用于在单一测量通道上测量速度和加速度峰值振幅的系统

摘要

本系统为用于在单一测量通道上测量速度和加速度峰值振幅的系统，实施了一种使积分器提供将为了进行PeakVue测量而自动禁用的振动速度测量。当需要进行PeakVue测量时，禁用积分器，并为之最末的总速度测量。一旦完成PeakVue测量，即重新激活积分器，并恢复总测量。

说明书

优先权声明

本申请要求与2014年11月4日提交的标题为“SystemforMeasuringVelocityandAccelerationPeakAmplitude(PeakVue)onaSingleMeasurementChannel”的共同未决临时专利申请序列号数量62/075,200的优先权。

技术领域

本发明涉及机器振动监测领域。更特别地，本发明涉及用于使用单一测量通道来测量速度信号和加速度峰值信号(PeakVue)的系统。

背景技术

联机的振动监测系统是以连续方式自动收集振动数据的测量系统。当安装了这样的系统时，用户针对将收集的数据的类型以及所处的条件来配置该系统，然后该系统在没有人为干涉的情况下，24/7，按照其配置自动运行。该类型的系统的一个例子是EmersonProcessManagement制造的CSI6500机械健康监测器(CSI6500MachineryHealthMonitor)。

包括CSI6500在内的许多联机振动监测系统使用硬件积分来讲加速度信号转换成速度信号。一旦配置该系统后，通道是使用硬件积分器的速度通道或旁通硬件积分器的加速度通道，直至该系统被重新配置为止。

如本文所使用的术语，“总振动”是在宽的频率范围内的总振幅。总振动测量还指总扫描(GrossScan，GS)测量，是相对容易收集、处理、分析和产生趋势的单一的宽带值。CSI6500可进行持续测量总振动，以及同时在所有通道上每秒测量一次。该系统还可被配置成在此基础上在通道对上进行更详细的测量，所述测量可按照周期性的基础来进行，或者由总振动(和其他输入，例如速度)来触发。

然而，重大的限制是这样的限制，即，通道可被配置成测量速度或加速度，但是并不螚同时测量这二者。一种期望的使用情况是，持续地检测速度，并产生关于速度的总振动(例如，英寸/每秒)的趋势，但是周期性地进行更详细的加速度测量，例如PeakVue测量。除非使用两个分离通道(一个用于速度，并且一个用于加速度)，否则这些用现有的CSI6500版本尚不可行。然而，大多数用户不想要使用两个分离通道来用于该目睹，因为这需要在测量系统中存在两倍的通道，提高了成本。

因此，所需要的是优选在不改变测量硬件的情况下消除现有技术的该限制的解决方案。

发明内容

通过具有多路通道的联机振动测量系统满足了以上需要和其他需要，所述联机振动测量系统在具有一般测量仅速度的硬件积分器的通道上进行周期性的加速度测量。

在一些实施方案中，所述系统短暂地中断速度单元对总振动(总扫描)的监测，以旁通硬件积分器并在加速度单元中进行PeakVue测量。

在一些实施方案中，阻止以这样的方式配置该系统，即，中断(或锁住)总振动监测多于一分钟以进行PeakVue测量。

在一些实施方案中，所述系统在每次切换(积分器的禁用和重新激活)期间监测总振动水平，以通过算法来确定测量何时稳定，并由此最小化中断总振动监测的时间量。

在一些实施方案中，所述系统维持最末的有效总振动速度测量，同时所述系统进行所述PeakVue加速度测量。

在一些实施方案中，所述系统确保，在PeakVue加速度测量期间，正在监测所述总振动速度测量的外部系统(即，分布式控制系统)不接收无效数据。

在一些实施方案中，所述系统基于被正在被监测的设备的状态来确定是否进行速度测量或PeakVue测量，其中状态是指总振动水平、离散输入状态或速度。

一些优选实施方案提供了用于持续监测机器的振动水平的振动测量系统。所述系统具有用于在所述机器上的一个或多个位置测量振动的多测量通道。所述多测量通道中的至少一个包括加速度传感器、积分器、开关和选择逻辑器。所述加速度传感器附接至所述机器用于感知机器振动，并基于所述机器振动生成模拟加速度信号。所述积分器接收所述模拟加速度信号，并基于所述模拟加速度信号生成模拟速度信号。接收所述模拟加速度信号和所述模拟速度信号的所述开关具有其中选择所述模拟速度信号的第一位置以及其中选择所述模拟加速度信号的第二位置。所述开关一般维持所述第一位置，在此时间期间，所述系统持续监测所述模拟速度信号或由所述模拟速度信号衍生的信号，以评估所述机器的运行条件。可对所述开关进行瞬时设置所述第二位置，在此时间期间，所述模拟速度信号的监测被中断以提供对所述模拟加速度信号的瞬时测量。所述选择逻辑器基于指示所述机器的状态的一个或多个输入信号生成第一控制信号。所述第一控制信号触发所述开关处于所述第一位置或所述第二位置。

