的警報極限或報警極限，
[0047]生成包括警報極限或報警極限的一個或多個輸入值區(qū)的圖形用戶界面屏幕，
[0048]接收用戶在一個或多個輸入值區(qū)輸入的警報極限或報警極限選擇，以及至少部分地基于警報極限或報警極限選擇生成控制邏輯例程配置數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0049]通過參考結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的其它實施方案將變得顯而易見，其中:其中元件未按比例繪制以更清楚地示出細節(jié)，其中在所有幾個附圖中，相同附圖標記指示相同元件，且其中:
[0050]圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的機械健康監(jiān)控(MHM)模塊；
[0051]圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的現(xiàn)場數(shù)字FPGA信號處理電路；
[0052]圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的由DCS控制器執(zhí)行的控制邏輯的實例；
[0053]圖4、5和6描繪了現(xiàn)有技術(shù)機械保護軟件用戶界面屏幕的實例；
[0054]圖7-11描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的測量通道配置界面屏幕的實例；
[0055]圖12-14描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于配置測量通道的方法的過程流程圖。
【具體實施方式】
[0056]本發(fā)明的實施方案提供了振動數(shù)據(jù)采集和分析模塊，其直接接口連接至分布式控制系統(tǒng)輸入/輸出底板以允許由DCS直接采集振動數(shù)據(jù)以進行機械保護和預測性機械健康分析。如文中所使用，術(shù)語“分布式控制系統(tǒng)(DCS)”是一種在過程或工廠中使用的自動化控制系統(tǒng)，其中控制元件分布在整個機器或多個機器中以向機器的不同部件提供操作指令。如文中所使用，術(shù)語“保護”是指在如果允許機器繼續(xù)運轉(zhuǎn)則可能發(fā)生嚴重且高成本的損壞的情況下，使用從一個或多個傳感器收集的數(shù)據(jù)(振動、溫度、壓力等)使機器關(guān)停。另一方面，“預測”是指使用從一個或多個振動傳感器收集的數(shù)據(jù)(或許與來自其它類型的傳感器的數(shù)據(jù)結(jié)合)觀察機器性能的趨勢并預測機器應(yīng)脫機以進行維護或更換之前可工作多長時間。
[0057]圖1描繪了直接與DCS11接口連接的機械健康監(jiān)控模塊(MHM) 10。在優(yōu)選實施方案中，模塊10包括接收并調(diào)節(jié)傳感器信號的現(xiàn)場模擬信號調(diào)節(jié)和傳感器電源卡12、處理傳感器信號的現(xiàn)場數(shù)字FPGA信號處理卡14和提供至DCS輸入/輸出總線18的接口的DCS邏輯發(fā)生器卡(LGC)16?，F(xiàn)場卡12可優(yōu)選通過現(xiàn)場信號接口連接器22接受來自至少八個測量傳感器20的輸入。在優(yōu)選實施方案中，傳感器輸入通道的至少兩個可被配置為轉(zhuǎn)速計(tachometer)通道。
[0058]優(yōu)選地，在模擬現(xiàn)場卡12與數(shù)字現(xiàn)場卡14之間設(shè)置電流隔離。電隔離防止傳感器20的安裝位置與DCS 11之間由例如接地回路引起的意外電流。
[0059]傳感器電源24和信號調(diào)節(jié)電路26可支持多種不同的傳感器20，包括壓電加速計、壓電ICP速度、壓電動態(tài)壓力、電子動力速度、渦流位移、AC振動和DC位移，其中輸入電流為4-20mA。所支持的轉(zhuǎn)速計傳感器包括渦流位移傳感器、無源電磁傳感器、霍耳效應(yīng)轉(zhuǎn)速計傳感器、N脈沖/轉(zhuǎn)軸編碼器和TTL脈沖傳感器。支持許多在DC至20KHz頻率范圍內(nèi)的附加傳感器類型，只要其在以下示例性電壓輸入范圍內(nèi):0至+24V、-24V至+24V、-12V至+12V以及0至-24V。在優(yōu)選實施方案中，可對多達八個傳感器電源電路24單獨編程以便電流恒定在0至20mA之間，該恒定電流也可用作電子動力(無源)速度傳感器的上升電流。也可在每個傳感器通道上單獨地編程以上列出的輸入電壓范圍。這允許通道之間的傳感器電源和輸入范圍配置可進行任何混合，從而使得受支持的傳感器能夠混合。
