してデータを走らせる。

センサユニット４２、４４、４６に対するデジタルデータにはセンサタイプ識別子、データレポート速度、データタイプ識別子（例えばリアルタイム、移動平均、フィルター済みデータ等）、センサチャネル（データが由来するセンサがどれであるかを識別する）、およびタイムスタンプが含まれる。

ある実施態様では、複数のデジタル信号値が組み合わされ（例えばマイクロプロセッサ９０を使用する個々のセンサユニット４２、４４，４６において）、各パケットにはさらにパケット中のサンプル数、パケット中の第１データサンプルのタイムスタンプ、および各作動センサチャネルに対する読み取りを含むサンプルの流れが含まれる。

ある実施形態では、約１００以上のデジタル信号値、例えば約２００デジタル信号値を組み合わせて伝達できる。データ記録またはパケット構造の例が以下に提供される：

データ記録／パケット
（２バイト）センサタイプ
（２バイト）データレポート速度
（２バイト）データタイプマスク
（２バイト）Ａ／Ｄチャネル選択マスク
（４バイト）第１データサンプルのタイムスタンプ
（２バイト）パケット中のサンプル数
（ｘバイト）データサンプル
ｘ＝（データサンプルあたりのバイト×サンプル数×Ａ／Ｄチャネル数×データタイプ数）

本実施態様では、複数のデジタル信号値（すなわちサンプル数）が第１サンプル用の１個のタイムスタンプを付けて送信するために１つに纏められる。

パッケージ中のレポート速度を含むことにより、パケット中の個々の次のサンプルの相対的なタイミングを遠隔処理ユニットにより決定することができる。パケット中の個々のサンプルに対しタイムスタンプを含むことが可能であるが、そうするためにはより大きいデータファイルが必要となる。

図６を参照すると、データフロー図の例が示される。説明しやすいように本明細書でまとめて１００とするセンサユニット４２、４４、４６は圧延機１０（点線で表示）に局部的に搭載される。

センサユニット１００はそれぞれ、上記のように圧延機の運転状態に対応するデータを発生することができる。センサユニット１００は通信機３８に接続され、センサユニットが前処理データを通信機に送ることができる。

ゲートウェイ４０に接続された４個の通信機３８が示されるが、６個の通信機等のより多くの通信機が存在してもよく、あるゲートウェイ４０に対しては２個の通信機等の４個以下の通信機であってもよい。

通信機３８は、ブリッジとセンサユニット１００の付随グループ１０２、１０３、１０４、１０５とゲートウェイ４０に対する高次制御装置とを提供する中間機器である。各通信機３８は６個の直列通信チャネルを有し、各チャネルによりそれぞれのセンサユニット１００へ接続される。

例えば、通信機３８は６個の直列通信チャネルｉ〜ｖｉを有し、各チャネルはそれぞれのセンサユニットa〜ｆへ接続される。各通信チャネルは専用マイクロプロセッサ、例えばそれぞれの通信機３８におけるチャンネルあたり１個のマイクロプロセッサで制御される。デジタルデータ信号値（例えばパケット中の）は、例えば２秒毎にゲートウェイ４０に送られる。

ある実施態様では、別なマイクロプロセッサが通信機３８に含まれ、無線センサユニット（例えば図１のセンサユニット４６ａおよび４６ｂ）とる通信するための無線通信機チャネルを制御する。

通信機３８は、ゲートウェイ４０によるネットワーク接続（例えばＬＡＮ接続）を制御するための他のマイクロプロセッサをさらに含み得る。ある場合は、通信機３８は付随するセンサユニット１００に自己復帰型直流電力を提供し、選択したチャネルを通る通信を切断する一方、残りのチャネルを通る通信を可能にする。

ある実施態様では、モニタリングシステム１２には１つ以上のチャンネル接続上に独立の電流制限電圧制御器が含まれる。制御器は専用チャネルマイクロプロセッサによりモニタされて制御され、チャネル電源が配線および／またはセンサの電気的故障を同定し、故障から回復する様に自己修復する。

一例として、センサ出力が短絡した場合、電流遮断調節器がセンサ供給電圧を抑制し、即時の損傷を防止する。チャネルマイクロプロセッサは、チャネル電圧が異常なレベルであることを検出でき、故障したセンサに対する電力を遮断し、故障メッセージを発する。

