机械监控系统中的定义采集和测量定义

摘要

一种机械监控系统通常使用定义的集合定义、采集定义、以及测量定义，以一种统一的和装置/源独立的方式来定义由机械监控装置和其他数据源收集的机械数据。机械监控系统的配置软件以多个不同类型的监控装置或数据源中的每一个都能解释数据定义并提供相同类型的数据返回至软件系统的方式定义用于特定机器的待收集数据。因此，待收集的数据由配置软件定义一次，并且数据定义由每一个监控装置或数据源在内部解释。这大大简化了监控系统，且优点在于新的监控装置可以添加到系统中以收集数据而不影响所需数据的软件配置。

说明书

技术领域

本发明涉及机械监控领域。更特别地，本发明涉及一种以通用方式定义待收集数据的系统，使得多种不同类型的机械监控装置或数据源中的每一个都能解释数据定义，并提供相同类型的数据返回至系统。

背景技术

在机械监控系统中，通常有多种用于收集机械性能数据(例如振动数据)的装置。这些装置例如有：在线测量装置，如CSI 6500机械健康监测仪；便携式监控装置，如CSI2130或CSI 2140手持式振动分析仪；以及无线振动变送器，如CSI 9330或者CSI 9420信号变送器。在现有的系统中，每一个不同类型的监控装置在每一个机械测量位置都必须独立配置每一个要进行的测量，并指定要收集的数据。对于设置各种装置进行测量的人来说，这是一个乏味且漫长的过程。

因此，需要一种方法，以统一的且独立于装置/源的方式来定义待执行的测量和由各种测量装置和其他数据源提供的机械数据的格式。

发明内容

通常在机械监控系统中定义的采集和测量定义的目的是以统一的且独立于装置/源的方式来定义由测量装置和其他数据源提供的机械数据。其示例是一种机械振动监控软件系统，其目的是以多种不同类型的振动监控装置或数据源(CSI 2140、CSI 9420、CSI6500等等)中的每一个都能解释数据定义并提供相同类型的数据返回至软件系统的方式来定义为特定机器收集的数据。这意味着待收集的数据由组态软件系统定义一次且数据定义由每一个监控装置或数据源在内部解释。虽然这大大简化了软件系统，但它需要每个监控装置或数据源来了解数据定义。这呈现的优点在于将新的监控装置添加到系统以收集数据而不影响所需数据的软件配置。

本发明的一个优选实施例提供了一种用于监控一个或多个机械资产的操作特性的机械监控系统。机械监控系统包括多个机械监控装置，其配置有一个或多个与机械资产相关联的测量位置，以及一计算机，其用于向机械监控装置发送独立于装置的配置设置和从机械监控装置接收机械数据。机械监控装置包括多种不同的装置类型，每一个都具有不同于其他类型装置的数据采集过程和能力。数据采集过程用于根据指定的测量参数配置机械监控装置以收集指定类型的机械数据。计算机生成独立于装置的配置设置，用于多种不同类型的机械监控装置。配置设置可以根据分层格式来构造，其能够由所有不同类型的机械监控装置来解释以用于其数据采集过程。在一些优选的实施例中，数据库存储各种类型机器的配置设置，其将会由各种不同类型的机械监控装置监控。

在一些实施例中，机械监控装置包括在线机械监控装置、有线发射器、无线振动变送器、以及便携式振动分析仪。

在一些实施例中，配置设置的分层格式包括多个分层级别，包括一个或多个机器识别级别、一个或多个测量位置级别、一个或多个集合定义级别、一个或多个采集定义级别、以及一个或多个测量定义级别。集合定义优选地包括集合定义识别值、集合定义状态、以及集合定义描述符。采集定义优选地包括采集定义识别值和采集类型描述符。测量定义优选地包括测量类型识别值和测量类型描述符。

另一方面，本发明的实施例提供了一种使用机械监控系统监控机械资产的操作特性的方法。机械监控系统包括多个机械监控装置，其配置有一个或多个与机械资产相关联的测量位置，以及一计算机，其用于向机械监控装置发送独立于装置的配置设置和从机械监控装置接收机械数据。机械监控装置包括多种不同类型的装置，每一种类型都具有不同于其他类型装置的数据采集过程和能力。数据采集过程用于根据指定的测量参数配置机械监控装置收集指定类型的机械数据。在一个优选的实施例中，该方法包括以下步骤：

