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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung liegt allgemein auf dem Gebiet von Systemen
zum Überwachen
und Schützen
mechanischer Systeme. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Technik
zum Bereitstellen einer technisch ausgereiften und verflochtenen
Votierlogik in Überwachungs-
und Schutzsystemen, um eine Anmpassung eines Steuerungs- oder Schutzschemas
an spezielle Anwendungen zu ermöglichen.
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Auf
dem Gebiet der Überwachung
des Schutzes industrieller Anlagen ist ein weiter Bereich von Komponenten
und Systemen bekannt und aktuell im Einsatz. Abhängig von der Natur des zugrunde liegenden
mechanischen Systems können
die Überwachungs-
und Schutzkomponenten verschiedene Signale erzeugen, die für dynamische
Zustände
repräsentativ
sind. Signal erzeugende Komponenten sind typischerweise Sensoren
und Wandler, die in interessierenden Punkten der Maschinensysteme
angeordnet oder diesen anderweitig eng zugeordnet sind. Die Signale
werden an die Überwachungsschaltungen
angelegt, die typischerweise von den interessierenden Punkten eine
bestimmte Entfernung aufweisen, und sie werden dazu genutzt, das
Leistungsvermögen
des Maschinensystems zu analysieren. Derart instrumentierte Maschinensysteme
können
Rotationsmaschinen, Montagestrecken, Produktionsanlagen, Materialhandhabungsanlagen,
Stromerzeugungsanlagen sowie zahlreiche andere Arten von Maschinen
variierender Komplexität
umfassen.
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Eine
Vielzahl unerwünschter
Zustände
kann sich in Maschinensystemen ausbilden, die rasch auftreten können oder
sich im Lauf der Zeit oder in bestimmten Situationen entwickeln
kön nen,
wie etwa unter Belastung oder auf Grund von Verschleiß oder durch
Systemverschlechterung. Wenn unerwünschte Zustände auftreten, können verschiedene
Typen einer Reaktion gewährleistet
sein. Beispielsweise kann sich die Reaktion der Überwachungs- und Schutzkomponenten
für unterschiedliche
dynamische Zustände
stark unterscheiden abhängig
von der Maschine selbst, ihren typischen Betriebseigenschaften, der
Natur des Systems und der relativen Wichtigkeit der Zustände, die
sich entwickeln können.
Derartige Reaktionen können
vom Ergreifen keiner Aktion bis zum Berichten, der Erfassung, der
Bereitstellung von Alarmgaben und bis zur Energiezufuhr zu oder
Energiezufuhrunterbrechung für
Teile oder das gesamte Maschinensystem reichen.
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Beispielsweise
ist ein Zustandstyp, der in Rotations- und anderen dynamischen Maschinensystemen überwacht
werden kann, die Vibration. Information, die Vibration anzeigt,
kann durch Beschleunigungsmessgeräte auf interessierenden Punkten
oder benachbart zu diesen gesammelt werden und zur Überwachungs- und Steuerungsanlage überführt werden.
Die Information von den Beschleunigungsmessgeräten ist in roher Form nicht
typischerweise nutzbar, sondern muss verarbeitet, analysiert und
im Hinblick auf andere Faktoren gewichtet werden, wie etwa die Betriebsdrehzahlen,
um die geeignete Reaktion auf existierende oder sich entwickelnde
Zustände
zu bestimmen.
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Reaktionen
auf überwachte
Signale und verarbeitete Daten, wie etwa Vibrationsdaten, können sich
auf Grund einer Anzahl von Faktoren unterscheiden. Diese können wiederum
die normalen Betriebseigenschaften des Maschinensystems enthalten. Spezielle
Bänder
oder Bereiche von Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen oder Frequenzen
können
jedoch ebenfalls von speziellem Interesse sein auf Grund der relativ
größeren Wirkung
von Systemreaktionen auf derartige Frequenzen. Während bestimmter Betriebsperioden,
wie etwa während
des Anfahrens oder einer Änderung
der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit oder Last, können darüber hinaus verschiedene Bereiche
von größerem oder
geringerem Interesse sein in Bezug auf die Entscheidung bezüglich einer
geeigneten Reaktion.
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Existierende Überwachungs-
und Schutzsysteme, wie diejenigen, die genutzt werden, um Vibrationsdaten
zu überwachen,
stellen nicht den gewünschten
Grad an Vielseitigkeit bezüglich
der Konfiguration zur Berücksichtigung
dieser Faktoren bereit. Wenn unterschiedliche Überwachungseinrichtungen benachbart
zu unterschiedlichen interessierenden Punkten in einem Maschinensystem
positioniert werden, können
insbesondere Reaktionen typischerweise koordiniert werden durch
ein zentrales Überwachungs-
oder Steuersystem. Die resultierenden Reaktionszeiten können unakzeptabel
lang sein und das resultierende System ist in bestimmtem Maße weniger
anpassbar als dies erwünscht
wäre. Das
heißt,
wenn eine zentralisierte Steuerung implementiert wird, wird Flexibilität und Adaptierbarkeit des
Systems an eine stärker
verteilte und insbesondere schnellere Steuerung durch individuelle Überwachungsmodule
geopfert.
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Die
US-A-4426641 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachung
der Wellenvibration einer Rotationsmaschine. Aus dem Blickpunkt
eines präventiven
Wartungsvorgangs einer Rotationsmaschine ist es sehr wichtig, die
Wellenvibration der Rotationsmaschine zu erfassen und den Betriebszustand
der Maschine aufzunehmen. Diese Erfindung betrifft Verarbeitungsvorgänge von
Eingängen
im Fall einer Ausführung
der Frequenzanalyse eines Wellenvibrationssignals durch digitale
Verarbeitungsvorgänge.
Diese Erfindung erläutert
die Drehfrequenzsynchronisation einer Abtastfrequenz, die Phasensynchronisa tion
der Rotationsmaschine in Bezug auf eine Referenzphase, die Beziehung
zwischen einer analytischen Wellenzahl und einer Probenahmenummer
und dergleichen in diesem Fall.
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Die
US-A-4380172 offenbart eine On-line-Rotorrissermittlung. Insbesondere
ist ein Verfahren offenbart, durch das sich ausbildende Risse in
dem Rotor einer fluidangetriebenen Turbine ermittelt werden, während sich
die Turbine im On-line-Zustand befindet und unter einer im Wesentlichen
normalen Last läuft.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden Vibrationen in dem Rotor überwacht und eine Signaturanalyse
des normalen Hintergrundvibrationsmusters wird erzielt, um den spektralen
Inhalt des normalen Vibrationssignals zu erstellen. Der Turbinenrotor
wird daraufhin vorübergehend
beunruhigt, bevorzugt durch Änderung
der Temperatur des Antriebsfluids (die Dampftemperatur wird beispielsweise
in einer dampfgetriebenen Turbine geändert), und die Signaturanalyse wird
erneut durchgeführt,
um Änderungen
des Vibrationsmusters zu ermitteln. Eine Vergrößerung der Amplitude der Grundfrequenz
und das Auftreten und die Erhöhung
der Amplitude höherer
Harmonie folgend auf eine Beunruhigung des Rotors stellt eine Anzeige
für das
Vorliegen und die Größe eines
Rissen in dem Rotor dar.
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Die
EP-A-0908805 A1 offenbart ein präventives
Wartungssystem zum Durchführen
der Wartung und eine Prozesssicherung bezüglich des Laufs einer kritischen
Einrichtung und nutzt eine spezifische Gesundheitsüberwachungseinrichtung,
die eine Anzahl von Sensoren enthält, die mit einer Betriebseinrichtung
oder Maschine verwendet werden, um einen Satz intrinsischer physikalischer
Signaturen zu erzeugen, bei denen es sich um Produkte der primären Leistungseigenschaften
der Betriebseinrichtung handelt. Bei diesen Signaturen handelt es
sich um nicht funktionale Parameter, die konsistent sind und zuverlässige Indikatoren
für den
normalen Betrieb der Einrichtung bzw. Anlage darstellen. Statistische
Normen werden während
des anfänglichen
Lernmodus unter Verwendung neuraler Prozessoren und der Ausgangssignale
von den Sensoren eingestellt. Daraufhin werden die Sensorausgänge überwacht
und analysiert unter Verwendung der statistischen Normen zur Vorhersage
der Wahrscheinlichkeiten zukünftiger Störungen der
Betriebsanlage. Unter Nutzung der intrinsischen Gesundheitsüberwachungseinrichtung wird
auf dem Gebiet der Anlagenwartung und der Prozesssicherung ein Fortschritt
bezüglich
des Ansatzes bereitgestellt, demnach die Wartung eine präventive
Prozedur ist.
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Die
US-A-5481481 offenbart ein automatisiertes Diagnosesystem, das temporär koordinierte drahtfreie
Sensoren aufweist. Das Diagnosesystem nutzt einen Fachwissen-basierten
Controller und eine Mehrzahl von Datenloggereinheiten, wobei zumindest
eine dieser Einheiten eine drahtfreie Einheit ist, um temporär koordinierte
Daten zu sammeln, die für
den Echtzeitbetrieb eines getesteten Systems indikativ sind, das
eine Mehrzahl von räumlich
disjunkten, jedoch betriebsmäßig voneinander
abhängigen Komponenten
aufweist. Der Diagnosesystemcontroller erstellt einen Instrumentationsplan
zum Sammeln der Daten und berechnet Leistungsfaktoren aus diesen
gesammelten Daten. Ein Vergleich der berechneten Leistungsfaktoren
mit optimalen und typischen Störungsmodusleistungsfaktoren
identifiziert Leistungsprobleme in dem getesteten System.
