專利名稱：：內(nèi)在安全的振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)及其部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)，特別是在危險區(qū)域。
背景技術(shù)：
：渦流探頭(ECP)傳感器系統(tǒng)從二十世紀(jì)70年代開始在主要與軸頸(套筒)軸承一起操作的旋轉(zhuǎn)設(shè)備監(jiān)控和保護中進行非接觸式位移測量。ECP系統(tǒng)通常也稱為"接近式探頭系統(tǒng)"。在許多商業(yè)/工業(yè)領(lǐng)域,諸如油氣工業(yè)，相對于易燃氣體為設(shè)備指定了"危險區(qū)，，一一并分成著火"區(qū)域"或類似區(qū)域等不同區(qū)域。在危險區(qū)域內(nèi)安裝傳感器和電子件需要滿足許多要求。傳統(tǒng)上，僅傳感器，諸如渦流探頭傳感器和適當(dāng)?shù)恼袷幤骰蛘呱踔硫?qū)動器置于需要監(jiān)控的旋轉(zhuǎn)設(shè)備上或該設(shè)備附近。來自每個傳感器的個別電纜鋪設(shè)到安全區(qū)域，通常是控制室，振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在該控制室內(nèi)。這樣看起來不夠靈活。因此，似乎存在改進的空間。
發(fā)明內(nèi)容應(yīng)用領(lǐng)域是對能源領(lǐng)域的關(guān)4定渦輪設(shè)備進行振動監(jiān)控的儀器系統(tǒng)，目的是自動關(guān)斷和設(shè)備的長期健康(條件)監(jiān)控。本發(fā)明的目標(biāo)是限定一種能在危險區(qū)域有效進行振動和條件監(jiān)控的單元和方法。本發(fā)明的前述目標(biāo)通過將振動防護系統(tǒng)和條件監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合在用于區(qū)域1或同等環(huán)境中的內(nèi)在安全模塊的方法來實現(xiàn)。該模塊包括保護功能和至少兩條連接到中央單元的通信線路。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括賦予振動保護系統(tǒng)部件絕對優(yōu)先級的步驟。該方法適當(dāng)?shù)剡M一步包括在同一時間僅激活一條通信線路進行傳輸?shù)牟襟E。優(yōu)選，所述方法進一步包括對通信線路上傳輸?shù)南⑽痪幋a為高優(yōu)先級的步驟。位編碼指的是應(yīng)該理解為在位的層面對消息進行編碼，而非在字節(jié)、雙字的層面或更高的層面進行編碼，以保持優(yōu)先級消息盡可能短小。所述方法還適當(dāng)?shù)剡M一步包括以多種完整配置對該模塊進行預(yù)先配置的步驟，以及由中央單元根據(jù)簡短消息選擇將要采用哪個預(yù)先配置的完整配置的步驟。完整配置包括對才莫塊進行完全設(shè)置，包括輸入設(shè)置、警告設(shè)置、線性化庫選擇等。本發(fā)明的前述目標(biāo)還借助振動保護和條件監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)，該系統(tǒng)布置成借助來自至少一個渦流探頭的測量值來監(jiān)控至少一個旋轉(zhuǎn)部件。該旋轉(zhuǎn)部件置于危險區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，該系統(tǒng)包括位于該至少一個旋轉(zhuǎn)部件本地的分布式單元。該分布式單元包括振動保護系統(tǒng)，布置成數(shù)字式處理所述測量值，從而創(chuàng)建警告信號，并布置成借助至少一條雙數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線通信息線路向設(shè)備關(guān)斷控制器數(shù)字式地傳輸該警告信號。該分布式單元進一步包括該條件監(jiān)控系統(tǒng)的至少一部分。在一些實施方式中，該分布式單元布置成位于區(qū)域1環(huán)境或同等環(huán)境本地，且該至少一個旋轉(zhuǎn)部件位于區(qū)域l環(huán)境或同等環(huán)境本地，且設(shè)備關(guān)斷控制器位于安全區(qū)域。優(yōu)選，該分布式單元賦予振動保護系統(tǒng)部件絕對優(yōu)先級。這樣能讓保護部件在設(shè)定時間極限內(nèi)做出反應(yīng)，并仍然保持處理單元的時鐘較低，因此保持功耗較低，因此能實現(xiàn)內(nèi)在安全(IS)的分布式單元。為了對此做出進一步改進，在一些實施方式中，分布式單元在同一時間僅激活一條通信線路用于傳輸。為了對此做出更進一步的改進，在一些系統(tǒng)中，該系統(tǒng)將通信線路上傳輸?shù)男畔⑽痪幋a為高優(yōu)先級。為了保持通信盡可能少，因為在危險區(qū)域內(nèi)沒有本地入口，所以在一些實施方式中，以多種庫集合對分布式單元進行預(yù)先配置，并且該系統(tǒng)通過簡短消息選擇將采用哪個預(yù)先配置的庫集合。上述任何特征都可以以任何希望的方式相結(jié)合。本發(fā)明的前述目標(biāo)進一步借助振動監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)，該系統(tǒng)布置成借助來自至少一個渦流探頭的測量值監(jiān)控至少一個旋轉(zhuǎn)部件。根據(jù)本發(fā)明，該系統(tǒng)包括位于該至少一個旋轉(zhuǎn)部件本地的分布式單元。該分布式單元布置成數(shù)字式地處理該測量值，從而創(chuàng)建警告信號。該分布式單元進一步布置成借助至少一條雙數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線通信線路向設(shè)備關(guān)斷控制器數(shù)字式地傳輸該警告信號。在發(fā)生振動水平過大的情況下，本發(fā)明經(jīng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線鏈路向外部分布式控制系統(tǒng)(DCS)設(shè)備提供即時關(guān)斷指令，以停止設(shè)備，或者經(jīng)由直接光耦隔離的數(shù)字式輸出提供該指令。數(shù)字信號可以由DCS直接讀取，或者轉(zhuǎn)化為安全區(qū)域內(nèi)的繼電器輸出。振動水平值_一每傳感器一一還將借助相同的數(shù)據(jù)總線鏈路使用專用協(xié)議通過危險區(qū)域傳遞到DCS,然后轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域內(nèi)的公共協(xié)議。為了長期的健康監(jiān)控，條件監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)分開發(fā)生在具有VMS的區(qū)域1或同等區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)獲取，然后數(shù)字化的數(shù)據(jù)通過第二數(shù)據(jù)總線鏈路發(fā)送到安全區(qū)域，在此進行處理，然后發(fā)送到計算機軟件進行存儲或顯示。用于該鏈路的協(xié)議是專用協(xié)議。測量類型。是位移、速度或加速度。"檢測，，類型。每個測量值必須定義為(通常)峰峰值、峰值或RMS值。頻率范圍。每個測量值可以位于寬頻帶范圍內(nèi)，或位于具體頻率。輸出類型。設(shè)備輸出可以是靜態(tài)或動態(tài)電壓或電流，或者可以是數(shù)字協(xié)議。本發(fā)明還涉及以多個、預(yù)先定義的通道和警告配置機制對單一振動監(jiān)控模塊硬件設(shè)備的固件進行預(yù)先加載。每個機制專用于特定場合，或者例如給定制造商的設(shè)備型號。使用哪個機制將在工廠(利用軟件經(jīng)過通信線路)進行設(shè)置，因此在安裝時該設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好。根據(jù)需要，利用相同的物理通信鏈^^和專門軟件專用通信協(xié)議或者寫入^4圣一一利用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議一一來選擇另一個預(yù)先定義的配置，可以進行后續(xù)現(xiàn)場改變——不需要改變^_件。