ある実施態様では、正常な運転を検出するためにチャネルマイクロプロセッサは定期的にセンサ電力の印加を再試行することができる。

ゲートウェイ４０はサーバまたはパーソナルコンピュータである（例えばオープンソースおよびソフトウエアツールを備えたリナックスオペレーティングシステムを備えたインテル（登録商標）ベースコンピュータである）。ある実施態様では、ゲートウェイ40には例えば１つは通信機接続用、もう１つはユーザーネットワークおよびインターネットアクセス用の複数のネットワークカードが含まれる。ある実施態様では、１つ以上のゲートウェイ４０が存在し得る。これらの実施態様のいくつかには複数のゲートウェイ４０が含まれ、１つのゲートウェイはマスタとして働き、全てのインターネット通信を取り扱う。

ゲートウェイ４０は通信機３８に接続され、例えばセンサユニットと通信機識別子とが発生したタイムスタンプに対し１秒の精度でデータ／時間値を受け取り付け加える。ゲートウェイ４０と各センサユニット１００で発生したタイムスタンプとにより付け加えられた日付と時間の価が、各データ記録値パケットに対する識別子として使用される。

ある実施態様では、ゲートウェイは例えば警報処理および１つ以上のセンサユニットまたはモジュールＡ／Ｄチャネル等の受け取ったデータをさらに加工する。ゲートウェイ４０はメモリ中にデータをしばらく保存することができ、データ（および付随する警報情報および他の処理結果）をサーバ群、例えば表示サーバ１０８、データサーバ１１０および／またはプロセスサーバ１１２に連続的に送る。

センサユニット１００のハードウエアタイムスタンプと、ゲートウェイ４０により付け加えられた日付／時間値の組み合わせは、各データ記録サンプルを時間に合わせて正確に示すために使用できる。ＵＤＰプロトコールをゲートウェイ４０と通信機３８との間で通信するために使用できる。

ＵＤＰプロトコールは例えばＴＣＰ等の完全に同期したプロトコールと比較してより少ないデータオーバーヘッドしか必要とせず、データに対するバンド幅の保留を可能にする。ＵＤＰは非同期であるので、順番外のゲートウェイでパケットを受信し得る。

ハードウエアタイムスタンプおよび日付／時間値の組み合わせは、例えばパケットがどのように入ってきたかに係わりなく、システム中でデータパケットの流れを時間を合わせて再構築できる。

ゲートウェイ４０は任意の適した方法を用いて表示サーバ１０８、データサーバ１１０およびプロセスサーバ１１２と通信可能である。

ある実施態様では、ゲートウェイ４０とサーバ１０８、１１０および１１２との間の通信はＨＴＴＰプロトコールとＴＣＰ／ＩＰとを用いて行われる。ゲートウェイ４０は圧延機１０の健全性をモニタする診断ツールを提供し、ｅ−メール、電話、ポケットベルおよび他の通信機器を通じてユーザに知らせることができる。

サーバ１０８、１１０および１１２は、オープンソースおよびソフトウエアツールを有するリナックスオペレーティングシステムを有するインテル（登録商標）ベース等の任意の適当な形態でよい。表示サーバ１０８はモータルーム部分３２（図１）から離れて位置し、全てのサーバに対する中心通信ポイントを提供する。表示サーバ１０８は全てのゲートウェイ（すなわちゲートウェイ４０）からデータを集め、ウエブベースインターフェース１１４をユーザに提供する。

サポートサーバ、例えばデータベースサーバ１１０およびプロセスサーバ１１２はファイアウオール１０６内に存在し、データ保存およびアクセス、グラフィックの生成、および解析目的のデータ処理専用のサーバおよびサーバクラスタが含まれる。

パケット中のデータサンプルの同期化は、第１データサンプルにタイムスタンプ、パケットサイズデータレポート速度およびＡ／Ｄチャネル数を用いてデータサーバ１１０により行われる。この情報は、例えばデータベースサーバ上でｄｗｄａｔａプロセス中に個々のデータサンプルに対するタイムスタンプを計算するために用いられる。

