用于监测泵气蚀的系统和方法

用于监测泵气蚀的系统和方法
【专利摘要】公开了监测泵气蚀的系统和方法。示例方法包括监测与操作过程单元中的资产相关的压强参数和振动参数。该示例方法包括基于该压强参数计算操作压强值。该示例方法包括基于该振动参数计算操作振动值。该示例方法包括基于该操作压强值或该操作振动值中的至少一个，确定与该资产相关的气蚀状态。
【专利说明】用于监测泵气蚀的系统和方法
【技术领域】
[0001]此发明通常与过程控制系统和/或资产管理系统相关，且更特别地，与用于监测泵气蚀的系统和方法相关。
【背景技术】
[0002]操作过程单元和/或系统，例如那些用于石油和天然气的生产工业，炼油，石化及其他生产设施的，典型地包括重要的设备资产，如泵，热交换器，冷却塔等。这些资产的状态，健康状况，完整性和/或性能对处理厂的效率和/或安全是至关重要的。

【发明内容】

[0003]公开了监测泵气蚀的系统和方法。一个示例方法包括监测与操作过程单元中的资产相关的压强参数和振动参数。该示例方法包括基于该压强参数计算操作压强值。该示例方法包括基于该振动参数计算操作振动值。该示例方法包括基于该操作压强值或该操作振动值中的至少一个，确定与该资产相关的气蚀状态。
[0004]一个示例系统包括监测应用，以监测与操作过程单元中的资产相关的压强参数和振动参数。该示例系统包括压强分析器，以基于该压强参数计算操作压强值。该示例系统包括振动分析器，以基于该振动参数计算操作振动值。该示例系统包括气蚀分析器，以基于该操作压强值或该操作振动值中的至少一个，确定与该资产相关的气蚀状态。
[0005]一种示例的有形的计算机可读存储介质，该介质包括指令，该指令当被执行时，弓丨起计算设备用于监测与操作过程单元中的资产相关的压强参数和振动参数。该示例指令引起该计算设备基于该压强参数计算操作压强值。该示例指令引起该计算设备基于该振动参数计算操作振动值。该示例指令引起该计算设备基于该操作压强值或该操作振动值中的至少一个，确定与该资产相关的气蚀状态。
【专利附图】

【附图说明】
[0006]图1是示例过程控制系统中的示例操作过程的示意图，此发明的教导在该过程控制系统中被实现。
[0007]图2示出了实现图1的该示例的泵和现场设备的示例方式。
[0008]图3示出了实现图1的该示例的操作员站的示例方式。
[0009]图4示出了与图3的该用户接口相关的示例主页。
[0010]图5示出了与图3的该用户接口相关的、图4的示例资产概述页面的示例过程标签。
[0011]图6示出了与图3的该用户接口相关的、图4的示例资产概述页面的示例输入标签。
[0012]图7是代表了示例过程的流程图，该示例过程可被执行以实现图1和/或图3的该示例操作员站。[0013]图8是示例计算机的示意图，该示例计算机可被用于和/或被编程以实施图7的该示例过程和/或，更一般地，以实现图1和/或3的该示例操作员站104。
【具体实施方式】
[0014]行业平均值表明，由于非计划停工每年大约有百分之五的产能损失。这种停工的最重要原因之一是设备故障，它经常能够超过非计划停工的百分之四十。意外故障不仅能够导致生产的损失和维修费用的增加，在一些情况下，设备故障可导致火灾，有毒物质的环境释放，和/或其他不安全的情况。虽然已知的过程控制系统可通过有线传感器来监测最关键的设备，该有线控制器与主机系统通信，但是在线或和/或实时监测所有资产经常是成本过高而无法承受的。因此，其余的设备是通过写字夹板方法，周期性手持测量和监测设备以获得孤立的数据，该数据涉及该设备或资产的状态，健康状况，完整性和/或性能。这种已知方法的结果是操作过程单元和/或系统中的许多资产(例如，泵)在大部分时间中是得不到监测的运行着，从而增加了对整个系统的性能和/或安全的故障，泄漏，火灾和/或其他不良影响的风险。
[0015]气蚀是泵故障的主要原因之一。当该泵壳内没有足够的压强以保持流体在液体状态下时，气蚀就发生在泵(例如，离心泵)中。当该泵内的流体不能保持液体状态时，在液体中包含的气袋和/或小团气体(例如，气泡)在该泵内形成。气蚀可由如下原因所导致:在该泵的吸入线路中的限制，在上游组件或容器中的低级别，造成高管道压降的高流量，高流体温度，改变流体组分，低于特定(例如，最小)流量等的持续运作。与气蚀相关的气袋或气泡最终可导致对该泵组件的损坏。例如，气蚀可腐蚀该叶轮的材料，磨损该泵壳和/或密封，和/或引起泵密封泄漏。对该泵组件的这样的损坏可能导致该泵的故障。泵气蚀的早期检测(在该泵由于气蚀而故障之前)可减少维护成本和/或过程影响。
[0016]避免如上所述的设备损坏，环境事件，和/或对业务的负面影响，是依赖于当过程变量和/或设备状况的变化发生时，能够检测到它们(即，通过在线监测而基本实时的检测)。而且，能够联系多个测量，而为评估(例如由于泵气蚀的)资产故障的发生的可能性提供了更大的预测价值，因为它提供了该资产的状况的更全面的情景。因此，即使收集了在特定设备中的各单独测量，但是收集该测量的工程师也不可能在与该资产相关的其他参数的启发下理解到该单独测量的重要性。例如，周期地检查泵以测量它是否在可接受的振动门限内操作。然而，当在现场做这样的测量时，没有办法将此测量和其他测量相联系，如流速，压强，和/或与该过程控制系统相关的、被监测的其他参数。没有这一切可用的信息和且没有合适的理解，与多个测量被集成到该资产的整体状况的综合视图中相比，这些单独测量在确定该资产的目前健康状况上的价值更少，和/或在预测即将发生故障上的能力也更小。
[0017]在此公开的技术是可能做到的，这是通过意识到:虽然设备故障有许多潜在原因，但是可能概括出一种方法，该方法组合了特定的设备健康测量与过程测量，以对可能发生的情况做出比行业已知的更有经验的分析。利用此综合分析，在此所述的该系统和方法能够确定整个资产健康状况或价值，和能够识别出影响资产状况的最重要的参数，以提供给操作员，工程师，维护人员和/或其他工厂人员(以下统称为操作员)。特别地，利用此综合分析，在此所述的该系统和方法能够确定泵的气蚀(或预气蚀)状态，和能够识别影响该泵状况的最重要参数(如压强和/或振动)，以提供给操作员。而且，此发明的该教导引入了用于提供潜在资产故障(如泵气蚀)的、比本领域已知的更早期的检测系统和方法，它是通过将对大多数主要故障模式是敏感的测量进行综合，包括设备和过程数据(如压强和/或振动数据)，对该合并信息的分析以产生短期故障可能性的整体指示，和以操作员快速理解该资产的状况和该可能故障的方式而展示给操作员。