在另一个方面中，本发明提供了一种用于使用具有多测量通道的振动测量系统来持续监测机器上一个或多个位置处的振动水平的方法。在一个优选实施方案中，所述方法包括：

(a)在所述多测量通道中的第一测量通道中，感知所述机器上第一位置处的机器振动，并基于所述机器振动生成第一模拟加速度信号；

(b)使用所述第一测量通道中的硬件积分器积分所述第一模拟加速度信号以生成模拟速度信号；

(c)使用所述第一测量通道持续监测所述模拟速度信号或由所述模拟速度信号衍生的信号；

(d)至少部分地基于指示所述机器的状态的一种或多种输入信号来生成第一控制信号；

(e)在所述第一测量通道中，基于所述第一控制信号，中断对所述模拟速度信号的所述监测并开始加速度测量周期；

(f)在所述加速度测量周期期间使用所述第一测量通道测量所述第一模拟加速度信号；以及

(g)基于加速度测量周期的结论，使用所述第一测量通道重新开始对所述模拟速度信号的所述持续监测。

在另一方面中，本发明提供了一种用于使用具有多测量通道的振动测量系统来持续监测机器的振动水平的方法。在一个优选实施方案中，所述方法包括：

(a)持续感知所述机器上多个位置处的机器振动，并在所述多测量通道中基于所述机器振动生成多个模拟加速度信号；

(b)在速度测量受到激活的每个测量通道中，使用所述测量通道中的硬件积分器积分所述模拟加速度信号以生成模拟速度信号；

(c)持续监测步骤(b)中生成的模拟速度信号或者由步骤(b)中生成的模拟速度信号所衍生的信号；

(d)持续监测指示所述机器的运行状态的一个或多个输入信号；

(e)基于所述一个或多个输入信号来确定将在所述多测量通道中的至少第一测量通道中进行加速度测量；

(f)通过旁通所述第一测量通道中的所述硬件积分器来禁用所述第一测量通道的速度测量；

(g)在所述第一测量通道进行加速度测量；以及

(h)基于所述第一测量通道中的加速度测量的执行结论，通过激活所述硬件积分器的运行来激活所述第一测量通道中的速度测量。

附图说明

本发明的其他实施方案将通过引用与附图相结合的具体实施方式而变得显而易见，其中为了更清楚地显示细节，元件不是按比例的，其中在一些附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1所示为根据本发明一个实施方案的振动测量和处理系统的单一测量通道；

图2所示为根据本发明一个实施方案的总扫描和DSP管理器处理线程；

图3所示为根据本发明的一个实施方案的配置屏幕；

图4和5所示为根据本发明的一个实施方案的数据图；

图6所示为根据本发明的一个实施方案的数据展示屏幕；并且

图7、8和9所示为根据本发明的一个实施方案的数据图。

具体实施方式

图1所示为振动测量系统10的单一通道的一个优选实施方案。传感器12，例如加速度计，生成模拟振动加速度信号，所述模拟振动加速度信号被分成两个路径，并通过信号调理放大器14a至14b放大。这两条信号路径中的一条被硬件积分器16积分以基于加速度信号生成速度信号。可编程开关17选择加速度信号或速度信号用于处理。

所选择的信号被再次分成两个路径，并且被信号调理放大器18a和18b进一步放大。一个信号路径通至RMS-DC转换器20，RMS-DC转换器20生成总振动信号，在本文中也被称为总扫描(GS)信号。该总振动信号可基于加速度信号或速度信号，取决于开关17的设置。在一个优选实施方案中，通过Modbus串行通信连接38将总振动信号发送至例如分布式控制系统(DCS)。总振动信号还可发行于资产管理软件36，例如爱默生流程管理(EmersonProcessManagement)的机械健康管理(MachineryHealthManager)。

来自开关17的另一条路径通至信号多路器24的输入S1。将来自振动测量系统10的其他通道的信号提供于信号输入S2至Sn中，其中在一个实施方案中，n＝8。在模拟-数字转换器(ADC)26和数字信号处理器(DSP)28中将在多路器24的输出D处所选择的信号数字化并进行处理。在一些实施方案中，将在现场可编程门阵列(FPGA)中实施ADC26和DSP28。DSP28的输出可为速度-时间波形或加速度-时间、速度或加速度谱、PeakVue波形或者其他分析参数，取决于开关17的位置以及DSP28的编程参数和设置参数。

在一个优选实施方案中，DSP28实施用于接收对数字化的振动数据进行接收和全波整流的全波整流电路30，以及用于生成包括经全波整流的数字振动数据的峰水平的峰保持波形。DSP28还优选包含峰值计算电路，用于计算表示在所述峰保持波形的预定时间内或预定数据采样数量内的峰水平的标量值。

如本文所用的术语，“PeakVue”是指如美国专利No.5,895,857中Robinson等描述(通过引用并入本文)的在由最小数量的转速计周期或可编程时间延迟确定的采样周期内测量的表示经过滤的峰水平以及全波整流的振动波形。

