MX2007005502A - Sistema y metodo para monitorear equipo. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un sistema de monitoreo intrinsecamente seguro de la condicion del equipo. El sistema incluye al menos una unidad de adquisicion de datos locales intrinsecamente segura para adquirir informacion de la condicion de al menos una pieza del equipo. La unidad de adquisicion de datos locales incluye un transmisor de datos para transmitir de manera inalambrica la informacion de la condicion adquirida. Se proporciona una unidad de recepcion de datos remota para recibir la informacion de condicion para la pieza del equipo.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA MONITOREAR EQUIPO Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de E.U. No. 60/625,865, presentada el 8 de Noviembre , 2004. Campo de la Invención La presente invención se refiere en general al monitoreo avanzado de equipo mecánico y electro-mecánico, y más particularmente, a la adquisición y transmisión inalámbrica de datos sobre la condición del equipo. Antecedentes de la Invención Existen muchos tipos de equipos específicos de plantas en cualquier proceso industrial y/o instalaciones de producción. Tales equipos pueden ser motores, bombas, válvulas, compresores, maquinas, etc., ya sea solos o en combinación, cuyas funciones son las de procesar o fabricar, controlar o monitorear las operaciones de una planta. Existe un sistema y método para monitorear la condición de las válvulas aisladoras y de interrupción en su modo operacional normal (abierto) . Las válvulas aisladoras y de interrupción son válvulas que se instalan normalmente en una sección de tubería y se proponen para cerrarse ya sea manual o \ automáticamente por razones de seguridad, interrupción o mantenimiento. Para asegurar su continua disponibilidad y confiabilidad, algunos códigos y reglamentos requieren que estas válvulas se "golpeen" o de otra manera se prueben para asegurar su aptitud. Ya que golpear o probar las válvulas requiere que las válvulas se cierren, deben detenerse parcialmente o completamente las operaciones normales de la instalación durante la prueba, afectando así la producción. Un sistema conocido elimina la necesidad de cerrar estas válvulas empleadas en plataformas de petróleo y gas en mar abierto, así como en otras aplicaciones industriales y comerciales tales como de energía nuclear comercial, etc. El sistema conocido se describe totalmente en las Patentes de E.U. Nos. 6,128,946 y 6,134,949, cuyos contenidos se incorporan en la presente mediante esta referencia en su totalidad. Según se describe en estas patentes, se interconectan uno o más detectores y transmisores asociados, a las tuberías corriente arriba y corriente abajo y a una cavidad de válvula monitoreada entre los mismos. Los cables provenientes de los detectores se dirigieron hacia una ubicación próxima a la ubicación del equipo, referida en general como la "caja de conexiones". Debido a que las señales/impulsos eléctricos provenientes de cada detector deben transmitirse hacia una ubicación centralizada, o habitación remota "segura" , para su análisis o transmisión adicional, el cableado para cada detector debe dirigirse individual y físicamente hacia la habitación remota. En una instalación comercial, la habitación remota segura puede encontrarse a cientos de pies lejos del equipo monitoreado, requiriendo que los cables se dirijan en conductos/revestimientos blindados protectores. Los expertos en la técnica apreciarán que en donde deben monitorearse docenas o aún cientos de válvulas aisladoras, son substanciales los costos de instalación de conducto protegido a lo largo de muchos centenares de pies. El espacio necesario para dirigir tan grandes cantidades de conducto de una pulgada de diámetro o mayor, es significativo, así como lo son los requerimientos de soporte estructural en términos de escalerillas portacables y colgadores de cables . Adicionalmente, muchas instalaciones industriales, en su totalidad o de manera parcial, comprenden áreas peligrosas en donde se encuentran presentes gases combustibles al menos parte del tiempo. Aún la chispa más pequeña de una pieza de equipo o circuito eléctricamente energizado o una elevada temperatura de superficie, pueden causar una ignición teniendo consecuencias desastrosas . En tales ambientes, el diseño del equipo y circuitería deben evitar chispas o temperaturas elevadas. Este tipo de diseño, referido como "intrínsecamente seguro" , requiere varias barreras de aislamiento eléctrico, dispositivos de limitación y restricciones de energía y temperatura. En donde se requiere un extenso cableado hacia y desde la habitación remota, los costos de diseño e instalación de sistemas intrínsecamente seguros se vuelven prohibitivamente costosos. Además, tales instalaciones crean congestión en las áreas de trabajo, exacerbando los problemas de seguridad del personal. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a un sistema y método que trata al menos los problemas arriba mencionados. Más especificadamente, la presente invención se dirige a un sistema para monitorear, adquirir y transmitir de manera inalámbrica, datos referentes al equipo de una planta, eliminando así la mayor parte del cableado asociado al sistema de la técnica anterior. Un aspecto de la presente invención se dirige a un sistema de monitoreo de condición del equipo, de canal múltiple síncrono de alta velocidad, intrínsecamente seguro que incluye al menos una unidad local de adquisición de datos intrínsecamente segura y una unidad remota de recepción de datos. Para que el sistema sea intrínsecamente seguro, la unidad local de adquisición de datos se construye para los criterios de la Norma 60079, Electrical Apparatus for Explosive Gas Atmospheres (Aparato Eléctrico para Atmósferas de Gas Explosivo) de La Internacional Electrotechnial Comisión (IEC) (Comisión Electrotécnica Internacional) . La unidad local de adquisición de datos adquiere la información de condición para al menos una pieza del equipo mediante una conexión cableada a uno o más detectores instalados sobre o próximos a la pieza del equipo. La unidad de adquisición de datos incluye además un transmisor de datos en la forma de un modulo de comunicaciones digitales de RF que transmite de manera inalámbrica hacia una unidad remota receptora de datos. De acuerdo a una modalidad ejemplar, la unidad local de adquisición de datos es configurable rápidamente adentro de una caja protectora para uno o más tipos y números de módulos que monitorean la condición de la aplicación específica. Una vez que se adquiere y procesa la información de condición operante, ya