[0018]图1是根据此发明的教导的示例过程控制系统100的示意图，该过程操作系统实现操作过程单元101。该示例系统100可以是分布式控制系统(DCS)，监控与数据采集(SCADA)系统，和/或监测和/或控制该示例操作过程单元101的任何其他类型的过程系统。附加地或替代地，该示例操作过程单元101可被监测和/或与资产管理系统(AMS)相关联，而无论该系统100是否提供对该操作过程单元101的任何控制。如图1所示，该示例系统100包括一个或多个过程控制器(其中之一由附图标记102所指示)，一个或多个操作员站(其中之一由附图标记104所指示)，和一个或多个应用站(其中之一由附图标记106所指示)。该示例过程控制器102，该示例操作员站104，和/或该示例应用站106通过总线和/或局域网(LAN) 108被通信地耦合，其通常被称作区域控制网(ACN)。
[0019]图1的该示例操作员站104允许操作员查看和/或操作一个或多个操作员显示屏和/或应用，其允许该操作员查看过程控制系统的变量、状态、情况、告警；允许操作员改变过程控制系统设置(如设定点，操作状态，清除告警，告警静音等)；允许操作员配置和/或校准在该操作过程单元101内的设备；允许操作员执行在该操作过程单元101内的设备的诊断；和/或允许操作员以其他方式管理在该操作过程单元101内的设备和与该设备交互。
[0020]图1的该示例应用站106可被配置以执行一个或多个信息技术应用，用户交互应用和/或通信应用。例如，该应用站106可被配置以主要地执行过程控制相关的应用，而另一个应用站(未示出)可被配置以主要地执行通信应用，该通信应用使该操作过程单元101利用任何所想要的通信媒介(如无线，有线等)和协议(如HTTP，SOAP等)与其他设备或系统通信。在一些例子中，在该示例应用站106上可建立远程会话，以查看在该示例操作员站104的该应用和/或与其交互。另外,该示例应用站106和/或该示例操作员站104可包括和/或执行资产监测应用(如图3的该示例资产监测应用)，该资产监测应用可以是资产管理软件(AMS)应用的部分。该资产监测应用与用户接口(如图3的该示例用户接口)相关联，以展示信息和/或提供在该操作过程单元101内的资产的情况，健康状况，完整性，和/或性能的可视指示。实现图1的该示例应用站106的示例方式在下面与图3 —起描述。
[0021]图1的该示例操作员站104和该示例应用站106可利用一个或多个工作站和/或任何其他适合的计算机系统和/或处理系统被实现。例如，该操作员站104和/或该应用站106可利用单处理器个人计算机，单或多处理器工作站等被实现。而且，该示例操作员站104和/或该应用站106可连接到另一个网络，其他用户(如维护和/或设备工程师)通过单独的工作站可获得至该另一个网络的访问。附加地或替代地，该示例操作过程单元101可在相同网络内包含其他工作站(如维护站和/或工程站)以提供与该操作过程单元101相关联的单独功能。
[0022]图1的该示例LAN108可利用任何所希望的通信媒介和协议而被实现。例如，该示例LAN108可基于有线和/或无线以太网通信方案。然而，可使用任何其他适合的通信媒介和/或协议。进一步，尽管在图1中示出单个LAN108，但是多个LAN和/或其他替代的通信硬件可被利用以在图1的该示例系统之间提供冗余的通信线路。
[0023]图1的该示例控制器102通过数据总线114和输入/输出(I/O)设备116，118被耦合到多个智能现场设备110，112，该输入/输出设备例如是被通信地耦合到该控制器102的I/O卡。在所示的例子中，该现场设备110包括压强传感器，和该现场设备112包括振动传感器。该智能现场设备110，112可以是和/或包括任何其他设备，如阀，促动器，传感器等。所示例子的该智能现场设备110，112是HART兼容设备，该HART兼容设备利用熟知的HART通信协议通过该数据总线114通信。然而，该智能现场设备110，112可以是任何Fieldbus (现场总线)和/或Profibus兼容设备,在这种情况下,该智能现场设备110,112利用熟知的Foundation Fieldbus (基础现场总线)和/或Prof ibus通信协议通过该数据总线114通信。额外的I/O设备(与该I/O设备116，118相似和/或相同的)可被耦合到该控制器102，以使额外组的智能现场设备与该控制器102通信，该智能现场设备可以是基础现场总线设备，HART设备等。
[0024]如该示例所示，智能现场设备122可以是中继数据到无线网关124的无线设备。在一些这样的例子中，该无线网关124与该控制器102接口连接(如通过无线I/O卡)。利用这种无线技术使得成本降低，以及为每个设备进行连线和配置连线电缆的复杂性降低。附加或替代地，在一些例子中，该无线网关124直接连接到该ACN(如该LAN108)以使被传输的数据能够被该应用站106所直接读取，该应用站利用用于过程控制(OPC)的对象链接与嵌入(OLE)。因此，此发明的教导可与过程控制系统相关联而被实现(如通过该示例控制器102)，此发明的教导也可完全独立于过程控制系统被实现。在一些例子中，该现场设备110，112可以是无线设备。
