用于机器仪器的隔离通信结构的制作方法

文档序号:11386461
用于机器仪器的隔离通信结构的制造方法与工艺

本发明涉及资产保护以及预测性维护领域。更具体地,本发明涉及收集机器数据的机器健康状况仪器及机器保护仪器(本文共同地以及各自地称为机器仪器)和从所述机器仪器中接收机器数据的集中式系统之间的电子通信,所述机器数据如机器健康状况数据、机器保护数据以及机器预测数据。



背景技术:

为了保持运行条件或防止危险情况,大多数机器需要某种类型的监控、保护以及维护。如本文所使用的,术语“机器”被赋予了广泛的定义,并且包括例如可能在工业应用中找到的设备。这样的机器,例如,包括旋转机,如泵浦、冲床、磨床、压缩机、发电机、工厂设备、以及其它类型的设备。

预测性维护以及保护机制定期或持续地,例如通过使用某种机器仪器,收集与机器健康状况有关的数据。不同种类的机器仪器感测不同种类的机器特性,如振动、温度、压力、阀位置、声音、红外线发射、油况、压力、流速、电力消耗、液体或气体泄漏等。

许多机器仪器能够进行电子通信,如通过网络,因此能够发送机器健康状况数据给别的系统,并且从别的系统接收指令,如通过网络数据连接。使用集中式系统从多个这样的机器仪器中收集数据并且发送指令给这些机器仪器,并且存储、分析以及关联所接收的数据。

该通信至少部分通过软件来管控,该软件嵌入在机器仪器中并且控制机器仪器的基本操作。这样的嵌入式软件通常称为固件。

当更新机器仪器时,改变了该机器仪器中的固件。类似地,如果机器仪器被不同的或者更新模型的机器仪器所取代,则新机器仪器的固件通常不同于旧机器仪器的固件。有时,出于某种原因,机器仪器的固件回滚到更旧版本的固件。

对于试图与机器仪器通信的集中式系统来说,在机器仪器的固件中的这些变化会引发一些问题,因为集中式系统中的软件必须了解每一机器仪器所使用的通信协议以及每一机器仪器的能力,并且无论固件何时发生变化,在集中式系统的软件被更新之前,集中式系统通常无法完全与给定的机器仪器通信并且使用该给定的机器仪器。

通常,任何一个机器仪器的固件版本发生变化需要使集中式系统离线,以致其不再执行其与任何机器仪器有关的功能,直到其能够被更新来与新固件版本的能够与其通信的许多机器仪器中的一个进行通信。这不仅耗时和昂贵,而且还要求集中式系统停机,不再执行其重要的功能,直到其被更新并且重新联机。

因此,需要一种减少或至少部分减少如上述那些问题的系统。



技术实现要素:

上述以及其它需要可通过一种用于与不同类型的机器仪器进行通信的集中式系统来满足,其中所述机器仪器的操作由固件版本所确定,对于每一机器仪器,能够独立并且选择性更新所述固件版本。所述集中式系统包括处理器、存储器、通信端口以及通信模块,所述通信模块具有驻留在存储器中并且由处理器执行的指令。所述通信模块通过通信端口控制集中式系统和机器仪器之间的通信。所述通信模块具有一组用于通过通信端口进行通信的插口、插件管理器以及插件库,其中每一插件与至少一种机器仪器类型以及至少一种固件版本关联。

所述插件管理器通过选定的一个插口与选定的一个机器仪器进行通信并且确定所述选定的机器仪器的类型以及固件版本,搜索所述插件库,以查找到与所述选定的机器仪器的类型以及固件版本兼容的插件,以及将兼容插件与选定的插口关联,使得所述兼容插件对集中式系统和机器仪器之间的通信进行解释。进行关联时,不改变其它插件和插口之间的关联并且不中断集中式系统和任何其它机器仪器之间的通信。

在一些实施例中,所述兼容插件根据依赖于所述机器仪器类型以及固件版本的第一数据协议从关联的机器仪器接收第一消息中的数据,从所述第一消息中提取所述数据,将所述数据转换成与集中式系统关联的第二数据协议,并且根据第二协议将第二消息中的所述数据发送至集中式系统中的其它地方。

在一些实施例中,所述兼容插件根据所述第二数据协议在第三消息中接收来自集中式系统的指令,从所述第三消息中提取所述指令,将所述指令转换成所述第一数据协议,并且根据所述关联的机器仪器的第一协议发送第四消息中的指令。