本發(fā)明借助真正以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)的設(shè)計方案來實現(xiàn)，只具有非常有限的以模擬處理為基礎(chǔ)的一般信號調(diào)節(jié)和集成的專用傳感器調(diào)節(jié)和傳感器功率供應(yīng)選項。除了支持通用渦流探頭系統(tǒng)(采用外部驅(qū)動器)之外，該設(shè)備還支持渦流探頭直接連接到所述模塊，因為具有內(nèi)建驅(qū)動器和線性化功能。當(dāng)存在可用的內(nèi)在安全(區(qū)域1)的型號時，該設(shè)備不需要另外的隔離或保護措施(例如，齊納阻擋件或電流隔離器)。專用傳感器信號調(diào)節(jié)因此不依賴于硬件，而僅依賴于嵌入式軟件(固件)。本發(fā)明能在IS環(huán)境中支持全部傳感器輸入。不僅支持來自加速度計、速度傳感器或渦流探頭系統(tǒng)的通用傳感器輸入，而且支持用于測量振動和/或速度的渦流探頭的直接輸入。根據(jù)本發(fā)明，僅存在有限的硬件偏差。在相對于內(nèi)在安全規(guī)定維持該產(chǎn)品方面，單一硬件平臺是主要優(yōu)勢。嵌入式軟件(固件)主要負(fù)責(zé)模塊功能這一事實導(dǎo)致在IS要求的限度內(nèi)具有較高的靈活性。本發(fā)明能使維護工作筒化。對于終端使用者和制造商來說，型號數(shù)目有限，所以產(chǎn)品維護更為容易。對于不同的傳感器系統(tǒng)類型和/或應(yīng)用場合，節(jié)省部件、模塊之間具有互換性以及重新配置現(xiàn)有單元的可能性對于系統(tǒng)的終端使用者來i兌是一種優(yōu)勢。在其他渦流探頭測量系統(tǒng)操作概念方面，另一項主要的限制是在探頭和最終信號調(diào)整之間，即從安裝在設(shè)備上的探頭直接連接到居中設(shè)置的監(jiān)控系統(tǒng)，可能有數(shù)百米遠，不易使用長距離的同軸電纜。目前的操作原理將該距離限制到15米左右。因此，常見的做法是采用"孤立"的驅(qū)動器在可接受的距離之內(nèi)實施要求的調(diào)整。其他系統(tǒng)據(jù)說存在某些缺陷。模擬渦流探頭系統(tǒng)使用模擬"驅(qū)動器"來在探頭和監(jiān)控器之間實施必要的步驟。參數(shù)諸如探頭尺寸、電纜長度、電纜參數(shù)等的變化通過標(biāo)準(zhǔn)模擬范圍內(nèi)"專門調(diào)諧"的派生物來調(diào)整。這樣導(dǎo)致了許多不同的部件，它們不太容易在不同的渦流驅(qū)動器系統(tǒng)之間進行互換。對于這種"調(diào)諧，，的商業(yè)沖擊在于，一般來說，探頭、電纜和驅(qū)動器都必須來自同一個制造商。對于數(shù)字驅(qū)動器，存在已知技術(shù)來改善單一渦流探頭系統(tǒng)設(shè)計方案(相對于以固定參數(shù)為勤出的模擬設(shè)計方案的部件變化)的靈活性。為渦流探頭系統(tǒng)建立線性化曲線之后，所述系統(tǒng)一般保持靜態(tài)。接著，用于建立該曲線的可用信號處理功率將留置不用，而部件成本保持不變。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理，然后數(shù)模轉(zhuǎn)換(以允許與以模擬輸入為勤出的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控和保護系統(tǒng)銜接)，這樣操作的成本將導(dǎo)致產(chǎn)品較之經(jīng)過驗證的模擬設(shè)計方案沒有市場竟?fàn)幜Α１景l(fā)明的其他優(yōu)勢將從詳細說明中體現(xiàn)出來。參照附圖，現(xiàn)在將更為詳細地對本發(fā)明進行解釋，但是并沒有任何限制的意思，其中圖1示出了新穎的驅(qū)動器的方塊圖2示出了安裝在儀器室內(nèi)的振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)；圖3示出了安裝在設(shè)備上的振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)；圖4示出了本發(fā)明的數(shù)字驅(qū)動器的方塊圖5示出了本發(fā)明的分布式振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)；圖6示出了以單獨的并行硬件通道進行非優(yōu)選警告信號處理的方塊圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明以虛擬交叉混合通道進行警告信號處理的方塊圖。附圖標(biāo)記圖1示出了新穎的驅(qū)動器的方塊圖102探頭103電纜105來自振蕩器部件的高頻輸出信號108來自解調(diào)器/峰峰值檢測器的幅值輸出信號141驅(qū)動器的"振蕩器"部件，包括探頭和電纜，它們作為完整震蕩器的一部分142解調(diào)器和峰峰值檢測器152本發(fā)明的驅(qū)動器190振蕩器的激勵部件圖2示出了安裝在儀器室內(nèi)的振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)；220區(qū)域1——高著火風(fēng)險——設(shè)備區(qū)域222區(qū)域2——低著火風(fēng)險——現(xiàn)場區(qū)域224安全區(qū)域——無著火風(fēng)險一一儀器室區(qū)域230多條銅導(dǎo)線對，模擬232安全障礙物234關(guān)斷繼電器240設(shè)備區(qū)域，位于其上或附近242位于儀器室的振動監(jiān)控系統(tǒng)(VMS)244位于儀器室的條件監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)246位于儀器室的分布式控制系統(tǒng)(DCS)250第一位移一果頭，諸如渦流探頭(ECP)252用于第一探頭的第一模擬驅(qū)動器254第二位移探頭，諸如ECP256用于第二探頭的第二模擬驅(qū)動器258其他傳感器/纟笨頭，諸如地震傳感器圖3示出了安裝在設(shè)備上的振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)；320區(qū)域1——高著火風(fēng)險——設(shè)備區(qū)域322區(qū)域2——低著火風(fēng)險——現(xiàn)場區(qū)域324安全區(qū)域一一無著火風(fēng)險一_儀器室區(qū)域330多條銅導(dǎo)線對，模擬332安全障礙物334關(guān)斷繼電器340設(shè)備區(qū)域，位于其上或附近，包括探頭和驅(qū)動器343位于現(xiàn)場(區(qū)域2)的振動監(jiān)控系統(tǒng)(VMS)，部分包括條件監(jiān)控系統(tǒng)345位于儀器室的條件監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)346位于儀器室的分布式控制系統(tǒng)(DCS)350第一位移探頭，諸如渦流探頭(ECP)352用于第一探頭的第一模擬驅(qū)動器354第二位移探頭，諸如ECP356用于第二探頭的第二模擬驅(qū)動器358其他傳感器/探頭，諸如地震傳感器圖4示出了本發(fā)明的數(shù)字驅(qū)動器的方塊405來自振蕩器部件的高頻輸出信號408來自解調(diào)器/峰峰值檢測器的幅值輸出信號441驅(qū)動器的"振蕩器"，包括探頭和電纜，它們作為完整振蕩器的一442解調(diào)器和峰峰值檢測器492模數(shù)轉(zhuǎn)換器494數(shù)字信號處理496輸入/輸出接口圖5示出了本發(fā)明的分布式振動和條件監(jiān)控系統(tǒng);520區(qū)域1——高著火風(fēng)險——設(shè)備區(qū)域522區(qū)域2——低著火風(fēng)險——現(xiàn)場區(qū)域524安全區(qū)域_一無著火風(fēng)險一_儀器室區(qū)域533安全障礙物537區(qū)域1中的分布式單元和安全區(qū)域之間的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線545位于儀器室的條件監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)546位于儀器室的分布式控制系統(tǒng)(DCS)550第一位移探頭，諸如渦流探頭(ECP)553用于第一探頭的第一模擬驅(qū)動器，集成在分布式模塊上554第二位移探頭，諸如渦流探頭(ECP)557用于第二探頭的第二模擬驅(qū)動器，集成在分布式模塊中558其他傳感器/纟笨頭，諸如地震傳感器5卯位于