(a)在计算机输入信息以识别机械资产和机械资产上的测量位置；

(b)在计算机输入信息以在测量位置定义待收集的机械数据；

(c)在计算机生成通常由各种不同类型的机械监控装置消耗的配置设置，其中配置设置根据分层格式来构造，其可由所有不同类型的机械监控装置解释以用于其数据采集过程；

(d)计算机将配置设置发送至机械监控装置；

(e)机械监控装置解释根据分层格式构造的配置设置，以根据指定测量参数设置机械监控装置来收集指定类型的机械数据；

(f)机械监控装置收集机械数据；

(g)机械监控装置将已收集的机械数据发送至计算机；以及

(h)计算机接收并存储已收集的机械数据。

在一些实施例中，步骤(c)包括根据具有多个分层级别的分层格式来生成配置设置，包括一个或多个机器识别级别、一个或多个测量位置级别、一个或多个集合定义级别、一个或多个采集定义级别、以及一个或多个测量定义级别。

在一些实施例中，步骤(c)包括生成配置设置以包括集合定义，其包括集合定义识别值、集合定义状态、以及集合定义描述符。

在一些实施例中，步骤(c)包括生成配置设置以包括采集定义，其包括采集定义识别值和采集类型描述符。

在一些实施例中，步骤(c)包括生成配置设置以包括测量定义，其包括测量类型识别值和测量类型描述符。

另一方面，本发明的实施例提供了一种使用机械监控系统监控一个或多个机械资产的操作特性的方法。系统包括多个机械监控装置，其配置有一个或多个与一个或多个机械资产相关联的测量位置，以及用于向机械监控装置发送与配置设置和从机械监控装置接收机械数据的计算机。机械监控装置至少包括第一机械监控装置和第二机械监控装置，每一个都具有不同的数据采集过程和能力。数据采集过程配置为根据指定的测量参数配置机械监控装置来收集指定类型的机械数据。在一个优选实施例中，该方法包括以下步骤：

(a)使用第一机械监控装置收集机械数据，其中第一机械监控装置已使用第一配置设置来设置；

(b)在计算机接收指令以从第一机械监控装置获取第一配置设置；

(c)从计算机向第一机械监控装置发送第一配置设置的请求；

(d)在第一机械监控装置接收第一配置设置的请求；

(e)从第一机械监控装置向计算机发送第一配置设置以响应该请求；

(f)在计算机接收第一配置设置并将第一配置设置存储在数据库；

(g)在计算机接收指令以向第二机械监控装置发送第一配置设置；

(h)响应该指令，计算机在数据库访问第一配置设置并基于第一配置设置数据创建第二配置设置；

(i)向第二机械监控装置发送第二配置设置；以及

(j)使用第二机械监控装置收集机械数据，其中第二机械监控装置已使用第二配置设置来设置。

附图说明

参考详细的描述并结合附图，本发明的其他实施例将变得显而易见，其中元件不按比例绘制，以便更清楚地显示细节，其中相同的附图标记在几个视图中指示相同的元件，并且其中：

图1所示为根据优选的实施例的机械监控设备；

图2所示为根据优选的实施例的机械监控方法；

图3所示为根据优选的实施例的用于配置机械监控装置以收集机械数据的配置数据结构；以及

图4所示为根据优选的实施例的测量装置配置方法。

具体实施方式

图3描述了包括在配置数据文件中的定义的分层级别的优选实施例，其中该文件用于使用特定机器上的特定测量装置建立数据收集。对于每个测量位置，优选地使数据定义分为三层：集合定义、采集定义和测量定义。在更广泛的意义上，术语“测量装置”和“机械监控装置”可以由术语“数据源”代替，其中数据源是包括各种类型的监控和分析装置以及其他机械测量源和分析数据。虽然本文所描述的实施例一般是基于机械振动测量技术，但是这些概念并不限于振动技术，还包括油分析、装置诊断、以及很多其他装置和/或数据源。