在一些实施例中,所述通信模块包括用于当插件管理器未能在插件库中查找到与选定的机器仪器的类型以及固件版本兼容的插件时,增加新插件至插件库的指令。在一些实施例中,所述通信模块请求从连接至集中式系统的用户界面中指定新插件。在一些实施例中,所述通信模块执行以下步骤中的至少一个:(1)请求指定新插件,以及(2)从连接至集中式系统的全局网络源中接收新插件。在一些实施例中,所述通信模块从连接至集中式系统的可拆卸存储器单元中接收新插件。在一些实施例中,所述插件库包含在能够从集中式系统移除的存储器的一部分中。

根据本发明的另一方面,描述了一种用于在集中式系统和不同类型的机器仪器之间进行通信的方法,其中所述机器仪器的操作由固件版本所确定,对于每一机器健康状况仪器,能够独立且选择性更新所述固件版本。在所述集中式系统的插口处检测其中一个机器仪器与集中式系统之间的连接。所述集中式系统的插件管理器从机器仪器中请求并且接收机器仪器的类型以及固件版本,接着在插件库中搜索与所述机器仪器的类型以及固件版本适配的兼容插件。所述插件库中的每一插件与至少一种机器仪器类型以及至少一种固件版本关联,以及所述插件管理器将兼容插件与插口关联,使得所述兼容插件对集中式系统和机器仪器之间的通信进行解释。进行关联时,不改变其它插件和插口之间的关联并且不中断集中式系统和任何其它机器仪器之间的通信。

根据本发明的再一方面,描述了一种包含机器程序的非瞬时计算机可读介质,通过使所述计算机的处理器执行如本文所述方法的步骤,所述机器程序使得计算机能够与不同类型的机器仪器进行通信,其中所述机器仪器的操作由固件版本所确定,对于每一机器仪器,能够独立并且选择性更新所述固件版本。

附图说明

当结合附图参考详细说明书考虑时,本发明进一步的优势会变得显而易见,而为了更清晰地显示出细节,附图并没有完全按照比例绘制,其中在几个视图中,相同的引用标记表示相同的元件,且其中:

图1为根据本发明实施例的集中式系统的功能框图;

图2为根据本发明实施例的集中式系统的更细节的功能框图;

图3为根据本发明实施例的集中式系统的操作流程图;

图4为根据本发明实施例的集中式系统的部分操作的更细节的流程图。

具体实施方式

现在参考图1,其示出了根据本发明实施例的集中式系统100。集中式系统100包括处理器116、存储器118、数据存储单元120、通信模块126以及通信端口128。在一些实施例中,集中式系统100为被专门编程来执行如本文所述功能的通用计算机。在其它实施例中,集中式系统100为定制的硬件。可以理解的是,集中式系统100的各种组件具有比图中所示的如在全系统(system-wide)总线上的数量有更多的连接。因此,可以理解的是,所示的通信线路实质为代表性的,例如,在一些实施例中,通信模块126能够直接与存储器118和数据存储单元120中的至少一个进行通信。

在各个实施例中,存储器118为易失性和非易失性存储器组合的硬件结构,如各种RAM。存储器118包含了用于集中式系统100的操作程序设计、集中式系统100所收集的数据、关于与集中式系统100进行通信的外部硬件的信息、以及大体上如本文所述的其它信息。

存储120为非易失性硬件结构,如硬盘驱动器、固态驱动器、此类电子数据存储结构阵列、或本领域目前公知的其它电子数据存储结构阵列。可以理解的是,在一些实施例中,部分存储120能够远程到集中式系统100的剩余组件。

为简单起见,将集中式系统100的通信功能分成两个结构,即通信模块126以及通信端口128。在现代计算系统中,很难-但不是不可能-将那些纯硬件结构与那些纯软件结构分开。几乎每一集成计算结构在某种程度上都是两者的组合。有一点需要预先声明,一般而言,通信端口128包含集中式系统100的通信功能的硬件方面,通信模块126包含集中式系统100的通信功能的软件方面。缺少任何一方面,另一方面都将失去用处,并且要求彼此为集中式系统100提供通信。