sea se analiza en una unidad remota de recepción de datos in situ o se transmite subsecuentemente a una ubicación exterior mediante una red TCP/IP, u otro protocolo de comunicaciones adecuado, para su análisis. Otro aspecto de la presente invención se dirige a un método para monitorear equipo. El método incluye un primera etapa de adquisición de información desde al menos una pieza del equipo con una unidad de adquisición de datos intrínsecamente segura que se ubica próxima al equipo monitoreado. Típicamente, la información de condición se adquiere como una entrada análoga. La entrada análoga se acondiciona y convierte entonces mediante componentes intrínsecamente seguros, en una salida digital que se transmite de manera inalámbrica hacia una unidad remota de recepción de datos in si tu . La entrada recibida mediante la unidad remota de recepción de datos entonces ya sea (1) se analiza localmente o (2) se retransmite sobre una red TCP/IP u otro protocolo de comunicaciones adecuado hacia una unidad remota de análisis de datos. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un esquema simplificado de una típica plataforma situada en el mar abierto que ilustra las configuraciones de las válvula aisladora y de interrupción que requieren verificación. La Figura 2 es un esquema que ilustra un sistema para monitorear la condición de las válvulas mostradas en la Figura 1. La Figura 3 es un esquema que ilustra el sistema de la presente invención. La Figura 4 es un esquema de la unidad local de adquisición de datos (LDAU) de la presente invención. La Figura 5 es un diagrama bloques simplificado para la configuración modular general de la presente invención. La Figura 6 es un diagrama de bloques de la interfaz del detector para un Modulo AC Dual . La Figura 7 es un diagrama de bloques de la interfaz del detector para un Modulo de Tensión. La Figura 8 es un diagrama de bloques simplificado del modulo de comunicaciones de la presente invención.

La Figura 9 es un esquema que ilustra además los componentes detallados del modulo de comunicaciones. Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas A continuación se describen ciertas modalidades ejemplares de la presente invención y se ilustran en las Figuras adjuntas. Las modalidades descritas son únicamente para propósitos de ilustración de la presente invención y no deben interpretarse como limitaciones al alcance de la invención. A los expertos en la técnica se les ocurrirán otras modalidades de la invención y ciertas modificaciones y mejoras de las modalidades descritas y todas tales modalidades, modificaciones y mejoras alternativas se encuentran dentro del alcance de la presente invención. Según se describe en la presente : "seguridad intrínseca" se refiere a un nivel de seguridad en el cual los niveles de energía son lo suficientemente bajos para que no pueda ocurrir una ignición de gas inflamable o una explosión. La seguridad intrínseca se logra al limitar los niveles de energía a través del uso de barreras y circuitos intrínsecamente seguros. Un "circuito intrínsecamente seguro" es un circuito en el cual cualquier chispa u otro efecto térmico producido durante la operación normal o condiciones de falla, no es capaz de ocasionar una ignición en una atmósfera gaseosa dada .

"Modulo" se refiere a un componente autónomo que puede proporcionar una función completa a un sistema y puede intercambiarse con otros módulos que proveen funciones similares o relacionadas . "Detector" se refiere a un dispositivo que detecta o mide algo convirtiendo la energía no-eléctrica en energía eléctrica. "Transductor" se refiere a un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. "Zona Cero" se refiere a un ambiente en donde los gases explosivos se encuentran continuamente presentes . Monitorear la integridad de varios tipos de equipo de plantas, incluyendo válvulas, es una tarea operacíonalmente difícil y costosa. Como se muestra en la Figura 1, las válvulas aisladoras y de interrupción deben probarse periódicamente en cumplimiento con varios estándares gubernamentales de seguridad ambientales y de transporte. Por ejemplo, en una plataforma de petróleo en mar abierto, las válvulas de a bordo (mostradas como Válvula A) , las válvulas de proceso (mostradas como B y C) y válvulas de exportación (mostradas como Válvula D) deben todas probarse sobre una frecuencia requerida para asegurar su integridad de aislamiento y desconexión. Además de la tarea difícil y costosa de la verificación de una válvula u otro eguipo, ciertos ambientes industriales son extraordinariamente peligrosos y requieren un diseño y consideraciones operacionales especiales . En particular, en donde el ambiente es una plataforma de petróleo en mar abierto, las atmósferas gaseosas explosivas son continuamente persistentes, causadas por la mezcla de aire y gases o vapores y brumas que existen en condiciones atmosféricas normales . Los circuitos eléctricos y equipo energizado que operan en estos ambientes deben diseñarse de acuerdo a uno o más estándares industriales de manera que sean intrínsecamente seguros. Uno de tales estándares internacionalmente reconocido es el Estándar No . 60079, Aparato Eléctrico para Atmósferas de Gas Explosivo de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) . IEC 60079, cuyo contenido se incorpora en la presente en su totalidad. La parte 0 de la IEC 60079 especifica los criterios generales para los dispositivos eléctricos en atmósferas gaseosas explosivas y la Parte 11 del Estándar define y especifica además los criterios para la Seguridad Intrínseca. En sus términos más simples, la seguridad intrínseca concierne a dos factores primarios relacionados con la circuitería eléctrica y los componentes eléctricos : nivel de energía y temperatura de superficie. Como los expertos en la técnica apreciarán, al diseñarse los componentes eléctricos y electrónicos, o circuitos, intrínsecamente seguros, los diseñadores deben considerar la energía, el voltaje, la capacitancia, la resistencia, la inductancia y las temperaturas operacionales del componente; por lo tanto, pueden existir numerosas soluciones "intrínsecamente seguras" para una aplicación particular, requiriendo cada solución un equilibrio de parámetros de diseño eléctrico. Las modalidades descritas en la presente son ejemplares de los posibles diseños para los componentes intrínsecamente seguros del sistema de la presente invención. Debido a que la verificación manual de las válvulas mediante golpeo (ciclado) es una labor intensa, potencialmente peligrosa y afecta de manera adversa la producción, se desarrolló el sistema descrito con detalle en las Patentes de E.U. Nos . 