設(shè)備上或其附近的分布式單元，包括探頭和驅(qū)動器、本地振動監(jiān)控系統(tǒng)、部分條件監(jiān)控系統(tǒng)以及通往安全區(qū)域的數(shù)字通信裝置595關(guān)斷繼電器，由分布式單元經(jīng)由冗余數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線遠程控制圖6示出了以單獨的并行硬件通道進行非優(yōu)選警告信號處理的方塊660第一通道661第二通道663信號處理一一濾波、積分等664檢測——RMS、峰值、峰峰值、比例RMS、IX、2X等665警告類型和警告等級定義一一等級、窗口內(nèi)、窗口外666測量值處理667警告處理668警告表決——AND、OR、多數(shù)表決、1選1、2選1、2選2,等邏輯組合669繼電器控制671測量通道設(shè)置673數(shù)據(jù)675警告處理圖7示出了根據(jù)本發(fā)明以虛擬相互混合通道進行警告信號處理的方塊圖760第一通道761第二通道762硬件設(shè)置——源763信號處理一_濾波、積分等764檢測——RMS、峰值、峰峰值、比例RMS、IX、2X等765警告類型和警告等級定義一一等級、窗口內(nèi)、窗口外766測量值處理767警告處理768警告表決——AND、OR、多數(shù)表決、1選1、2選1、2選2，等邏輯組合6769繼電器控制771測量通道設(shè)置774數(shù)據(jù)處理775警告通道設(shè)置和處理具體實施例方式為了闡明本發(fā)明的方法和設(shè)備，現(xiàn)在將針對圖l至7說明其若千使用示例。著眼于自動關(guān)斷和長期設(shè)備健康、條件監(jiān)控，用來監(jiān)控關(guān)鍵機器上的振動的檢測系統(tǒng)需要安裝在該機器上的振動傳感器。大多數(shù)常用傳感器為徑向位移探頭，諸如渦流探頭，它需要模擬振蕩器/解調(diào)器單元，通常稱為"驅(qū)動器"或"位移監(jiān)測器(proximitor)"。另一種探頭是"地震"傳感器，其測量表面振動的加速度或位移，通常不需要驅(qū)動器。驅(qū)動器包括用來激勵所連接的渦流探頭使其產(chǎn)生交變磁場的振蕩器。該磁場在處于接近鋼制目標(biāo)材料的范圍時，將根據(jù)接近范圍而在目標(biāo)材料表面感生出時變渦流。所述渦流又會產(chǎn)生與原先磁場相反的磁場并因此影響探頭末梢的合成阻抗。感生渦流的幅度取決于探頭末梢和鋼制目標(biāo)材料之間的距離。因此，探頭阻抗變化表征了探頭末梢和目標(biāo)材料之間距離的直接測量值。因此，這種非接觸式方法可以用來測量距離/間隙(平均DC分量)和目標(biāo)機器軸線的振動(AC分量)。振蕩器輸出的峰峰值電壓水平認(rèn)為是4笨頭和目標(biāo)之間距離的測量值，并且低頻幅值變化(包絡(luò))將作為距離隨時間變化的測量值，因此表示目標(biāo)振動。解調(diào)器輸出將消除高頻分量并建立高精度的峰峰值檢測器，該檢測器將用作根據(jù)本發(fā)明進行進一步數(shù)字處理的基本輸入。本發(fā)明還包括向數(shù)字領(lǐng)域進行變換，這種變換提供了所需的靈活性，以允許根據(jù)本發(fā)明的自動補償和線性化方案，消除任何的手工校準(zhǔn)需求以及用于補償和線性化的固定硬件方案(正如目前全模擬設(shè)計方案中所用)中存在的約束。這在以下進一步討論?？紤]到用于硬件控制和信號后期處理(非線性探頭阻抗響應(yīng)的線性化)的數(shù)字設(shè)計核心，以下系統(tǒng)概念用于本發(fā)明的驅(qū)動器系統(tǒng)。每種探頭的不同電纜長度會導(dǎo)致探頭/電纜組件不同的最大阻抗響應(yīng)，為了適應(yīng)這種情況，驅(qū)動器振蕩器操作建立在使用最長電纜長度作為線性化處理的基準(zhǔn)并采用外部補償電容和/或阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，以允許使用較短的電纜長度。補償?shù)闹饕康脑谟?，相對于無限間隙測量響應(yīng)，獲得實際電纜長度相對于基準(zhǔn)電纜長度的均等阻抗響應(yīng)。為此，可以在適合多種探頭和電纜長度的單個阻抗范圍內(nèi)優(yōu)化驅(qū)動器振蕩器，因此利用最優(yōu)的動態(tài)輸入范圍。此外，對振蕩器的設(shè)計進行優(yōu)化，以允許獨立控制幅值水平和阻抗測量靈敏性兩者。然后可以數(shù)字式地控制這些參數(shù)，并將其用于優(yōu)選不同類型的探頭的設(shè)計優(yōu)化。自然，振蕩器電路受到反饋環(huán)路單位增益(1)和相對著輸出信號的反饋環(huán)路0。相位偏移的振蕩邊界條件限制。這種邊界條件需要適用于探頭/電纜全部預(yù)期阻抗范圍，以維持所需的激勵振蕩。該新穎的振蕩器是低電流電^各設(shè)計，滿足區(qū)域l的內(nèi)在安全規(guī)定或同等標(biāo)準(zhǔn)。對于具體危險區(qū)域類別諸如區(qū)域l的引述，指的是區(qū)域l或同等類別諸如類別l分部l。不存在手工范圍校準(zhǔn)的需求，并且具有更高層次的模塊互換性一一"單一模塊支持全部探頭"的概念。但是，可以由振蕩器電路進行調(diào)諧，以補償探頭/電纜諧振阻抗電路的電阻負(fù)載。圖1示出的驅(qū)動器152包括新穎的振蕩器電路190。電路190形成完整振蕩器電路141的一部分，該完整振蕩器包括探頭102和電纜103。跟在振蕩器105輸出端后面的是高速峰峰值檢測器142,將動態(tài)高頻輸出信號轉(zhuǎn)換為DC電壓輸出信號108,該輸出信號表示探頭和目標(biāo)之間的間隙并且疊加有軸振動信號(最高10kHz的低頻)。驅(qū)動器152—般包括解調(diào)器、低通濾12波器和峰峰值檢測器142功能以及振蕩器141。驅(qū)動器152包括振蕩器電路和解調(diào)器以及峰峰值檢測器142，可以用在獨立配置中，此時輸出信號108傳送到中央處理位置，或者可以與下面所述的本發(fā)明分布式數(shù)字處理裝置集成。如上所述的本發(fā)明驅(qū)動器可以實施在安裝于儀器室的系統(tǒng)中。在高火險環(huán)境中，需要監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備的振動，諸如這些設(shè)備用在能源領(lǐng)域，例如油氣工業(yè)，目的是自動關(guān)斷和長期的設(shè)備健康和條件監(jiān)控。在高火險工業(yè)諸如油氣工業(yè)，相對于易燃氣體為控制室指定了安全區(qū)。圖2示出了基于儀器室224的技術(shù)。多種類型的振動傳感器250、254、258安裝在區(qū)域1范圍內(nèi)的設(shè)備240上。需要驅(qū)動器的探頭，例如渦流探頭250、254，可以用在如上所述的本發(fā)明驅(qū)動器252、256中。驅(qū)動器也稱為接近式檢測器。地震傳感器258測量表面振動的加速度或位移，通常不需要驅(qū)動器。每個傳感器250、254、258經(jīng)由多條銅線230連接到位于安全區(qū)域224內(nèi)的振動監(jiān)控系統(tǒng)(VMS)242。兩者之間是安全障礙232(每個傳感器有一個)，從安全區(qū)域224將危險區(qū)域220、222隔離開。VMS為傳感器提供功率和信號調(diào)節(jié)，然后測量信號/振動水平。在發(fā)生振動水平過大的情況下，VMS(經(jīng)由一個或多個繼電器觸點閉合件234)向外部分布式控制系統(tǒng)(DCS)246設(shè)備提供即時關(guān)斷指令，以停止設(shè)備。每個傳感器上的振動水平值借助數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線鏈路利用公共協(xié)議并行傳遞到DCS。對于長期系統(tǒng)監(jiān)控來說，同樣的傳感器信號經(jīng)由模擬總線再次傳遞到安全區(qū)域224內(nèi)單獨的條件監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)244,從而獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，然后傳遞到計算機軟件進行存儲和顯示。如上所述的驅(qū)動器，或者傳統(tǒng)模擬驅(qū)動器，可以實施在以設(shè)備為基礎(chǔ)的系統(tǒng)中，如圖3所示。在許多商業(yè)/工業(yè)中，諸如油氣工業(yè)中，設(shè)備340針對易燃氣體指定為"危險區(qū)域"一一分成著火"區(qū)域，，320、322或類似區(qū)域。