测量位置

测量位置(ML)是收集的数据在资产上的物理位置。这可以是一个永久安装的转速表或振动传感器的位置，其中临时放置移动传感器进行数据收集，或者在实验室收集油样以进行分析。这可以是特定资产的一个或多个测量位置。例如，在特定机器上，测量位置可以包括内侧轴承和外侧轴承，其中每一个轴承都具有垂直、水平和轴向测量位置。

在优选的实施例中，组合测量位置是用于测量的虚拟测量位置，其需要在两个不同的物理测量位置收集原始数据来计算需要返回的数据。在一些实施例中，从组合测量位置收集和返回的数据与任何其他测量位置无关。组合测量位置可以与正常测量位置相对应，并且可以在路线和分组中显示相同的方式。使用组合测量位置的示例包括两个资产(机器)之间的振动数据和两个测量位置之间的振动数据的互相关，其中两个测量位置彼此成直角，从而推导出振动信号的矢量和。

测量位置组是用于将测量位置组合在一起，例如当传感器跨越多个测量位置时，如同多轴传感器的情况，或者当从多个传感器同时收集数据时。在测量位置组中，数据始终优选地与每一个单独的测量位置相关联。

监控装置

对于任何给定的测量位置，可以使用多个监控装置或其他数据源收集数据。例如，测量位置(即，内侧垂直)可以用CSI 9420数据收集装置进行监控。作为数据收集路线的一部分，附加数据也可以使用CSI 2140手持式数据收集装置进行定期收集。在该情况下，一些集合定义和及其相关的采集定义可能对这两个装置是共同的，并且一些对特定设置可能是唯一的。不管这些定义对两个装置来说是否相同或不同，一般定义的配置数据设置通常由这两个装置消耗。

集合定义

在一个优选的实施例中，集合定义提供了一种根据机器的状态和使用的监控装置(即，CSI 2140、CSI 9420)的类型来选择各种测量的方法。当满足集合定义的起始状态的条件时，集合定义对给定测量位置处获取的一组采集进行定义。这可以是一个或多个与任意测量位置相关联的集合定义。

因为各种不同的监控装置(即，CSI 2140、CSI 9420)所使用的多个集合定义，每一个集合定义都与特定监控装置和附接到传感器的装置的通道相关联。对于便携式装置，例如CSI 2140，装置通道优选地与测量位置相关联。存储在机械历史数据库22(图2)的测量数据可以参考测量位置或者装置通道。

在一个测量位置下的分层结构中列出的多个集合定义可以按特定顺序进行评估。例如，首先评估第一集合定义的条件，并且如果其起始状态是真的，将会收集由采集定义和与第一集合定义相关联的测量定义限定的所有数据。然后评估第二集合定义的起始状态条件，然后按照其他顺序依次进行。

如图3所示，每一个集合定义优选地包括集合定义识别值(ColDefID)、集合定义起始状态(CDState)、以及集合定义描述符。

采集定义

采集定义以装置无关的方式指定装置如何设置其数据存储和分析。采集定义是定义了原始数据的特定集合，该原始数据将用于生成与特定采集定义相关联的测量定义所定义的处理数据。对于任何集合定义可能有多个采集定义。在一个优选的实施例中，所有与特定采集定义相关的测量定义必须从按照采集定义的设置参数指定收集的原始数据中推导。

对于无线监控装置，例如振动变送器，采集定义由资产源接口(ASI)转换为特定于装置的指令，其是类似于软件驱动程序的软件实体。每一个振动变送器使用特定于装置的指令以适当地为其配置进而收集采集定义所指定的数据。如果该装置不能收集指定的数据，其应该：