6,134,949 y 6,128,946. La Figura 2 es en gran parte una representación simplificada de estas patentes referidas . Una válvula típica de apagado o aislamiento 210 se ubica típicamente entre dos secciones generalmente rectas de tubería 212, 213. Tales válvulas típicamente se accionan por energía mediante un operador que se opera eléctricamente o de manera hidráulica. En el ejemplo mostrado en la Figura 2 los detectores se instalan y se interconectan convencionalmente a enchufes o salientes de instrumentos (no mostrados) . Más particularmente, un transductor de presión dinámica 222 se ubica en la cavidad del ESD u otra válvula y al menos otro transductor de presión dinámica 224 se ubica corriente arriba o corriente abajo 225 de la válvula. Un detector de posición (no mostrado) se localiza sobre el vastago de la válvula así como un detector de tensión 226 ubicado sobre la horquilla o vastago de la válvula. El cableado asociado, que típicamente corre en pares 222a, 224a, 225a, 226a para cada detector, se dirige desde la válvula hacia una caja de conexiones local 232. Por ejemplo, puede utilizarse un recinto NEMA 4 como la caja de conexiones local para proporcionar algún grado de resistencia a la intemperie Para satisfacer la IEC 60079 y otros códigos de diseño, los conductos blindados o protegidos con revestimiento 222b, 224b, 225b, 226b correspondientes a cada uno de los detectores se dirigen comúnmente a una distancia considerable hacia una habitación remota de computadora. Las barreras de aislamiento eléctrico 242 deben instalarse en series en una habitación de computadora in si tu 250 entre los conductos entrantes 222b, 224b, 225b, 226b y la unidad receptora de adquisición de datos (DAU) 262. Este DAU 262 se instala en un soporte convencional (no mostrado) con un servidor asociado 272 y un monitor 274, según se muestra mejor en la Figura 2. Como se ilustra en las patentes previamente referidas, la metodología de análisis de fuga utiliza transductores para detectar el sonido en la cavidad de la válvula y corriente arriba y corriente debajo de la válvula.

El sonido o "ruido" detectado mediante cada transductor (detector) proporciona una salida que se correlaciona con la coherencia, funciones de transferencia y auto-espectro.

Finalmente, los datos se dirigen y se evalúan contra un umbral para la fuga aceptable y no-aceptable. Con referencia a la Figura 3, una modalidad del sistema de la presente invención se ilustra para el monitoreo de las válvulas aisladoras y de interrupción ubicadas adentro de un ambiente inflamable, combustivo o de otra forma peligroso. El sistema, como se describe en la presente también puede utilizarse para monitorear otros tipos de válvulas y equipo; e. g. , válvulas neumáticas de control y de proceso, aislamiento y seguridad de las válvulas operadas por motor y verificar la fuga y confiabilidad de las válvulas . Además, el presente sistema y método pueden aplicarse a muchos otros tipos de equipo para plantas (bombas, motores, accionadores, etc.) que se someten a un monitoreo de desempeño y condición. Como se muestra en la Figura 3 , un aspecto de la presente invención se dirige a un sistema 300intrínsecamente seguro de monitoreo de la condición del equipo. En su forma más simple, el sistema 300 comprende una o más unidades locales de adquisición de datos intrínsecamente segura (LDAU) 310, 330 para la adquisición de información de condición para una o más piezas de equipo 305, 325. La LDAU 310, 330 se diseña como un dispositivo instalado sobre riel de Deutsch Industrie Norm (DIN) . Como se describirá con. ás detalle más adelante, la LDAU 310, 330 se configura para transmitir la información de condición del equipo de manera inalámbrica hacia una unidad remota de recepción de datos 350 la cual recibe y en una modalidad analiza, la información de condición del equipo. Las LDAUs 310, 330 y su capacidad de transmisión inalámbrica puede utilizarse en combinación con el sistema de monitoreo de condición de la técnica anterior. Como se muestra, la información de monitoreo de condición para las válvulas 343, 345, 347 puede conectarse de manera alámbrica a una unidad remota de adquisición de datos (RDAU) 360 a bordo de la plataforma. En la modalidad mostrada en la Figura 3 , la información de condición de equipo puede transmitirse subsecuentemente a instalaciones exterior al centro de análisis 370 propio de la plataforma y/o un centro de análisis independiente 390. Las comunicaciones entre la plataforma y las ubicaciones de instalaciones exteriores se llevan a cabo a través de la red de Internet TCP/IP u otro protocolo de comunicaciones adecuado. Volviendo ahora a la Figura 4, una LDAU representativa 310, 330 comprende un recinto 311, 331 y una pluralidad de módulos intercambiables, tales como los mostrados en general como 322, 324. El recinto 311, 331 sirve como caja de conexiones para conectarse de manera alámbrica desde los detectores del equipo . Los detectores se diseñan para ser intrínsecamente seguros de acuerdo con las consideraciones del diseño del Estándar IEC 60079, requiriendo cada uno menos de aproximadamente 20,W de energía. Aunque no se muestra en la Figura, el suministro de energía para la LDAU puede proporcionarse localmente de manera cercana a la LDAU para suministros de energía existentes, con el uso de una batería certificada intrínsecamente segura. Alternativamente, puede proporcionarse la energía mediante un cableado desde la habitación segura con el uso de una barrera intrínsecamente segura. El cableado 222a, 224a, 225a, 226a se dirige para la interconexión con los módulos de monitoreo de equipo-especifico (por ejemplo, los módulos 322, 324). En esta configuración ejemplar, los módulos 322, 324 pueden ser, por ejemplo, módulos de presión Dual AC y/o módulos de Tensión/AC. Cada tipo de módulo comprende un componente de comunicaciones de RF/Digital con una antena instalada en una caja para transmitir las señales digitales adquiridas desde los detectores instalados en el campo a una alta velocidad mayor de 40 kbaudios . Tal transmisión de alta velocidad soporta una alta tasa de muestreo del detector. Cada uno de estos tipos de módulos se describe con mayor detalle a continuación. Un beneficio clave de la LDAU es su instalación en proximidad cercana a una o más piezas del equipo a monitorearse. En modalidades ejemplares, se proporciona una LDAU para una o más piezas de equipo monitoreado. Esto minimiza la longitud de la conexión del detector (y conductos blindados) y la instalación en el ambiente atmosféricamente gaseoso de la Zona Cero (0) . En una modalidad ejemplar, la LDAU se instala dentro de un