通信端口128包括能够使得集中式系统100的本地部分和集中式系统100的外部硬件之间进行通信的所有各种硬件端口结构。例如,用户界面122,如可包括显示器、定点设备、打印机、照相机、扬声器、麦克风以及其它类似硬件,通过通信端口128的合适硬件结构连接至集中式系统100。类似地,外部存储设备132,如USB记忆棒,通过通信端口的合适硬件结构连接至集中式系统100。

在一些实施例中,通信端口128包括用于与数据网114连接的网络连接,如本地通用通信网或专用网。网络114继而能够连接到全局数据通信网,如因特网130。

通信模块126为控制硬件通信端口128操作的软件。软件有时可存储在存储器118和数据存储单元120的至少一个中,或可更永久设置在通信端口128的非易失性存储器结构中。处理器116用于根据需要加载合适的控制程序以及驱动程序,这些程序构成接入通信端口128的合适结构的部分通信模块126。

集中式系统100通过通信模块126以及通信端口128与数据源110进行通信。该通信能够通过共享的通用数据通信线路,如网络114或USB连接,或通过某些直接且单独的通信线路,如串行端口。数据源110可为单个机器上的单个机器仪器、多个机器仪器、不同机器或另一集中式系统100上的多个机器仪器。为简单起见,本文给出的实例描述了与机器仪器110的通信。下文将更详细描述关于与机器仪器110通信的通信模块126的相关操作。

系统100提供用于与机器仪器110通信的某些核心功能,并且对来自机器仪器110的数据进行收集和解释。存储器118和数据存储单元120的至少一个可包括针对机器仪器110的软件,用于处理器116的操作。处理器116收集或产生的数据可存储在集中式系统100的存储设备120或其它地方中,以备将来使用。集中式系统100从机器仪器110收集的数据可包括但不限于石油分析、红外线分析、设备配置、机器诊断、机器防护等。发送给技术员的操作以及警告消息可输出到用户界面122。

集中式系统100的一个优点在于其提供了一个基本框架,对于多种机器仪器110,该框架能够利用共用的数据收集服务以及应用程序,而无需复制整个集中式系统100。集中式系统100提供了一种标准机制,用于将不同机器仪器110的信息共享,而无需对每一机器仪器110使用专用的集中式系统100。当有多台机器由相同的集中式系统100监控时,集中式系统100还为技术员对共同的监控或保护服务以及应用程序提供一致性。

现参考图2,其极详细示出了通信模块126。在所示实施例中,通信模块126包括插件管理器202、插件库204以及多个插口212,集中式系统100通过插口212与机器仪器110通信。

需要再次提及的是,通信模块126一般表示集中式系统100的通信功能的软件部分。因此,插件管理器202,在一些实施例中,利用可为通信端口硬件结构128一部分的硬件,或在一些实施例中,可利用处理器116的计算能力。进一步地,在一些实施例中,插件管理器202的软件驻留在存储器118和数据存储单元120的至少一个的内部。

插件管理器202的一个功能是检测机器仪器110何时连接到集中式系统100以及何时尝试与集中式系统100进行通信。此类连接在本文中描述为通过插口212进行。在一些实施例中,这些插口212为存储器118内的具体地址,检测这些插口以验证是否存在数据。插口212还能够代表某些结构,如协议层。通信插口212的其它结构对于本领域技术人员来说是公知的。可以理解的是,在集中式系统100中可存在任意数量的插口212,但是为了方便,只示出了四个。

如图2所示,每一机器仪器110通过不同插口212与集中式系统100进行通信,即使他们可能全部在相同的网络连接114上进行通信。此类物理连接一般描述为通过图2中的通信端口128来处理。

如上文介绍的,与每一机器仪器110关联的固件214可能是不同的,因为它们可能以不同方式组装它们的数据包、提供对与它们关联的机器仪器110的不同功能的访问等。

为了了解每一机器仪器110的固件214所需的通信协议,插件管理器202将每个插口212与一个插件210关联,插件210被设计与通过该插口212进行通信的机器仪器110关联的固件214进行通信。在一个实施例中,插件210为特定于集中式系统100以及给定的一个或多个机器仪器110的软件结构。在一个实施例中,插件110提供指令给处理器116和通信模块126中的至少一个,使得它们能够进行翻译或其它方式在集中式系统100和与插件210关联的机器仪器110之间实现通信以及发送命令。在一些实施例中,插件210被配置为,使得能够使用、实施以及控制相关机器仪器110的所有不同的特征以及功能。