在這種系統(tǒng)中，每個傳感器350、352、354、356、358經(jīng)由多條銅線330連接到位于設(shè)備附近的低危險區(qū)域2范圍322內(nèi)的振動監(jiān)控系統(tǒng)(VMS)343。兩者之間是安全障礙322(每個傳感器有一個)，從低危險區(qū)域322將高危險區(qū)域320隔離。現(xiàn)場VMS為傳感器提供功率和信號調(diào)節(jié)，然后測量信號/振動水平。在發(fā)生振動水平過大的'Jt況下，VMS(經(jīng)由一個或多個繼電器344觸點閉合件)向外部分布式控制系統(tǒng)(DCS)設(shè)備346提供即時關(guān)斷指令，以停止設(shè)備。每個傳感器上的振動水平值，借助數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線鏈路336利用公共協(xié)議并行傳遞到DCS。對于長期健康監(jiān)控來說，條件監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)345分成在帶有VMS的區(qū)域2范圍322內(nèi)發(fā)生數(shù)據(jù)獲取，然后數(shù)字化的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)總線鏈路發(fā)送到安全區(qū)域324，在這里進行處理，然后發(fā)送到計算機軟件進行存儲和顯示。該鏈路的協(xié)議為公共協(xié)議或?qū)Ｓ脜f(xié)議。這種系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2和3所示，主要是集中化的。當(dāng)用來監(jiān)控位于危險環(huán)境中例如油氣工業(yè)中的設(shè)備時，這種架構(gòu)存在許多缺點。首先，需要有保護設(shè)備，諸如齊納阻擋件(zenerbarrier),或者其他保護措施，諸如防爆殼，這樣會提高總體系統(tǒng)的成本以及系統(tǒng)的可靠性風(fēng)險。其次，需要將個別傳感器從危險區(qū)域向位于電氣安全區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控儀器布線。存在許多端子和連接件，在設(shè)備組件安裝過程中，并且可能在以后的維護或4全修過程中，需要確認(rèn)它們每一個。這樣提高了系統(tǒng)的總體成本以及可靠性風(fēng)險。其三，目前的振動傳感器技術(shù)需要使用低壓，例如100毫伏的信號作為輸出。在設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)之間，模擬信號能夠毫無信號退化地傳輸?shù)木嚯x受到限制。適用的現(xiàn)場電纜電氣屬性將該最大距離限制到約500米。其四，用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備的內(nèi)在安全控制系統(tǒng)輸入/輸出(I/O)儀器逐漸得到應(yīng)用，并可以置于設(shè)備本地的危險區(qū)域中。該I/0是隨著設(shè)備"分布"于工廠周圍而"分布"在工廠周圍的。但是，這種I/0局限于常見"過程參數(shù)"的測量，諸如溫度、壓力和流速。目前市售振動系統(tǒng)的電流本質(zhì)排除了來自這些i/o的振動參數(shù)，妨礙通用性并提高了系統(tǒng)的總體成本和可靠性風(fēng)險。位于危險區(qū)域內(nèi)的任何電氣設(shè)備必須設(shè)計成，在發(fā)生部件失效的情況下，不可能出現(xiàn)火源(例如，火花)或者包容火源，并且火源不能到達易燃氣體。電氣設(shè)計必須經(jīng)過獨立機構(gòu)根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣準(zhǔn)則進行審查和認(rèn)證。根據(jù)本發(fā)明，具有分布式特征的內(nèi)在安全監(jiān)控和保護系統(tǒng)的構(gòu)思解決了所有這些問題。為了實施本發(fā)明，如上所述本發(fā)明的渦流驅(qū)動器或者其他驅(qū)動器設(shè)計方案與數(shù)字信號處理相集成，從而形成集成了振動監(jiān)控和部分條件監(jiān)控的完整單元，經(jīng)由本發(fā)明的數(shù)字信號線路與分布式控制系統(tǒng)和中央條件監(jiān)控部件通信。該單元可以包括多個驅(qū)動器和用于不需要驅(qū)動器的傳感器的輸入。模擬系統(tǒng)，如上所述，主要包括3個單獨的部件以形成渦流系統(tǒng)——位移探頭、電纜和振蕩器/解調(diào)器，通常稱為驅(qū)動器或位移監(jiān)測器。探頭驅(qū)動器實施探頭激活/激勵，并且在許多情況下，實施模擬信號線性化和一些信號調(diào)整，從而準(zhǔn)備好輸入到外部監(jiān)控和保護系統(tǒng)設(shè)備。如果驅(qū)動器包括用來對各種渦流位移探頭進行線性化和信號調(diào)整的模擬電路，則驅(qū)動器變得非常復(fù)雜。根據(jù)目標(biāo)監(jiān)控場合，渦流探頭系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)需要適應(yīng)許多參數(shù)變化。這些變量包括但不限于位移探頭尺寸、電纜長度、目標(biāo)材料和要求的輸出靈敏性。在渦流探頭測量的操作層面另一個主要的限制是不太容易在探頭和最終信號調(diào)整之間以同軸電纜實現(xiàn)較長的距離，即從安裝在設(shè)備上的探頭直接連接到居中設(shè)置的監(jiān)控系統(tǒng)，這可能有數(shù)百米遠。目前的操作原理將該距離限制為15米左右。因此，使用獨立的驅(qū)動器在距離探頭可接受的距離內(nèi)實施所需的調(diào)整。相對于以固定參數(shù)為基礎(chǔ)的模擬設(shè)計方案的部件多樣性而言，數(shù)字驅(qū)動器將改善單一渦流探頭系統(tǒng)設(shè)計方案的靈活性。但是，數(shù)字驅(qū)動器作為單獨的產(chǎn)品，在為渦流探頭系統(tǒng)建立線性化曲線之后，一般來說保持靜態(tài)。接著，用來建立該曲線的可用信號處理功率將不再使用，但是部件成本保持不變。模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理，再進行數(shù)模轉(zhuǎn)換以允許連接以模擬輸入為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控防護系統(tǒng)，這樣做的成本將使得產(chǎn)品較之已有的模擬設(shè)計而言，不具有商業(yè)竟?fàn)幮浴８鶕?jù)本發(fā)明，引入設(shè)備本身的分布式調(diào)整和防護監(jiān)控器，使得最終信號調(diào)整可以在渦流探頭(ECP)系統(tǒng)的距離極限范圍內(nèi)進行，并且不再需要個別傳感器連線到遠程監(jiān)控和防護系統(tǒng)。建立在以分布式監(jiān)控防護模塊的數(shù)字信號處理為主的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明因此將驅(qū)動信號調(diào)整硬件包括在產(chǎn)品中，并以更為節(jié)省成本的方式為所需的線性化采用數(shù)字信號處理功率，因為數(shù)字信號處理的主要功能是對所連接的傳感器的連續(xù)監(jiān)控和保護功能。將驅(qū)動器硬件包括在產(chǎn)品的部件中所帶來的額外效果是完全消除了任何數(shù)模轉(zhuǎn)換需求，以及驅(qū)動器和監(jiān)控器之間的銅導(dǎo)線接口，因此優(yōu)化了成本、效率以及總體系統(tǒng)質(zhì)量和可靠性。能增加可靠性的是，除了驅(qū)動器輸出的常見DC輸出電平探頭OK監(jiān)控之外，該系統(tǒng)還監(jiān)控RF探頭激勵信號的存在與否。因此，除了以常規(guī)DC為基礎(chǔ)的OK監(jiān)控之外，本發(fā)明還為探頭失效提供更大的診斷覆蓋性。配置軟件允許對直接連接型位移探頭和各種電纜長度(根據(jù)不同場合定制)進行現(xiàn)場校準(zhǔn)和線性化。由于不需要單獨的模擬驅(qū)動器系統(tǒng)，所以本發(fā)明的系統(tǒng)允許降低系統(tǒng)的總體成本。通過用于分布式用途的硬件集成，優(yōu)化了允許本發(fā)明定位一一包括集成渦流探頭驅(qū)動信號處理一一在設(shè)備基部的區(qū)域l危險區(qū)域中并在其中操作的規(guī)定。