[0025]除了该示例智能现场设备110，112，一个或多个非智能现场设备可被通信地耦合到该示例控制器102。非智能现场设备可以是，如传统的4-20毫安(mA)或0-24伏特直流(VDC)设备，其通过各自的有线链路被连接到与该控制器102相关联的相应I/O卡，以与该控制器102通信。在图1的该示例中，该智能现场设备110，112，122被关联到资产(如泵120)以测量和/或控制与在该操作过程单元101中的该泵120相关的控制参数。该示例的资产是该泵120。然而，该资产可以是操作过程单元内的任何资产，如热交换器，空气冷却交换器，熔炉，火焰加热器，鼓风机，翅扇，冷却塔，蒸馏塔，压缩机，管道，阀门，容器，井口，箱体，离心机等。在一些例子中，该现场设备110，112，122可被直接集成于该泵120和/或其他资产。在其他例子中，该现场设备110，112，122可以是独立的设备，该独立设备可与该泵120和/或其他资产通信或者以其他方式交互。进一步，在所示例中的该现场设备110，112，122的其他可被配置以监测和/或控制该操作过程单元101内的其他组件。
[0026]图1的该示例控制器102可以是，例如艾默生过程管理公司下属的费希尔-罗斯蒙特系统有限公司所销售的DeltaV?控制器。然而，任何其他控制器可用来替代。进一步，虽然图1中只示出一个控制器102，但是额外的控制器和/或任何所需类型和/或组合类型的过程控制平台可以被耦合到该LAN108。在任何情况下，该示例控制器102执行与该系统100相关的一个或多个过程控制例程，该例程由系统工程师和/或其他系统操作员利用该操作站104和/或该示例应用站106生成，且该例程被下载和/或实例化在该控制器102之中。
[0027]该现场设备110包括压强传感器以在该泵120的释放线路内测量压强。该现场设备112包括振动传感器以在该泵120测量振动。该泵120和现场设备110，112配置的示例在下面连同图2示出。该现场设备110，112收集的该压强和/或振动测量通过该I/O设备116，118和该控制器102被发送到该应用站106。该应用站106利用该压强和/或振动测量以检测该泵120的预气蚀和/或气蚀状态。该泵120的预气蚀和/或气蚀状态通过如显示的方式被中继到操作员，以使该操作员在导致气蚀的该泵120内解决问题。例如，该些测量可被用于检测预气蚀状态(例如，该些测量反映了即将发生的气蚀状态)，且该操作员可被通知该预气蚀状态。如果接着气蚀发生，该操作员可被通知该预气蚀状态到气蚀的升级。利用该现场设备110，112的气蚀早期检测使该操作员在泵没有故障和/或在泵故障之前，在该泵120内解决问题，因此降低了产能损失的可能性和减少了维护成本。
[0028]虽然图1示出了示例系统100，在该系统内，该方法和仪器可被有利地应用以评估资产(如该泵120)的状态，健康状况，完整性，和/或性能，以及潜在资产故障发生的可能性(例如，由于泵气蚀)，该潜在资产故障在下面将更详细地介绍，但是，如果需要，该方法和仪器可以被有利地应用在其他过程工厂和/或比图1的该示例更大或更小复杂度的过程控制系统(例如，具有一个以上的控制器，跨在多个地理位置等)之中，在此所述的该方法和仪器被用于控制呈现给操作员和/或的工程师信息。
[0029]图2示出了实现图1的该示例泵120和该示例现场设备110，112的示例方式。在图2的例子中，该泵120包括发动机202，轴204，叶轮206，泵壳208，吸入管线210和排放管线212。该发动机202使该轴204旋转，该轴旋转了该叶轮206。该叶轮206抽取液体通过该吸入管线210，且迫使该液体通过该排放管线212流出。
[0030]在该示例中，该现场设备110包括位于该排放管线212的压强传感器214和压强发送器216。该压强传感器214测量该排放管线212内的压强，且该压强发送器216发送该压强测量到图1的该I/O设备116。该压强传感器214可连续地、周期地和/或不定期地测量该排放管线212内的压强。该压强传感器214的测量周期可被自动地设置(例如设置到缺省设置)或由操作员设置和/或选择。该压强发送器216可连续地、周期地和/或不定期地发送该压强测量到该I/O设备116。发送该压强测量的周期可被自动地设置(例如设置到缺省设置)或由操作员设置和/或选择。该压强发送器216可通过有线和/或无线连接与该I/O设备116通信。
[0031]在该示例中，该现场设备112包括位于该泵壳208的振动传感器218和振动发送器220。该振动传感器218测量在该泵120上的振动和/或冲击。例如，该振动传感器218可测量与该传动轴204旋转相关的振动。该振动传感器218测量在该泵壳208的振动和/或冲击，且该振动发送器220发送该振动测量到该I/O设备118。该振动传感器218可连续地、周期地和/或不定期地测量在该泵壳208的振动。该振动传感器218测量的周期可被自动地设置(例如设置到缺省设置)或由操作员设置和/或选择。该振动发送器220可连续地、周期地和/或不定期地发送该振动测量到该I/O设备118。发送该振动测量的周期可被自动地设置(例如设置到缺省设置)或由操作员设置和/或选择。该振动发送器220可通过有线和/或无线连接与该I/O设备116通信。
[0032]该压强和/或振动测量通过该I/O网关116，118送到图1的该应用站106和该控制器102，以用于检测该泵120的预气蚀和/或气蚀。从该压强传感器214测量的压强变化的增加(例如显著增加)和/或结合该振动传感器218测量的振动增加，可以检测到泵气蚀。
[0033]虽然图2的该示例现场设备110包括该压强传感器214和该压强发送器216，但是任何其他数量和/或组合的传感器，发送器，和/或其他器件可被用于实现该现场设备110。虽然图2的该示例现场设备112包括该振动传感器218和该振动发送器220，但是任何其他数量和/或组合的传感器，发送器，和/或其他器件可被用于执行该现场设备112。进一步，该现场设备110，112可被置于该泵120的其他任何组件之上和/或之中，以收集压强和/或振动测量。
[0034]虽然图2的该示例现场设备110，112通过I/O网关设备116，118与该示例控制器102通信，但是该设备110，112可与其他控制器和/或未在图1和/或图2示出的I/O设备通信。该示例应用站106可利用标准通信协议，如OPC，MODBUS或开放式数据库连接(“ODBC”)与该些设备通信。