这些插件210保存在插件库204中。由于插件库204与通信模块126的操作功能相关,所以将其包括在通信模块126的描述中。然而,一些实施例中,插件库204为存储在存储器118和存储120的至少一个中并且根据需要进行存取的软件。

参考图3描述通信模块126的操作过程,其中示出了方法300的流程图。该过程开始于框302,在框302中,通信模块126查找通过插口212与集中式系统100新连接的机器仪器110。类似事件为,当相同的机器健康状况仪器110被连接到给定的插口212,但是与该相同的机器健康状况仪器110相关的固件214已经发生了变化。判定框304示出了不断查找新机器健康状况仪器110连接的循环。如果没有检测到新的机器仪器110,则通信模块126不会进行如下所述的相关过程,而只是继续监控插口212是否有此类情况发生。

当通信模块126确实检测到新机器仪器的存在,如在框304中所示,则通信模块126会询问机器仪器110,以确定识别信息,如机器仪器110的类型以及与机器仪器110关联的固件214版本,如在框306中所示。

一旦通信模块126接收到需要的识别信息时,其会在插件库204中查找与固件214兼容的插件210。这能够通过直接检查插件库204中的每个插件210或通过借助插件库204中的插件210的索引来完成。

如果查找到合适的插件210,如在框310中所示,则将该合适的插件210与新机器仪器110所连接的插口相关联,如在框312中所示,并且将将该合适的插件210用于解释集中式系统100和机器健康状况仪器110之间的通信,如在框314中所示以及如稍后在下文更详细描述的。

在一些实施例中,查找到不止一个合适的插件210。在这样的实例中,插件管理器202能够执行几种不同选择中的其中一种。例如,在一个实施例中,插件管理器202选择具有最新修订日期的其中一个合适的插件210。在另一实施例中,插件管理器202选择具有可操作关联的机器仪器110的已知历史的其中一个合适的插件。在又一实施例中,插件管理器202选择具有已知所需功能的其中一个合适的插件210。在再一实施例中,插件管理器202请求确定选择哪个插件210的输入,如通过提出输送到用户界面122的请求。

方法300接着返回至框302,以确定是否有任何其它新连接的机器仪器110,其需要如上所述与插口212以及插件210正确关联。

然而,在一些实例中,如在框310中所确定,可能在插件库204找不到合适的插件210,。在这样的事件中,通信模块126的操作方法300的一些实施例通过查看可能对集中式系统100有用的各种数据源,经历试图查找合适插件210的一系列步骤。例如,通信模块126能够请求指定合适的插件210或合适的插件210本身来自如因特网等全局网络系统上的网站或其它数据源,如在框316中所示。例如,在一些实施例中,通信模块126能够使用如在框306中采集的机器仪器110的信息来转到适合于机器仪器110的因特网地址,并且下载合适的插件210,接着控制再次开始框312。

然而,如果无法从用户界面122收到合适的插件210,则查询另一源,如在框320中所示,如在外部的存储位置,如在框320所示,如USB闪存驱动器或某些其它的此类介质。

如果以该方式还是无法查找到合适的插件210,则通信模块126能够例如从用户界面122查找合适的插件210,如在框322中所示。如果用户界面122能够提供合适的插件210,则该方法开始框312并且继续如上文所述的过程。

如果通信模块126的可用源中没有一个能够提供合适的插件210,则输出错误消息,如输出到用户界面122或输出到网络144上,如在框324中所示。

可以理解的是,如上给出的用于插件210的源本质上示例性的,并且包括其它源,不同数量的源以及不同顺序的源也是一样。进一步地,除了返回错误代码外,在一些实施例中,通信模块126能够将合适的插口212与一系列默认插件210中的一个关联。尽管默认插件210可能不与机器仪器110完全兼容,但是在能够查到与机器仪器110完全兼容的合适插件210并将其与插口212关联之前,默认插件210将提供与机器仪器110的一些基本的通信。

每一插口212以及所连接的机器仪器110都是独立执行方法300的,使得当通信模块126在查找合适的插件210以及将其与插口212关联时,其它机器仪器110继续通过它们的插口212与集中式系统100进行通信,而不用任何中断。因此,对于集中式系统100来说,更换机器仪器110或固件214根本就不需要停机。

