用于监测和评估旋转的机器的状态的装置和方法
【专利说明】用于监测和评估旋转的机器的状态的装置和方法
[0001] 本发明设及一种用于监测和评估旋转的机器的状态的装置和方法。
[0002] 旋转的机器部件的故障，例如轴承故障和传动系统缺陷、不平衡、或轴裂缝都会对 振动特性产生影响，并因此可能会发生计划外的停机或者在最糟糕的情况下是对旋转的机 器产生间接损害（MangelfolgescMden)。
[0003] 从W0 03/095956A2中已知一种用于监测旋转的部件或轴承的状态的振动传感 器，该振动传感器具有传感元件、评估电子单元和至少一个接口，其中评估电子单元具有信 号处理装置用于通过信号分析和诊断算法将测得的信号转换成组件的状态值。
[0004]EP0 327 865B1描述了用于测量振动元件的机械疲劳的测量装置，所述测量装 置具有传感器和分析单元用于计算振动元件的疲劳磨损。
[0005]EP0 909 430B1公开了一种用于通过测量振动信号来评估具有活动部件的机器 的状况的装置和方法。所述装置具有用于采集振动信号的传感器单元、通信工具和评估单 元，所述评估单元生成组件的状态值。
[0006] 从EP1 198 701B1中已知一种监测旋转的机器的状态的方法，其中根据从振动 传感器测得的信号获悉特征值和功能，W测定与正常运行的偏差。根据所监视的机器的旋 转速度，在测定的特征值和功能的基础上确定极限值，一旦超过该极限值则触发警报。
[0007]W0 2009/046005 1描述了一种用于监测的方法和装置，其中使用了采集振动信号 的传感器和监测运行状态的监测单元，其中分别将两个按时间顺序采集的振动信号进行相 互比较用于对状态进行评估。
[0008] 此外，在W0 2011/088935A1公开了一种用于监测旋转的机器的状态的方法和装 置，其中所述装置具有采集振动信号的传感器和测量信号处理单元。确定自适应阔值和构 形因子W过滤测量值，然后再对机器的状态进行评估。
[000引AREVA股份有限公司于2013年也在出版物"DIR0M-旋转的机器的监控、诊断和资 产管理系统"中描述了一种用于监测和评估旋转的机器的状态的装置。
[0010] 基于现有技术，本发明的任务在于，提供另一种用于监测和评估旋转的机器的状 态的装置和方法。
[0011] 就装置而言，该任务通过一种用于监测和评估旋转的机器或旋转的机器部件的状 态的装置得W实现，该装置具有如权利要求1所述的特征。
[0012] 所述装置具有；传感器，其用于为旋转的机器的参数测定至少一个测量值；至少 一个数据采集和监测单元，其用于采集至少一个所述测量值并且用于将至少一个所述测量 值与为至少一个所述测量值的参数确定或定义的极限值进行比较；W及，中央数据和评估 单元。
[0013] 用传感器连续且完整地记录旋转的机器的参数的模拟测量值（例如转矩），且所 述测量值由数据采集和监测单元的信号模块来采集。数据采集和监测单元具有处理模块， 例如FPGA("现场可编程口阵列"），用于对信号进行初步评估或预处理。所述处理模块将 测量值与极限值进行比较，并从而实现直接监测旋转的机器的状态。如果测量值超过极限 值，则存储测量值。即使测量值没有超过极限值，但要测定或显示测量值的特征值，例如依 次连续采集的测量值的极限值或标准偏差，从而使得在没有保存测量数据的情况下也可在 线监测机器。此外，借助数据采集和监测单元可从过程控制技术中获悉过程信号或过程参 数，例如旋转速度、温度或压力。
[0014] 中央数据和评估单元与数据采集和评估单元连接，并被设置用于当测量值超过极 限值时进一步评估测量值。如果使用多个数据采集和评估单元，那么每台设备或每台机械 只要一个中央数据和评估单元就够了。因此要创建由多个数据采集和监测单元W及只有 一个中央数据和评估单元构成的网络，其中每台机器或每个数据采集和监测单元可单独配 置。
[0015] 所述装置的优点在于，可在运行时进行状态监测，从而使得可确定任意时刻的受 损程度。如此一来，一方面可预先更好地计划进行检查、采取维护措施或进行需要的修理， 从而减少停机时间。另一方面还可提前采取措施来消除故障或错误（例如改变操作模式或 重新配置）。