利用單一驅(qū)動器設(shè)備支持靈活但是受限的位移探頭電纜長度，增加了可靠性并減少了維護問題。利用單一驅(qū)動器設(shè)備支持結(jié)構(gòu)不同、類型不同的位移探頭，增加了可靠性并減少了維護問題。而且根據(jù)本發(fā)明，還存在軟件驅(qū)動的現(xiàn)場校準(zhǔn)和線性化方案。圖4示出了本發(fā)明分布式振動和條件監(jiān)控系統(tǒng)的分布式部件的主要部分。分布式部件包括一個或多個渦流探頭接口，從而構(gòu)成振蕩器441部件，而該振蕩器又傳輸高頻輸出405。接在振蕩器441輸出405之后的是高速峰峰值檢測器442，將動態(tài)高頻輸出信號轉(zhuǎn)化為包括DC電壓的輸出信號408，該DC電壓信號代表探頭和目標(biāo)之間的間隙以及疊加的最高約10kHz的低頻信號，這種低頻信號代表軸振動信號。解調(diào)并檢測峰峰值的輸出信號408接著在AD'轉(zhuǎn)換器492內(nèi)進行才莫數(shù)轉(zhuǎn)換，然后數(shù)字信號送入數(shù)字信號處理部件494。在根據(jù)本發(fā)明處理和數(shù)據(jù)還原之后，經(jīng)由I/O接口496將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒植际娇刂葡到y(tǒng)用于關(guān)斷控制，lt據(jù)處理和還原在以下解釋。一種對渦流探頭系統(tǒng)進行探頭功能監(jiān)控的方法是監(jiān)控DC間隙電壓。但是，這種檢測方法不僅取決于探頭/電纜，而且取決于大量電子電路諸如振蕩器、峰峰值檢測器的正確操作。因此，這種方法不能100%排他地確認(rèn)探頭和/或電纜接口的實際故障。此外，這種方法在推力監(jiān)控場合特別失效，此時DC間隙測量不但是測量參數(shù)，而且是探頭控制措施。因此，所述系統(tǒng)不能在簡單的超范圍和實際部件故障之間進行區(qū)分。本發(fā)明根據(jù)振蕩頻率進行正確的功能檢測提供了這種區(qū)分，并且如果與DC電壓監(jiān)控一起使用的話，允許檢測和確認(rèn)超范圍和故障兩者。在這種情況下，可以監(jiān)控振蕩頻率，并且可以在較早的階段確定超出探頭(或振蕩器)預(yù)期范圍或者電路失效。因此，高頻信號405連接到數(shù)字信號處理部件494,用于測量頻率，此后檢查范圍。因此，這種方法對于更為可靠且冗余的探頭功能監(jiān)控方法具有積極貢獻。此外，在監(jiān)控實際振蕩頻率時，可以將響應(yīng)與預(yù)定具體探頭系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行比較。不同類型的探頭可以在不同振蕩頻率下操作。當(dāng)頻率偏離根據(jù)配置預(yù)定的范圍時，將表示在配置和所連接的探頭類型之間出現(xiàn)了不匹配，并且可以防止因人為錯誤而可能發(fā)生的關(guān)斷，即使用了錯誤的探頭類型或錯誤的配置。同樣，對于正確的配置，在頻率和/或幅值響應(yīng)背離標(biāo)稱操作值時，可以發(fā)出警告，表示因系統(tǒng)物理變化而發(fā)生了阻抗變化，即探頭線圈特性因環(huán)境因素發(fā)生了改變。除了頻率監(jiān)控之外一一在系統(tǒng)啟動階段一一可以將無限間隙響應(yīng)與預(yù)期值相比較。在振蕩頻率符合預(yù)期，但是發(fā)現(xiàn)幅值響應(yīng)存在顯著變化時，可以確認(rèn)電纜具有不同的特性，因此需要新的校準(zhǔn)信息，即以特性不同于前述型號的電纜替代延伸電纜。根據(jù)頻率和幅值監(jiān)控能力，先進的阻抗校正技術(shù)，類似于以下所述的本發(fā)明的線性化技術(shù)，可以用來補償與探頭-目標(biāo)距離無關(guān)的系統(tǒng)特性變化，諸如電阻性探頭電纜損耗。由于探頭位置響應(yīng)的非線性屬性，所以需要輸出信號處理來獲得線性響應(yīng)。探頭/電纜阻抗與探頭類型、探頭線圈參數(shù)、探頭位置、電纜參數(shù)、電纜長度、振蕩頻率以及目標(biāo)材料直接相關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗，不需要將自動化方法適應(yīng)于響應(yīng)不同的目標(biāo)材料等。線性化建立在已知目標(biāo)材料、探頭類型和電纜特性的勤出之上，將適合電纜長度的實際范圍。但是，在線性化之前，類似于后面所述的線性化方法的補償方法，可以用來補償系統(tǒng)部件的小變化，諸如才笨頭和電纜參^:,其中后者包括中央導(dǎo)體的變化，這嚴(yán)重影響輸出諧振阻抗值。這種方法允許消除對個別部件調(diào)整(探頭電纜、延伸電纜和驅(qū)動器)的需求，因此除了節(jié)省制造成本之外，還減少了現(xiàn)場校準(zhǔn)并維持了產(chǎn)品間較高的互換能力。在系統(tǒng)特性明顯改變的情況下，系統(tǒng)允許根據(jù)廠方原始線性化校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行重新校準(zhǔn)。不需要現(xiàn)場系統(tǒng)校準(zhǔn)。主要的現(xiàn)場需求在于在安裝前獲得所述探頭的無限間隙響應(yīng)。所述單元存儲探頭識別信息，以免在最終系統(tǒng)安裝之前進行這些工作。測量的無限間隙響應(yīng)作為基礎(chǔ)用來確定補償阻抗測量電壓及其結(jié)果線性化所需的實際系數(shù)集合。但是，對于執(zhí)行具體現(xiàn)場校準(zhǔn)，為具體渦流探頭系統(tǒng)獲得線性化系數(shù)則沒有確定的限制，即目標(biāo)材料、探頭類型和電纜長度?；氐较到y(tǒng)層面，圖5示出了本發(fā)明的分布式系統(tǒng)。多種類型的振動傳感器550、554、558安裝在位于區(qū)域1范圍520內(nèi)的設(shè)備上，每一個直接連接到儀器設(shè)備591，該儀器設(shè)備根據(jù)本發(fā)明安裝在區(qū)域1范圍520內(nèi)的機器基17礎(chǔ)上，如上所述。本發(fā)明的分布式單元為每個位移探頭550、554包含數(shù)字可編程驅(qū)動器或接近式檢測器553、557，并且還連接到其他傳感器558,諸如地震傳感器。本發(fā)明的分布式單元591為傳感器提供功率和信號調(diào)節(jié)，然后將信號/振動水平數(shù)字化并進行測量。在振動水平過大的情況下，本發(fā)明的分布式單元經(jīng)由數(shù)字光耦隔離553的數(shù)據(jù)總線鏈路537向外部分布式控制系統(tǒng)(DCS)設(shè)備546提供即時關(guān)斷指令，目的是停止機器。數(shù)字信號可以由分布式控制系統(tǒng)直接讀取，或者可以轉(zhuǎn)化為安全區(qū)域524內(nèi)的繼電器595輸出。振動水平值一一每個傳感器一一還借助相同的數(shù)據(jù)總線鏈路利用專用協(xié)議通過危險區(qū)域520、522而傳遞到分布式控制系統(tǒng)，然后轉(zhuǎn)移到安全區(qū)域524內(nèi)的公用協(xié)議。對于長期健康監(jiān)控來說，條件監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)545分成兩部分。第一，凄t據(jù)獲取發(fā)生在具有VMS591的區(qū)域1范圍520內(nèi)，然后數(shù)字化的數(shù)據(jù)通過第二數(shù)據(jù)總線鏈路發(fā)送到安全區(qū)域，在這里進行處理545,然后發(fā)送到計算機軟件進行存儲和顯示。該鏈路的協(xié)議是專用協(xié)議。本發(fā)明的要點在于，將振蕩器/解調(diào)器、VMS和CMS的功能結(jié)合到一個設(shè)備591中或等同設(shè)備中，該設(shè)備位于高風(fēng)險區(qū)域l中也是安全的。監(jiān)控硬件平臺可以根據(jù)每種機器或制造商的功能需求(監(jiān)控、保護或兩者的結(jié)合)利用嵌入式軟件(固件)進行定制，而不需要考慮外部影響。內(nèi)建式數(shù)字驅(qū)動器技術(shù)消除了用于位移探頭的單獨模擬振蕩器/解調(diào)器，并提供單一、可編程的適合各種4笨頭電氣需求-沒計的裝置。這樣減少了系統(tǒng)內(nèi)的總體部件種類，4是高了可靠性且降低了成本。本發(fā)明為危險區(qū)域內(nèi)將來研發(fā)出的應(yīng)用場合提供了手段，例如區(qū)域1環(huán)境中的設(shè)備旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)場平衡。