máximo de aproximadamente 30 pies del equipo monitoreado. El recinto se diseña para cumplir el Código de Protección de acceso IP56, de acuerdo al Estándar BS EN 60592-1 (IEC 529-1) , Grados de Protección Proporcionados por Recintos y se dimensiona para encerrar una pluralidad de módulos de varios tipos pero de dimensiones similares. Los tipos de módulos dependen de los tipos de equipo a monitorearse y de los parámetros del equipo monitoreado. Como tal, un aspecto de la presente invención caracteriza una unidad local de adquisición de datos fácilmente reconfigurable (próxima a la ubicación del equipo) (LDAU) 310, 330 que proporciona acondicionamiento y procesamiento de señal para datos adquiridos de transductores permanentemente instalados (típicamente fuerza, presión, vibración y posición) . Utilizando un impulso síncrono de estructura y un reloj común, se adquieren datos de alta velocidad de manera síncrona a través de múltiples detectores. La sincronización de la estructura y la puesta a punto del reloj pueden ocurrir sobre una frecuencia de radio.

Los módulos entonces convierten los datos específicos a una señal digital para su transmisión a un centro remoto de computadora (en la estación o en la plataforma) par el análisis automático y/o manual. Puede utilizarse un sondeo periódico de sincronización de radio como un impulso de sincronización de adquisición. Todos los detectores asociados en la red reciben el impulso síncrono. Se emplea una estructura de enlace colectivo aislada que utiliza medios ópticos o electromagnéticos para proporcionar aislamiento entre los módulos. Un recinto típico 311, 331 para la LDAU 310, 330 de la presente invención tiene por lo tanto aproximadamente 12 pulgadas de altura, 12 pulgadas de ancho y 8 pulgadas de profundidad. Las dimensiones de cada módulo se limitan a aproximadamente 4 pulgadas de altura, 4 pulgadas de ancho y 1 pulgada de profundidad. Cuando se dimensiona de esta manera, por ejemplo, la configuración de los módulos es fácilmente cambiable, flexible y proporciona facilidad de accesibilidad por cableado, etiquetado y facilidad de instalación y retiro o reemplazo. Son posibles numerosas configuraciones de la LDAU 310, 330 con múltiples módulos dispuestos en serie. DISEÑO GENERAL DEL MÓDULO Cada módulo descrito en la presente se diseña para operar en un ambiente que comprende una temperatura entre aproximadamente -40 grados C y 70 grados C, una humedad relativa entre aproximadamente 15% y 95% (no-condensante) , Zona 0 de ATEX de más de 1,000 horas por año en todas las áreas gaseosas y con unas temperaturas de superficie máximas que no excedan los 135 grados C. El sistema de monitoreo de equipo intrínsecamente seguro 300 es auto-enfríante, ya que no se incorporan ventiladores en el sistema debido a este peligroso ambiente. Generalmente, cada módulo de la presente invención operará con energía interna DC de bajo voltaje, la cual es la única energía disponible en un ambiente explosivo. El rango de voltaje en el ambiente de la Zona Cero varía entre aproximadamente 9 y 30 voltios DC. Esto es suficiente para soportar la circuitería análoga y digital para el módulo . El consumo total de energía para la LDAU no debe exceder aproximadamente 50 miliamps, y el consumo total de energía del sistema total no debe exceder aproximadamente 500 miliamperes . El número real de módulos se limita únicamente por las consideraciones de bajo voltaje para el ambiente de la plataforma por cuestiones de seguridad/fuego. En una modalidad ejemplar, la LDAU comprende hasta 14 módulos, limitándose el número de módulos únicamente por las consideraciones de seguridad y espacio intrínsecas . Por ejemplo, en tales aplicaciones, el número y tipos de módulos se limitan por el límite superior de energía, voltaje, capacitancia e inductancia en la LDAU que no excedan los requerimientos de IEC 60079. Como se describe con mayor detalle a continuación, cada módulo descrito en la presente comprende uno o más canales con capacidad de almacenamiento de datos, en donde los datos se almacenan hasta que se sondean por el sistema de software . Además , cada módulo incluye información de configuración instalada para el tipo de válvula u otra información del equipo que se reúne . Esto incluirá el número de modelo, número de serie, fecha de calibración, sensibilidad de calibración, desplazamiento de calibración, tasa de muestra, registros de estatus, etc. Un módulo ejemplar tiene 12 clavijas y 12 enchufes para la interconexión en serie con otros módulos, Los limitadores de resistores se colocan en series con cada línea de transmisión de señal sobre todas las entradas y salidas de los módulos para asegurar los requerimientos de aislamiento adecuado y de límite de energía. Para soportar la funcionalidad de los diferentes tipos de módulos, el enlace colectivo de la LDAU se configura con dos puertos seriales. EL puerto 1 es un enlace colectivo de 2 clavijas que se utiliza para determinar la información y configuración del módulo. El puerto 2 es un enlace colectivo serial síncrono de alta velocidad para transmitir y recibir datos de una manera eficiente y expedita. Además, el enlace colectivo de alta velocidad incluye un impulso de reloj maestro y un impulso de sincronización. El puerto 2 también contiene 1 o más líneas para transmitir datos a través de los módulos individuales. El número' real de líneas de datos se limita por el número de clavijas disponibles para el enlace colectivo. Cada clavija tiene un resistor que limita la corriente, en serie con la interconexión del enlace colectivo. Esto permite que los módulos se configuren en el campo sin ningún efecto sobre los parámetros de la entidad del módulo individual . La conexión de energía independiente para cada módulo tiene aislamiento del diodo de la capacitancia de circuito interno para evitar la acumulación excesiva de capacitancia en el enlace colectivo de energía aunque le da a cada módulo una trayectoria de baj a impedancia para la energía de entrada al módulo. Además, cada módulo se diseña especificadamente con partes de baja energía, de bajo voltaje para asegurar el apilamiento de los módulos sin comprometer los requerimientos intrínsecamente seguros para el ambiente en el cual se instalan. Además, cada módulo tiene protección de doble diodo y resistor limitante para cada uno de los conductores de detector hacia el módulo. Esto asegura que el voltaje y corriente excesivos no se escapen del módulo, mientras proporcionan una mayor trayectoria de impedancia para que los valores de señal pasen hacia el módulo y una trayectoria de baja impedancia para que los circuitos de excitación salgan del módulo.