[0035]图3示出了实现图1的该示例应用站106的示例方式。虽然以下提供了关于该应用站106的描述，但是实现该示例应用站106的该示例方式也可被用于实现图1的该示例操作员站104。图3的该示例应用站106包括至少一个可编程处理器300。图3的该示例处理器300执行在该处理器300的主存储器302 (例如，在随机访问存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)内)中的编码指令。该处理器300可以是任何类型的处理单元，如处理器核，处理器和/或微处理器。除了其他之外，该处理器300可执行示例的操作系统304，示例的资产监测应用306，示例的用户接口 308，示例的压强分析器310，示例的振动分析器312，示例的气蚀分析器314，和示例的数据库316。一个示例的操作系统304是来自微_欠?的操作系统。图3的该示例主存储器302可被该处理器300所实现和/或实现在该处理器300内，和/或可以是操作地耦合到该处理器300的一个或多个存储器和/或存储设备。
[0036]为了允许操作员与该示例处理器300交互，图3的该示例应用站106包括任何类型的显示器318。示例显示器318包括，但不限于计算机监视器，计算机屏幕，电视，移动设备(例如，智能电话，黑莓"*和/或iPhone?)等，其能够显示用户接口和/或该处理器300执行和/或，更一般地，该示例应用站106执行的应用。图3的该示例操作系统304在示例的显示器318处显示和/或便于该示例用户接口 308的显示，该用户接口与该示例的资产监测应用306的相关。与该用户接口 308和/或资产监测应用306相关的示例显示在图4-6中显示。
[0037]该示例的资产监测应用306通过图1的一个或多个该现场设备110，112接收数据，该些现场设备测量与该操作处理单元101相关的参数和/或，更特别地，与该操作处理单元101内的资产(例如，图1的该示例泵120)的操作和/或完整性相关的参数。与操作过程单元的该操作和/或控制相关的参数在此被称作过程参数。过程参数的例子包括相应于参数的测量，这些参数例如温度，压强，流速等。在该示例中，该现场设备110收集过程参数，特别是该泵120排出管线内的压强。与一台设备(例如资产)的情况，状态，健康状况，完整性和/或性能相关的参数在此被称作设备参数。例如，对于旋转的资产(如泵，风扇，鼓风机，压缩机等)，设备参数可对应于旋转速度，振动，轴承温度，油量，密封泄漏等。在该示例中，该现场设备112收集设备参数，特别地在该泵120的泵壳处的振动。在一些例子中，测量的参数可以对资产的情况和/或完整性都是相关的，以及，对该资产所运行的过程内的该操作和/或控制都是相关的。[0038]在该示例中，该示例压强分析器310分析通过该资产监测应用306所接收到的压强测量。在一些例子中，该示例压强分析器310分析通过该资产监测应用306所接收到的其他数据，该其他数据与其他过程参数相关。例如，通过该发送器218接收低压参数和/或“坏值”参数可被用于信令告知:该压强输入是否是有效的。该压强分析器310操作该接收到的压强测量，以被该气蚀分析器314利用(例如计算统计参数)以检测该泵120的预气蚀和/或气蚀状态。在一些例子中，该压强分析器310计算特定数目的压强测量的标准差。例如，该压强分析器310可计算最后五个连续测量的标准差。用于标准差计算的压强测量的该特定数目可以是自动的(如缺省设置)和/或由操作员设置。在一些例子中，该压强分析器310计算特定数目的标准差值的平均标准差。例如，该压强分析器310计算最后十五个标准差值的平均标准差。用于该平均标准差计算的标准差值的该特定数目可以是自动的(如缺省设置)和/或由该操作员设置。在一些例子中，该压强测量是在该现场设备110 (如图2的该发送器216)处被操作(如该平均值和/或标准差被计算)。该压强分析器310可以各种方式操作(如可以利用各种统计计算)该压强测量，以增加检测到该泵120预气蚀和/或气蚀状态的可能性。
[0039]在该泵120处所收集的压强测量预计在该泵120的操作期间变化。因此，压强测量的实际值在检测该泵120预气蚀或气蚀状态时的帮助较小。相应地，该压强分析器310计算该压强测量的标准差值以检测在该泵120的压强变化，该压强变化指示了预气蚀或气蚀状态。该操作压强测量(如该平均和/或标准差)被用在该气蚀分析器314以确定该泵120是否正在预气蚀和/或气蚀状态下操作。分析该压强测量的标准差补偿了在泵操作情况下的变化，并且，该气蚀分析器314错误地检测预气蚀和/或气蚀状态的可能性较小。
[0040]在该示例中，该振动分析器312分析通过该资产监测应用306所收到的振动和/或冲击测量。在一些例子中，该示例振动分析器312分析通过该资产监测应用306所收到的其他数据，该其他数据与其他设备参数相关。该振动分析器312操作该收到的振动测量，以被该气蚀分析器314用于检测该泵120预气蚀和/或气蚀状态。
[0041]在一些例子中，该振动分析器312计算与该泵120相关的全体振动。全体振动可以本质上主要是正弦的，且可以包括在低频的测量。在一些例子中，该振动分析器312可以通过滤除低频，来滤除来自该全体振动测量的旋转动能，以分析在该泵120处的冲击。在该泵120处的冲击可以指示与该泵120相关的错误。例如，该泵120可能产生轴承缺陷或齿轮缺陷，可能润滑不足，可能在预气蚀或气蚀状态等。在一些例子中，该振动分析器312分析峰值振动测量(例如，在高频范围的振动测量)，以分析对该泵120的冲击。振动测量可指整体振动，峰值振动或冲击等。
[0042]在一些例子中，该振动分析器312为特定数目的振动测量计算平均振动值。例如，该振动分析器312可计算该最后十次振动测量值的平均值。用于该平均计算的该振动测量的特定数目可以是自动地(如缺省设置)和/或由操作员设置。在一些例子中，该振动分析器312计算该振动测量的标准差和/或范围。用于该标准差和/或范围计算的振动测量的该特定数目可以是自动地(如缺省设置)和/或由操作员设置。在一些例子中，该振动测量在该现场设备112 (如在图2的该发送器220处)被操作(如计算该平均值和/或标准差)。该振动分析器312可以各种方式操作(如可以利用各种统计计算)该振动测量，以增加检测该泵120的预气蚀和/或气蚀状态的可能性。该操作振动测量(如该平均振动测量)可被用在该气蚀分析器314，以确定该泵120是否正在预气蚀和/或气蚀状态下操作。