因此,为了适应各种各样的机器仪器110以及固件214更新或功能变化,使用给定的插件210来支持特定类型以及固件版本的机器仪器110。通过使用插件210,能够避免对集中式系统100的整体运行软件重新编程。每个插件210适配于一个或多个类型以及固件214版本的机器仪器110。每个插件210独立于其它插件210工作,因此能够独立测试插件210。此外,增加新插件210时,能够不影响集中式系统的现有插件210或能够不测试集中式系统100的现有软件。

在一些实施例中,通过通信模块126从机器仪器110提供至系统100的通信数据被转换成通用的数据格式,即使在一些实施例中,如最初从机器仪器110发送的数据以不同于通用的数据格式并且为机器仪器110类型以及固件214所专有的格式接收。此数据转换能够通过与插口212关联的插件210来实现,机器仪器110通过插口212与集中式系统100进行通信。

类似地,在一些实施例中,通过通信模块126从系统100提供至机器仪器110的指令被转换成专有格式,即使在一些实施例中,如起初从集中式系统100发送的指令使用与机器仪器110的专有指令格式不同的格式。此指令转换能够再次通过与插口212关联的插件210来实现,机器仪器110通过插口212与集中式系统100进行通信。

一种可以实现转换的方法如在图4的流程图中所示,该图提供了框314的操作的更详细步骤。根据图4所示的实施例,在框400中判定数据走向,要么从机器仪器110到集中式系统100,要么从集中式系统100到机器仪器110。

如果是从机器仪器110到集中式系统100,如在框402中所示,则该流的数据部分从消息中提取,如在框404中所示。在一个实施例中,这能够通过插件210来实现,插件210了解用于机器仪器110的数据协议并且知道哪一部分数据包能够被剥离、哪一部分是机器数据、机器数据使用什么格式等。因此,通信模块能够使用来自插件的此信息(或在一些实施例中,插件210自己完成这些步骤)对来自机器仪器100的数据进行转换,如在框406中所示,并且产生新的数据消息,其以集中式系统100认可并且使用的格式发送至集中式系统100的其它部分,如在框408中所示。

类似地,如果数据包括从集中式系统100到机器仪器110的指令,如在框410中所示,则该流的指令部分从消息中提取,如在框412中所示,并且接着被转换成机器仪器110能够理解的格式,如在框414中所示。在一个实施例中,这能够通过插件210来实现,插件210了解用于机器仪器110的数据协议并且知道哪一部分数据包能够被剥离、哪一部分是指令、机器指令使用什么格式等。因此,通信模块能够使用来自插件的此信息(或在一些实施例中,插件210自己完成这些步骤)对来自机器仪器110的指令进行转换,并且产生新的指令消息,其以集中式系统110认可并且使用的格式发送至机器仪器110,如在框416中所示。

可以理解的是,并非一切从机器仪器110发送至集中式系统100的都是机器数据,并非一切从集中式系统100发送至机器仪器110的都是指令。然而,能够使用这些术语,从而帮助将如上所述的一些通信原理保持清晰。在最后的分析中,有部分数据包是来回流动的(保持来回流动是很重要的)并且是表示发送至接收系统(要么是集中式系统100,要么是机器仪器110)的元数据或协议部分,该部分需要以接收系统理解的格式。与插口212(通过插口212,给定的机器仪器110与集中式系统100进行通信)关联的插件210能理解哪部分数据包是哪个,并且从旧数据包中产生新数据包。

进一步地,在一些实施例中,固件214使得机器仪器100能够实现增强的操作或新的功能以及能力,与固件214关联的新插件210使得集中式系统100能够让技术员使用这些新功能,如通过在用户界面122(如用于配置或呈现当前数据或其它的用户界面)上呈现用于这些新功能的选项。

出于说明以及描述的目的,已经呈现了本发明实施例的前述描述。其并不是要详尽无遗地说明本发明或将本发明限制为所公开的确切形式。在以上教导下能够进行显而易见的修改或变形。选择并描述所述实施例是为了说明本发明的原理及其实际应用,从而使任何本领域的普通技术人员都能以各种实施例的方式使用本发明,以及利用适合于预期的特定使用的各种变形来使用本发明。当根据公平、合法、公正授权的宽度解读本发明时,所有此类修改和变形都应落入本发明所附权利要求所确定的范围内。

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