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Die
US 2002/032544 offenbart ein Verfahren, das bereitgestellt wird
zum Aufrufen einer Zustandüberwachung
zwischen mehreren Maschinen, aufweisend das Errichten eines Netzwerks
von automatisierten lokalen Experten in allgemein stationären Orten
und miteinander verbunden durch zumindest eine Netzwerkverbindung,
das Konfigurieren eines jeden der lokalen Experten zum Empfangen
von Vibrationsdaten von zumindest einer der Mehrzahl von Maschinen,
die in relativer physikalischer Nähe dazu angeordnet sind, und
das Konfigurieren von jedem der lokalen Experten zum Empfangen von
Vibrationsdaten und zum Diagnostizieren eines Zustands der Maschine,
die die empfangene Vibration abgibt, und Konfigurieren von jedem
der lokalen Experten zur Übertragung
von Diagnoseinformation betreffend den Zustand der jeweiligen Maschinen über die
zumindest eine Netzwerkverbindung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen flexibleren
verteilten Ansatz für Überwachungs-
und Schutzsysteme zu schaffen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Systeme zu schaffen,
die eine relativ technisch ausgefeilte Steuerungs- oder Schutzlogik
in stärker verteilter
und unabhängiger
Weise zwischen verschiedenen Überwachungsmodulen
implementieren können,
die auf ein komplexes Maschinensystem zur Anwendung gelangen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Überwachungs- und Schutztechnik
bereit, die dazu ausgelegt ist, auf einen derartigen Bedarf zu reagieren. Die
Technik kann in einem weiten Feld von Situationen zur Anwendung
gelangen, sie ist jedoch besonders nützlich für Steuerkomponenten relativ
komplexer Maschinen, wie etwa eine Materialhandhabungsanlage, eine
Rotationsanlage, eine Produktionsanlage und dergleichen. Die überwachten
Parameter können
stark variieren, obwohl die Technik besonders gut geeignet ist zum Überwachen
und Steuern dynamischer Betriebsbedingungen von Maschinen. In ähnlicher
Weise können
die implementierten Reaktionen variieren, obwohl diese typischerweise
die Energieversorgung und Beendigung der Energieversorgung von Komponenten
enthalten, wie etwa über Relaisschaltkreise.
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Diese
Technik nutzt eine Votierlogik, die zwischen unterschiedlichen Überwachungsmodulen und/oder
Relaisschaltkreisen verteilt ist. Die Überwachungsmodule sind in der
Nähe von
interessierenden Punkten in einem Maschinensystem angeordnet, in denen
dynamische Betriebszustände über Sensoren oder
Wandler überwacht
werden, die mit verschiedenen Überwachungsmodulen
verbunden sind. Die Module kommunizieren bevorzugt miteinander über das
offene industrielle Datenaustauschprotokoll. Die Votierlogik ist
in jedem Überwachungsmodul
gespeichert und die Logik von zumindest einer Vorrichtung basiert
auf einer Logik oder auf Ausgangssignalen, die von der Logik eines
weiteren Moduls herrühren. Die
Logik kann nutzerkonfiguriert sein, um die Existenz verschiedener
Kombinationen von Zuständen zu
ermöglichen,
bevor gewünschte
Reaktionen ergriffen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehend genannten sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung
erschließen sich
aus einem Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen; in diesen zeigen:
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1 eine
schematische Gesamtansicht eines Maschinensystems unter Verwendung
eines modulartigen Überwachungs-
und Schutzsystems in Übereinstimmung
mit Aspekten der erfindungsgemäßen Technik,
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2 eine
beispielhaft Topologie für
Module und eine betreffende Anlage bzw. Einrichtung zur Verwendung
in einem Maschinensystem des in 1 gezeigten
Typs,
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3 eine
schematische Darstellung einer Reihe zugeordneter Module in einer
Gruppe,
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4 eine
beispielhafte physikalische Konfiguration von Modulen in einem umschlossenen
Bereich, wie etwa einem gewünschten
Maschinenort,
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5 eine
perspektivische Ansicht einer beispielhaften Modulimplementierung
zum Akzeptieren eines Überwachungsmoduls
an einer Standardschnittstelle, die mit ähnlichen Schnittstellen und
Modulen über
die vorliegende Technik kommuniziert,
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6 eine
schematische Darstellung beispielhafter funktionaler Bestandteile
eines Moduls zum Durchführen
und Überwachung
und/oder für Schutzfunktionen,
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7A eine
grafische Darstellung dynamischer Parameterdaten, wie etwa Vibrationsdaten, einschließlich einer
Art und Weise, in der verschiedene Alarmeinstellungen implementiert
und genutzt werden können,
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7B eine
grafische Darstellung einer Technik zum Multiplizieren oder Verstärken bestimmter
Alarmeinstellungen, wie etwa während
des Anfahrens oder Herunterfahrens überwachter Systeme,
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8 eine
schematische Darstellung des Zusammenspiels zwischen Programmeinstellungen und
einer Reihe von Überwachungseinrichtungen und
Relaismodulen, wie etwa für
komplexere Votierlogikschemata in Übereinstimmung mit Aspekten
der vorliegenden Technik, und
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9 ein
Flussdiagramm zur Illustration eines beispielhaften Prozesses zum
Programmieren oder erneuten Programmieren von Konfigurationseinstellungen
innerhalb eines Moduls in Übereinstimmung
mit Aspekten der vorliegenden Technik.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1 eine schematische Übersicht
eines Überwachungs- und
Schutzsystems 10, das auf ein beispielhaftes Maschinensystem 12 angewandt
ist. Das Überwachungs-
und Schutzsystem 10 ist besonders gut geeignet zum Ermitteln, Überwachen
und Steuern eines großen
Bereichs dynamischer Betriebsparameter von Maschinensystemen. Insbesondere
ist das System gut geeignet für
verschiedene Arten einer Rotationseinrichtung, obwohl andere Anwendung
für bestimmte
Aspekte der vorliegenden Technik in Betracht gezogen werden können. Der
Begriff "dynamischer
Betriebszustand" bzw.
die Bezugnahme auf dynamische Zustände im Allgemeinen bezieht
sich vorliegend auf physikalische Zustände oder Parameter eines Maschinensystems
im Gegensatz zu beispielsweise elektrischen Zuständen. Die dynamischen Zustände können solche
Ei genschaften enthalten, wie etwa Vibration, Rotation, Drehzahl
bzw. Geschwindigkeit, Temperatur, Druck und dergleichen.
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Das Überwachungs-
und Schutzsystem 10 ist dazu ausgelegt, eine selektive Überwachung
von dynamischen Betriebszuständen
und Parametern an verschiedenen Punkten entlang eines Maschinensystems
durchzuführen.
Allgemein entsprechen diese Punkte Orten, an denen derartige Parameter
erfasst oder getrennt werden können
unabhängig
oder durchaus distal voneinander. In der in 1 gezeigten
Implementierung stellt das mechanische System 12 allgemein
ein Stromerzeugungssystem dar, in dem ein großer Bereich dynamischer Betriebszustände auf
kontinuierlicher Basis für
Informations-, Schutz- und Steuerzwecke überwacht wird. Das Überwachungs-
und Schutzsystem 10 umfasst eine Reihe von Sensoren, Detektoren
oder Wandler 14, die in der Nähe oder an verschiedenen Punkten
des Maschinensystems angebracht sind, um die gewünschten dynamischen Betriebszustände zu ermitteln.
Kommunikationsleitungen 16 erstrecken sich von den verschiedenen
Sensoren und Wandlern zu Überwachungsbaugruppen 18.
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Die Überwachungsbaugruppen
können
in der Nähe
zu oder benachbart zu oder relativ nahe an den verschiedenen überwachten
Orten oder Punkten angeordnet werden und müssen nicht so gruppiert werden,
wie bei bestimmten, bislang bekannten Systemen. Bestimmte der Überwachungsbaugruppen, die
nachfolgend näher
erläutert
sind, können über Hosts 20 verknüpft sein.
Die Hosts oder die Überwachungsbaugruppen
direkt können
mit zentralen oder entfernten Überwachungsstationen 22 und 24 verknüpft sein,
die beide innerhalb einer Anlage oder Installation oder entfernt
von der Anlage oder Installation vorliegen können. Typischerweise werden
die Überwachungsbaugruppen 18 nahe
benachbart zu speziellen Punkten oder Orten ange bracht, die überwacht
werden, während
Hosts, soweit vorhanden, in der Nähe von Gruppen von Überwachungseinrichtungen
oder benachbart zu einer Überwachungsbaugruppe
positioniert werden. Die zentrale oder entfernte Überwachungsstation
ist typischerweise an einem gewünschten
Anlagenort vorgesehen, wie etwa einem Steuerungsraum zum Programmieren, Überwachen
und Schützen
sowie für
Kontrollfunktionen.
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In
dem in 1 gezeigten beispielhaften mechanischen System 12 verknüpft die
Rotationswelle 26 eine Reihe funktionaler Abschnitte des
Systems, einschließlich
einem Hochdruckturbinenabschnitt 28, einem Niederdruckturbinenabschnitt 30,
einem Generator 32 und einem Erreger 34. Dem Fachmann auf
diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass Wellen und verschiedene
Komponenten des Systems durch eine Reihe von Lagern 36 getragen
sind. Weitere Komponenten können
selbstverständlich
in dem System enthalten sein, obwohl die Darstellung von 1 zu
Erläuterungszwecken
absichtlich vereinfacht ist.