在一个优选实施方案中，通道采集/选择逻辑器22接收指示正在被监测的机器的状态的输入信号，所述输入信号可包括机器速度、总振动和作为由外部刺激驱动的继电器状态(高/低，1/0)的外部离散输入(DI)。逻辑器22的输出包含(1)开关17的状态，(2)将输入通道S1至Sn中的哪个提供至多路器24的输出通道D，以及(3)将在DSP28中进行的振动测量的类型。

图2中所示为用于为了进行加速度基的测量而自动禁用积分器16的方法的一个优选实施方案。所述方法包括两个独立的线程：总扫描线程100和DSP管理器线程110。这两个线程同时并持续运行。如图2右侧所示，总扫描线程100收集所有时间内所有Sn测量通道的总振动值。图2的右侧示出的DSP管理器线程110使用DSP28进行了更详细的振动测量。

在该优选实施方案中，仅在特别规定的可配置的标准为真(TRUE)时，才针对详细的振动测量收集数据。这些测量优选被维持为准入清单，在本文中称作调度表。调度表中的每个准入都优选具有其本身的用于发生数据收集的标准(机器状态和/或经过时间)的组。DSP管理器线程110按步骤地通过调度表中的准入，并评价每个准入的标准，以确定是否批准进行数据收集(图2中的步骤112和114)。如果机器状态(跨越所有通道的总振动、速度和/或DI的配置组合)的规定的标准为真，或如果由于收集了用于准入的最后时间数据而导致规定的时间量期满，则开始数据收集(步骤116和118)。如果该测量准入为PeakVue测量(步骤122)(或需要加速度的任何其他测量)并且积分器16受到激活(步骤126)(其将导致无效的加速度测量)，则在进行加速度测量之前，DSP管理器线程110暂停相关联的总扫描通道(步骤128)(即，通过设置跳跃标记)，禁用该通道中的积分器16(步骤134)，等待数据稳定(步骤136)，针对所请求的测量收集数据，以及将结果储存/报告于主机36(步骤124)。在移动至该表中的下一个准入之前，DSP管理器重新激活积分器16(步骤142)(如果为了特定测量而将其禁用的话)，再次等待数据稳定(步骤144)，并去除用于相关联的GS通道的跳跃标记(步骤148)。

在一些实施方案中，该系统在重新激活积分器后立即监测总振动(OV)信号(步骤142)，但是不报告总振动值。监测OV信号的目的是为了通过算法来确定测量何时稳定。一旦算法确定OV信号已经足够稳定，该系统即开始报告OV值。该方法降低OV报告被开关所中断的时间的量。如果不监测OV值，则可能必须等待非常长的用户预设的时间(～30秒，固定的)以确保已经完成了稳定。

在总扫描线程100中，在每个通道中存在这样的决定，即，是否测量和更新相关联的总振动值。如果已经针对指示积分器16将被旁通(步骤102)的特定通道设置了跳跃标记，则在总振动监测方法中该通道将被跳过。

图3所示为由机械健康管理器软件36生成的显示屏，用于将配置成进行速度测量(硬件积分器接通)的通道重新配置以进行PeakVue测量。在一个优选实施方案中，显示警告以通知用户，当正在进行PeakVue采集时，总扫描测量将被中断。

图4和5描述了数据如何出现在Modbus客户端中。通过Modbus38每5秒请求总扫描(GS)数据来收集该数据。在该特定的PeakVue数据采集期间，当积分器16接通/断开时，存在60秒的总延迟以允许稳定时间。在一个优选实施方案中，延迟周期包括在断开积分器16后的30秒稳定时间(A1)，实际PeakVue测量时间(B)，以及PeakVue数据采集后将积分器16重新接通之前的另外30秒延迟(A2)。在延迟周期期间，不更新GS值，并且其维持为在该延迟周期前Modbus读取的最末的值。图5示出了如何使PeakVue加速度测量与更高密度的速度测量相间。

图6至9是当使用机械健康管理器软件36观察时数据的表现的例子。图6所示为从配置成施用硬件积分的单通道收集的PeakVue分析参数。图7描绘了总扫描和PeakVue趋势的图。图8描绘了PeakVue谱，并且图9描绘了PeakVue-时间波形，这二者都从其中硬件积分被瞬时禁用的单一测量通道收集。

已经处于举例说明和描述性的目的提供了前述的本发明优选实施方案的描述。它们并非意图穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。可在以上教导的启示下进行显而易见的修改和变形。选择并描述了一些实施方案以提供对本发明原理及其实际应用的最佳描述，并从而使本领域技术人员能够在多个实施方案中使用本发明，并且根据预期的特定用途进行多种修改。当根据被公平、合法和公正地赋予权利的宽度来解释时，所有这些修改和变形都落在由所附权利要求书确定的本发明的范围内。