データベースサーバはゲートウェイ４０から表示サーバ１０８により集められたデータを読み取り、データパケットを分割し、１つ以上のデータベース表中の個々の列としてデータサンプルを保存する。

例えばレポートおよびグラフ中に表示するため、および／または振動データの高速フーリエ変換の作成等の後解析で使用するために、データサンプルをユーザコマンドにより同期させる。データサンプルパケットをユーザ専用領域にある日付／時間値を用いて撰ぶことができる。次いでユーザ専用領域にあるデータサンプルパケットのデータサンプルを、上記の様にタイムスタンプにより検索することができる。

サーバユニットで例えばパケットの第１データサンプルに指定されるか、上記のようにデータサーバにより計算される場合でも、そのタイムスタンプによりデータサンプルを検索することは、データサンプルがセンサを横断して次第に並べられことをより保証すると思われる。データサンプルのこの配列は、例えば振動が駆動列を通って移動する場合、駆動列を横断する様々な場所における運転状態を示すために重要である。

ある実施態様では、４２０個以上のセンサ等の約１００個以上のセンサ由来のデータサンプルを、例えば全てのセンサを実質的に同時に０のタイムスタンプに設定する（すなわち相互に１／２ミリ秒の許容し得る誤差バンド内で）ことにより、タイムスタンプを用いて同期させることができる。

センサユニット１００を含むモニタリングシステム１２の部品は、自動的および／またはユーザコマンドにより再構成される。

ある実施態様では、センサユニット１００のデータ収集およびデータレポートを、ゲートウェイ４０および／または通信機３８からセンサユニットに送られるコマンドにより、両者間の連続通信リンクにわたって構築可能である。センサユニット１００から通信機３８へのデータレポートを、レポート速度、データタイプおよびレポートされるＡ／Ｄチャネル等のパラメータで構築可能である。

ある実施例では、例えば部品の与えられたデータの位置の測定された回転速度に基づき、レポート速度が自動的に変化する。

このような再構築は、上記のようにセンサユニット１００内にマイクロプロセッサ９０を置くことにより達成され、各センサユニットに入力データを局部的に処理する能力が与えられる。

ある場合は、センサユニット１００およびセンサユニット３８内のマイクロプロセッサ用のオペレーティングソフトウエアの遠隔運転再プログラムが可能であり、例えば中心位置からインターネット経由でモニタリングシステム１２の搭載された部品のアップグレードに使用できる。

ゲートウェイ４０にはｄｗｃｏｎｆｉｇ、ｄｗｍｏｎｉｔｏｒおよびｄｗｓｅｎｄを含む様々なプロセスで実行されるソフトウエアが含まれる。ｄｗｃｏｎｆｉｇはサーバ１０８、１１０および１１２からペンディングコマンド検索し、そのコマンドをｄｅｍｏｎｉｔｏｒ用に待ち行列に入れる。ｄｗｍｏｎｉｔｏｒはコマンドを通って通信機／センサユニットネットワークへ行き、データを受け取りデータをメモリ中に格納する（例えばローカルデータベースで）。

ゲートウェイ４０から受け取ったコマンドに応じてシステム起動時および作動中に、警報および処理アプリケーションをｄｗｍｏｎｉｔｏｒに附加することができる。ｄｗｓｅｎｄは保存されたデータを検索し、そのデータをサーバ１０８、１１０よび１１２に送る。

表示サーバ１０８には、データをゲートウェイ４０から受け取り、そのデータを中間データベースの表中に格納するウエブサービスが含まれる。データベースサーバ１１０は、データを中間データベースから取り出し、そのデータを一連のデータベースおよびデータベース表全体に展開するｄｗｄａｔａプロセスを実行する。

各センサユニット１００はデータベース中に格納されたそれぞれの一連のテーブルを有し、各センサユニット１００Ａ／Ｄチャネルは一連のテーブル中にそれぞれのテーブルを有する。プロセスサーバ１１２は、例えばグラフを作成し表示サーバ１０８に対する要請により処理済データを提供できる。