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In
der gesamten nachfolgenden Diskussion sollte berücksichtigt werden, dass das
mechanische Turbinensystem von 1 einfach
ein Beispiel einer Anwendung darstellt. Die vorliegende Technik
kann auf einem weiten Feld industrieller Anordnungen zur Anwendung
gelangen, einschließlich
Materialhandhabungsanwendungen, Produktionsanlagen, Montagestationen
und -strecken, um nur einige zu nennen. Die verschiedenen Komponenten
des mechanischen Systems müssen
nicht durch eine einzige Welle verknüpft sein. Vielmehr können sie
verteilt vorliegen und ausschließlich funktional in der gesamten
Systemkonstruktion verknüpft
sein. Im Fall eines Turbinensystems können die verschiedenen Sensoren, Wandler, Überwachungseinrichtungen
und andere Komponenten des Systems jedoch einen Teil eines Turbinenüberwachungsinstrumentationssystems
bilden.
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Die
verschiedenen Sensoren und Wandler 14 des Überwachungs- und Schutzsystems 10 können einen
weiteren Bereich von Signalen auf Grundlage der ermittelten dynamischen
Betriebszustände erzeugen.
Jedes dieser Elemente erzeugt ein oder mehrere Signale, die zur Überwachung
innerhalb jeder Überwachungsbaugruppen 18 über die
Kommunikationsleitungen 16 angewendet werden können. Die
verschiedenen Wandler können
aktiv oder passiv sein und sie können
Strom für
den Betrieb über
die Kommunikationsleitungen empfangen. Beispielsweise können die
Sensoren und Wandler des instrumentierten Turbinensystems von 1 dynamische
Betriebszustände
ermitteln, wie etwa eine Ventilstellung, eine Gehäuseexpansion,
wie schematisch in der oberen linken Hälfte in 1 gezeigt,
Exzentrizität,
Lagerabsolutgehäusevibration,
sowohl in X- wie in Y-Richtungen, differenzielle Ausdehnung, Drehzahl,
Drehphase und dergleichen. Dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik
erschließt
sich, dass verschiedene Sensoren und Wandler für diese Zwecke zum Einsatz
kommen können,
einschließlich
linearer variabler Differenzialtransformatoren, kontaktfreie Abtaster,
Rotationspotentiometer, Beschleunigungsmessgeräte und dergleichen. In der
vorliegenden Ausführungsform
umfasst die spezielle Konfiguration von Überwachungseinrichtungen innerhalb
der Überwachungsbaugruppen
eine speziell angepasste Vibrationsüberwachungseinrichtung, die
dazu ausgelegt ist, mit einem Tachometer und mit einem Beschleunigungsmessgerät verbunden
zu werden. Derartige Beschleunigungsmessgeräte können beispielsweise Signale
ermitteln, die für
Wellen-, Gehäuse-
oder Gestellvibrationen zuständig
sind, abhängig
von der Anwendung.
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Die Überwachungsbaugruppen 18 dienen allgemein
dazu, die Signale zu empfangen, zu verarbeiten, mitzuteilen und
auf diese einzuwirken, die durch die Sensoren und Wandler zugeführt werden. Beispielsweise
können
spezielle Überwachungseinrichtungen
innerhalb der Baugruppen Eingangssignale bearbeiten, um Vibrationsdaten
zu erzeugen, die dazu genutzt werden, das Leistungsvermögen oder
Betriebzustände
des mechanischen Systems zu analysieren. Falls gewünscht und
wie nachfolgend näher
erläutert,
kann eine spezielle Verarbeitung dieser Art über die Überwachungseinrichtungen von
jeder oder einer bestimmten der Überwachungsbaugruppen
implementiert werden und ein Schutz der Anlage bzw. Einrichtung
kann in Art einer geschlossenen Schleife bereitgestellt werden,
um die Komponenten oder eine einzige Komponente des Systems mit
Energie zu versorgen oder hiervon zu trennen. Wie sich dem Fachmann
auf diesem Gebiet der Technik erschließt, können bestimmte der überwachten
dynamischen Betriebszustände
insbesondere hinweisen auf unnormale und unerwünschte Zustände, wie etwa Verschleiß, eine
bevorstehende Störung,
Ungleichgewicht, übermäßige Belastung
und dergleichen. Wie ebenfalls nachfolgend näher erläutert, können bestimmte der Überwachungseinrichtungen
innerhalb der Überwachungsbaugruppen
dazu ausgelegt sein, ein internes oder externes Relais oder einen ähnlichen
Schalter mit Energie bzw. Strom zu versorgen oder hiervon zu trennen,
um eine rasche Steuerung und Schutzfunktionen zu ermöglichen.
Es wird bemerkt, dass der Begriff "Relais" vorliegend allgemein eine Vielzahl
von Schaltvorrichtungen bezeichnet, die durch die Überwachungsmodule gesteuert
werden können,
wie etwa herkömmliche elektromechanische
Vorrichtungen, Halbleitervorrichtung sowie andere Schaltsysteme.
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Zusätzlich zum
Verarbeiten und der Analyse innerhalb der Überwachungseinrichtungen von
jeder Überwachungsbaugruppe
kann jede Überwachungsbaugruppe
allgemein Ausgangssignale für
externe Vorrichtungen erzeugen, wie in 1 mit der
Bezugsziffer 38 bezeichnet. Die Ausgangssignale können elektrische
Signale enthalten, die an zugeordnete Komponenten angelegt sein
können,
wie etwa an Motoren, Alarmgeber, Lichtanlagen, Ventile und dergleichen.
Diese Ausgangssignale werden auf Grundlage von Überwachungs- und Analysefunktionen
erzeugt, die durch die Überwachungsmodule
durchgeführt
werden, und abhängig
von der Programmierung der verschiedenen Module mit einem Eingang
bzw. Eingangssignal von entfernten Vorrichtungen, wie etwa weiteren Überwachungsaufbaumodulen
oder einer zentralen oder entfernten Überwachungsstation.
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Wie
nachfolgend näher
erläutert,
nutzen die Überwachungseinrichtungen
und Überwachungsmodule
der vorliegenden Technik ein offenes industrielles Datenaustauschprotokoll
für den
Austausch von Information sowohl zwischen Überwachungsmodulen innerhalb
jeder Überwachungsbaugruppe
und zwischen den Modulen unterschiedlicher Überwachungsbaugruppen, und
sie können
dasselbe Protokoll zum Datenaustausch mit entfernten Vorrichtungen
nutzen, wie etwa Hosts und Zentralen zu entfernten Überwachungsstationen.
Der Begriff "offenes
industrielles Datenaustauschprotokoll" bezieht sich vorliegend allgemein auf
ein gebührenfreies
und urheberrechtlich nicht geschütztes
Schema zum Formatieren und Übertragen
eines Datenverkehrs zwischen unabhängigen Vorrichtungen. Eine
Vielzahl derartiger Protokolle ist entwickelt worden und steht aktuell
zur Verfügung,
einschließlich
Protokollen, die allgemein auf dem industriellen Gebiet als DeviceNet,
ControlNet, Profibus und Modbus bezeichnet werden. Bestimmte dieser
Protokolle können
durch Industriezusammenschlüsse
oder -träger
verwaltet werden, um ihre offene Natur sicherzustellen und um die
Einhaltung der Protokollstandards zu erleichtern, wie etwa die Open DeviceNet
Vendors Association. Es wurde herausgefunden, dass die Verwendung
eines standardgemäßen, offenen
industriellen Datenaustauschprotokolls für einige oder sämtliche
der Kommunikationen zwischen den Modulen, zwischen Baugruppen und
zwischen entfernten Vorrichtung und den Modulen und Baugruppen die
gegenseitige Austauschbarkeit und Anwendbarkeit des vorliegenden
Systems in unterschiedlichen Anordnungen deutlich verbessert. Wie
nachfolgend näher
erläutert, erlaubt
die Verwendung des offenen industriellen Datenaustauschprotokolls,
dass die einzelnen Überwachungsmodule
problemlos in vollständig
modularer und unabhängiger
Weise über
Schnittstellen miteinander verbunden werden können ohne die Verwendung einer
herkömmlichen
Backplane-Architektur.
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Auf
Grund der Nutzung des offenen industriellen Datenaustauschprotokolls
können
die Überwachungsbaugruppen
sowie verschiedene Module innerhalb der Baugruppen miteinander über standardgemäße Netzwerkmedien 40 verknüpft werden,
die zwischen den Überwachungsbaugruppen 18 und dem
Host 20 in 1 gezeigt sind. Ähnliche
Medien können
sowohl innerhalb jeder Überwachungsbaugruppe
wie zwischen den Baugruppen verlegt sein. Während beliebige geeignete Medien
zu diesem Zweck in Betracht kommen, kann ausschließlich für Datenaustauschzwecke
ein Zweileiter- oder ein abgeschirmtes Verkabelungssystem verwendet
werden. Wenn, wie im vorliegenden System, Daten und Strom an bestimmten
Orten bereitgestellt werden können,
kann ein herkömmliches
Netzmedium, wie etwa ein Vierleiterkabel, für das Netzwerkmedium 40 zur
Anwendung gelangen. In der vorliegenden Ausführungsform kann das Medium
sowohl Strom- wie Datenleiter enthalten, die in einem flachen Isolationsmantel
angeordnet sind, der zur Schnittstellenbildung der Leiter mit Vorrichtungen
durch einen herkömmlichen
Abschluss und durch Isolationsverschiebungsstecker versehen ist.
Ein zusätzliches Netzwerkmedium 42 dient
zur Verknüpfung
der Überwachungsbaugruppen
oder Hosts mit einer entfernt angeordneten Überwachungseinrichtung bzw.
-anlage. Es wird bemerkt, dass das Medium 40 und 42,
falls erwünscht, identisch
sein kann.