[0060]利用時鐘26提供的定時，8通道模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 28將八個模擬信號轉(zhuǎn)換成包括八個同時采樣的交織通道的數(shù)據(jù)的單個串行數(shù)據(jù)流。在一些優(yōu)選的實施方案中，兩個轉(zhuǎn)速計觸發(fā)電路30將模擬轉(zhuǎn)速計信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速計脈沖。
[0061 ] 現(xiàn)場卡14上具有用于處理振動數(shù)據(jù)的8通道現(xiàn)場可編程序門陣列(FPGA) 36。FPGA36接收8通道數(shù)字波形數(shù)據(jù)(可能包括2通道的轉(zhuǎn)速計數(shù)據(jù))，并對原始數(shù)據(jù)進行并行處理以生成標量總振動參數(shù)和波形。經(jīng)處理的波形可包括低通濾波波形、PeakVueTM波形、階次跟蹤波形、高通濾波(直流阻塞)波形以及可選擇的單集成(速度)波形、雙集成(位移)波形，或非集成(加速度)波形。這些波形也可在轉(zhuǎn)速計數(shù)據(jù)的兩個專用數(shù)據(jù)通道上生成。預測數(shù)據(jù)通道也優(yōu)選包括上采樣數(shù)據(jù)塊以為時域同步平均(TSA)階次跟蹤應(yīng)用程序提供分辨率較高的數(shù)據(jù)。
[0062]模擬現(xiàn)場卡12的振動卡配置電路32優(yōu)選包括一組串行-并行鎖存寄存器，其接受來自LGC 16的應(yīng)用程序固件的配置數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)流。該數(shù)據(jù)被加載到FPGA 36的接口內(nèi)的并行-串行移位寄存器。然后，F(xiàn)PGA 36使用同步SPI格式處理串行數(shù)據(jù)至控制鎖存器的移位。
[0063]在優(yōu)選實施方案的操作期間，MHM模塊10對于DCS控制器19而言似乎是標量輸出與標準DCS輸入模塊21的標量輸出相似的多通道模擬輸入卡，例如可以是輸出測量溫度、壓力或閥位值。如以下更詳細地討論的那樣，振動信號被模塊10轉(zhuǎn)換成標量值并通過DCS的底板被提供給DCS控制器19。DCS控制器19的一個實例是愛默生過程管理公司(愛默生電氣公司的分部)制造的Ovat1nTM控制器。在該DCS體系結(jié)構(gòu)中，多達十六個標量值作為高速掃描值從每個I/O模塊被提供給DCS控制器19。在高速掃描中，DCS控制器19可以高達10毫秒的速率讀取這十六個標量值。
[0064]可使用數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)移方法(例如，遠程桌面協(xié)議(RDP))通過DCS輸入/輸出總線18以低于掃描十六高速標量值的速率的速率將時間波形數(shù)據(jù)塊(以及附加標量值)轉(zhuǎn)移至DCS控制器19。
[0065]由于機械健康監(jiān)控模塊10生成的標量值由DCS控制器19讀取，因此DCS控制器19中運行的軟件以與處理任何其它DCS數(shù)據(jù)的方式相同的方式處理這些標量值。DCS控制器19的一個主要功能是將標量值與警報極限進行比較。如果超過了極限，則生成警報。DCS控制器19內(nèi)的邏輯也可基于警報狀況確定是否應(yīng)采取任何行動，例如關(guān)閉繼電器。DCS控制器19還在軟件中執(zhí)行包括警報繼電器邏輯、表決和延時的操作。優(yōu)選地，DCS控制輸出(例如，繼電器輸出和4-20mA比例輸出)由DCS的標準輸出模塊23驅(qū)動。批量預測數(shù)據(jù)在LGC主處理器48內(nèi)被格式化，并通過以太網(wǎng)端口 52a傳輸至機器健康管理(MHM)分析計算機54以進行詳細分析和顯示。批量保護數(shù)據(jù)也在LGC主處理器48內(nèi)被格式化，但通過單獨的以太網(wǎng)端口 52b傳輸至DCS操作員計算機60。