CONFIGURACIÓN DEL MODULO LDAU Habiendo descrito en general la LDAU 310, 330 y los módulos específicos del detector 322, 324 se ilustra en la Figura 5, la configuración general de un módulo de monitoreo de equipo ejemplar 322, 324, en la configuración de hardware o software de acuerdo con la presente invención. El módulo de monitoreo general 500, que es representativo de los muchos posibles módulos de monitoreo de equipo, e .g. , 322, 324, comprende una disposición para que las señales especificas del detector se interconecten a través de una interfaz serial digital a través de un componente de comunicaciones . En general, cada módulo 500 comprende una interfaz específica del detector 502, que además comprende una interfaz de transductor 503 y una interfaz análoga 505. Estas interfaces 503, 505 se configuran además para que las entradas del detector se monitoreen y reciban. Se describen con más detalle a continuación la interfaz específica del detector 502 para dos módulos específicos del detector representativos, e . g. , Módulo Dual AC (Presión y Acústica) y Módulo de Tensión/AC. Los elementos 501, 516 y 516A son las interfaces externas del módulo 500. El elemento 501 comprende la interfaz mecánica y eléctrica para los transductores específicos del equipo para el equipo que se monitorea. Los elementos 516 y 516A son las interfaces de energía y datos para el módulo 500. La interfaz de energía 516, 516A para el módulo 500 se ha configurado para transmitir datos sobre la interconexión de energía (comúnmente referida como "datos-sobre-energía" para reducir el número total de alambres o cables requeridos para el módulo instalado. Acoplada a la interfaz del detector 501 se encuentra la interfaz del transductor 503 de la interfaz del detector 502, que acondiciona, e .g. , aisla, protege, amplifica, filtra, almacena en memoria intermedia, etc., las entradas y salidas del detector. La interfaz del transductor 503 se interconecta con el bloque de interfaz análoga 505.

La interfaz análoga 505 funciona en parte como un convertidor análogo a digital (A/D) o un convertidor digital a análogo (D/A) para convertir las señales análogas del detector a digitales, las señales digitales a análogas según se requieran y para manejar cualquier 10 (entrada/salida) digital diversa para la interfaz análoga. La interfaz análoga 505 almacena también información de calibración y configuración para el módulo 500. Como se muestra en la Figura, la interfaz análoga 505 se interconecta digitalmente al procesador del módulo 507. Esto es la estructura estándar para asegurar que los diferentes tipos de detector, así como el número de detectores, pueda configurarse en un módulo 500 seleccionado. El procesador 507 y el componente de memoria 509 se acoplan para proporcionar el control, almacenamiento y capacidad de comunicaciones para el módulo 500. Los suministros de energía 514 y 514A, que son internos al módulo 500, funcionan para convertir la energía de entrada DC no regulada a los niveles de voltaje regulado para los componentes que comprenden el módulo 500. Estos suministros de energía proporcionan además filtración y acoplamiento de datos para la interfaz física para el aspecto datos-sobre-energía del sistema. Una interfaz de comunicación 511 se configura en comunicación con el procesador 507 y el suministro de energía interno 514 para servir como la interfaz física para el transceptor de rdiofrecuencia (RF) 506, así como la interfaz de protocolo para la transmisión de señales de datos de RF o Datos-sobre-Energía (DOP) . Aunque no se muestra en la Figura 5, el transceptor 506 incluye una antena instalada en una caja para la transmisión de señales. Así, existen dos métodos para transferir datos desde el ambiente potencialmente explosivo a una unidad remota de adquisición de datos 350 (ver Figura 3) . El primero es RF y el segundo es datos-sobre-energía. Acondicionamiento de Señales Los detectores y transductores generalmente generan señales que deben acondicionarse antes de que un sistema de adquisición de datos, tal como el presente sistema, pueda adquirir la señal de manera confiable y precisa. Este proceso de comunicaciones, referido como acondicionamiento de señal, incluye funciones tales como amplificación, filtración, aislamiento eléctrico y multiplexión de señal. Esta es una de las funciones de la interfaz del detector 502. En la presente invención, cada módulo tendrá un esquema de establecimiento para la identificación que se almacena localmente adentro del módulo en Flash o EEPROM. Un esquema de identificación ejemplar para un módulo comprende un número de modelo y serie . Se conocen en la técnica las consideraciones generales de acondicionamiento de señal y criterios de diseño. Módulo Dual de AC (Corriente Alterna) (Presión y Acústica) Dependiendo de la naturaleza de los parámetros del