モニタリングシステム１２には、機械の運転状態を解析する場合に利用できるいくつかのソフトウエアツールとアプリケーションが含まれる。

ある実施態様では、モニタリングシステム１２には、人間の心がどのように経験した知識を格納するかを真似る人工知能技術である「ケースに基づく推論」（ＣＢＲ）が含まれる。状況はケースと呼ばれる一連のパラメータとして特徴づけられる。要請により新しいケースが作成され、しばしば不完全パラメータセットとして特徴づけられる。新しいケースのパラメータセットに類似するデータベースから最隣接アルゴリズムがケースを選択し、その後のプロセスの新しいケースにどのように反応するかに関する方向性を提供するために使用される。ＣＢＲを振動および保守要員の基本的な経験知識をまねるために使用できる。

図７はモニタリングシステム１２を用いて測定された振動値を示す実験レポート１２０を示す。例えばレポート１２０を、上記のようなサーバ１０８、１１０および１１２等と通信可能なパーソナルコンピュータ等のユーザインターフェースを経由して遠隔で評価することができる。

上記のモニタリングシステム１２は知的データ収集ネットワークを提供できる。部分的にはこれは様々なデータ収集コマンドを受け取り、実行できるサーバユニット１００にマイクロプロセッサ９０を置くことにより行われる。モニタリングシステム１２は、様々な異なったデータ収集モデルに対し設定可能である。

ある実施態様では、モニタリングシステム１２にはルーチンモードと解析モードとが含まれる。ルーチンモードでは、モニタリングシステム１２は所定の一貫した繰り返し可能な様式でデータを収集し、現行の解析を行うことができる。潜在的な問題（例えばモニタリングシステム１２および／またはユーザにより、例えば遠隔で）が検出された場合、解析モードを開始して詳細な診断の目的のためにデータ収集を行うことができる。

ゲートウェイ４０により附加された日付／時間値は１秒の精度である。センサユニットに加えられるタイムスタンプの精度は０．０００１２５秒である。これは約８０００Ｈｚまでのレポート速度で、モニタリングシステム１２がデータサンプルの同期を保つことを可能にする。モニタリングシステムの構成は他の既存の社内モニタリングシステムを収容するための多様なプロトコールに適応可能で、既存の装置モニタリングシステムに附加することができる。

モニタリングシステム１２のソフトウエアには駆動列診断のための解析能力も含み得る。部品ゲートウェイおよび仕様情報も含まれ、運転状態の詳細で正確な評価が可能である。

いくつかの詳細な実施態様を説明してきたが、様々な変更を行い得ることが理解されると思われる。従って、他の実施態様もクレームの範囲内である。

モニタリングシステムを用いる機械モニタリングのための方法と装置の実施態様の説明図である。図１のモニタリングシステムで用いられるセンサユニットの実施態様の説明図である。センサユニット筐体の一部の実施態様の上面図である。図３の部分を除いたセンサユニットの実施態様の平面図である。図３Ａの部分の側面図である。図３Ａの部分を除いた図３Ｂのセンサユニットの側面図である。印刷回路基板を示すセンサユニットの実施態様の平面図である。図４Ａのセンサユニットの部分分解側面図である。印刷回路基板を示すセンサユニットの他の実施態様の平面図である。図５Ａのセンサユニットの側面図である。モニタリングシステムのデータフローダイアグラムの実施態様である。記録の実施態様である。

