专利名称：监控系统及方法
技术领域：
本公开 一般而言涉及一种用于监控机械系统的系统。
背景技术：
在工业设备监控的领域，监控部件可以产生表示动态状况的各种信 号。该信号产生部件通常是被定位在机器系统的感兴趣位置上或者以别 的方式与其紧密关联的传感器和换能器。所述信号被用来分析机器系统 的性能。用仪表这样装备的机器系统可以包括旋转机器、装配线、生产 设备、材料处理设备、发电设备、以及许多其它类型的不同复杂性的机 器。
在机器系统中可能产生各种不需要的状况，这些状况可以快速地出 现，或者可以随时间或者在某些情形下产生，例如加载或者由于磨损或 系统退化。在出现不需要的状况的情况下，保证会有各种类型的响应。 例如，取决于机器系统本身、其典型操作特性、系统性质、以及可能产 生的状况的相对重要性，监控部件对不同动态状况的响应会大大不同。 这种响应的范围可以从不采取动作到报告、记录、提供警报、以及对部 分或整个才几器系统加电或断电。
为了作出这样的响应，必须分析操作信息。然而，来自传感器的以 其原始形式的操作信息通常是没用的，而是必须进行处理、分析、并结 合其它因素(例如操作速度)进行考虑，以便确定对现有的或发展中的 一犬况的适当响应。
对所监控信号和所处理数据的响应可能因为多个因素而不同。再 次，这些因素可以包括机器系统的正常操作特性。而且，在某些操作周 期，例如在启动、变速或加载期间，在决定适当的响应时所述各种范围 会受到或多或少的关注。
现有的监控和保护系统并不提供期望程度的效率，并且需要过大的 网络带宽，特别是当考虑到当前日益增长的网络业务量时。因此，期望 一种更有效的方法以更合理的带宽要求来监控系统。
发明内容
乂>开了一种利用(implement)网络的监控系统。该系统包括至少 一个动态数据源，所述至少一个源被配置成与机器进行信号通信；监视 模块，其被配置成与所述至少一个源通信，被配置成接收动态数据，并 且被配置成将动态数据转换为输出数据以用于在网络上传输；控制器， 其被配置成与监视模块和网络通信，并且被配置成接收输出数据；计算 资源，其被配置成与网络通信，并且被配置成接收输出数据；以及监视 模块中的规则实施器，该规则实施器被配置成实施至少 一个系统规则。
还公开了一种利用网络的监控方法。该方法包括产生至少一个系 统规则以用于监视机器中的至少一种状况，检测该机器的机器状况并传 送表示其机器状况的动态数据流，将至少 一 部分动态数据流转换为输出 数据，将至少一部分输出数据传送至控制器，经由传送至控制器的输出 数据来确定该机器的至少 一种状况，将至少 一部分输出数据从控制器传 送至计算机资源，并且经由该计算资源来分析至少一部分输出数据，其
中所分析的输出数据提供与该机器的正常状态(health)特征有关的信
自
另外公开了一种利用网络的监控系统。该系统包括至少一个动态 数据源，所述源被配置成与机器进行信号通信；监视模块，其被配置成 与所述至少一个源通信，被配置成接收动态数据，并且被配置成将动态 数据转换为输出数据以用于在网络上传输；控制器，其与监视模块直接 通信以直接从该监视模块接收输出数据，该控制器还与网络进行通信； 计算资源，其被配置成与网络通信，并且被配置成接收输出数据；以及 监视模块中的规则实施器，该规则实施器被配置成直接从该控制器接收 至少 一个系统规则并实施所述至少 一个系统规则。
下面的描述不应被认为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元 件编号相同
图1是根据本发明一个实施例的监控系统的示意图；以及 图2是说明根据本发明 一个实施例的监控方法的框图。
具体实施方式
200710182382.4
说明书第3/6页
参考图l,其中说明一个监控系统10。该系统10包括至少一个动 态数据14的源12 (如下所述，以模拟信号23的形式)、监视模块16、 控制器18、以及计算资源20。系统10的部件允许双向传输数据，这将 在下文进行描述，其中以从至少一个源12采集动态数据14开始。