[0043]在该示例中，该气蚀分析器314相对于对该参数的参考值或基线来比较该操作压强(如标准差)和/或该操作振动测量(如平均振动)。在一些例子中，该压强测量的基线由操作员定义。在一些例子中，该气蚀分析器314在该泵120的操作情况期间从该压强的测量值中捕捉该压强基线，其中操作员相信该泵120在该操作情况下是正确地操作(如在正常操作情况下)。在一些例子中，该泵120被配置且首次被投入操作后不久，该压强基线被捕捉，以减少在长期使用后该泵120的磨损和/或退化的影响。一些例子中的压强基线是预计的压强测量的标准差，预计的压强测量的平均值，和/或预计的压强测量的平均标准差。在一些这样的例子中，基于过程控制系统的特殊需要和/或操作，该压强基线可以通过乘以由操作员配置的因子而被进一步调整。
[0044]在一些例子中，该泵120可在其起运作内有一个范围的条件和/或操作状态。因此，在一些这样的例子中，不同的压强基线可被捕捉或另外被定义，以适用于该泵120各自的操作状态。在一些例子中，压强测量可随一些其他变化的状态参数而变化。这样，在一些这样的例子中，压强测量取决于变化的状态参数，此时，特征曲线或签名被捕捉以作为正常操作条件的动态压强基线，它是作为该变化状态参数的函数。
[0045]在一些例子中，用于该振动测量的基线由操作员定义。在一些例子中，用于该振动测量的该基线的值为“O”。在一些例子中，该气蚀分析器314在该泵120的操作情况期间从该振动的测量值中捕捉该振动基线，在该操作情况下操作员相信该泵120正确地操作(如在正常操作情况下)。在一些例子中，该泵120被配置且首次被投入操作后不久该振动基线被捕捉，以减少在该泵120长期使用后情况下的磨损和/或退化的影响。一些例子中的振动基线是预计振动测量的标准差和/或范围，预计振动测量的平均值，和/或预计振动测量的平均标准差和/或范围。在一些这样的例子中，基于该过程控制系统的该特殊需要和/或操作，该振动基线可以通过乘以操作员所配置的因子而被进一步调整。
[0046]在一些例子中，该泵120可在其运作中有一个范围的条件和/或操作状态。相应的，在一些这样的例子中，不同的振动基线可被捕捉或另外被定义以适用该泵120各的操作状态。在一些例子中，振动测量可随一些其他变化的状态参数而变化。例如，该泵120的振动可作为该泵120正运行的速度的函数而变化。这样，该振动基线可以沿着该泵120操作中的速度的整个范围而变化。相应的，在一些例子中，该振动取决于变化的状态参数，在这种例子下，特征曲线或签名被捕捉以作为正常操作条件的动态振动基线，它是作为该变化状态参数的函数。
[0047]图3的该示例数据库316存储了通过该示例的资产监测应用306和/或通过操作员接收的数据，该数据可包括压强和/或振动基线。另外，该数据库316可存储通过该示例压强分析器310，该示例振动分析器312，或该示例气蚀分析器314中的任意个而输出的任何数据。
[0048]从该操作压强和/或振动测量，及该压强和/或振动基线，该气蚀分析器314检测到该泵120的预气蚀或气蚀状态。该预气蚀和/或气蚀状态指示在该泵120的操作压强和/或振动偏离预期值(如该操作压强和/或振动基线)的严重程度。预气蚀或气蚀状态的检测触发通过该显示器318展示给操作员的告警。告警也可被配置为具有不同的严重程度。例如，一些告警可主要用于通知目的，其他告警则发出警告，而另其他告警指示其是危急的。这样，在一些例子中，当该泵120在预气蚀状态时，告警被提供给该操作员，且当该泵120达到气蚀状态时，该告警可被升级到更重要的告警。
[0049]为了检测该泵120的预气蚀状态，该气蚀分析器314比较来自该压强分析器310的操作压强测量和压强基线。例如，该操作压强测量(如该平均标准差)与该压强基线所乘的因子比较。如上所述，该因子和/或该压强基线可被自动设置(如缺省值)和/或由操作员设置。如果在一定周期数之内，该操作压强测量超过该所乘的压强基线，那么该气蚀分析器314确定该泵120在预气蚀状态且将设置预气蚀告警。该周期数可以是时间量，收集的测量量等，且可被自动设置(如缺省值)和/或可由操作员设置。在一些例子中，如果该操作压强测量超过该压强基线一特定量和/或超过不同的压强基线一特定量，那么该气蚀分析器314确定该泵120在气蚀状态且将设置气蚀告警。
[0050]在一些例子中，该气蚀分析器314确定来自该振动分析器312的操作振动测量是否超过振动基线一特定量。如果该操作振动测量超过该振动基线该特定量，那么该气蚀分析器314可设置高振动值或振动增加检测的告警。在一些例子中，一旦该预气蚀告警基于压强已被触发，那么该气蚀分析器314确定来自该振动分析器312的操作振动测量是否超过振动基线该特定量。如果该操作振动测量超过振动基线该特定量，那么该气蚀分析器314增加该预气蚀告警(如设置更高的告警级别)和/或设置气蚀告警。在这样的例子中，操作员可能想要了解当该泵120的排气压强超过其相应的压强基线(如告警门限)时，该泵120的振动何时达到一定的门限。在一些例子中，操作员可能想要了解，在气蚀前，且更严重地，当该泵120正在气蚀时，该泵120的操作情况何时达到一定门限。以这种方式整合过程参数(如压强)和设备参数(如振动)的分析使操作员能够比利用已知的方法更早一些预测潜在故障发生的可能性，因此减少由于停工和/或维护导致的成本。
[0051]虽然实现图1的该示例应用站106的示例方式已在图3中示出，但是图3所示的该数据结构，元素，过程和设备可以任何其他方式被合并，划分，再安排，省略，删除和/或实现。进一步，该示例操作系统304，该示例的资产监测应用306，该示例用户接口 308，该示例压强分析器310，该示例振动分析器312，该示例气蚀分析器314，该示例数据库316，和/或更一般地，图3的该示例应用站106可通过硬件，软件，固件和/或硬件，软件和/或固件的任意组合以实现。更进一步，该示例应用站106可包括额外的元素，过程和/或设备，以代替或附加于图3所示的那些设备，过程和/或设备，和/或包括多于一个该所示的数据结构，元素，过程和/或设备中的任意或所有。