equipo que se está monitoreando, el acondicionamiento de señal se logra mediante la interfaz del detector 502 consistente con la señal de entrada proveniente del detector. Con referencia nuevamente a la Figura 5, una interfaz de transductor ejemplar 503 y una interfaz análoga ejemplar 505 forman colectivamente la interfaz del detector 502. Aunque mostrado de manera separada en el diagrama de bloques, estas dos interfaces 503, 505 funcionan como una unidad. Se ilustra una configuración ejemplar para la Interfaz Detectora y Análoga 502A, el Módulo Dual AC, que se utiliza para procesar las señales de presión y acústica en la Figura 6. Como se muestra en la Figura 6, se configura, por ejemplo, el Módulo Dual AC (por ejemplo, el módulo 322 de la Figura 4) para dos (duales) canales/detectores, 222, 224, (ver también Figura 4) . El módulo dual AC ejemplar 322 se encuentra comprendido de las características generales ejemplares del módulo general 500 tratado anteriormente con respecto a la Figura 5 y tiene, por ejemplo, las características especificas adicionales tratadas con respecto a la Figura 6. Para esta interfaz 502A, un canal 222 proporciona una entrada de señal acústica mientras el segundo canal 224 proporciona una entrada de señal de presión. La interfaz del detector 502A realiza la excitación (energía hacia el detector) , amplificación (multiplicación de la señal) , desplazamiento de nivel (cambio del punto de referencia de una medición) , filtración y conversión análoga a digital . Los cables del detector 222a y 224a proporcionan el cableado desde el equipo hacia la LDAU y por lo tanto de la interfaz 502A hacia el módulo. Ya se conocen en la técnica tantos los detectores 222, 224 como los cables del detector 222a, 224a y se describen en las patentes previamente referidas. Los canales de entrada de dos-clavijas por cada canal se interconectan con una Terminal de energía de cuatro-clavijas 522A que se enchufan en un enchufe de cuatro clavijas 522A que se conecta en un enchufe de cuatro clavijas 523A sobre la caja del módulo. La Terminal de excitación/entrada para esta interfaz 502A tiene una corriente de fuente fija de 1 miliamper y un rango de voltaje de aproximadamente 8.3 voltios. Opcionalmente, se incorpora la capacidad de manejo de energía en la interfaz 502A e incluye encendido/apagado A/D y encendido/apagado de módulo. Las clavijas de excitación y de tierra para el módulo específico 322 se limitan por el resistor para aislar de manera efectiva la energía en el módulo evitando que pase externamente hacia las áreas peligrosas expuestas . La fuente de excitación se generará desde la energía interna DC de 3.3 voltios. Un circuito convertidor DC a DC (no mostrado) genera los niveles de voltaje de alta excitación necesarios. Este circuito convertidor se diseña para conmutar alta frecuencia para reducir la circuitería inductiva y capacitiva asociadas a la elevación y filtración. La señal proveniente del detector 222, 224 es un componente AC de la señal de excitación. La señal se divide por el resistor, del conductor de corriente de excitación. El divisor del resistor (no mostrado) se configura para tolerar la falla con el fin de asegurar que un voltaje de excitación de 9 voltios no pueda exceder la energía de 3.3 voltios de la circuitería análoga. La porción de tierra del divisor del resistor se triplica por consideraciones del circuito de seguridad intrínseca. La salida de la interfaz 502 hacia el procesador 507 y el suministro de energía 514A (mostrado en la Figura 5) se realiza también a través de conectores de 4 clavijas 533A y 532A. Se proporciona un cable de energía 535A para la interconexión con el suministro de energía interna 514A, mostrado en la Figura 5. Módulo de Tensión/AC Se ilustra en la Figura 7 una configuración ejemplar para el diseño del Módulo de Tensión/AC de la Interfaz Detectora y Análoga 502B. La entrada del detector de presión AC 225 es similar a la previamente descrita para la interfaz del Módulo Dual AC 502A. Adicionalmente, la interfaz 502B comprende una interfaz para la entrada del detector de tensión 226. Un detector de tensión ejemplar es un dispositivo en puente Wheatstone resistivo balanceado que se utiliza en una variedad de detectores para medir varios parámetros. Un ejemplo como este, que pertenece a las mediciones de vastago de válvula, es para medir la tensión sobre un vastago - de válvula que resulta de la apertura o cierre de la compuerta, flotador o disco de válvula. La interfaz del detector 502B realiza también la excitación (energía hacia el detector) , amplificación (multiplicación de la señal) , desplazamiento de nivel (cambio del punto de referencia de una medición) , filtración y conversión análoga a digital . El módulo de Tensión/AC 324 se configura también, por ejemplo, para dos (duales) canales/detectores 225, 226.