该动态数据14的至少一个源12可以是多个检测系统，例如与任何 类型的机器22 (例如旋转机器、装配线、生产设备、材料处理设备、以 及发电设备)相关联的传感器或换能器。所采集的动态数据14可以与 机器22的状况相关，例如压力、温度或振动。当由源12(检测系统) 采集时，该动态数据14是以包含大量信息的原始模拟形式。
在检测和采集以模拟形式的动态数据14之后，每个检测系统12将 包含动态数据14的模拟信号23 (如上简述)传送至监视模块16。这些 检测系统12被配置成例如经由电、电磁或光纤连接与监视模块16进行 信号通信。该监视模块16经由每个模拟信号23接收动态数据14,并经 由与监视模块16相关联的模数(A/D)转换器26将其转换为数字数据 24。在一个实施例中，由布置在监视模块16中的A/D软件来提供到数 字数据24的转换。
该监视模块16还包括现场可编程门阵列28,其用于对来自A/D转 换器26的数据进行第一电平处理。该现场可编程门阵列(FPGA)28是 包含可编程逻辑部件和可编程互连的半导体器件。该可编程逻辑部件可 被编程为复制基本逻辑门的功能。这些逻辑门是具有几个输入端但仅有 一个输出端的计算机电路，其允许每个门并因此允许FPGA 28整体充当 数据滤波器，以用于压缩在数据流(例如系统10的数字数据24)中包 含的大量信息。以这种方式，经由FPGA 28将数字数据24转换为输出 数据30,其中输出数据30具有用于在网络32上进行传输的更理想带宽 (由于信息的压缩和滤波而具有更小带宽)。应当注意，如名称所暗示， FPGA28是"现场可编程的"，因此可在制造过程之后由用户/设计者进 行编程，从而FPGA28可以执行所期望的任何逻辑功能。
该监视模块16还可包括附加处理器34 (除了 FPGA28之外)，该 附加处理器34提供数据压缩和系统规则35的实施。可由安装在监视模 块16中(特别是在附加处理器34中)的软件37实施的数据压缩是一 个通过使用特定编码方案使用比未编码的表示将使用的更少的位(或其 它信息承载单元)对信息进行编码的过程。数据压缩算法通常以更简明
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但更完整地表示数据这样的方式来利用统计冗余。系统10中的数据压
缩还可将来自FPGA 28的输出数据30压缩为数据压缩的输出数据(其 将在下文和附图中被称为输出数据30),从而进一步减小用于在网络32 上传输的输出数据带宽。
如上所述，附加处理器34还实施系统10的系统规则35。这些规则 35确定来自每个源12的什么动态数据14是重要的，其中重要性是相对 于在机器22的不同操作周期(例如启动、机器速度变化、或者加载) 期间机器22 (或者不同机器)内的不同状况(温度、振动、压力等)阈 值来确定的。由至少一个规则实施器36 (例如变化检测滤波器和阈值探 测器)基于机器22的操作状况来实施所述系统规则35。基于所传送的 输出数据30,这些规则35确定什么输出数据30足够重要以便从监视模 块16被传送至控制器18,以用于在控制器18或计算资源20中进行最 终的机器诊断。
控制器18被配置成例如经由电、电磁或光纤连接与监视模块16进 行信号通信，并且可以是任何已知的控制系统，例如可编程逻辑控制器 (PLC)或分布式控制系统(DCS)。控制器18使用压缩的、经规则过 滤的输出数据30来确定机器22的操作状况，并作出与对机器22的调 整相关的决定。与作出这些确定一起，控制器18经由网络32将输出数 据30传送至计算资源20,控制器18经由电、电磁或光纤连接与该计算 资源20通信。
计算资源20还经由电、电磁或光纤连接与网络32通信。可以是任 何类型的服务器或计算机的计算资源20远离控制器18、监视模块16、 数据源12、以及机器22而定位。数据既可由计算资源20从控制器18 接收，也可从计算资源20被传送至控制器18。例如，所述系统规则35 最初可经由网络32从计算资源20被传送至控制器18。控制器20还将 规则35应用于机器22的操作参数，并将规则35传送至监视^t块16的 规则实施器36以供实施。由计算资源20所产生的系统规则35的初始 集可以被实施一直到输出数据30到达计算资源20 (经由系统10的部 件)，由计算资源20进行分析，并且表明对于系统规则35的改变将是 所期望的。当期望改变时，计算资源20将向控制器18发送改变信号40, 其将指示监视模块16改变系统规则35的一个(多个)参数。因为机器 22或其部件的寿命、对机器22的要求、以及机器环境的改变，所以系
