的警报极限或报警极限，
[0047]生成包括警报极限或报警极限的一个或多个输入值区的图形用户界面屏幕，
[0048]接收用户在一个或多个输入值区输入的警报极限或报警极限选择，以及至少部分地基于警报极限或报警极限选择生成控制逻辑例程配置数据。
【附图说明】
[0049]通过参考结合附图的详细描述，本发明的其它实施方案将变得显而易见，其中:其中元件未按比例绘制以更清楚地示出细节，其中在所有几个附图中，相同附图标记指示相同元件，且其中:
[0050]图1描绘了根据本发明的实施方案的机械健康监控(MHM)模块；
[0051]图2描绘了根据本发明的实施方案的现场数字FPGA信号处理电路；
[0052]图3描绘了根据本发明的实施方案的由DCS控制器执行的控制逻辑的实例；
[0053]图4、5和6描绘了现有技术机械保护软件用户界面屏幕的实例；
[0054]图7-11描绘了根据本发明的实施方案的测量通道配置界面屏幕的实例；
[0055]图12-14描绘了根据本发明的实施方案的用于配置测量通道的方法的过程流程图。
【具体实施方式】
[0056]本发明的实施方案提供了振动数据采集和分析模块，其直接接口连接至分布式控制系统输入/输出底板以允许由DCS直接采集振动数据以进行机械保护和预测性机械健康分析。如文中所使用，术语“分布式控制系统(DCS)”是一种在过程或工厂中使用的自动化控制系统，其中控制元件分布在整个机器或多个机器中以向机器的不同部件提供操作指令。如文中所使用，术语“保护”是指在如果允许机器继续运转则可能发生严重且高成本的损坏的情况下，使用从一个或多个传感器收集的数据(振动、温度、压力等)使机器关停。另一方面，“预测”是指使用从一个或多个振动传感器收集的数据(或许与来自其它类型的传感器的数据结合)观察机器性能的趋势并预测机器应脱机以进行维护或更换之前可工作多长时间。
[0057]图1描绘了直接与DCS11接口连接的机械健康监控模块(MHM) 10。在优选实施方案中，模块10包括接收并调节传感器信号的现场模拟信号调节和传感器电源卡12、处理传感器信号的现场数字FPGA信号处理卡14和提供至DCS输入/输出总线18的接口的DCS逻辑发生器卡(LGC)16。现场卡12可优选通过现场信号接口连接器22接受来自至少八个测量传感器20的输入。在优选实施方案中，传感器输入通道的至少两个可被配置为转速计(tachometer)通道。
[0058]优选地，在模拟现场卡12与数字现场卡14之间设置电流隔离。电隔离防止传感器20的安装位置与DCS 11之间由例如接地回路引起的意外电流。
[0059]传感器电源24和信号调节电路26可支持多种不同的传感器20，包括压电加速计、压电ICP速度、压电动态压力、电子动力速度、涡流位移、AC振动和DC位移，其中输入电流为4-20mA。所支持的转速计传感器包括涡流位移传感器、无源电磁传感器、霍耳效应转速计传感器、N脉冲/转轴编码器和TTL脉冲传感器。支持许多在DC至20KHz频率范围内的附加传感器类型，只要其在以下示例性电压输入范围内:0至+24V、-24V至+24V、-12V至+12V以及0至-24V。在优选实施方案中，可对多达八个传感器电源电路24单独编程以便电流恒定在0至20mA之间，该恒定电流也可用作电子动力(无源)速度传感器的上升电流。也可在每个传感器通道上单独地编程以上列出的输入电压范围。这允许通道之间的传感器电源和输入范围配置可进行任何混合，从而使得受支持的传感器能够混合。
[0060]利用时钟26提供的定时，8通道模拟-数字转换器(ADC) 28将八个模拟信号转换成包括八个同时采样的交织通道的数据的单个串行数据流。在一些优选的实施方案中，两个转速计触发电路30将模拟转速计信号转换成转速计脉冲。
[0061 ] 现场卡14上具有用于处理振动数据的8通道现场可编程序门阵列(FPGA) 36。FPGA36接收8通道数字波形数据(可能包括2通道的转速计数据)，并对原始数据进行并行处理以生成标量总振动参数和波形。经处理的波形可包括低通滤波波形、PeakVueTM波形、阶次跟踪波形、高通滤波(直流阻塞)波形以及可选择的单集成(速度)波形、双集成(位移)波形，或非集成(加速度)波形。这些波形也可在转速计数据的两个专用数据通道上生成。预测数据通道也优选包括上采样数据块以为时域同步平均(TSA)阶次跟踪应用程序提供分辨率较高的数据。
[0062]模拟现场卡12的振动卡配置电路32优选包括一组串行-并行锁存寄存器，其接受来自LGC 16的应用程序固件的配置数据的串行数据流。该数据被加载到FPGA 36的接口内的并行-串行移位寄存器。然后，FPGA 36使用同步SPI格式处理串行数据至控制锁存器的移位。