Para esta interfaz 502B un canal 226 proporciona una entrada de señal de tensión (resistencia) mientras el segundo canal 225 proporciona una entrada de señal de presión. Los cables del detector 226a y 225a proporcionan el cableado desde el equipo hacia la LDAU y por lo tanto la interfaz 502B hacia el módulo. Los canales de entrada se interconectan con terminales de energía de cuatro clavijas 522b que se enchufan en enchufes de cuatro clavijas 523b sobre la caja del módulo. La salida de la interfaz 502 hacia el procesador 507 (mostrado en la Figura 5) es también a través de conectores de 4 clavijas 533b y 532b. Se proporciona un cable de energía 535b para la interconexión hacia el suministro de energía interna 514A, mostrado en la Figura 5. El suministro de energía 514A para la circuitería de la interfaz 502B es similar a la descrita anteriormente para la interfaz Dual AC 502A. El canal de tensión 226 tiene seis clavijas de entrada especiales para el detector de tensión: (1) excitación+, (2) detección+, (3) excitación-, (4) detección-, (5) señal-, y (6) señal+. El canal de tensión tiene un voltaje de excitación fijo de aproximadamente 3.0 voltios. Debido a las consideraciones de seguridad intrínseca y los diversos cambios de impedancia de un detector de tensión, los valores de excitación variarán en base a la proporción de la impedancia del detector de tensión al valor de Ri (resistencia de entrada) . La circuitería de excitación proporciona un máximo de 15mA y tiene limitadores de corriente del resistor sobre ambas conexiones positiva y negativa. El circuito es capaz de accionar un puente de 350 ohm a 15 kohm. Además se incluye la limitación del resistor (Ri) y la protección del diodo zener (Z) . La circuitería de detección de excitación lee el voltaje de excitación real aplicado al extremo del cable de tensión con un rango de entrada de 0 a 3 voltios DC. Componente de Comunicaciones RF/Digital El sistema de la presente invención comprende además un componente de comunicaciones, mostrado en general como 511 en la Figura 8. El componente de comunicaciones 511 es el controlador del módulo específico del detector 322, 324 y se diseña para inicializar todo el hardware, salvando la información de configuración e identificación, y comunicando entre las interfaces del detector 502A, 502B y la unidad remota de adquisición de datos 350 (ver Figura 3) . Se ilustra una modalidad ejemplar del componente de comunicaciones 511 en la Figura 8. El componente de comunicaciones 511 comprende un conector/puente 542 para agregar o retirar un puente para definir el modo de transmisión de datos y para acoplarse al procesador del módulo 507 mediante conectores de 4 clavijas 543, 544. Se proporciona un conector terminal de 4 clavijas 547 para introducir energía al módulo a través de un receptáculo de 4 clavijas 546. Se proporciona un suministro de energía desde la fuente de energía 514 a través del cable 547 al componente de comunicaciones 511 a través de un conector de 4 clavijas 546 que se enchufa en un receptáculo de 4 clavijas 545. Refiriéndose ahora a la Figura 9, el componente de comunicaciones 511 de la modalidad ejemplar comprende además un microprocesador 552 para realizar un proceso general y capacidades de mantenimiento. Un Ordenamiento de Portal Programable de Campo (FPGA) 553 proporciona requerimientos de aplicación en tiempo real. Las funciones manejadas por el FPGA 553 incluyen la interfaz Smart TDM (multiplexión por división de tiempo) , el enlace de datos de RF-sobre-energía, interfaz de memoria y otros requerimientos de procesamiento que no se corren ventajosamente en el procesador 552. Las comunicaciones RF 554 e las interfaces de comunicaciones de datos sobre energía 555 se configuran dentro del módulo para proporcionar beneficios únicos de comunicaciones . Especificadamente, la configuración: (1) proporciona la capacidad para transmitir y recibir simultáneamente datos en frecuencia de radio o sobre interconexiones de energía, (2) proporciona una soporte para la transmisión inalámbrica cuando se encuentran presentes las interferencias de RF en el ambiente de plataforma/planta, (3) sirve como soporte cuando son necesarios controles rigurosos sobre el espectro de frecuencia inalámbrico y (4) permite una configuración de multi-enlace inalámbrico hacia el puente cableado. Se proporciona además una interfaz de memoria 556 como un enlace colectivo de dirección y datos que se diseña para cumplir las especificaciones del microprocesador 552 para la memoria del sistema. El módulo de comunicaciones ejemplar se configura para una frecuencia operacional en el rango de 2.4 Ghz para los diseños de Estados Unidos, Europa y Asia. Las interfaces de hardware para los módulos cumplen el Estándar IEC 61158 para los ambientes de Zona Cero, con una proporción total de transferencia de carga útil sostenida de aproximadamente 31 kbps. Para propósitos de seguridad intrínseca, el módulo utiliza resistores para aislar la inductancia de la circuitería interna y comprende protección de diodo zener a través de la conexión de datos-sobre-energía. Recepción y Análisis de Datos Volviendo nuevamente a la Figura 3 , la señal inalámbrica se transmite desde el componente 511 de comunicaciones de RF de la LDAU 310, 330, (Figura 5) hacia el receptor de adquisición de datos de RF de la habitación de computadora de plataforma 350. En una modalidad, el componente de comunicaciones 511 tiene un rango de transmisión de aproximadamente 100 metros que permite que la señal se transmita a través del pesado ambiente industrial de la plataforma. Las señales digitales se transmiten entonces hacia una red inalámbrica configurada como en estrella, la cual también puede comprender un repetidor 362, dependiendo de la distancia a la que la señal debe transmitirse. La señal se recibe en una unidad remota de adquisición de datos 350. Se instalan uno o más centros de adquisición de datos (no mostradas) en uno o más soportes en la habitación de la computadora de la plataforma. Para propósitos de aislamiento eléctrico y enlace a tierra, típicamente se instala al menos un módulo de barrera de seguridad en serie con un suministro de energía que proporciona energía a la unidad de adquisición de datos inalámbrica remota 350. Similar a la configuración de la LDAU, se proporciona un componente de comunicaciones (no mostrado) próximo a la habitación de la computadora de la plataforma para recibir la señal inalámbrica desde la unidad de adquisición de datos local (LDAU) 310, 330. Finalmente, se proporciona un módulo Ethernet para interconectar la unidad 350 con un servidor local y/o computadora personal convencional 352, que se co-ubica con la unidad remota de adquisición de datos 350. El software de colección de datos local en la habitación de la computadora de la plataforma se instala sobre servidores y/o computadoras personales por medio de lo cual se analizan las señales. En una modalidad, las señales se analizan contra criterios específicos y/o valores de umbral para determinar si, por ejemplo, los sellos de la válvula tienen fugas. Como se apreciará, puede desarrollarse un amplio espectro de software y algoritmos para el tipo específico de equipo que se monitorea. Los datos pueden subsecuente o simultáneamente transmitirse a través de cableado o transmisión inalámbrica, a la ubicación exterior del operador 370 (por ejemplo, una ubicación en tierra firme, en donde se almacena en una base de datos o se analizan adicionalmente . En una modalidad alternativa, el servicio de software de comunicaciones exterior del operador puede accederse mediante el protocolo FTP de Internet TCP/IP hacia un servicio de recolección de datos exterior 390. Por ejemplo, el vendedor del sistema de monitoreo remoto puede proporcionar un centro de monitoreo para recibir datos, alarmas, alertas, etc. respecto a la integridad del equipo. Cuando se detecta un problema con una pieza del equipo, el centro de monitoreo 390 puede entonces alertar al operador del problema, de manera que pueda tomarse una rápida acción de corrección. Aunque la presente invención se ha descrito con modalidades ejemplares, debe comprenderse que pueden utilizarse modificaciones y variaciones sin alejarse del espíritu y alcance de la invención, como fácilmente comprenderán los - expertos en la técnica. Tales modificaciones y variaciones se consideran dentro de la sustancia y alcance de la invención.