统规则的该改变可能是所期望的。
参考图1的连接50，应当认识到，可运输的计算系统20 (例如膝 上型计算机)可被运输至监视模块16的地点(变得不遥远)，并且与 监视模块16直接连接。计算资源20可将系统规则35或者对系统规则 35的调整经由该直接连接50直接上载至监视模块。另外，在一个示例 性实施例中，监视模块可包括存储输出数据30 (正如由当前实施的系统 规则35所选择的)的存储器存储软件52,其可由计算资源20 (其可以 是任何计算选项)的用户经由直接连接50来访问。
参考图2, —种监控方法IOO被说明，并且如操作块102所示，包 括产生至少一个系统规则35以用于监视机器22中的至少一种状况，所 述至少一个系统规则35由计算资源20产生。如操作块104所示，该方 法100还包括经由至少一个动态数据源12检测机器的机器状况，并 将表示其的动态数据流14从所述至少一个动态数据源12传送至监视模 块16。如操作块106所示，该方法100还包括将至少一部分动态数据 流14转换为输出数据30以用于经由网络32的最终传输，并将至少一 部分输出数据30传送至控制器18。如操作块108所示，该方法100另 外包括经由传送至控制器18的输出数据30来确定机器22的至少一 种状况，并经由网络32将从控制器18传送的至少一部分输出数据30 传送至计算机资源20。如操作块110所示，该方法IOO还包括利用计算 资源20分析至少一部分输出数据30,其中所分析的输出数据30提供与 机器22的正常状态特征有关的信息。
尽管已经参考示例性实施例描述了所公开的方法和装置的实施 例，但是本领域技术人员将会理解，可以进行各种变化并且可以用等同 物替代其元素，而不背离所公开的方法和装置的实施例的范围。另夕卜， 可以进行许多修改以使特定情形或材料适合于所公开的方法和装置的 实施例的教导，而不背离其基本范围。因此，所公开的方法和装置的实 施例打算不限于作为用于实施所公开的方法和装置的实施例设想的最
佳方式而公开的特定实施例，而是所公开的方法和装置的实施例将包括 所有落在所附权利要求书的范围内的实施例。附图标记列表
10监控系统
12动态数据源
14动态数据
16监视模块
18控制器
20计算资源/系统
22机器
23模拟信号
24数字数据
26 A/D转换器
28现场可编程门阵列(FPGA)
30输出数据
32网络
34附加处理器
35系统规则
36规则实施器
37软件
50连接
52存储器存储软件
100监控方法
102操作块
104操作块
106操作块
108操作块
110操作块
权利要求
1.一种利用网络(32)的监控系统(10)，该系统(10)包括至少一个动态数据源(12)，所述至少一个源(12)被配置成与机器(22)进行信号通信；监视模块(16)，其被配置成与所述至少一个源(12)通信，被配置成接收所述动态数据(14)，并且被配置成将所述动态数据(14)转换为输出数据(30)以用于在网络(32)上传输；控制器(18)，其被配置成与所述监视模块(16)和网络(32)通信，并且被配置成接收所述输出数据(30)；计算资源(20)，其被配置成与网络(32)通信，并且被配置成接收所述输出数据(30)；以及所述监视模块(16)中的规则实施器(36)，所述规则实施器(36)被配置成实施至少一个系统规则(35)。
2. 根据权利要求1所述的系统(10),其中所述至少一个系统规则 (35)被配置成确定从来自所述至少一个源(12)中的每个的所述动态数据转换的所述输出数据(30)是否将被传送至所述控制器(18)以用 于在所述网络(32)上传输。