[0052]图4-图6示出了与图3的该用户接口 308和/或该资产监测应用306的相关的示例显示。图4的该示例显示呈现了与资产(如泵)相关的参数，测量和/或告警，以便于操作员行动来解决在该参数，测量和/或告警中反应的任何问题。图4示出了示例的概述页或主页400，该主页通过图3的该显示器318被显示。在该示例中，该主页400为操作过程单元中的每个资产(如该泵120)提供资产总结图402。在一些例子中，该资产总结图402中的资产可被过程工厂，在特定过程工厂内的过程区域和/或资产类型而分组。例如，如图4所示，选定的标签404对应于泵(资产类型)和示出了对应于五个单独泵的五个资产总结图402。
[0053]每个资产总结图402提供关于该对应资产的情况，健康状况，和/或性能的一般信息。特别地，每个资产总结图402可提供资产图像406，该资产图像提供了资产(如泵)类型的视觉表示。每个资产总结图402也可包括标识特定资产的过程标签408，该特定资产与其对应图402相关，一特定资产总结图对应于该图402 (如泵101A)。另外，在一些例子中，该资产总结图402提供了限制告警标签410，该告警标签标识了与该资产相关的激活告警(如最严重或危急告警)。在该示例中，泵IOlA在预气蚀状态，这样，该告警标签410显示“预气蚀”。如果资产已达到气蚀状态，那么该告警标签410可显示“气蚀”。在一些例子中，每个资产总结图402通过示出对应于该资产的资产健康值412，来提供该资产的整体健康状况和/或状态。该资产健康值412可以是为该资产确定的、最低设备健康值或过程健康值的数字表不。该资产健康值412被表不为百分比，100%对应于最佳的健康。在该不例中，该泵IOlA的资产健康值412是81 %。如果和/或当该资产达到气蚀状态，该泵IOlA的资产健康值412会减少。该资产总结图402可包括停用(OOS)检查框414。如果被选定，根据该资产当时的状态，发出命令使该资产停用或继续工作。当资产被停用时，所有的告警(如预气蚀告警)变为不激活的。
[0054]图5-图6示出了图3的该用户接口 308的示例资产概述页500，该概述页500有多个子视图或标签。操作过程单元内的每个资产具有对应的资产概述页400，该概述页400可通过选择图4的主页400上的对应资产总结图402而访问。该资产概述页500可包括与该资产相关的基本信息，如过程标签，指示该资产自上次启动运行的运行时间，自该资产开始服务的总运行时间，操作状态(如运行/停止，激活/不激活)等。在该示例中，该概述页500包括告警获知按钮或图标502，和静音喇叭告警按钮或图标504。该概述页500也包括结合图4如上所述的该资产健康值412 (如81 % )和该限制告警标签410 (如预气蚀)。
[0055]该示例资产概述页500可具有单独的子视图或标签，该子视图或标签包括过程标签506 (如图4所示和描述)，输入标签508 (如图6所示和描述)，以及配置标签510，该配置标签使操作员能够查看，访问和/或交互与该相关资产的各种方面相关的数据。图5所示的该过程标签506的内容提供了过程图512，该过程图示出了与该过程系统的相关组件相连的该资产。在该示例中，该过程标签506的内容可包括健康细节按钮或图标514。通过选择该健康细节按钮514，单独的窗口或弹出窗516可以出现并提供每个配置设备和/或过程参数的当前设备健康值。例如，列在弹出窗中的参数可有助于该整体资产健康值412，并且可被用于确定预气蚀和/或气蚀告警(如在该告警标签410中指示)。
[0056]图6示出了图5的该示例资产概述页500的该示例输入标签508，该示例资产概述页500与图3的该用户接口 308相关。如图6所示，在该输入标签508内，输入表602被提供带有参数列604，当前列606，平均列608和基线列610。该参数列604列出了与该资产相关的各个参数。在一些例子中，该参数可通过类型分组。该当前列606提供了该与该参数列604的各个参数相关的当前值和相应单元。该平均列608提供基于运行平均值的对应被监测参数的平均值。该基线列610提供与各个参数相关的配置基线数据。该基线数据作为参考，通过该参考可计算门限和确定设备健康值。该参数，平均值，和/或基线被用于确定该资产是否在预气蚀和/或气蚀状态。如图6的该示例所示，该输入标签508也可包括告警窗口 612。该告警窗口 612可提供带有告警激活和非激活次数的所有告警的列表。一旦告警情况回到正常，该相应告警可从该告警窗口 612移除。在该示例中，在预气蚀状态的该资产和该“预气蚀”告警在该告警窗口 612被提供。图4-图6的该示例显示器展示了与该资产相关的参数，测量，和/或告警，以便于操作员行动来解决在参数，测量和/或告警中反应的任何问题。
[0057]图7是代表了示例过程的流程图，该示例过程可被实施以实现图1和/或图3的该示例应用站106。更特别地，图7的该示例过程可代表机器可读指令，该机器可读指令包括由处理器执行的程序，例如结合图8在以下讨论的该示例计算机800中所示的该处理器812。该程序可被实体化在被存储于有形计算机可读介质的软件中，该有形计算机可读介质如CD-ROM，软盘，硬盘，数字通用光盘(DVD)，蓝光光盘，或与该存储器812相关的存储器。替代的，图7的示例过程的一些或者所有可利用专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑器件(PLD)，现场可编程逻辑器件(EPLD)，离散逻辑，硬件，固件等的任意组合被实现。而且，图7的一个或多个示例操作可以手动地实现或以任何以上述技术的任意结合而实现，例如，固件，软件，离散逻辑和/或硬件的任意组合。进一步，尽管关于图7所示的流程图描述了该示例过程，但是，也可替代地使用实现图1和/或图3的该示例应用站106的许多其他方法。例如，可改变该块的执行顺序，和/或改变，删除或合并所述的一些块。另外，图7示例过程的任意或所有可以顺序地和/或并行地执行，例如由独立处理线程，处理器，设备，离散逻辑，电路等所执行。