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Dem
Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass die Topologie,
die durch die vorliegende Technik benötigt wird, spezielle Vorteile im
Hinblick auf das physikalische Medium aufweist, das verwendet wird,
um die verschiedenen Komponenten des Systems zu verbinden. Beispielsweise kann
eine herkömmliche
Sensor- oder Wandlerverdrahtung zu den verschiedenen Überwachungsbaugruppen
geleitet werden, wobei eine interne Verdrahtung innerhalb der Überwachungsbaugruppen
stark vereinfacht ist durch die Verwendung eines offenen industriellen
Datenaustauschprotokolls und durch Schnittstellenbildung der einzelnen
Module, wie nachfolgend erläutert.
Auf Grund der dezentralisierten oder verteilten Natur der Überwachungsmodule und
der Überwachungsbaugruppen
in der Topologie können
einzelne Überwachungsmodule
und -baugruppen lokal an bestimmten interessierenden Punkten in
dem Maschinensystem angeordnet werden, ohne dass die Notwendigkeit
besteht, ein komplexes und sperriges physikalisches Medium zu einer
zentralen Station oder Bank zu leiten, um eine Schnittstelle zu
bilden mit einer herkömmlichen
Backplane-basierten Überwachungsbaugruppe.
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Die
verschiedenen zentralisierten oder entfernten Überwachungsstationen 22 und 24 können eine
beliebige geeignete Einrichtung bzw. Anlage enthalten, wie etwa
Allzweckcomputer oder Computer mit spezialisierter Anwendung 44,
Monitore bzw. Überwachungseinrichtungen 46,
Schnittstellenvorrichtungen 48 und Ausgabevorrichtungen 50.
Obwohl einfache Computersysteme in 1 schematisch
gezeigt sind, erschließt
sich dem Fach mann auf diesem Gebiet der Technik, dass zentralisierte
oder entfernte Überwachungsstationen
eine hochgradig komplexe analytische Einrichtung, Erfassungseinrichtung,
Nutzerschnittstellenstationen, Kontrollräume, Kontrollzentren und dergleichen
enthalten können.
Während
zumindest eine derartige Überwachungsstation
typischerweise an oder in der Nähe der
Anwendung vorgesehen sein kann, wie vorstehend angeführt, können andere
Stationen vollständig getrennt
bzw. entfernt von der Anwendung vorgesehen sein, wie etwa für Überwachungsanlagen,
Leitungen, Produktionseinrichtungen, Offshore-Anlagen und dergleichen,
ausgehend von vollständig
entfernten Zugangspunkten.
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2 zeigt
eine beispielhafte Topologie eines Überwachungs- und Schutzsystems 10 in Übereinstimmung
mit Aspekten der vorliegenden Technik. In der Topologie von 2 sind
modulare Überwachungseinrichtungen
in Gruppen 52, 54, 56, 58 und 60 zugeordnet
bzw. verbunden. Jede Gruppe kann wenigstens eine einzige Überwachungseinrichtung enthalten
sowie zahlreiche zugeordnete Überwachungseinrichtungen,
wie am gewünschten
interessierenden Punkt des Maschinensystems erforderlich. Erneut
sind die einzelnen Überwachungseinrichtungen,
die in 2 allgemein mit der Bezugsziffer 62 bezeichnet
sind, dazu ausgelegt, Daten untereinander in Übereinstimmung mit einem offenen
industriellen Datenaustauschprotokoll zu kommunizieren, und sie
sind einzeln angebracht und schnittstellenmäßig verbunden ohne die Verwendung
einer herkömmlichen
Kommunikations-Backplane. Die Überwachungsmodulgruppen
können
außerdem
ein oder mehrere Gateways enthalten, die so konfiguriert sind, Signale
von den Überwachungsmodulen
zu empfangen und zu überwachen
und zu entsprechenden Signalen zu überführen, und zwar in Übereinstimmung
mit demselben oder einem anderen Datenaustauschprotokoll, und zwar
zu entfernten Vor richtungen. Beispielsweise können Gateways 64 einen Datenaustausch
in Übereinstimmung
mit unterschiedlichen offenen industriellen Datenaustauschprotokollen
erfordern, was die Verwendung von mehreren derartigen Protokollen
innerhalb des Systems ermöglicht,
wie etwa zwei oder mehr der vorstehend genannten Protokolle. Weitere
Gateways können
für eine
problemlose Schnittstellenverbindung externer Vorrichtungen vorgesehen
sein, einschließlich
programmierbarer logischer Controller oder digitaler Steuersysteme 66.
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In
der Gesamttopologie können
sich bestimmte der Überwachungsvorrichtungen
oder -module in direkter Kommunikation mit einer entfernten oder
zentralen Überwachungs-
und Steuerstation befinden, wie etwa einer PLC oder DCS 66,
wie in 2 durch Datenleitungen 68 gezeigt. Andere Kommunikationen
können
für derartige
Vorrichtungen bereitgestellt werden, wie durch Datenleitungen 70 gezeigt,
wie etwa durch Zweigleitungen 72, die mit geeigneten Gateways
innerhalb der Überwachungsgruppen
verbunden sind. In ähnlicher
Weise können Gateways 64 eine
Kommunikation in Übereinstimmung
mit weiteren beispielhaften Protokollen bereitstellen, wie etwa
Ethernet- oder Internet-Protokollen. Geeignete
Kommunikationsleitungen 74 sind in diesen Fällen vorgesehen
und können
eine Schnittstellenverbindung eingehen mit der PLC oder DCS 66 und
mit einem oder mehreren Hosts 20. Im Fall der Ethernet-
oder Internet-Protokolle können
entfernte Leitungen für
einen Datenaustausch mit Vorrichtungen vorgesehen sein sowohl innerhalb
einer Anlage wie deutlich entfernt von der Anlage, wie etwa über das
Internet.
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Wie
vorstehend angesprochen, erleichtert zusätzlich zur Erleichterung der
echten modularen Natur des vorliegenden Systems ohne Bezugnahme auf
eine herkömmliche
Backplane-Archi tektur die Verwendung eines offenen industriellen
Datenaustauschprotokolls den Datenaustausch zwischen Überwachungsgruppen
oder -baugruppen. Der Nutzen derartiger Topologien ergibt sich problemlos
für den
Fachmann auf diesem Gebiet der Technik. Beispielsweise kann das
Entfallen einer herkömmlichen Backplane
in effektiver Weise die Kosten und die Größe des gesamten Systems reduzieren.
Insbesondere dann, wenn wenige Überwachungsmodule
an bestimmten interessierenden Orten angeordnet werden. Die gesamte
Systemtopologie ist darüber
hinaus inhärent
erweiterbar und einschränkbar,
um einer entsprechenden Anwendung zu entsprechen, wobei ein oder
mehrere Überwachungsmodule
problemlos dem System an bezeichneten interessierenden Orten längs des
Maschinensystems hinzugefügt werden
können.
Wie vorstehend angesprochen, reduziert die Nutzung eines Netzwerkmediums
zum Kommunizieren von Signalen zwischen ungleichen und getrennten Überwachungsgruppen
anstelle einer zentralen Rack-Überwachungsstation
deutlich die Kosten und Komplexität der Verbindungen in dem gesamten
System und speziell die Verdrahtung zwischen den verschiedenen Sensoren
und einem herkömmlichen
zentralen Rack.
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Wie
vorstehend angesprochen, können
in speziellen Implementierungen die Überwachungsmodule gewünschte Mess-
und Verarbeitungsfunktionen durchführen und außerdem dazu dienen, Komponenten
des Maschinensystems mit Energie bzw. Strom zu versorgen oder von
der Energie- bzw. Stromversorgung zu trennen. 3 zeigt
schematisch mehrere Überwachungsmodule
innerhalb einer Überwachungsgruppe
oder einer Überwachungsbaugruppe 18 des
in 1 gezeigten Typs. In dem dargestellten Beispiel
enthält
die Überwachungsbaugruppe 18 eine
Reihe von Überwachungsmodulen 76, 78 und 80.
Jedes der Module in der dargestellten Ausführungsform empfängt Eingangssignale
an einer Leitung 16 und enthält einen entsprechenden Signalverarbei tungsabschnitt 82 und
einen Relaisabschnitt 84. Der Verarbeitungsabschnitt 82 enthält einen
Schaltkreis zum Empfangen von, Verarbeiten von und Einwirken auf
Signale(n), die von den verschiedenen Sensoren und Wandlern empfangen werden.
In der vorliegenden Implementierung enthält die Verarbeitung beispielsweise
die Analyse empfangener Signale zur Ermittlung von Vibrationsdaten, wie
etwa über
eine Fast-Fourier-Transformation.
Wie nachfolgend näher
erläutert,
kann jede Überwachungseinrichtung
spezialisierte Prozessoren enthalten, die für diese Funktionen ausgelegt
sind, sowie einen Speicherschaltkreis zum Speichern von Konfigurationsparametern
in Verarbeitungsroutinen.
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Basierend
auf einer derartigen Verarbeitung können Ausgangssignale erzeugt
und am Ausgang 88 in der vorstehend erläuterten Weise bereitgestellt werden,
wie etwa zum Steuern externer Relais, Alarmgabevorrichtungen, Lichter,
LEDs und anderer Geräte.