3. 根据权利要求1所述的系统(10),其中所述控制器(18)被配 置成基于从所述监视模块(16)接收到的所述输出数据(30)来确定所 述机器(22)的至少一种状况。
4. 根据权利要求1所述的系统(10),其中所述输出数据(30)被 配置成可由所述计算资源(20)进行分析，并且所述系统规则(35)被 配置成可基于对所述输出数据(30)的分析而更改。
5. 根据权利要求1所述的系统(10),其中所述至少一个动态数据 源(12)包括被布置成检测所述机器(22)内的机器状况的多个检测系 统，所述多个检测系统中的每个被配置成将所述动态数据(14)的模拟 信号(23)传送至所述监视模块(16)。
6. 根据权利要求1所述的系统(10),其中所述监视模块(16)被 配置成包括从所述至少一个源(12)中的每个传送的所述动态数据(14) 的模数转换器(26)通道，所述模数转换器(26)通道被配置成将所述 动态数据(12)转换为数字数据(24),其中所述监视模块(16)包括 被配置成将所述数字数据(24)转换为所述输出数据(30)的现场可编 程门阵列(28)。
7. 根据权利要求1所述的系统(10),其中所述监视模块(16)包 括动态数据存储功能，所述系统规则(35)被配置成确定应当存储什么 动态数据(14)。
8. 根据权利要求1所述的系统(10),其中所述计算资源(20)被 布置成远离所述至少一个源(12)、所述监视模块(16)、以及所述控 制器(18)。
9. 一种利用网络的监控方法(100),该方法(100)包括 产生至少一个系统规则(35)以用于监视机器(22)中的至少一种状况；检测所述机器(22)的机器状况，并传送表示机器状况的动态数据 流(14);将至少一部分所述动态数据流(14)转换为输出数据(30); 将至少一部分所述输出数据(30)传送至控制器(18); 经由传送至所述控制器(18)的输出数据(30)确定所述机器(22) 的至少一种状况；将至少一部分所述输出数据(30)从所述控制器(18)传送至计算机资源(20);以及经由所述计算资源(20)分析至少一部分所述输出数据(30)， 其中所述分析的输出数据(30)提供与所述机器(22)的正常状态特征有关的信息。
10. —种利用网络(32)的监控系统(100),该系统(100)包括 至少一个动态数据源(12),所述源(12)被配置成与机器(22)进行信号通信；监视模块(16),其被配置成与所述至少一个源(12)通信，被配 置成接收所述动态数据(14)，并且被配置成将所述动态数据(14)转 换为输出数据(30)以用于在网络(32)上传输；控制器(18),其与所述监视模块(16)直接通信以直接从所述监 视模块(16 )接收所述输出数据(30 ),所述控制器(18 )还与网络(32 ) 通信；计算资源(20),其被配置成与网络(32)通信，并且被配置成接 收所述输出数据(30);以及 所述监视模块(16 )中的规则实施器(36 ),所述规则实施器(36 ) 被配置成直接从所述控制器(18)接收至少一个系统规则(35)并实施 所述至少一个系统规则(35)。
全文摘要
本发明公开了一种监控系统及方法，该监控系统(10)利用网络(32)。该系统(10)包括至少一个动态数据源(12)，所述至少一个源(12)被配置成与机器(22)进行信号通信；监视模块(16)，其被配置成与所述至少一个源(12)通信，接收动态数据(14)，并将动态数据(14)转换为输出数据(30)以用于在网络(32)上传输；控制器(18)，其被配置成与监视模块(16)和网络(32)通信并接收输出数据(30)；计算资源(20)，其被配置成与网络(32)通信并接收输出数据(30)；以及监视模块(16)中的规则实施器(36)，该规则实施器(36)被配置成实施至少一个系统规则(35)。
文档编号G05B19/048GK101169636SQ20071018238
公开日2008年4月30日 申请日期2007年10月23日 优先权日2006年10月23日
发明者C·E·克诺德尔, M·A·奈尔逊, M·S·汤普金斯, S·R·施米德 申请人:通用电气公司