使用本發(fā)明的數(shù)字式通信鏈路將有關(guān)振動水平信息和關(guān)斷指令以及振動數(shù)據(jù)發(fā)射到外部環(huán)境，用于條件監(jiān)控和分析，消除了在機器和儀器室之間現(xiàn)場安裝和確認(rèn)許多銅導(dǎo)線電纜的需求。內(nèi)在安全(IS)環(huán)境中的設(shè)備存在許多限制。這些限制由本發(fā)明來解決，從而能實施本發(fā)明的分布式系統(tǒng)。不允許存在本地物理繼電器。雖然在IS環(huán)境中允許存在光學(xué)輸出，并在分布式單元中使用，但是這樣將導(dǎo)致每個警告通道利用適當(dāng)?shù)母綦x器或障礙物來引線到安全區(qū)域，因此有損于完整的分布式構(gòu)思。因此，提供了大量高速、隔離、多站式串行RS485通信線路，以允許安全和優(yōu)先警告消息傳遞，從而進一步以數(shù)字方式處理關(guān)斷數(shù)據(jù)，或?qū)⑵渲匦聦?dǎo)向物理繼電器。RS485物理層的當(dāng)前應(yīng)用是目前技術(shù)水平針對IS驗證過的基于導(dǎo)線的通信鏈路。由于通信處理的具體需求，所用協(xié)議將是合適的。不允許存在本地緩存輸出。沒有本地緩存輸入阻礙了^f吏用具有周期性條件監(jiān)控能力的方法，即使用手持分析儀設(shè)備。為了允許某種程度的條件監(jiān)控，用于保護性監(jiān)控目的的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理建立在FFT頻譜分析基礎(chǔ)之上。采用比警告數(shù)據(jù)通信優(yōu)先級更低的第二通信鏈路，可以使得遠程中央條件監(jiān)控分析系統(tǒng)可以周期性地利用測量數(shù)據(jù)。與此相關(guān)的是，由于數(shù)字式驅(qū)動器整合在分布式單元中，所以不再存在用于緩存輸出的模擬動態(tài)驅(qū)動器輸出信號。本地的功率和溫度制約仍然存在。由于存在功率制約，所以該設(shè)備需要低功耗電子件。因此，也制約了DSP處理功率，因為更多的處理功率要求更高的操作頻率，因此導(dǎo)致電流消耗越大，且部件主體溫度越高。因此，要求優(yōu)化的數(shù)據(jù)處理和通信程序，目的是以程度足夠的條件監(jiān)控能力來滿足保護性響應(yīng)以及相關(guān)程度的狀態(tài)通信，即FFT帶寬值可以用作啟動/停機條件過程中的低水平瞬態(tài)能力、用于模塊警告控制和狀態(tài)的優(yōu)先消息機制。這些都屬于與需要冗余通信系統(tǒng)相悖的進一步處理功率制約范圍內(nèi)。還存在本地可達性制約。對于模塊配置和重新配置來說，不存在直接和希望的裝置以允許本地通信入口。因此，系統(tǒng)通信鏈路可以用于模塊配置。但是，為了保證系統(tǒng)中其他活動模塊的優(yōu)化帶寬可用性，存在一組本地一一預(yù)先配置的一一配置集合，例如每個模塊20個配置，它們可以通過簡單指令激活。這種方法允許在遠程處理控制系統(tǒng)安全控制的情況下對完全分布式系統(tǒng)進行配置，并且不是必須專用的配置軟件。I/O能量存在極限。所有的活動輸入輸出要求程度足夠的能量極限，并確保模塊之間完全電流隔離。為此，在設(shè)計方案中配置IS障礙物，并為功率輸入和雙路RS485串行通信接口提供完全隔離。采取以下措施以滿足IS需求，并且能在單一4通道設(shè)備中結(jié)合可靠的保護功能與適當(dāng)程度的條件監(jiān)控需求。所用的DSP的操作時鐘速度以低于最大額定時鐘速度的更低速度操作，以保持在IS電流極限之內(nèi)，并具有足夠的凈空高度，從而允許處理功率根據(jù)固件改善效果而變化。由于較低的時鐘速度以及直接相關(guān)的降低處理功率的能力，已經(jīng)實施了專用的算法在所謂的內(nèi)環(huán)路中實施保護功能，該內(nèi)環(huán)路系統(tǒng)是獨立設(shè)置的并且在全部4個通道上設(shè)置了良好保持在100msec的AP1670保護系統(tǒng)需求之內(nèi)的更新速度。全部相關(guān)條件監(jiān)控功能，諸如FFT計算，以及正常的通信事件將在外環(huán)路中執(zhí)行，其更新速度相應(yīng)地與所用設(shè)置成比例，包括例如采樣速度、FFT使能和數(shù)字濾波。因此，允許外環(huán)路僅在內(nèi)環(huán)路不運行的時候運行。除了使通信電路電流消耗減至最少的硬件措施之外，在固件中根據(jù)本發(fā)明提供了額外的措施，以保持通信電路的最大電流處于IS極限之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，固件禁止并行數(shù)據(jù)傳輸，目的是防止需要限流來支持兩條通信線路，并因此降低總的電流預(yù)算。如果引入限流，則可能導(dǎo)致通信消息失敗。因此，同時只可操作一個數(shù)據(jù)傳輸通道。兩條通信線路都對輸入開放。根據(jù)本發(fā)明的固件將到來的消息列隊，并使消息響應(yīng)交叉。該方法建立在以消息為基礎(chǔ)的Tx切換基礎(chǔ)之上，此時將實施未來Tx字節(jié)切換來進一步優(yōu)化通信響應(yīng)時間。快速消息通信方法。這種選項提供了在單一短消息中傳輸選定數(shù)量的測量值以及全局警告狀態(tài)信息的途徑，該短消息將由所述^t塊以較高優(yōu)先級在內(nèi)環(huán)路處理中進行處理。由于處理功率受限，而且通信硬件能采用高達1.5MB的較高通信速度，所以通信中斷的開銷(overhead)將吸收太多的DSP處理資源。因此，快速消息通信方法允許較短和較高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)獲取方式，同時全局系統(tǒng)更新速度可以為采用串行通信鏈路的多個模塊所接受。相對于強烈依賴設(shè)置條件的外環(huán)路的響應(yīng)時間來說，在內(nèi)環(huán)路中進行處理將保證最高70msec(通常為10-15msec)的響應(yīng)時間。本發(fā)明分步式系統(tǒng)的重要方面在于本發(fā)明的快速消息通信方法。它保證了雙向數(shù)據(jù)可以在安全區(qū)域內(nèi)的控制器和安裝在危險區(qū)域中的分布式單元/模塊之間保證及時以與系統(tǒng)警告和控制要求相符的方式進行交換，所需控制要求包括關(guān)斷保護。該方法的主要特征為短發(fā)出消息(與指令和寫入數(shù)據(jù)相結(jié)合)，例如6個字節(jié)，和長返回消息，例如37個數(shù)據(jù)字節(jié)?？刂葡到y(tǒng)向分布式單元發(fā)出的消息可以包含6個數(shù)據(jù)字節(jié)(在一種實施方式中，目前最多采用4個字節(jié))。首先，是警告雙字(word)(2字節(jié))，具有用于警告復(fù)位、警告乘法器激活、和5條(單獨)警告旁路控制的位控制。此后，是另一個輸出雙字(2字節(jié))，在每個通道的基礎(chǔ)上具有位控制，以啟動校準(zhǔn)程序、DC間隙歸零以及觸發(fā)數(shù)據(jù)存儲功能諸如"凍結(jié)"波形數(shù)據(jù)的全局控制設(shè)備。較長的返回消息，37數(shù)據(jù)字節(jié)，包含位控制數(shù)據(jù)和5位警告狀態(tài)代碼和比例整數(shù)值。兩種措施的目的在于使字節(jié)數(shù)最少，因此使傳輸時間最少。雙字1，字節(jié)1-2(2字節(jié))包括具體TX狀態(tài)的位指示、任何進行中的校準(zhǔn)過程的指示、任何禁用的警告的指示、任何旁路的警告的指示、任何模塊變形的指示以及脫扣乘法器狀態(tài)的指示。雙字2，字節(jié)3-4(2字節(jié))包括如上所述的警告雙字，這表示當(dāng)前與全部警告有關(guān)的控制(復(fù)位、乘法器、旁路和邏輯位)的設(shè)置。雙字3-16，字節(jié)5-32(每個雙字2個字節(jié))包括14個使用者可以配置的數(shù)據(jù)雙字，每個雙字表示模塊得到的測量值。測量值類型(rms、峰值、FFT頻帶rms、FFT頻帶頻率、速度等)以及源通道的選擇對于使用者或系統(tǒng)配置器來說完全開^L。當(dāng)前總計有超過80種不同的測量值可能性。字節(jié)33-37包括5個警告狀態(tài)字節(jié)，它們代表適用的警告配置的警告狀態(tài)的位狀態(tài)。為了確保消息快速返回，模塊將即將到來的指令確定為本發(fā)明的快速消息，并以超過其他通信指令的更高優(yōu)先級進行處理。