Claims

モータ、減速歯車及びピニオンアセンブリを含む駆動列と結合したシャフトにより駆動する回転可能作業ロールを含む圧延機の運転パラメータの追跡方法であって、その方法は：
前記駆動列内の前記シャフト以外の一つの駆動部品を第１駆動部品として追跡対象とし、当該第１駆動部品上に第１センサユニットを備える工程であって、第１センサユニットには第１駆動部品の運転状態に応じてアナログ信号を発生するセンサと、上記センサが発生したアナログ信号を処理するための集積局部プロセッサとの双方が含まれ、集積局部プロセッサは付随するタイマを有する工程と；
第１センサユニットの集積局部プロセッサを用いて第１駆動部品の運転中に第１センサのセンサにより発生したアナログ信号を処理し、付随する少なくとも１つの対応するタイムスタンプを有する複数の第１デジタル信号サンプルを作成する工程と；
第１センサユニットから、第１センサユニットから離れて位置して、遠隔サーバシステムと接続されるゲートウェイへ複数の第１デジタル信号サンプルを送信する工程と；
シャフト上の第２センサユニットを備える工程であって、第２センサユニットにはシャフトの運転状態に応じてアナログ信号を発生するセンサと、第２センサユニットのセンサにより発生したアナログ信号を処理する集積局部プロセッサとの双方が含まれ、集積局部プロセッサは付随するタイマを有する工程と；
第２センサユニットとの集積局部プロセッサを用いてシャフトの運転中に第２センサのセンサにより発生したアナログ信号を処理し、付随する少なくとも１つの対応するタイムスタンプを有する複数の第２デジタル信号サンプルを作成する工程と；
複数の第２デジタル信号サンプルを第２センサユニットから、第２センサユニットから離れて位置する前記ゲートウェイへ送信する工程とを有し、
第１駆動部品の運転中に第１センサユニットを用いて第１センサユニットのセンサにより発生したアナログ信号を処理する工程には、第１の固定サンプリング速度でアナログ信号をサンプリングし、変化し得る第１レポート速度でデジタル信号サンプルを収集する工程が含まれ、
第２センサユニットの集積局部プロセッサ用いる、シャフトの運転中に第２センサユニットにより発生したアナログ信号を処理する工程には、第２の固定サンプリング速度で第２センサユニットのセンサにより発生したアナログ信号をサンプリングし、変化し得る第２レポート速度でデジタル信号サンプルを収集する工程が含まれ、
第１および第２レポート速度の少なくとも１つが、付随するデータ収集位置の回転速度に基づき自動的に変化する運転パラメータの追跡方法。
モータ、減速歯車及びピニオンアセンブリを含む駆動列と結合したシャフトにより駆動する回転可能作業ロールを含む圧延機の運転パラメータの追跡方法であって、その方法は：
前記駆動列内の前記シャフト以外の一つの駆動部品を第１駆動部品として追跡対象とし、当該第１駆動部品上に第１センサユニットを備える工程であって、第１センサユニットには第１駆動部品の運転状態に応じてアナログ信号を発生するセンサと、上記センサが発生したアナログ信号を処理するための集積局部プロセッサとの双方が含まれ、集積局部プロセッサは付随するタイマを有する工程と；
第１センサユニットの集積局部プロセッサを用いて第１駆動部品の運転中に第１センサのセンサにより発生したアナログ信号を処理し、付随する少なくとも１つの対応するタイムスタンプを有する複数の第１デジタル信号サンプルを作成する工程と；
第１センサユニットから、第１センサユニットから離れて位置して、遠隔サーバシステムと接続されるゲートウェイへ複数の第１デジタル信号サンプルを送信する工程と；
シャフト上の第２センサユニットを備える工程であって、第２センサユニットにはシャフトの運転状態に応じてアナログ信号を発生するセンサと、第２センサユニットのセンサにより発生したアナログ信号を処理する集積局部プロセッサとの双方が含まれ、集積局部プロセッサは付随するタイマを有する工程と；
第２センサユニットとの集積局部プロセッサを用いてシャフトの運転中に第２センサのセンサにより発生したアナログ信号を処理し、付随する少なくとも１つの対応するタイムスタンプを有する複数の第２デジタル信号サンプルを作成する工程と；
複数の第２デジタル信号サンプルを第２センサユニットから、第２センサユニットから離れて位置する前記ゲートウェイへ送信する工程とを有し、
２つのタイマ間のタイミングのずれを減少するために、第１センサユニットの集積局部プロセッサに付随するタイマと、第２センサユニットの集積局部プロセッサに付随するタイマとの双方をリセットする工程を含む運転パラメータの追跡方法。