[0058]如上所述，可利用编码指令(如计算机可读指令)来实现图7的示例过程，该编程指令存储于有形计算机可读介质上，如硬盘，闪存，只读存储器(R0M)，光盘(⑶)，数字通用光盘(DVD)，高速缓存器，随机访问存储器(RAM)和/或任何其他存储介质，在该存储介质上信息可以存储任意时间(例如，长时间，永久地，短暂的情况，临时缓冲，和/或信息的缓存)。如在此所用的，该术语有形计算机可读介质被明确定义为包括任意类型的计算机可读存储，且排除传输的信号。附加地或替代地，可利用编码指令(如计算机可读指令)实现图7的示例过程，该编码指令存储于非暂时性计算机可读介质，如硬盘，闪存，只读存储器，光盘，数字通用光盘，高速缓存器，随机访问存储器和/或任何其他存储介质，在该存储介质信息可以存储任意时间(例如，长时间，永久地，短暂的情况，临时缓冲，和/或信息的缓存)。如在此所用的，该术语非暂时性计算机可读介质被明确定义为包括任意类型的计算机可读存储，且排除传输信号。如在此所用的，短语“至少”在权利要求的前序中作为过渡词时，其是开放式的，同术语“包括”是开放式的那样。因此，在其前序中使用作为过渡词“至少”的权利要求可包括除权利要求中明确引用的元素之外的元素。
[0059]图7的示例过程以设置该气蚀分析器314的气蚀参数(块702)开始。气蚀参数广泛地指测量设置，操作设置，基线设置，告警设置等。测量设置包括，例如，对参数进行测量的频率(例如，收集压强和/或振动测量的频率)，收集的测量被接收的频率(例如，测量从图1的该现场设备110，112被发送到该应用站106的频率)等。操作设置包括，例如，怎样计算压强和/或振动测量的标准差(例如，在标准差的计算中包括多少测量)，怎样计算压强和/或振动测量平均值(例如，计算测量平均值的数目)，怎样计算标准差的平均值(例如，在平均值计算中包括多少标准差)等。基线设置包括，例如，压强和/或振动基线值，压强和/或振动的相乘因子(例如，将与基线值相乘的因子)，执行周期的长度(例如，压强和/或振动测量超过基线以触发告警的时间长度)等。告警设置包括，例如，当预气蚀告警已设置时检查振动测量等。该气蚀参数可被自动设置(如缺省值)，也可被收集(例如，收集基线数据以设置基线)，和/或可由操作员通图3的该用户接口 308设置。该气蚀参数可被存储于该数据库316中。[0060]图7的示例过程收集与图1的该泵120相关的压强和/或振动测量(块704)。图1和/或图3的该应用站106收集来自图1的该现场设备110，112的压强和/或振动测量。该资产监测应用306发送该压强和/或振动测量到该压强分析器310和/或该振动分析器312以分析。
[0061]图7的示例过程在该压强分析器310处操作该压强测量(块706)。在一些例子中，该压强分析器310为特定数目的压强测量计算标准差。在一些例子中，该压强分析器310利用特定数目的标准差值计算平均标准差。该压强分析器310根据在块702处所设置的操作参数操作该压强测量。
[0062]图7的示例过程在该气蚀分析器314确定该操作压强是否超过压强基线(块708)。根据在块702处设置的基线参数，该压强基线被用于做比较。例如，该气蚀分析器314确定，在特定数目的执行周期内，该压强测量的平均标准差是否超过与压强基线相乘的特定因子。如果该气蚀分析器314确定该操作压强没有超过该压强基线，控制返回到块704，在块704处压强和/或振动测量被收集。如果该气蚀分析器314确定该操作压强超过该压强基线，该气蚀分析器314设置预气蚀告警(块710)。该预气蚀告警在该显示器318处被显示给操作员。该预气蚀告警通知该操作员该泵120正操作在预气蚀状态中。通知该操作员预气蚀状态使该操作员在泵120受到严重损坏前，便于校正该泵120 (例如，辅助该泵120返回到正常操作状态)。
[0063]图7的示例过程在该气蚀分析器314处确定该操作振动是否超过振动基线(块712)。根据在块702设置的基线参数，该振动基线被用于做比较。例如，该气蚀分析器314确定该平均标振动测量在特定时间(例如，当设置了该预气蚀告警时)是否超过特定的振动基线。如果该气蚀分析器314确定该操作振动没有超过该振动基线，控制返回到块704，在块704处压强和/或振动测量被收集。如果该气蚀分析器314确定该操作振动超过了该振动基线，该气蚀分析器314设置气蚀告警(块714)。例如，该气蚀分析器314可增加该预气蚀告警到更高的告警级别，可增加该预气蚀告警到气蚀告警，和/或可生成新的气蚀告警。该气蚀告警在该显示器318处被显示给操作员。该气蚀告警通知该操作员:该泵120正操作在增长的预气蚀状态或气蚀状态(例如，该气蚀告警比该预气蚀告警更紧迫)，以便于在该泵120出现重要损坏前校正该泵120 (例如，辅助该泵120返回到正常操作状态)。接着，控制返回到块704，在块704处压强和/或振动测量被收集。在一些例子中，控制返回到块702，在块702处该气蚀参数被设置或重置。
[0064]图8是示例计算机800的示意图，该示例计算机可被用于或编程以实现图7的示例过程和/或，更一般地，实现图1和/或图3的该示例应用站106和/或操作员站104。该示例的该计算机800包括处理器812。例如，该处理器812通过来自任何希望的家庭或厂商的一个或多个微处理器或处理器被实现。