原則上，筒短消息長度意味著，以115.2kbaud，可以在500ms的周期時間內(nèi)查詢多站式鏈路上的最多32個模塊。為了進一步優(yōu)化警告數(shù)據(jù)查詢過程，快速消息可以針對消息數(shù)據(jù)長度進行編程。對于一般情況來說，可以將消息僅限于警告狀態(tài)，因此顯著減少總體取值數(shù)據(jù)傳輸所需的數(shù)據(jù)量，因此允許系統(tǒng)狀態(tài)更新速度小于100ms周期時間，因此滿足API670的響應(yīng)要求?？梢灶A(yù)見的是，也在單獨的網(wǎng)關(guān)設(shè)備(也是IS)中實施這種通信機制，該網(wǎng)關(guān)設(shè)備作為向所聯(lián)系的模塊進行串行通信的主設(shè)備。作為IS制約諸如能量極限和模塊之間完全電流隔離的結(jié)果，在數(shù)據(jù)通信的最大帶寬上增加了制約因素。帶寬需要花時間處理，而處理要消耗功率。需要的是，警告數(shù)據(jù)需要根據(jù)給定的響應(yīng)時間制約而與多個單元通信，用來執(zhí)行保護功能。用于多站式配置的正常通信協(xié)議建立在主設(shè)備/附屬設(shè)備的協(xié)議之上。中央遠程系統(tǒng)從附屬設(shè)備請求數(shù)據(jù)，并且適當(dāng)?shù)母綄僭O(shè)備做出應(yīng)答。為了模塊中的請求過程有效，創(chuàng)建所確認(rèn)的快速消息，以較高的優(yōu)先級來處理這些較短的更新請求，而不會顯著中斷正常的數(shù)據(jù)獲取和處理。動態(tài)通信協(xié)議的概念是為個別模塊提供手段，以根據(jù)個別模塊的條件和兩個可用通信接口的功能用途在完全控制個別模塊的情況下改變響應(yīng)的類型(即，通信鏈路因內(nèi)部錯誤僅對單一模塊失效，這種情況不會影響其他模塊的冗余操作)。但是，主設(shè)備需要針對受影響的模塊的警告表決(alarmvoting)適應(yīng)通信狀態(tài)，并且解釋這種返回數(shù)據(jù)的消息頭部。以下的示例指示了優(yōu)選系統(tǒng)中的不同操作^^式和能力。優(yōu)選系統(tǒng)釆用兩條物理雙向鏈路，即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)線路，從而在模塊和中央之間來回傳輸信息。這樣將具有一定量的冗余度，并根據(jù)以下所述的操作模式受到控制。1)無警告鏈路l:主鏈路連續(xù)查詢模塊狀態(tài)條件(沒有取值數(shù)據(jù))。鏈路2:雙鏈路連續(xù)查詢模塊狀態(tài)條件(沒有取值數(shù)據(jù))，與取值數(shù)據(jù)(帶有數(shù)據(jù)的模塊狀態(tài))請求交叉，用于即時數(shù)據(jù)顯示和趨勢分析，以及按照安排上載動態(tài)數(shù)據(jù)。2)檢測到警告鏈路1:主鏈路對于通道中出現(xiàn)警告的模塊連續(xù)查詢具有模塊取值數(shù)據(jù)的模塊狀態(tài)信息(優(yōu)化方法將消息長度僅限于處于警告中的通道)。鏈路2:雙鏈路對于通道中出現(xiàn)警告的模塊連續(xù)查詢具有模塊取值數(shù)據(jù)的模塊狀態(tài)信息，與取值數(shù)據(jù)請求交叉(具有用于全部通道的數(shù)據(jù)的模塊狀態(tài))用于實時數(shù)據(jù)顯示和趨勢分析，而且按照安排上載動態(tài)數(shù)據(jù)。在初始警告條件下，用于報告警告狀態(tài)的雙路消息的優(yōu)先級高于可能安排/請求的輔助數(shù)據(jù)傳輸(直到警告信息被主機確認(rèn))。遠程警告處理兩條通信線路2選2表決。注意對于優(yōu)化的狀態(tài)報告，建議還為檢測到的警告條件提供警告狀態(tài)條件，該操作仍然處于警告延遲時間期間內(nèi)。3)鏈路1錯誤鏈路l:一旦被模塊檢測到，則連續(xù)進行重新連接過程，允許功能自動恢復(fù)。在檢測到丟失主通信鏈路時，將主鏈路模塊應(yīng)答切換到鏈路2。鏈路2:—旦纟皮模塊檢測到，則連續(xù)進行重新連接過程，允許功能自動回復(fù)。對于通道中出現(xiàn)警告的模塊連續(xù)查詢具有模塊取值數(shù)據(jù)的模塊狀態(tài)信息。根據(jù)配置不進行趨勢分析和動態(tài)數(shù)據(jù)上載。遠程警告處理活動通信鏈路l選l表決。在鏈路錯誤時，允許使用者可配置的選項，以允許進行數(shù)據(jù)趨勢分析和動態(tài)上載。選項取決于應(yīng)用程序，因為可能并不總是要求在關(guān)鍵時刻進行關(guān)斷，或者不會比周期性的數(shù)據(jù)趨勢分析更急迫。4)鏈路2錯誤鏈路l:鏈路l正常操作。根據(jù)配置，不進行交叉趨勢分析或動態(tài)數(shù)據(jù)上載。鏈路2:—旦被模塊檢測到，則連續(xù)進行重新連接過程，允許功能自動恢復(fù)。遠程警告處理活動通信鏈路l選l表決。在鏈路錯誤時，允許使用者可配置的選項，以允許進行數(shù)據(jù)趨勢分析和動態(tài)上載。選項取決于應(yīng)用程序，因為可能并不總是要求在關(guān)鍵時刻進行關(guān)斷，或者不會比周期性的數(shù)據(jù)趨勢分析更急迫。所提出的用于靈活消息處理的機制利用快速消息雙字中的數(shù)據(jù)雙字來標(biāo)記請求0:狀態(tài)1:狀態(tài)和全部通道值2:其他數(shù)據(jù)上載請求在模塊不存在警告時，選項0僅應(yīng)答狀態(tài)，并為處于警告中的那些通道提供通道值。應(yīng)答消息頭部應(yīng)當(dāng)確認(rèn)應(yīng)答類型。選項l將返回完整狀態(tài)數(shù)據(jù)(實時數(shù)據(jù)請求一一每x秒一次，或者趨勢分析一一每x分鐘/小時一次)。選項2將確認(rèn)當(dāng)前^f莫塊狀態(tài)并表示另外的數(shù)據(jù)請求選項，該請求選項可以由指定的鏈路上的主設(shè)備所啟動的適當(dāng)指令來請求。如果不允許，則主設(shè)備將不請求該數(shù)據(jù)(則數(shù)據(jù)服務(wù)器部分將處理這種受控錯誤)。與上述相反，以下方法也被認(rèn)為混合高優(yōu)先級和低優(yōu)先級數(shù)據(jù)。當(dāng)前序列多個長消息(8x260字節(jié))將被要求來傳輸動態(tài)數(shù)據(jù)。一旦啟動這種通信，則改變數(shù)據(jù)鏈路優(yōu)先級的過程就無法停止(直到完整的序列完成為止，或者在260字節(jié)消息之后允許中斷)。為了優(yōu)化反應(yīng)時間，還可以借助類似快速消息的優(yōu)先級消息來處理大數(shù)據(jù)請求。消息長度將縮短(即，40字節(jié)并因此允許更快地從低優(yōu)先級向高優(yōu)先級切換)。動態(tài)協(xié)議原理的進一步特征是使用內(nèi)部模塊警告狀態(tài)條件。在單元沒有警告時，可以以最為有效的方法處理低優(yōu)先級消息。但是，當(dāng)檢測到警告但仍處于"警告延遲有效階段"時，模塊可以防止啟動/接受數(shù)據(jù)傳輸，并確保初始警告狀態(tài)事件并行傳輸。此外，優(yōu)先級控制還可以指定警告等級(提醒、危險等)。注意，以上更多的是涉及利用冗余通信線路可以提供安全遠程關(guān)斷，冗余通信線路更多的是功能要求，IS的使用^f又是該功能要求的副作用。采用冗余通信鏈路能使以上確定的動態(tài)協(xié)議示例可行。采用帶有輸出障礙物的隔離功率供應(yīng)件以及光耦隔離的通信鏈路將允許在IS環(huán)境中使用通信硬件。圖6示出了一種用于保護和監(jiān)控功能的警告凄史據(jù)處理非優(yōu)選方法。每個測量通道660、661的設(shè)置限定了許多參數(shù)。限定了硬件通道設(shè)置662(源)、信號處理663(過濾、積分等)、檢測方法662(RMS、峰值、峰峰值、比例RMS、IX、2X等)、警告類型(等級、窗口內(nèi)、窗口外)以及警告等級定義665。跟隨信號處理673中的測量過程666,將相對于警告設(shè)置(警告處理667)評估測量值，并導(dǎo)致True或False輸入，該輸入將用作適當(dāng)警告表決^L制668(AND、0R、多數(shù)表決、l選l、2選1、2選2等邏輯組合)的輸入，以獲得控制信號(True/False)，該控制信號可以賦予物理繼電器輸出669和/或通道警告狀態(tài)通道，或者它們?nèi)?。全程通過表決，每個硬件入口是一個通道。不存在協(xié)同操作。本發(fā)明的分布式模塊實施了不同的警告設(shè)置和處理^l^制，從而在警告設(shè)置方面獲得更大的靈活性。