複数の駆動部品からなる駆動列を含むシステムの運転パラメータの追跡方法であって、その方法は：
前記駆動列内の少なくとも一つの駆動部品を第１駆動部品として追跡対象とし、当該第１駆動部品上に第１センサユニットを備える工程であって、第１センサユニットには第１駆動部品（駆動モータ）の運転状態に応じてアナログ信号を発生するためのセンサと、センサが発生したアナログ信号を処理するための集積局部プロセッサの双方を含み、集積局部プロセッサは付随するタイマを有する工程と；
第１センサユニットの集積局部プロセッサを用いて第１駆動部品の運転中に第１センサユニットのセンサで発生したアナログ信号を処理し、付随する少なくとも１つの対応するタイムスタンプを有する複数の第１デジタル信号サンプルを生成する工程と；
第１センサユニット由来の複数の第１デジタル信号サンプルを、第１センサユニットから離れて位置して、遠隔サーバシステムと接続されるゲートウェイへ送信する工程と；
前記駆動列内の前記第１駆動部品以外の少なくとも一つの駆動部品を第２駆動部品として追跡対象とし、当該第２駆動部品に第２センサユニットを備える工程であって、第２センサユニットには第２駆動部品の運転状態に応じてアナログ信号を発生するためのセンサと、第２センサユニットのセンサで発生したアナログ信号を処理するための集積局部プロセッサの双方が含まれ、集積局部プロセッサは付随するタイマを有する工程と；
第２センサユニットの集積局部プロセッサを用いて第２駆動部品の運転中に第２センサユニットのセンサで発生したアナログ信号を処理し、付随するタイムスタンプに対応する少なくとも１つを有する複数の第２デジタル信号サンプルを生成する工程と；
第２センサユニット由来の複数の第２デジタル信号サンプルを、第２センサユニットから離れて位置して、遠隔サーバシステムと接続されるゲートウェイへ送信する工程とを有し、
２つのタイマ間のタイミングのずれを減少するために、第１センサユニットの集積局部プロセッサに付随するタイマと、第２センサユニットの集積局部プロセッサに付随するタイマとの双方をリセットする工程をさらに含む運転パラメータの追跡方法。
モータ、減速歯車及びピニオンアセンブリを含む駆動列と結合したシャフトにより駆動する回転作業ロールを含む、圧延機システムの運転パラメータを追跡するためのデータ収集システムであって、上記データ収集システムは：
前記駆動列内の前記シャフト以外の一つの駆動部品を第１駆動部品として追跡対象とし、当該第１駆動部品上に局部的に搭載された第１センサユニットであって、上記第１センサは第１駆動部品の運転状態に応じてアナログ信号を発生するセンサと、第１センサユニットの運転中にセンサにより発生したアナログ信号を処理する集積局部プロセッサとの双方を含み、複数の第１デジタル信号サンプルを生成し、第１センサユニットのデータ収集速度および／またはレポート速度が、第１センサユニットが受信した１つ以上の信号により構成可能である第１センサユニットと；
シャフト上に局部的に搭載された第２センサユニットであって、上記第２センサはシャフトの運転状態に応じてアナログ信号を発生するセンサと、第２センサユニットの運転中にセンサにより発生したアナログ信号を処理する集積局部プロセッサとの双方を含み、複数の第２デジタル信号サンプルを生成し、第２センサユニットのデータ収集速度および／またはレポート速度が、第２センサユニットが受信した１つ以上の信号により構成可能である第２センサユニットと、
複数の第１デジタル信号サンプルと複数の第２デジタル信号サンプルからデータを受信し格納する遠隔データ格納センタと、を有し、
第１センサユニットから離れて位置し、それと交信する第１通信機をさらに有し、第１通信機には複数の第１デジタルデータサンプルを処理するためのプロセッサが含まれ、
第２センサユニットから離れて位置し、有線接続を用いてそれと交信する第２通信機をさらに有し、第２通信機には複数の第２デジタルデータサンプルを処理するためのプロセッサが含まれ、
タイムスタンプを複数の第１デジタル信号サンプルに割り当てるためのプロセッサと、日付および時間値を複数の第１デジタル信号サンプルに割り当てるためのプロセッサを含むゲートウェイとをさらに有するデータ収集システム。
圧延機システムが工場建物内に設置され、第１センサユニット、第２センサユニット、第１通信機、第２通信機およびゲートウェイが工場建物内の現場に設置され、複数の第１デジタル信号サンプルと複数の第２信号サンプルとが広域コンピュータネットワークを経由してゲートウェイから工場建物から離れた現場外に設置されたその遠隔データ格納センタと交信する請求項４記載のデータ収集システム。