[0065]该处理器812包括本地存储器813 (如快速缓存区)，且该处理器812通过总线818与包括易失性存储器814和非易失性存储器816的主存储器通信。该易失性存储器814可通过同步动态随机访问存储器(SDRAM)，动态随机访问存储器(DRAM)，RAMBUS动态随机访问存储器(RDRAM)和/或任何其他类型的随机访问存储器件以实现。该非易失性存储器816可通过闪存和/或任何其他所需类型的存储器以实现。对该主存储器814和816的访问由存储器控制器所控制。[0066]该计算机800也包括接口电路820。该接口电路820可通过任何类型的接口标准以实现，如以太网接口，通用串行总线(USB)，和/或快速PCI (PCI express)接口。一个或多个输入设备822被连接到该接口电路820。该(多个)输入设备822允许用户把数据和命令输入到该处理器812。该(多个)输入设备可通过，例如键盘，鼠标，触摸屏，轨道垫，轨道球，等离子点和/或声音识别系统以实现。一个或多个输出设备824也被连接到该接口电路820。该输出设备824可通过，例如显示器(如液晶显示器，阴极管射线显示器(CRT)，打印机和/或扬声器)以实现。这样，该接口电路820典型地包括图形驱动卡。
[0067]该接口电路820也包括通信器件，如调制解调器或网络接口卡以便于通过网络826(例如，以太网连接，数字用户线路(DSL)，电话线，同轴电缆，蜂窝电话系统等)与外部计算机交互数据。
[0068]该计算机800也包括一个或多个用于存储软件和数据的大容量存储器828。这样的大容量存储器828的例子包括软盘驱动器，硬盘驱动器，光盘驱动器和数字通用光盘(DVD)驱动器。
[0069]实现图7的示例过程的编码指令832可被存储于该大容量存储器828，易失性存储器814，非易失性存储器816和/或可移除的存储介质如CD或DVD中。
[0070]尽管在此描述了某些示例方法，装置和制造产品，但是此发明的覆盖范围并不限于此。这样的例子旨在是非限制性且示意性的例子。相反，此专利涵盖从字面上或在等同原则上落入所附权利要求范围的所有方法，装置和制造产品。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 监测与操作过程单元中的资产相关的压强参数和振动参数； 基于该压强参数计算操作压强值； 基于该振动参数计算操作振动值；和 基于该操作压强值或该操作振动值中的至少一个，确定与该资产相关的气蚀状态。
2.根据权利要求1的方法，其中，与该资产相关的该气蚀状态是预气蚀状态或气蚀状态中的至少一个。
3.根据权利要求1的方法，进一步包括生成与该气蚀状态相关的告警，其中该告警将被展示。
4.根据权利要求1的方法，其中，基于该压强参数计算该操作压强值包括: 为第一数量的压强值计算标准差值；和 为第二数量的标准差值计算平均标准差值。
5.根据权利要求1的方法，其中，确定与该资产相关的该气蚀状态包括: 比较该操作压强值与压强基线；和 如果该操作压强值超过该压强基线，确定该资产在预气蚀状态。
6.根据权利要求5的方法,其中，该压强基线对应于该资产在正常操作状态操作时被测量的压强参数值中的至少一个，或者对应于在一个或多个相应的变化状态参数的操作范围上被测量的压强参数值的签名。
7.根据权利要求5的方法，进一步包括: 比较该操作振动值与振动基线；和 如果该操作振动值超过该振动基线，确定该资产在气蚀状态。
8.一种系统包括: 监测应用，以监测与操作过程单元中的资产相关的压强参数和振动参数； 压强分析器，以基于该压强参数计算操作压强值； 振动分析器，以基于该振动参数计算操作振动值；和 气蚀分析器，以基于该操作压强值或该操作振动值中的至少一个，确定与该资产相关的气蚀状态。
9.根据权利要求8的系统，其中，与该资产相关的该气蚀状态是预气蚀状态或气蚀状态中的至少一个。
10.根据权利要求8的系统，其中，该气蚀分析器用于生成与该气蚀状态相关的告警，其中该告警将被展示给操作员。
11.根据权利要求8的系统，其中，为了基于该压强参数计算该操作压强值，该压强分析器用于: 为第一数量的压强值计算标准差值；和 为第二数量的标准差值计算平均标准差值。
12.根据权利要求8的系统，其中，确定与该资产相关的气蚀状态，该气蚀分析器用于: 比较该操作压强值与压强基线；和 如果该操作压强值超过该压强基线，确定该资产在预气蚀状态。
13.根据权利要求12的系统，其中，该压强基线对应于该资产在正常操作状态操作时被测量的压强参数值中的至少一个，或者对应于在一个或多个相应的变化状态参数的操作范围上被测量的压强参数值的签名。
14.根据权利要求12的系统，其中该气蚀分析器用于: 比较该操作振动值与振动基线；和 如果该操作振动值超过该振动基线，确定该资产在气蚀状态。
15.一种有形的计算机可读存储介质，该介质包括指令，当该指令被执行时，引起计算设备至少用于: 监测与操作过程单元中的资产相关的压强参数和振动参数； 基于该压强参数计算操作压强值； 基于该振动参数计算操作振动值；和 基于该操作压强值或该操作振动值中的至少一个，确定与该资产相关的气蚀状态。
16.根据权利要求15的计算机可读介质，其中，与该资产相关的该气蚀状态是预气蚀状态或气蚀状态中的至少一个。
17.根据权利要求15的计算机可读介质,进一步包括指令,该指令引起该计算设备生成与该气蚀状态相关的告警，其中该告警将被展示给操作员。
18.根据权利要求15的计算机可读介质，其中，基于该压强参数计算该操作压强值包括: 为第一数量的压强值计算标准差值；和 为第二数量的标准差值计算平均标准差值。
19.根据权利要求15的计算机可读介质，其中，确定与该资产相关的气蚀状态包括: 比较该操作压强值与压强基线；和 如果该操作压强值超过该压强基线，确定该资产在预气蚀状态。
20.根据权利要求19的计算机可读介质，其中，该压强基线对应于该资产在正常操作状态操作时被测量的压强参数值中的至少一个，或者对应于在一个或多个相应的变化状态参数操作范围上被测量的压强参数值的签名。
21.根据权利要求19的计算机可读介质,进一步包括指令,该指令引起该计算设备: 比较该操作振动值与振动基线；和 如果该操作振动值超过该振动基线，确定该资产在气蚀状态。
【文档编号】G01D21/02GK103576640SQ201310335347
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】J·H·夏普, G·T·霍金斯, R·希里克 申请人:费希尔-罗斯蒙特系统公司