-返回错误值指出其不能收集任何指定数据；

-仅返回其能够采集并且指出什么样的数据不能被采集的数据；或者

-调整所请求数据的测量定义以匹配装置的能力，但是仅仅在某些情况下(即，所收集的数据将接近所指定的数据的情况下)。

对于调整测量定义或者采集定义的所有情况，应当注意，确保该调整是可取的，并且必须标记数据以指出什么数据被更改以及如何更改的。

如图3所示，每一个采集定义优选地包括采集定义识别值(AcqDefID)和采集类型描述符，其可以包括但不限于，标准、峰值、以及高频(HighFreq)。例如，对波形和频谱的“标准”振动采集，采集定义可以指定以下信息：

a.频率最大值(FMAX)——单位为Hz或者次序

b.频率最小值(FMIN)(可用频谱的低端，由用户基于传感器限制或其他参数设置，或者由窗型限定-一个排列均匀并且两个排列成汉宁窗。)

c.每个波形的点数

d.平均模式-正常、峰值保持、顺序跟踪、或者时间同步。(在优选的实施例中，仅用于分析模式的手持式装置包括负数平均值和指数平均值。)

e.平均值的数量

f.波形预处理-无样式、峰值TM、或者解调

g.波形预滤器(用于峰值TM和解调)

h.触发类型-无、转速计(tach)、级别、或者RPM

i.触发级别高(仅对级别或RPM触发器而言)

j.触发级别低(仅对级别或RPM触发器而言)

k.％预触发-0％至99％

l.窗类型-均匀型或汉宁窗

m.频谱后处理-无、SST、或者信噪比

测量定义

测量定义是定义了将从采集中返回的用于存储的数据。包括在给定采集定义中的所有测量定义应能够从定义的数据采集中推导出。例如，在振动数据采集的情况下，测量定义不应该具有高频值，其大于采集定义指定的FMAX。测量定义不限于标量值，而且还可以是数据数组。振动测量定义的示例包括，波形(数据值阵列)、频谱(数据值阵列)、频带中的能量(F1,F2,#Avg)、以及峰值。

如图3所示，每一个测量定义优选地包括测量类型识别值(MeasTypeID)和测量类型描述符，其可以包括但不限于，波形、频谱、频带能量、波形峰到峰、以及峰值和相位。

某些数据采集装置可以使用的测量定义的重要组成是警报限值。如果数据收集装置不支持内部数据报警，那么该装置只会忽略测量定义的这个组成部分。警报限值通常由在线或者连续振动监控装置使用，例如CSI6500，以实时的方式连续监控数据值。

图1为根据优选的实施例的机械监控系统10。系统10包括一计算机12、与其相互通信的一个或多个在线监控装置14a-14c和一个或多个便携式监控装置16a-16c、以及一个或多个振动变送器18a-18c。计算机12还与机械分层数据库20和机械历史数据库22相互通信。在各种非限制性实施例中，计算机12可以是台式个人电脑、服务器计算机、手提电脑、平板电脑或者智能手机。

在一些实施例中，在线监控装置14a-14c是CSI 6500机械健康检测仪，例如用于连续在线机械振动监控。这些装置14a-14c可以通过通信网络24，例如因特网，与计算机12持续通信。

在一些实施例中，便携式监控装置16a-16c是手持式振动分析仪，例如CSI2130或者CSI2140的分析仪，其可以用于沿着测量路线进行机械测量。这些装置16a-16c可以通过有线或无线通信接口28a-28c周期性地连接至计算机12以下载配置设置并上传测量数据。

在一些实施例中，振动变送器18a-18c是固定无线装置，例如CSI 9300或者CSI9420振动变送器，附接至制造厂内的机器。这些装置18a-18c优选地与无线网关30进行无线通信，其使用无线通信协议发送配置设置并从装置18a-18c中接收测量数据。如图1所示，运行在计算机上的资产源接口(ASI)软件将配置设置转变为振动变送器18a-18c能够理解的特定于装置的指令。

图2描述了根据优选的实施例的机械监控过程，其中一些过程的步骤是由计算机12执行并且一些由收据收集装置(在线监控装置14a-14c、便携式监控装置16a-16c、无线振动变送器18a-18c、或者有线振动变送器34a-34c)执行。在计算机12，用户输入机械信息和测量位置信息(步骤100)。例如，用户可以指定机器为制造厂中的特定的冷却液泵并且测量位置是泵壳体上的位置。而且在计算机12，用户在指定测量位置定义待收集的数据和用于收集数据所使用的监控装置的类型(步骤102)。例如，用户可以指定收集装置是具有连接在通道1的压电加速计的CSI 2140手持式分析仪16a(图1)，其将用于收集标准振动数据。