[0063]在优选实施方案的操作期间，MHM模块10对于DCS控制器19而言似乎是标量输出与标准DCS输入模块21的标量输出相似的多通道模拟输入卡，例如可以是输出测量温度、压力或阀位值。如以下更详细地讨论的那样，振动信号被模块10转换成标量值并通过DCS的底板被提供给DCS控制器19。DCS控制器19的一个实例是爱默生过程管理公司(爱默生电气公司的分部)制造的Ovat1nTM控制器。在该DCS体系结构中，多达十六个标量值作为高速扫描值从每个I/O模块被提供给DCS控制器19。在高速扫描中，DCS控制器19可以高达10毫秒的速率读取这十六个标量值。
[0064]可使用数据块转移方法(例如，远程桌面协议(RDP))通过DCS输入/输出总线18以低于扫描十六高速标量值的速率的速率将时间波形数据块(以及附加标量值)转移至DCS控制器19。
[0065]由于机械健康监控模块10生成的标量值由DCS控制器19读取，因此DCS控制器19中运行的软件以与处理任何其它DCS数据的方式相同的方式处理这些标量值。DCS控制器19的一个主要功能是将标量值与警报极限进行比较。如果超过了极限，则生成警报。DCS控制器19内的逻辑也可基于警报状况确定是否应采取任何行动，例如关闭继电器。DCS控制器19还在软件中执行包括警报继电器逻辑、表决和延时的操作。优选地，DCS控制输出(例如，继电器输出和4-20mA比例输出)由DCS的标准输出模块23驱动。批量预测数据在LGC主处理器48内被格式化，并通过以太网端口 52a传输至机器健康管理(MHM)分析计算机54以进行详细分析和显示。批量保护数据也在LGC主处理器48内被格式化，但通过单独的以太网端口 52b传输至DCS操作员计算机60。
[0066]在优选的实施方案中，DCS操作员计算机60包括用于显示从DCS控制器19输出的振动参数和其它机器操作数据(压力、温度、速度、警报状况等)的界面。
[0067]图2描绘了现场数字FPGA 36的单个通道的功能框图。优选的实施方案包括七个布局与图2中描绘的一个通道的布局相同的附加通道。如以下更详细地描述的那样，通道数字波形数据在被转换成振动总值或被打包成“批量”时间波形以由在LGC卡16上运行的软件进一步进行分析或传输至DCS软件或MHM软件之前可通过各种数字滤波器和积分级路由。
[0068]如图2所示，ADC接口 70通过连接器34 (图1中所示)从现场模拟卡12的ADC28接收八个通道的连续同时取样数据。数据优选为串行外围接口(SPI)格式的复用同步串行数据流的形式。ADC接口 70将数据流解复用成八个单独的通道数据流。
[0069]尽管所有八个通道均可用于振动信号处理，但是在优选的实施方案中，八个通道的其中两个可用于转速计测量处理。每个转速计测量通道优选包括:
[0070]单触发(one-shot) 110，其是为具有过度抖动或噪声的转速计脉冲序列提供噪声抑制的可编程触发器“消隐”功能；
[0071]N分频111，其是对齿轮或代码轮产生的转速计信号的脉冲频率进行分频的可编程脉冲分频器；
[0072]反向旋转检测器112，其通过比较两个转速计脉冲信号的相位确定轴旋转的方向；
[0073]RPM指示器115，其计算转速计脉冲流的RPM作为标量总值。
[0074]零速检测器113，当转速计已闲置可编程时间间隔(例如，0.1秒、1秒、10秒或100秒)时，其提供“零速”指示；和
[0075]检测器114，当转速计超过2KHz或62KHz的固定阈值时，其提供“超出额定范围”指示。在替代实施方案中，该阈值可编程。
[0076]继续参考图2，FPGA 36中的八个独立并行信号处理通道的每一个优选包括以下组件:
[0077]用于直流阻塞的高通滤波器72，其可优选设置成0.01Hz、0.1Hz、1Hz或10Hz，且可基于开关74的位置对以下描述的积分器选择或旁路其；
[0078]两级数字波形积分，包括第一积分器76和第二积分器78，其提供从加速度至速度、从加速度至位移，或从速度至位移的数据单位转换；
[0079]数字跟踪带通滤波器82，其带通中心频率由转速计频率或转速计频率的倍数设置，并基于开关80的位置接收“普通”数据流(无积分)、单积分数据流或双积分数据流作为输入，如以下更详细地描述的那样；和
[0080]标量总测量计算块88-100，其确定几个不同的波形标量总值，如下所述。
[0081]在优选实施方案中，数字跟踪带通滤波器82的目的是窄(高Q)带通响应，其中心频率由所选择的转速计输入的RPM确定。中心频率也可以是转速计RPM的选择的整数倍。当波形通过该滤波器时，将仅保持与受监控机器的转速的倍数对应的振动分量。当由对应的FPGA计算块(88、90或92)计算合成波形的RMS、峰值或峰峰标量值时，结果与由在LGC16的应用程序固件内执行的“nX峰值”计算将返回的值相同。由于该标量计算作为连续过程在FPGA 36内执行而非作为计算在固件内进行，因此与以较低的速率在固件内产生的对应值相比，其更适合“关停参数”。该测量的一个应用是监控航