Claims (18)

1. REIVINDICACIONES 1. Un sistema de monitoreo de condición de equipo intrínsecamente seguro, que comprende: (a) al menos una unidad local de adquisición de datos intrínsecamente segura para adquirir información de condición para al menos una pieza de equipo, incluyendo la al menos una unidad de adquisición de datos un transmisor de datos inalámbrico; y (b) una unidad remota de recepción de datos para recibir la información de condición para la al menos una pieza de equipo desde el transmisor de datos inalámbrico.
2. 2. El sistema de la reivindicación 1 en donde la unidad local de adquisición de datos se construye para los criterios de la Norma 60079, Aparato Eléctrico para Atmósferas de Gas Explosivo de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) .
3. 3. El sistema de la reivindicación 1 en donde la al menos una unidad local de adquisición de datos comprende: (a) una caja; y (b) "al menos un módulo detector instalado dentro de dicha caja, correspondiendo el al menos un módulo detector a la al menos una pieza del equipo monitoreado.
4. 4. El sistema de la reivindicación 3 en donde la unidad local de adquisición de datos se configura para una pluralidad de módulos detectores intercambiables de manera removible, comprendiendo cada módulo detector al menos un canal de datos .
5. 5. El sistema de la reivindicación 3 en donde el al menos un módulo detector se selecciona del grupo de módulos que consisten de detección de presión, detección de acústica, detección de tensión y combinaciones de las mismas.
6. 6. El sistema de la reivindicación 3 en donde el al menos un módulo detector comprende una interfaz de detector, incluyendo la interfaz del detector: (a) una interfaz de transductor de detector; y (b) una interfaz de señal análoga.
7. 7. El sistema de la reivindicación 3 en donde la unidad local de adquisición de datos comprende además un suministro de energía interna.
8. 8. El sistema de la reivindicación 3 en donde la unidad local de adquisición de datos comprende además un procesador interno programado para controlar la adquisición, almacenamiento y comunicaciones de datos recibidos por la unidad local de adquisición de datos .
9. 9. El sistema de la reivindicación 1 en donde el transmisor de datos comprenden un módulo de comunicaciones RF/digital para trasmitir la información de condición a la unidad remota de recepción de datos.
10. 10. El sistema de la reivindicación 9 en donde el módulo de comunicaciones RF/digital se configura para la transmisión inalámbrica simultanea y de conexión de datos-sobre-energía .
11. 11. El sistema de la reivindicación 9 en donde el módulo de comunicaciones se configura para trasmitir más de 40 kbaudios de datos digitales con un rango de transmisión de al menos aproximadamente 100 metros.
12. 12. El sistema de la reivindicación 9 que comprende además una unidad remota e inalámbrica de recepción de datos .
13. 13. El sistema de la reivindicación 12 en donde la unidad remota inalámbrica de recepción de datos comprende : (a) un dispositivo de aislamiento eléctrico,- (b) un módulo de comunicaciones para recibir una señal inalámbrica desde el transmisor de datos; y (c) un módulo Ethernet que es selectivamente interconectable a un servidor local .
14. 14. El sistema de la reivindicación 12 que comprende además una unidad remota de análisis de datos configurada para analizar datos recibidos desde la unidad remota de recepción de datos sobre una red TCP/IP.
15. 15. Un método para monitorear la condición del equipo, que comprende : (a) adquirir información de condición para al menos una pieza de equipo con una unidad de adquisición de datos próxima al equipo, la información de condición adquirida como una entrada análoga; (b) convertir la entrada análoga a una salida digital ; y (c) transmitir de manera inalámbrica la salida digital de información de condición hacia una unidad remota de recepción de datos .
16. 16. El método de la reivindicación 15 en donde la entrada análoga se convierte mediante un circuito intrínsecamente seguro.
17. 17. El método de la reivindicación 15 que incluye además las etapas de : (a) recibir la salida digital en la unidad remota de recepción de datos; y (b) analizar la información de condición en una ubicación próxima a la unidad remota de recepción de datos .
18. 18. El método de la reivindicación 15 que incluye además las etapas de: (a) recibir la salida digital en la unidad remota de recepción de datos; y (b) transmitir la salida digital sobre una red TCP/IP hacia una unidad remota de análisis de datos.