關(guān)鍵在于，警告定義并未束縛于測量設(shè)置，而是在虛擬警告通道中獨立限定。為此，從圖7中可以看出，檢測774和警告等級定義775移出了測量設(shè)置區(qū)段772并與警告處理區(qū)段776整合。另一個重要的差別在于，采用不同的處理方法，可以并行使用相等的測量通道數(shù)據(jù)，因為分布式模塊將為全部所提供的適當(dāng)處理選項(RMS、峰值、峰峰值、比例RMS、IX、2X等)提供數(shù)據(jù)結(jié)果。例子通道A，RMS檢測值和等級警告3g與(AND表決)使用峰值檢測和警告5g的通道A相結(jié)合。圖7提供了根據(jù)本發(fā)明，采用虛擬警告通道770、771進行分布式模塊警告-處理構(gòu)思的方塊圖。因此，警告處理的輸入不再是True/False條件，而是限定將使用哪個硬件通道測量值(處理)并應(yīng)用于指定的警告和表決過程的設(shè)置。輸出結(jié)果仍為Ture/False條件，可以賦值給(虛擬)警告條件狀態(tài)和/或光耦繼電器769。為了優(yōu)化固件設(shè)計來適應(yīng)完全靈活的警告通道設(shè)置和處理，定義了邏輯警告表結(jié)構(gòu)來描述警告輸入設(shè)置。主要的優(yōu)勢在于，固件僅需要分析警告邏輯表來產(chǎn)生警告處理代碼并因此自身不需要具備任何專門知識。采用這種方法，固件是通用的，且指示僅借助警告通道配置數(shù)據(jù)來提供。每個虛擬警告24通道，從任何類型的測量值和測量通道中選出的最多16個不同參數(shù)的任意邏輯組合(AND、OR)因此將由該邏輯表來描述。這種^/L制目前適應(yīng)最多16個參數(shù)的任意邏輯組合，它們可以利用積求和或和求積在64行(掩碼)表中描述、代表。改進方案將從代碼中去除這種條目，并從外部文件加載它們。然后可以定期以新的警告組合更新該文件，而不用要求變化任何代碼。作為警告邏輯的一種例子，考慮了采用兩個測量值的警告。每個測量值與閾值比較，如果超過各閾值任一(或兩個)，則設(shè)置警告。在配置器中，該警告描迷為共同警告(2中的任意1)。在信號大于閾值時的警告。考了可能存在4種這種類型的類似警告防故障警告條件=未施加功率的光耦輸出狀態(tài)，如果TX不是OK,則發(fā)出警告；非防故障警告條件=施加功率的光耦將不會發(fā)出警告，除非TX為OK;功率丟失警告條件=未施加功率的光耦輸出狀態(tài)，TX為OK的狀態(tài)未考不處理警告條件=施加功率的光耦輸出狀態(tài)，TX為OK的狀態(tài)不考慮；作為示例，考慮上述的防故障警告，其邏輯表看起來是這樣的<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>邏輯0=1掩碼0=1水平AND函數(shù)邏輯1=2掩碼1=2垂直O(jiān)R函數(shù)邏輯2=4掩碼2=4邏輯3=8掩碼3=8全部測量值依次考慮(首先是閾值，然后是TX是否OK——對于窗口警告來說，所用慣例是較低闞值、較高闊值、TX為OK)。掩碼行表示所要考慮的邏輯行的位(從而顯著減少描述警告所需的不同行的數(shù)目)。采用足夠的行數(shù)以確保完全描述警告的希望屬性。在才莫塊操作中，任何等于True的(凈皮掩碼的)邏輯行將導(dǎo)致設(shè)置警告。傳輸所用的行凄t,以避免不必要的控制行處理。為了進一步說明，考了類似于上述的警告，但是這一次是非防故障警告，即沒有警告，除非TX為OK。邏輯表看起來是這樣的<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>現(xiàn)在，該警告描述為邏輯0=1掩碼0=3邏輯1=4掩碼1=1232個位可以用來描述最多16個測量值(上表中僅示出了頭7個位)。設(shè)置單獨的基準(zhǔn)值(最多16ea)來描述每個測量值輸入定義:1.測量通道2.4企測類型3.警告闊值3.警告乘法器注意，警告類型在邏輯表中定義。例如采用低等級和高等級的窗口內(nèi)警告定義為信號低AND信號〈高，轉(zhuǎn)述為(低-True)AND(高-False)。本發(fā)明并不限于上述實施方式，而是可以在斥又利要求書的范圍內(nèi)變化。權(quán)利要求1.一種將振動保護系統(tǒng)和條件監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合在用于區(qū)域1或同等環(huán)境的內(nèi)在安全模塊的方法，該模塊包括保護功能和至少兩條連接到中央單元的通信線路，其特征在于，所述方法包括步驟賦予振動保護系統(tǒng)部件絕對優(yōu)先級。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括步驟同一時間僅激活一條通信線路進行傳輸。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括步驟對通信線路上傳輸?shù)南⑽痪幋a為高優(yōu)先級。4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括步驟以多種完整配置對該^^莫塊進行預(yù)先配置；由中央單元根據(jù)簡短消息選擇將要采用哪個預(yù)先配置的完整配置。5.—種振動保護和條件監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)布置成借助來自至少一個渦流探頭的測量值來監(jiān)控至少一個旋轉(zhuǎn)部件，該旋轉(zhuǎn)部件置于危險區(qū)域，其特征在于，該系統(tǒng)包括位于該至少一個旋轉(zhuǎn)部件本地的分布式單元，該分布式單元包括振動保護系統(tǒng)，布置成數(shù)字式處理所述測量值，從而創(chuàng)建警告信號，并布置成借助至少一條雙數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線通信息線路向設(shè)備關(guān)斷控制器數(shù)字式地傳輸該警告信號，該分布式單元進一步包括該條件監(jiān)控系統(tǒng)的至少一部分。6.如權(quán)利要求5所述的振動保護和條件監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該分布式單元布置成位于區(qū)域1環(huán)境或同等環(huán)境中，且該至少一個旋轉(zhuǎn)部件位于區(qū)域1環(huán)境或同等環(huán)境中，且設(shè)備關(guān)斷控制器位于安全區(qū)域。7.如權(quán)利要求5或6所述的振動保護和條件監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該分布式單元賦予振動保護系統(tǒng)部件絕對優(yōu)先級。8.如權(quán)利要求5至7任一項所述的振動保護和條件監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該分布式單元在同一時間僅激活一條通信線路用于傳輸。9.如權(quán)利要求5至8任一項所述的振動保護和條件監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)將通信線路上傳輸?shù)男畔⑽痪幋a為高優(yōu)先級。10.如權(quán)利要求5至9任一項所述的振動保護和條件監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，以多種庫集合對分布式單元進行預(yù)先配置，并且該系統(tǒng)通過簡短消息選擇將采用哪個預(yù)先配置的庫集合。全文摘要一種建立在真正的數(shù)字信號處理過程基礎(chǔ)上的振動保護和條件監(jiān)控系統(tǒng)，僅具有有限的以模擬處理為基礎(chǔ)的一般信號調(diào)節(jié)和集成的專用傳感器調(diào)節(jié)以及傳感器功率供應(yīng)選項。除了支持通用渦流探頭系統(tǒng)(采用外部驅(qū)動器)之外，該設(shè)備還支持渦流探頭直接連接到所述模塊，因為存在內(nèi)建驅(qū)動器和線性化功能。該系統(tǒng)是分布式系統(tǒng)，其中振動保護和至少一部分條件監(jiān)控位于內(nèi)在安全(IS)的分布式單元中，該單元位于旋轉(zhuǎn)設(shè)備上或其附近，即使該設(shè)備處于危險區(qū)域。文檔編號G01H1/00GK101479576SQ200780023642公開日2009年7月8日申請日期2007年6月22日優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日發(fā)明者戴維·梅勒,雷蒙德·休格特申請人:Skf公司