Zumindest bestimmte der Überwachungseinrichtungen
in einer aktuellen Ausführungsform
können
außerdem
ein integriertes Relais 84 umfassen, das Ausgangssignale
in ähnlicher
Weise erzeugt, wie etwa zum Komplettieren oder Unterbrechen eines stromführenden
Pfads durch eine Last, wie etwa eine Motorsteuervorrichtung, einen
Anlasser bzw. Starter, ein Ventil, ein Anzeigelicht, eine Alarmgabevorrichtung
und dergleichen. Es ist festgestellt worden, dass die Integration
eines Relais direkt in Überwachungsmodule
deutlich näher
an den tatsächlich überwachten
interessierenden Punkten erfolgen kann und extrem kurze Ansprechzeiten
ermöglicht.
Insbesondere wurde herausgefunden, dass die Konformität mit Industriestandards
für Schutzvorrichtungen,
wie etwa der Standard 670 des American Petroleum Institute (API),
durch die Konstruktion des vorliegenden Überwachungssystems und dessen
Topologie problemlos erfüllt
werden kann.
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Um
die Notwendigkeit für
eine herkömmliche Backplane
zu vermeiden, sind die Überwachungseinrichtungen
und Überwachungsmodule
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie vorstehend angesprochen, dazu ausgelegt, Daten in Übereinstimmung
mit einem offenen industriellen Datenaustauschprotokoll auszutauschen.
Dieses Protokoll wird tatsächlich
als den "Backbone" des Systems bereitstellend
bezeichnet im Gegensatz zu der Kommunikations-Backplane herkömmlicher
Systeme. Datenverknüpfungen,
die allgemein in 3 durch die Bezugsziffer 90 bezeichnet
sind, sind demnach zwischen den Überwachungsmodulen
vorgesehen. Verschiedene physikalische Konfigurationen für Verknüpfungen
können
in Betracht gezogen werden. Eine herkömmliche Verdrahtung kann vorgesehen
sein, wie etwa durch abgeschlossene bzw. mit Anschlüssen versehene Drähte oder
Isolationsverschiebungsstecker. In einer vorliegenden Ausführungsform
sind die Datenverknüpfungen
jedoch zwischen den Modulen unter Verwendung von Verbindungsanschlussbasen
bereitgestellt, wie nachfolgend näher erläutert. Jedes einzelne Modul
ist für
einen Datenaustausch in Übereinstimmung
mit dem angewendeten Protokoll ausgelegt. Die Überwachungsbaugruppe 18 kann
außerdem
eine Stromversorgung 92 umfassen, typischerweise unter
Bereitstellung einer konstanten Gleichspannung, typischerweise in
der Größenordnung
von 24 Volt. Alternativ kann das die Netzwerkverknüpfungen
zu den einzelnen Überwachungsbaugruppen
bereitstellende Medium die Stromversorgung ebenfalls bereitstellen,
wie etwa durch ein Strom- und Datenkabel. Stromversorgungsleitungen 94 werden
zu den einzelnen Überwachungsmodulen
geleitet, wie etwa durch die über
Schnittstellenverbindungenanschlussbasen.
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Um
ein Leiten der Signale zu externen Vorrichtungen zu ermöglichen,
kann einer oder können mehrere
Kommunikationsschalt kreise 96 innerhalb des Überwachungsaufbaus
vorgesehen sein. In den vorstehend angeführten Anordnungen kann beispielsweise
der Kommunikationsschaltkreis 96, der in einem Gateway
enthalten ist, genutzt werden, um Daten zu entfernten Orten über dasselbe
offene industrielle Datenaustauschprotokoll kommunizieren, das zwischen
den Modulen genutzt wird, oder über ein
anderes Protokoll. Es wird bemerkt, dass eine große Vielfalt
anderer Vorrichtungen in dem Aufbau vorgesehen sein kann. Die Überwachungseinrichtungen
selbst können
an bestimmte Funktionen speziell angepasst sein, einschließlich der
Vibrationsüberwachung,
der Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsüberwachung, der Temperaturüberwachung,
der Drucküberwachung
und dergleichen. Weitere Vorrichtungen können Relaismodule enthalten,
aufweisend einen oder mehrere einzelne Relaisschaltkreise, die durch die Überwachungseinrichtungen
gesteuert sind, und Sondentreiber, wie etwa diejenigen, die in 3 mit der
Bezugsziffer 100 bezeichnet sind. Derartige Sondentreiber
stellen typischerweise Strom für
Sonden oder Sensoren 102 bereit, die mit den einzelnen Überwachungseinrichtungen
verknüpft
sind.
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Wie
vorstehend angeführt,
erleichtert die vorliegende Überwachungssystemkonstruktion
und -topologie die freie Zuordnung unabhängiger und modularer Überwachungseinrichtungen
in interessierenden Punkten im Bereich eines Maschinensystems zur Überwachung
und Steuerung dynamischer Betriebszustände. 4 zeigt
eine typische Installation für
eine derartige Gruppe oder einen derartigen Aufbau von Vorrichtungen
an einem Maschinenort. In einer aktuellen Ausführungsform sind die verschiedenen Überwachungseinrichtungen
und zugeordneten Vorrichtungen dazu ausgelegt, in einer Umschließung angebracht
zu werden, wie etwa einer herkömmlichen
NEMA-Umschließung.
Eine Tafel 106 dient zum mechanischen Haltern der verschiede nen Vorrichtungen,
wie etwa unter Verwendung von DIN-Schienen 108.
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In
der in 4 gezeigten Ausführungsform umfassen die Bestandteile
des Aufbaus 18 ein Überwachungsmodul 110,
wie etwa eine Vibrationsüberwachungseinrichtung,
oder eine Anschlussbasis oder mehrere -basen dieser Art 112,
ein Gateway 114, ein Signalkonditionierungsmodul 116 und
ein Relaismodul 118. Die Stromversorgung 92 ist
mit dem Relaismodul und dem Überwachungsmodul
sowie dem Gateway über
geeignete Stromleiter verbunden. Jedes Modul konditioniert und regelt
in geeigneter Weise Strom, der von der Stromversorgung empfangen
wird. Die Anschlussbasis 112, die mehrere Anschlussbasen
enthalten kann, wie etwa einzelne Basen für das Überwachungsmodul und das Relaismodul,
dienen zum Empfangen abgeschlossener Leiter zum Leiten von Signale
zu den Modulen und ausgehend von diesen, wie etwa zu und von Sensoren,
Wandlern und gesteuerten Vorrichtungen, wie etwa Relais, Lichtern,
Alarmen bzw. Alarmgaben und dergleichen. Die Baugruppe an jedem
interessierenden Punkt in dem Maschinensystem kann deshalb erweitert
und reduziert werden durch Hinzufügen einer weiteren Überwachung,
von einem Relais oder anderen Modulen sowohl längs einer einzigen Leitung
bzw. einer Gruppe, die über
Anschlussbasen verbunden sind, oder durch nachfolgende Gruppen, die
mit den Modulen an den Orten über
ein herkömmliches
Netzwerkmedium verbunden sind. Das Gateway und der Signalkonditionierungsschaltkreis
dienen zum Verbinden der verschiedenen Module einer Baugruppe oder
Gruppe mit anderen Modulen einer anderen Baugruppe oder Gruppen
oder direkt mit einer zentralen oder entfernten Überwachungsstation oder einem
Host.
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5 zeigt
eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines tatsächlichen Überwachungsmoduls 76 und
seiner Anschlussba sis. In der Darstellung von 5 dient
die Anschlussbasis 120 zum mechanischen Haltern des Moduls
auf einer Tragstruktur, wie etwa einer DIN-Schiene. Anschlüsse 122 sind
für mit
Anschlüssen
versehene Leiter vorgesehen, wie etwa Daten- und Stromleiter, die verwendet
werden, Signale zu und von dem Überwachungsmodul
zu übertragen.
Die Anschlüsse
können in
Reihen 124 vorgesehen sein, um die Verwendung einer großen Anzahl
von Anschlüssen 52 zu
erleichtern, wobei derartige Anschlösse für jede Anschlussbasis in der
vorliegenden Ausführungsform
vorgesehen sind. Eine Schnittstelle 126 ist in der Anschlussbasis
zur Aufnahme eines Überwachungsmoduls 110 vorgesehen.
Die Schnittstelle 126 enthält Verbindungen für die verschiedenen
Strom- und Signalleitungen, die für das Überwachungsmodul benötigt werden,
wobei das Überwachungsmodul
eine ähnliche elektrische
Schnittstelle entlang seiner Unterseite aufweist. Die Überwachungsmodulschnittstelle 128 wird
damit für
die Vervollständigung
sämtlicher
erforderlicher Verbindungen einfach in die Anschlussbasis gesteckt.
Zur Schnittstellenverbindung der verschiedenen Überwachungs-, Relais- und anderen Module
einer Gruppe oder Baugruppe wird eine Anschlussbasisschnittstelle 130 vorgesehen.
In dem in 5 gezeigten, illustrativen Beispiel
ist die Schnittstelle 130 von der Seitenfläche der
Anschlussbasis rückziehbar
und ausfahrbar, und wenn sie ausgefahren ist, wird sie in eine formmäßig übereinstimmende Aufnahme
innerhalb einer gegenüberliegenden
Seite einer ähnlichen
Anschlussbasis gesteckt. Die notwendigen Verbindungen für den Datenaustausch
in Übereinstimmung
mit dem offenen industriellen Datenaustauschprotokoll werden daraufhin
zwischen den Schnittstellenmodulen über die jeweiligen Anschlussbasen
bereitgestellt.