[0016] 传感器优选为振动传感器，并且由该传感器测定的至少一个测量值为振动信号。 也就是说，记录了运行时旋转的机器的振动变化。例如通过振动信号的振幅改变可表明旋 转的机器的损伤。可连接各种类型的传感器，例如AC/DC、IE阳或桥式传感器。
[0017] 在一种优选的实施形式中，数据采集和监测单元具有存储单元。因此测量值或测 量信号、运行参数和监测参数可被本地存储在数据采集和监测单元中。该具有的优点在于， 即使电源中断或到中央数据和评估服务器的连接中断，数据仍然会保留。在数据采集和监 测单元中断后会自己重新启动，加载上次已知的配置并继续进行数据采集和状态监测。
[0018] 在一个有利的改进实施形式中，中央数据和评估单元具有数据库，用于存储被测 定和评估的测量数据或者与所述数据库连接。此外，还设置了过程参数的存储装置。如果 被测定的测量数据超过极限值，则存储过程数据。被评估的测量数据W参数或诊断数据形 式存储。通过远程连接或者也通过网络应用可随时访问存储在数据库中的数据。由此可诊 断受损程度，预计旋转的机器的预期使用寿命，W及随地采取维护措施。
[0019] 此外，所述装置或数据采集和监测单元和/或中央数据和评估服务器具有通信工 具，用于彼此或也可W与其它测量系统（例如另一台机器的数据采集和监测单元或温度测 量设备）进行通信W及例如进行数据传输。所述通信可W通过各种已知的系统或接口，例 如 0PC、ModbusTCP、EtherCAT、Profibus、UDP或TCP/IP来实现。
[0020] 就方法而言，该任务通过用于监测和评估旋转的机器的状态的方法得W实现，该 方法具有如权利要求6所述的特征。
[0021] 首先为旋转的机器的参数测定至少一个测量值并为所述参数或测量值确定至少 一个极限值。在另一个步骤中，将用传感器所测定的测量值与至少一个所述极限值进行比 较。如果至少一个被测定的测量值超过或低于至少一个所述极限值，则将该测量值存储并 传送至中央数据和评估单元。在那里对所存储的测量值进行进一步评估。
[0022] 通过此类基于结果的数据存储，其中只存储了表明运行状态恶化的数据，在数据 大量减少时还有可能进行连续监测和提前识别可能的故障点或对机器的损害。
[0023] 至少一个被测定的测量值优选为振动信号，其借助于振动传感器来测定。
[0024] 除了用传感器所采集的测量值之外还特别采集到过程信号或过程参数，并将其用 于识别操作模式。过程信号例如速度、压力、物质流量、功率或温度从过程控制技术来获悉。
[0025] 可为旋转的机器的参数确定或定义多个极限值，例如下极限值和上极限值。在所 述方法的一种有利的实施形式中，根据机器的操作模式来确定极限值。换而言之；报警阔值 将根据旋转的机器的操作类型来确定，一旦到达报警阔值则要将测量值存储。借助过程信 号来确定相应的操作模式，并且确定和使用相应的极限值。
[0026] 除了因超过或低于极限值而将数据存储之外有利的是，在更换操作状态之后和/ 或周期性地和/或手动地存储所测定的测量值。由此特别是可在机器运行时精确监测关键 阶段。另一方面主要是由于周期性数据存储和评估对自动的、基于结果的数据存储进行功 能控制。
[0027] 在数据和评估单元中评估测量值的目的特别在于，确定所采集的测量值的进一步 走势。原则上，使用各种常用的方法来评估测量数据，例如包络分析法、频次分析法、统计分 析法、频率分析法、阶次分析法、FRF分析法、倒谱分析法并提取诊断特征，即提取时间、频率 和阶次范围内的窄带和宽带特征值，W确定不同的特征值或特征值函数并将其描述成时间 序列（趋势）。
[0028] 此外，还要将所测定的测量值、所采集的过程信号、被评估的测量值或评估结果， 即诊断指标存储在数据库中。同样可将诊断报告、维修报告和有关受到监测的机器的结构 信息存储在该数据库中。该样一来所有相关信息都被存档，从而供机器全程使用（机器工 作日志）。
[0029] 也有利的是，将所测定的测量值或表征参数W及从中确定的机器状态（即被评估 的测量数据）可视化。该既可W在线进行也可W离线进行，并且可W用简单的方式通过信 号灯颜色来实现，所示信号灯颜色例如显示维护建议。此外还可使用过程控制技术的过程 特征值，W便在必要时可提前更改操作模式。
[0030] 下面示例性地借助实施例并且参考附图来进一步详细说明本发明的其它特征和 优点。分别用示意性原理图示出：
[0031] 图1;示出了用于监测和评估旋转的机