[0066]在優(yōu)選的實施方案中，DCS操作員計算機60包括用于顯示從DCS控制器19輸出的振動參數(shù)和其它機器操作數(shù)據(jù)(壓力、溫度、速度、警報狀況等)的界面。
[0067]圖2描繪了現(xiàn)場數(shù)字FPGA 36的單個通道的功能框圖。優(yōu)選的實施方案包括七個布局與圖2中描繪的一個通道的布局相同的附加通道。如以下更詳細地描述的那樣，通道數(shù)字波形數(shù)據(jù)在被轉(zhuǎn)換成振動總值或被打包成“批量”時間波形以由在LGC卡16上運行的軟件進一步進行分析或傳輸至DCS軟件或MHM軟件之前可通過各種數(shù)字濾波器和積分級路由。
[0068]如圖2所示，ADC接口 70通過連接器34 (圖1中所示)從現(xiàn)場模擬卡12的ADC28接收八個通道的連續(xù)同時取樣數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)優(yōu)選為串行外圍接口(SPI)格式的復用同步串行數(shù)據(jù)流的形式。ADC接口 70將數(shù)據(jù)流解復用成八個單獨的通道數(shù)據(jù)流。
[0069]盡管所有八個通道均可用于振動信號處理，但是在優(yōu)選的實施方案中，八個通道的其中兩個可用于轉(zhuǎn)速計測量處理。每個轉(zhuǎn)速計測量通道優(yōu)選包括:
[0070]單觸發(fā)(one-shot) 110，其是為具有過度抖動或噪聲的轉(zhuǎn)速計脈沖序列提供噪聲抑制的可編程觸發(fā)器“消隱”功能；
[0071]N分頻111，其是對齒輪或代碼輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速計信號的脈沖頻率進行分頻的可編程脈沖分頻器；
[0072]反向旋轉(zhuǎn)檢測器112，其通過比較兩個轉(zhuǎn)速計脈沖信號的相位確定軸旋轉(zhuǎn)的方向；
[0073]RPM指示器115，其計算轉(zhuǎn)速計脈沖流的RPM作為標量總值。
[0074]零速檢測器113，當轉(zhuǎn)速計已閑置可編程時間間隔(例如，0.1秒、1秒、10秒或100秒)時，其提供“零速”指示；和
[0075]檢測器114，當轉(zhuǎn)速計超過2KHz或62KHz的固定閾值時，其提供“超出額定范圍”指示。在替代實施方案中，該閾值可編程。
[0076]繼續(xù)參考圖2，F(xiàn)PGA 36中的八個獨立并行信號處理通道的每一個優(yōu)選包括以下組件:
[0077]用于直流阻塞的高通濾波器72，其可優(yōu)選設(shè)置成0.01Hz、0.1Hz、1Hz或10Hz，且可基于開關(guān)74的位置對以下描述的積分器選擇或旁路其；
[0078]兩級數(shù)字波形積分，包括第一積分器76和第二積分器78，其提供從加速度至速度、從加速度至位移，或從速度至位移的數(shù)據(jù)單位轉(zhuǎn)換；
[0079]數(shù)字跟蹤帶通濾波器82，其帶通中心頻率由轉(zhuǎn)速計頻率或轉(zhuǎn)速計頻率的倍數(shù)設(shè)置，并基于開關(guān)80的位置接收“普通”數(shù)據(jù)流(無積分)、單積分數(shù)據(jù)流或雙積分數(shù)據(jù)流作為輸入，如以下更詳細地描述的那樣；和
[0080]標量總測量計算塊88-100，其確定幾個不同的波形標量總值，如下所述。
[0081]在優(yōu)選實施方案中，數(shù)字跟蹤帶通濾波器82的目的是窄(高Q)帶通響應(yīng)，其中心頻率由所選擇的轉(zhuǎn)速計輸入的RPM確定。中心頻率也可以是轉(zhuǎn)速計RPM的選擇的整數(shù)倍。當波形通過該濾波器時，將僅保持與受監(jiān)控機器的轉(zhuǎn)速的倍數(shù)對應(yīng)的振動分量。當由對應(yīng)的FPGA計算塊(88、90或92)計算合成波形的RMS、峰值或峰峰標量值時，結(jié)果與由在LGC16的應(yīng)用程序固件內(nèi)執(zhí)行的“nX峰值”計算將返回的值相同。由于該標量計算作為連續(xù)過程在FPGA 36內(nèi)執(zhí)行而非作為計算在固件內(nèi)進行，因此與以較低的速率在固件內(nèi)產(chǎn)生的對應(yīng)值相比，其更適合“關(guān)停參數(shù)”。該測量的一個應(yīng)用是監(jiān)控航