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Wie
vorstehend angeführt,
enthalten die einzelnen Überwachungsmodule
einen Schaltkreis, der dazu ausgelegt ist, es ihnen zu erlauben,
Signale von Sensoren und Wandlern zu empfangen, um die Signale zu
verarbeiten und auf die Signale einzuwirken in Übereinstimmung mit vorbestimmten
Routinen. 6 zeigt eine beispielhafte Konfiguration
eines funktionalen Schaltkreises innerhalb eines Überwachungsmoduls
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Technik. Wie in 6 gezeigt,
enthält
der Überwachungsmodulverarbeitungsschaltkreis 82 eine
CPU 132, die dazu ausgelegt ist, Datenverwaltungsfunktionen
auszuführen,
den Datenaustausch zu koordinieren und bestimmte Verarbeitungsfunktionen
zu steuern. Ein Analog/Digital-Wandler 134 empfängt Eingangssignale,
wie bei der Bezugsziffer 16 gezeigt, wandelt die Eingangssignale
in digitale Signale und legt dieses Signale an die CPU 132 oder DPS 140 an.
In einer aktuellen Ausführungsform stellt
ein 24-Bit-96-ks/sec-Wandler
eine extrem hohe Auflösung
für Berechnungen
bereit, die innerhalb der Überwachungsmodule
vorgenommen werden, obwohl andere Abtastraten eingesetzt werden
können. In ähnlicher
Weise empfängt
ein Digital/Analog-Wandler 136 digitale Signale von der
CPU 132 und stellt Ausgangssignale bereit, wie mit der
Bezugsziffer 88 bezeichnet, wie etwa für Überwachungs-, Analyse- und
Aufzeichnungssysteme. Ein Speicherschaltkreis 138 speichert
Konfigurationsparameter und -codes sowie Routinen, die durch die CPU 132 implementiert
werden. Derartige Routinen können
die Analyse empfangener Signale umfassen, wie etwa die Ermittlung
von Vibrationsdaten, einschließlich
Vibrationsprofilen, wie nachfolgend näher erläutert. Die Routinen können außerdem einen Code
zum Analysieren und Vergleichen von Daten mit voreingestellten Alarmgrenzen
oder Ratgabegrenzen enthalten. Der in dem Speicherschaltkreis 138 gespeicherte
Verarbeitungscode erlaubt einen Vergleich verschiedener Signale
oder Signalpegel, Flaggen, Alarme und Warnsignale und ähnlicher
Parameter innerhalb einer einzigen Überwachungseinrichtung oder
mit Signalen, die von anderen Überwachungseinrichtungen
oder einer entfernten Überwachungs-
und Steueranlage empfangen werden, um eine Votierlogik für die Energiezufuhr
und die Unterbrechung der Energiezufuhr von Geräten innerhalb des Systems festzulegen.
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Es
wird bemerkt, dass eine große
Vielfalt von Konfigurationsparametern in jedem Überwachungsmodul gespeichert
sein kann. Beispielsweise können Sensor-
oder Wandlerparameter den Wandlertyp, seine Empfindlichkeit, Maßeinheiten,
niedrige und hohe Fehlereinstellungen, Gleichstromvorspannungszeitkonstanten
und dergleichen enthalten. In Vibrationsüberwachungsmodulen können Parametereinstellungen
derartige Einstellungen enthalten, wie etwa einen Kanalnamen (für jeden
der mehreren bereitgestellten Kanäle), Ausgangsdateneinheiten, Hochpassfiltereinstellungen,
Vollmaßstabeinstellungen,
Abtastmoduseinstellungen (beispielsweise synchron oder asynchron)
und dergleichen. Gesamtmessparameter können ebenfalls eingestellt
sein, wie etwa für
RMS-Berechnungen, Spitzenwertberechnungen, Spitzenwert/Spitzenwertberechnungen, Gesamtzeitkonstantenberechnungen,
Dämpfungsfaktorberechnungen
sowie einen Bereich von Spektrum- und Zeitwellenformparametern.
Die zuletzt genannten können
Werte enthalten, wie etwa die maximale Frequenz, die Anzahl von
Zeilen oder Füllständen in
Spektrummessungen, die Periode von Wellenformen, die Anzahl von
Probennahmen in Wellenformmessungen und solche vom Fenstertyp (z.
B. Hanning, rechteckig, Hamming, Flat Top und Kaiser Sessel). Bandmessparameter
können
ebenfalls eingestellt sein, wie etwa RSS- und Spitzenwertsignalermittlungseinstellungen,
Minimal- und Maximalfrequenzen
in Bändern
und dergleichen. In ähnlicher Weise
können
verschiedene Einstellungen vorgesehen sein für Geschwindigkeits- bzw. Drehzahl-
oder Tachometereinstellungen, wie etwa für die Mittelwertbildung, Impulse
pro Umdrehung, eine Triggerbetriebsart und dergleichen.
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Zusätzlich zu
dem vorstehend genannten Schaltkreis können bestimmte der Monitoren
einen zugeordneten digitalen Signalprozessor 140 enthalten,
wie in 6 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist beispielsweise
ein zugeordneter digitaler Signalprozessor vorgesehen, um bestimmte
Analysefunktionen auszuführen,
und Komplimente der CPU 132 in der Signalverarbeitung,
die in dem Überwachungsmodul
vorgesehen ist bzw. sind. In dieser Ausführungsform werden Vibrationsdaten
aus Signalen gewonnen, die durch das Überwachungsmodul empfangen
werden. Der Analog/Digital-Wandler 134 empfängt konditionierte
Signale und legt diese Signale an den digitalen Signalprozessor 140 entweder direkt
wie bei der vorliegenden Ausführungsform oder
indirekt wie über
die CPU an. Eine spezielle Verarbeitung kann bezüglich der Signale durchgeführt werden,
wie durch Anwendung von Analyseroutinen, die eine Fast-Fourier-Transformation
enthalten, um ein Vibrationsprofil zu errichten über einen Bereich von Geschwindigkeiten
oder Drehzahlen bzw. Frequenzen, die von Interesse sind.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
führt die
CPU 132 Funktionen durch, wie etwa die Steuerung von Kommunikationen,
einschließlich
der Steuerung des Datenverkehrs über
einen Bus, serielle Kommunikationen, wie etwa für die Konfiguration des Überwachungsmoduls
und des Speicherschaltkreises, und sie steuert die Nutzung des Speichers
und verarbeitet Daten von dem digitalen Signalprozessor 140.
Die CPU kann außerdem
solche Funktionen steuern, wie etwa das Hochfahren und Herunterfahren
von Vorrichtungen und die Steuerung eines Relaisschaltkreises oder
anderer interner oder externer Vorrichtungen. Es wurde herausgefunden,
dass, wo dies vorgesehen ist, der digitale Signalprozessor 140 in
Verbindung mit den Verarbeitungsfähigkeiten der CPU 132 das
Leistungsvermögen
des Ü berwachungsmoduls
deutlich erhöhen
kann, und zwar sowohl im Hinblick auf Berechnungen, die durchgeführt werden
können,
wie die Schnelligkeit, mit der diese Berechnungen durchgeführt werden
können.
Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt, können Zugewinne
der Verarbeitungsfähigkeiten
die Reaktivität
des Moduls auf rasche Änderungen
unter dynamischen Betriebsbedingungen deutlich verbessern.
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Ein
weiterer Schaltkreis, der innerhalb der Überwachungsmodule vorgesehen
sein kann, enthält
ein internes Relais 142, das in 6 schematisch
gezeigt ist. Während
ein derartiger Schaltkreis auch durch einen externen Schaltkreis
komplementär
ausgebildet sein kann, wie etwa einzelne Relaismodule, die vorstehend
angesprochen sind, erlaubt die Bereitstellung eines internen Relaisschaltkreises, dass
das Überwachungsmodul
extrem schnelle und lokal geschlossenschleifige Schutzfunktionen
durchführt.
Der in dem Speicherschaltkreis 138 gespeicherte und durch
die CPU 132 ausgeführte
Code kann lokale Vergleiche verarbeiteter Daten enthalten, wie etwa
Vibrationsdaten, Geschwindigkeitsdaten bzw. Drehzahldaten, Temperaturdaten,
Druckdaten und dergleichen, um die Grenzen oder Bereiche vorab einzustellen
oder durch den Nutzer zu konfigurieren. Wenn eine derartige Grenze
erreicht ist, kann eine extrem schnelle Reaktion durch den integrierten Relaisschaltkreis
bereitgestellt werden, dessen Zustand durch die CPU 132 rasch
geändert
werden kann.
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Die
CPU 132 kann außerdem
einen Code implementieren, der eine Änderung des Zustands des Relaisschaltkreises
hervorruft, und zwar in Reaktion auf Signale, die von entfernten
Quellen empfangen werden, wie etwa von weiteren Modulen und zentralen
Verarbeitungsschaltkreisen. Die Überwachungsmodule
können
in effektiver Weise Schutz- oder Steuerschleifen auf mehreren Niveaus
implementieren. Auf einem lokalen Niveau vermag die CPU zunächst den
Betriebszustand des Relaisschaltkreises auf Grund ermittelter Änderungen
der Betriebsbedingungen extrem rasch zu ändern sowie durch Vergleich
der gewünschten
Niveaus oder Bereiche. In einer größeren, weiter entfernten Steuerschleife
können
Eingangssignale zumindest teilweise entfernt verarbeitet und analysiert
werden, wobei Befehle für
den Betrieb des Relaisschaltkreises von dem entfernten Ort übertragen
werden und in einfacher Weise durch die CPU implementiert werden oder
durch die CPU in Verbindung mit lokal erzeugten analytischen Daten
implementiert werden.
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Ein
Kommunikationsschaltkreis, wie etwa der Steuerbereichsnetzwerkschaltkreis 144 ist
bevorzugt in jedem Überwachungsmodul
enthalten, um das Formatieren, Übertragen
und Empfangen von Daten in Übereinstimmung
mit den gewünschten Protokollen
zu ermöglichen.