基于所述机械、监控装置、测量位置、集合定义、采集定义、以及用户指定的测量定义，计算机12生成了具有图3(步骤104)中描述的分层结构的配置设置文件。该配置设置文件存储在机械分层数据库106中(步骤106)，并且在某些点，配置设置被发送至收集装置16a(步骤108)。

至于在线监控装置14a-14c，配置设置通过通信网络24被上传至在线装置14a-14c(步骤108)，例如使用标准互联网通信协议。至于无线振动变送器18a-18c，配置设置被传送至ASI26，其基于配置设置创建特定于装置的指令。特定于装置的指令通过无线网关30然后被传送至振动变送器18a-18c(步骤108)。振动变送器18a-18c使用特定于装置的指令将它们自己配置为进行指定的测量并且上传指定的测量数据。至于便携式监控装置16a-16c，当这些装置在开始测量路线之前被插入接口连接28a-28c中时，配置设置被下载到这些装置上(步骤108)。

在优选的实施例中，监控装置接收配置设置(步骤110)并从配置设置读取用户特定测量位置的集合定义、采集定义和相关的测量定义(步骤112)。然后监控装置将采集定义转变为特定于装置的指令并将其配置为基于这些指令进行制定测量(步骤114)。已配置的监控装置然后收集原始振动数据(步骤116)并且其根据测量定义处理数据以提供指定的输出数据，例如时间波形、频谱、频带中的能量、以及峰值(步骤118)。

根据收集和处理数据的收集装置的类型，数据可以存储在本地数据存储中直到数据能够从收集装置中下载为止，例如对便携式装置16a-16c(步骤120)，或者直到数据能够立即与计算机12相互通信为止(步骤122)。不论哪种情况，已收集的数据最终可以在计算机12中被接收并且存储在机械历史数据库22中(步骤126)用于将来分析。

图4描述了用于配置测量装置以进行测量的过程的优选实施例，其中一些过程步骤由计算机12执行并且一些由数据收集装置执行。在该示例中，配置信息将从本文称为装置1的示例性测量装置获得，其已经完全配置为根据某些集合定义、采集定义和测量定义在特定测量位置处收集测量数据(步骤206)，并且已经根据这些定义收集数据(步骤208)。

为了启动配置过程，在计算机12上运行的软件从装置1接收命令(从用户输入装置或其他地方)以获取装置配置信息(步骤200)。基于所接收的命令，计算机软件通过通信网络(步骤202)生成针对装置1的配置设置的请求。装置1接收到配置设置的请求(步骤210)，并且作为响应，通过通信网络将配置设置发送到计算机12(步骤212)。计算机12从装置1接收配置设置然后将其存储在机械分层数据库20中(步骤204)。

随后，可能希望建立另一个装置，这里称为装置2，以根据用于装置1的相同配置来收集机械数据。例如，如果装置1失效并且必须采用相同类型的测量装置(装置2)来替换，采用相同的配置建立替代装置是可取的。在另一个示例中，装置1和装置2可以是完全不同类型的测量装置(即，在线装置和有线变送器)。

在任一情况下，为了开始配置过程，在计算机12上运行的软件接收(来自用户输入装置或其他地方的)指令以将装置1的配置设置发送到装置2(步骤214)。基于所接收的指令，计算机软件访问存储在机械分层数据库20中的装置1的配置设置，并且将这些配置设置复制到数据库20中作为装置2的配置数据文件(步骤216)。然后计算机12通过通信网络将装置2的配置设置发送至装置2(步骤218)。相应地，装置2接收配置设置(步骤220)并配置其自身然后开始收集每个接收配置的数据(步骤222)。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的优选实施例的前述描述。它们并不是穷举的或将本发明限制于所公开的精确形式。根据上述教导，明显的修改或变化是可能的。选择和描述实施例以努力提供本发明的原理及其实际应用的最佳图示，并且由此使得本领域普通技术人员能够在各种实施例中使用本发明，并且具有适合于预期的特定用途的各种修改。当他们按照公平、合法、以及公平的权利来解释时，所有这些修改和变化都在由所附权利要求确定的本发明的范围内。