Wie vorstehend angesprochen, kommunizieren die vorliegenden Überwachungsmodule
bevorzugt mit weiteren Modulen sowie einem weiteren Schaltkreis über ein
offenes industrielles Datenaustauschprotokoll.
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Wie
vorstehend angesprochen, ermöglichen eine
vorliegende Implementierung der Techniken und Überwachungsmodulkonstruktionen,
die vorstehend erläutert
sind, eine Analyse von Vibrationsdaten. Bei derartigen Vibrationsdaten
kann es sich um eine Schlüsselkomponente
bei der Überwachung,
Steuerung und dem Schutz des mechanischen Systems handeln. In einer
aktuellen Implementierung werden Vibrationsprofile in zugeordneten
Vibrationsüberwachungseinrichtungen
auf Grundlage mehrerer Kanäle
der Signalerfassung erzeugt, und zwar von Beschleunigungsmessgeräten und
Tachometern. Der Schaltkreis in der Vibrationsüberwachungseinrichtung führt eine
beliebige geeignete Analyse durch, um Vibrationsdaten zu erzeugen,
die als Vibra tionsprofil dargestellt werden können. Warnsignalbereiche, Grenzen,
Pegel bzw. Niveaus und dergleichen können errichtet und kombiniert
werden mit den Vibrationsdaten für
die Überwachungs-,
Schutz- und Steuerfunktionen, und zwar sowohl in dem Überwachungsmodul
wie in Verbindung mit weiteren Überwachungsmodulen
und Steuervorrichtungen.
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7A zeigt
ein beispielhaftes Vibrationsprofil sowie bestimmte Vibrationsbänder und
Alarmpegel, die in dieser Weise genutzt werden können. In der grafischen Darstellung
von 7A, die allgemein mit der Bezugsziffer 146 bezeichnet
ist, wird die Vibrationsstärke,
wie durch die Achse 148 angezeigt, mit unterschiedlichen
Frequenzen längs
der Achse 150 angezeigt. Die Frequenzen können in
gewünschte Bänder unterteilt
werden, wie mit der Bezugziffer 152 bezeichnet, sowie unter
Bezug auf tatsächliche
Betriebsfrequenzen der Anlage bzw. Einrichtung. Das heißt, Bänder können für Analysezwecke
errichtet werden, die an jedem geeigneten Punkt über einen Bereich von interessierenden
Frequenzen unterteilt werden (einschließlich überlappende oder beabstandete
Bänder).
Das tatsächliche
Vibrationsprofil 154 erstreckt sich quer über die
Bänder 152 und
weist typischerweise einen Bereich von Größenordnungen auf abhängig von
der Natur und Eigenschaft des Maschinensystems. Wie sich dem Fachmann
auf diesem Gebiet der Technik erschließt, zeigt ein typisches Rotationsmaschinensystem
bestimmte natürliche
Frequenzen, die in erhöhten
Höhen an
Vibrationsspitzenwerten resultieren, wie in 7A mit
der Bezugsziffer 156 allgemein bezeichnet.
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Bisherige
Vorrichtungen zum Analysieren einer Maschinenvibration haben typischerweise
eine extrem begrenzte Fähigkeit
bereitgestellt, Vibrationsdaten mit Grenzen zu vergleichen, die
nicht akzeptable und unerwünschte
Zustände
definieren. In der vorliegenden Technik kann eine große Anzahl
von Alarmgrenzen durch einen Nutzer durch konfigurierbare Parameter
gewählt
werden, die in dem Speicherschaltkreis 138 gespeichert
sind, wie vorstehend unter Bezug auf 6 erläutert. 7A zeigt
eine Anzahl derartiger Alarmgrenzen, die allgemein durch die Bezugsziffer 158 bezeichnet
sind.
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Die
in 7A dargestellten Alarmgrenzen besitzen mehrere
interessierende und besonders nützliche
Eigenschaften. Zunächst
können
die Alarmpegel für
unterschiedliche Frequenzbänder
gewählt
werden, deren Grenzen ebenfalls wählbar sind, um eine spezielle
Maßschneiderung
der Überwachungs-
und Schutzfunktionen auf individuelle Systeme zu ermöglichen,
und zwar auf Grundlage ihrer typischen oder gewünschten Frequenzreaktion. Ferner können mehrere
Alarmpegel durch eine Bedienperson für jedes Frequenzband sowie
für mehrere
Frequenzbänder
gewählt
werden. Die Alarmpegel können
damit so konfiguriert sein, dass sie Bereiche festlegen, wie etwa
Minimal- und Maximalvibrationspegel.
Die Konfigurationen erlauben außerdem,
dass die Alarmpegel in unterschiedlicher Weise genutzt werden. Beispielsweise
kann das Erzielen bestimmter Alarmpegel dazu führen, dass lediglich darüber berichtet
wird, während
das Erzielen noch höherer Alarmpegel
darin resultieren kann, ein Alarmschallereignis oder eine Alarmanzeige
zu erzeugen oder in einer Energiezufuhr oder Unterbrechung derselben zu
einem Relaisschaltkreis, um einen Teil der Maschine zu starten.
Eine rasche Analyse von Vibrationsdaten in dieser Weise kann beispielsweise
dazu genutzt werden, Elektromotoren, Schaltventile, Beleuchtungslichter,
akustische Schallalarme und dergleichen zu starten und zu stoppen.
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7B zeigt
ein zusätzliches
Merkmal der Alarme bzw. Alarmgaben und ihrer Nutzung in der vorliegenden
Technik. Insbe sondere können
Multiplizierer für
einen oder sämtliche
dieser Alarme genutzt werden, um Fehlalarme für eine weitere fehlerhafte Rückkopplung
während
Betriebsperioden zu vermeiden, wie etwa beim Anfahren und Herunterfahren.
In der Darstellung von 7B variiert beispielsweise längs der
Zeitachse 151 eine Vibrationsspur bzw. -bahn, die allgemein
durch die Bahn 154 dargestellt ist, mit der Vibrationsstärke, wie
auf der Achse 149 angezeigt. Die tatsächliche Betriebsgeschwindigkeit des
Systems ist ebenfalls längs
der vertikalen Achse 153 dargestellt. Zusätzlich zu
der Vibrationsbahn 154 ist eine Betriebsgeschwindigkeitsbahn 155 dargestellt.
Innerhalb der in 7B gezeigten Zeitachse wird
deshalb das Maschinensystem bzw. ein Rotationsteil des Maschinensystems,
das überwacht
wird, auf Geschwindigkeit gebracht. Wie sich dem Fachmann auf diesem
Gebiet der Technik erschließt,
zeigen Maschinensysteme typischerweise eine oder mehrere Betriebsgeschwindigkeiten,
bei denen Vibrationspegel signifikant erhöht sind. In der Darstellung
von 7B entwickelt sich demnach ein großer Spitzenwert,
wenn das Maschinensystem auf Geschwindigkeit gebracht wird (oder
umgekehrt, wenn es heruntergefahren wird).
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Wie
vorstehend angesprochen, kann eine Anzahl von Pegeln in der Vibrationsüberwachungsimplementierung
der vorliegenden Technik konfiguriert werden. Zwei derartige Alarmpegel 157 sind
in 7B dargestellt. Der Alarmmultiplizierer gemäß der vorliegenden
Technik erlaubt es, dass diese Pegel erhöht werden während bestimmter Betriebsperioden,
typischerweise während
dem Hochfahren und dem Herunterfahren, um Fehlalarme zu vermeiden. In
der grafischen Darstellung von 7B wird
während
einer Periode von t1 bis t2,
die einen Geschwindigkeitsbereich von RPM1 bis RPM2 überspannt,
der Multiplizierer implementiert, um die Alarmpegel auf die Pegel 159 zu
erhöhen.
Der Spitzenwert, der innerhalb dieses Bereichs auftritt, löst dadurch
keinen Alarm aus. Diese Multiplizierer können implementiert werden,
um Fehlalarme zu vermeiden, und zwar entweder auf Geschwindigkeitsbasis
oder auf Zeitbasis, wobei stationäre Alarmpegel, die in den Überwachungseinrichtungen
konfiguriert sind, folgend entweder der voreingestellten Zeit oder
wenn das System über
die Geschwindigkeit ansteigt. Andere Schemata einer Multipliziererimplementierung
können selbstverständlich in
Betracht gezogen werden. Die Verwendung von Multiplizierern erlaubt
es deshalb, das vorliegende System mit Industriestandardspezifikationen
in Übereinstimmung
zu bringen, wie etwa API 670, Paragraf 5.4.2.5 und Anhang I.
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Wie
bereits angesprochen, kann die Anzahl von Alarmen bzw. Alarmgaben
und Warnungen bzw. Warngaben in der vorliegenden Implementierung
einer Vibrationsüberwachungseinrichtung
konfiguriert werden, die Aspekte der vorliegenden Technik enthält. Beispielsweise
stehen in einer aktuellen Implementierung zwei Kanäle in dem
Vibrationsüberwachungsmodul
bereit, wobei acht Alarmeinstellungen pro Kanal zur Verfügung stehen.
Die Nummer und eine Namenbezeichnung jedes Alarms bzw. jeder Alarmgabe
kann eingestellt werden zusammen mit Parametern zum Freigeben oder
Sperren jedes Alarms bzw. jeder Alarmgabe. Bedingungen für eine Reaktion
auf Alarmeinstellungen können
enthalten "größer als", "kleiner als", "Innenbereich", "Außenbereich" und verschiedene
Schwelleneinstellungen für bestimmte
dieser Einstellungen. Hystereseeinstellungen können außerdem vorgesehen sein, um
Fehlalarme zu vermeiden oder um das Löschen eines Alarms zu verhindern.
In ähnlicher
Weise können Schwellenwertmultiplizierer
und Hochfahrperioden gewählt
werden, um Fehlalarme während
Perioden des Hochfahrens oder des Übergangs der Maschine durch
bestimmte Resonanzfrequenzen zu unterbinden.
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Wie
vorstehend angesprochen, kann der Code, der innerhalb jedes Überwachungsmoduls
gespeichert und ausgeführt
wird, kombiniert werden mit denjenigen anderer Module oder einer
entfernten Steueranlage, um eine Votierlogikstruktur zu erzeugen,
die extrem flexibel und konfigurierbar ist. 8 zeigt
allgemein eine beispielhafte Topologie bzw. Hierarchie, die errichtet
werden kann mittels dieser Modularität und Konfigurierbarkeit. Das
Logikschema, das allgemein mit der Bezugsziffer 160 bezeichnet
ist, kann dadurch unter Vorrichtungen verteilt werden, wie etwa Überwachungseinrichtungen 162 und integrierten
oder physikalisch getrennten Relaisschaltkreisen 164. Die Überwachungseinrichtungen, Relaisschaltkreise
sowie weitere Vorrichtungen, die zu einer derartigen Votierlogik
beitragen, können durch
ein Netzwerkmedium 40 oder 42 in Verbindung gebracht
sein, wie vorstehend erläutert.
Der Konfigurationscode innerhalb jedes Überwachungsmoduls kann daraufhin
implementiert werden, einschließlich einer
Programmierbarkeit durch einen Nutzer, um analysierte Daten zu berücksichtigen,
die durch ein einzelnes Modul erzeugt werden, sowie Daten oder Signale
von anderen Modulen.
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In
einer aktuellen Implementierung können bestimmte Zustände innerhalb
jedes Moduls programmiert werden, wie allgemein mit der Bezugsziffer 166 bezeichnet.
Diese Zustände
können
beispielsweise enthalten aktuelle Parameterpegel oder -werte, Zustände, wie
etwa diejenigen, ob eine Alarm- oder Warngrenze überschritten worden ist, insbesondere
den Zustand einer Vorrichtung, eines Sensors, eines Wandlers oder
einer anderen Eingabe und dergleichen. Diese Zustände alleine
können hinreichen,
um die Zustandsänderung
eines integrierten oder externen Relaisschaltkreises zu befehlen.
Die Zustände
können
jedoch auch mit weiteren Zuständen
kombiniert werden, die durch andere Module überwacht werden, um eine kombinatorische Logik
und eine Votierlogikstruktur zu definieren, die entweder innerhalb
der einzelnen Module gespeichert sind, oder, wie in 8 gezeigt,
innerhalb der Relaisschaltkreise. In dem Beispiel von 8 kann die
Relaislogik 168 Signale von zwei oder mehr Überwachungsmodulen
kombinieren, um ein spezielles Signal von mehr als einem Überwachungsmodul
anzufordern, von einem Überwachungsmodul,
jedoch nicht von einem weiteren Überwachungsmodul
oder mehreren Arten von Signalen, wie etwa Stoßwarnungen, bevor eine Zustandsänderung
bewirkt wird. Üblicherweise
kann eine derartige kombinatorische Logik auf Boolschen Logikbedingungen
basieren, die entweder in den Überwachungsmodulen
programmiert sind oder in den Relaisschaltkreisen. Auf Grund des
hohen Grads an Modularität
des vorliegenden Systems und seiner Topologie auf Grundlage des
offenen industriellen Datenaustauschprotokolls kann eine derartige
Votierlogik problemlos implementiert werden und ist konfigurierbar
sowohl dann, wenn ein System anfänglich
installiert wird, wie auch dann, wenn ein System geändert (das
heißt
erweitert oder verkleinert) wird.
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In
einem speziellen Beispiel kann in der vorliegenden Implementierung
jedes Überwachungsmodul,
das dazu ausgelegt ist, eine Relaissteuerung zu erlauben, verschiedene
Konfigurationsparameter zum Identifizieren und Steuern der Vorrichtung
speichern. Diese Parameter können
enthalten einen Namen und die Nummer des Relais, eine Freigabe-
und Sperrselektion und eine Verriegelungseinstellung (d. h., ob
das Relais in dem Alarmzustand bleibt, wenn das den Alarm auslösende Signal
beendet ist). Weitere Einstellungen können "Failsafe"-Betriebseinstellungen
und Aktivierungsverzögerungseinstellungen enthalten.
Votierlogikeinstellungen in jedem Überwachungsmodul können auf
einer Logik Boolscher Art basieren, wie etwa "Alarm A oder Alarm B", "Alarm
A und Alarm B" oder "ausschließlich Alarm
A". Auf Grundlage
dieser Bedingungen sind mehrere Aktivierungsselektionen möglich, um
die Zustände
zu definieren, die das Relais veranlassen, zu aktivieren, wie etwa "normal", "Warnung", "Gefahr", "Entschärfen", "Wandlerstörung", "Modulstörung" und "Tachometerstörung".
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Wie
vorstehend erläutert,
kann der Konfigurationscode, enthaltend Betriebsparameter, Nutzerkonfigurierte
Parameter und Werte, Alarmgrenzen, Warnungsgrenzen und dergleichen,
in jedem Überwachungsmodul
gespeichert werden, und zwar für Verarbeitungs-, Überwachungs-,
Schutz- und Steuerfunktionen. In der vorliegenden Ausführungsform kann
dieser Code in anderen Vorrichtungen gespeichert werden und eine
erneute Konfiguration einer individuellen Überwachungseinrichtung in dem
Fall ermöglichen,
dass die Überwachungsmodule
beschädigt
sind, repariert oder ausgetauscht werden. Eine aktuelle Technik
erlaubt eine automatische Ersetzung einer Vorrichtung sowie eine
erneute Konfiguration durch Speichern der vorab gewählten Parameter für individuelle
Module in einem Mastermodul, wobei das individuelle Modul die Rolle
eines Slawe übernimmt.
Es wird bemerkt, dass im vorliegenden Zusammenhang die Bezeichnung "Master" und "Slawe" nicht notwendigerweise
die Steuerfunktionen durch eine Steuerhierarchie wiedergeben, die
zwischen den einzelnen Komponenten errichtet ist. Vielmehr zeigt
für Rekonfigurationszwecke
die Bezeichnung lediglich an, dass der Master die Konfigurationsparameter
speichert und die Konfigurationsparameter in einem Slawe, falls
notwendig, wieder herstellen kann.
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9 zeigt
allgemein bestimmte Logikschritte zur Implementierung eines derartigen
Austausches und einer derartigen neuen Konfiguration einer Vorrichtung
in automatischer Weise. Die Logik, die allgemein mit der Bezugsziffer 170 bezeichnet ist,
beginnt, nachdem individuelle bzw. einzelne Überwachungsmodule in den Dienst
versetzt worden sind. Die Überwachungsmodule
kommunizieren untereinander in Übereinstimmung
mit dem offenen industriellen Datenaustauschprotokoll, wie vorstehend
erläutert.
Eines der Module oder ein weiteres Modul kann als Master in einer
Gruppe bezeichnet werden, während
weitere Vorrichtungen als Slaves bezeichnet werden. In einer aktuellen
Ausführungsform,
in der ein Gateway in einer Überwachungsgruppe
vorliegt, wird das Gateway typischerweise als Master verwendet,
wobei die Überwachungsmodule
selbst die Rollen von Slaves in dem Konfigurationsschema übernehmen.
Bestimmte Überwachungsmodule
können, wenn
kein derartiges Gateway vorliegt, oder falls erwünscht, die Rolle des Masters
in diesem Prozess übernehmen.
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In
der Zusammenfassung von 9 beginnt die Logik 170 im
Schritt 172, bei dem eine Konfigurationsdatei in einen
Master geladen wird, oder im Schritt 174, bei dem der Master
die Konfigurationsdatei von einem Slave empfängt. In jedem Fall können die
Konfigurationsparameter vorab gewählte Parameterwerte enthalten
sowie nutzerkonfigurierbare Werte. Derartige nutzerkonfigurierbare
Werte variieren stark, abhängig
von der Natur des Überwachungsmoduls
und den Funktionen, die es in dem System ausführt. Sobald die Konfigurationsdatei
zu dem Master übertragen
worden ist, wird diese im Speicherschaltkreis des Masters gespeichert,
wie durch die Bezugsziffer 176 bezeichnet.
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In
den vorliegenden Ausführungsformen können die
Konfigurationsparameter der Dateien spezielle Parameter enthalten,
die erforderlich sind für
die Verarbeitungs-, Schutz-, Steuer- und Berichtsfunktionen, die durch das Überwachungsmodul
ausgeführt
werden. Beispielsweise können
die Konfigurationspara meter Wandlereinstellungen, Prozessoreinstellungen,
Alarme, Vergleichsgrenzen, Bereiche und dergleichen enthalten. Die
gesamte Datei, die in 9 allgemein mit der Bezugsziffer 178 bezeichnet ist,
wird daraufhin in dem Slave und dem Master redundant gespeichert.
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Sobald
es konfiguriert ist, wird das System in normaler Weise arbeiten
gelassen. Während
dieses Betriebs wählt
der Master periodisch den Slave an oder ermittelt durch ein bestimmtes
anderes Mittel, dass der Slave sich im Betrieb befindet und reaktionsfähig ist.
Zahlreiche Techniken existieren auf diesem Gebiet der Technik für eine derartige Überwachung
des Betriebszustands. Sobald ein Slave als nicht reaktionsfähig bzw.
reaktiv ermittelt wird, wie im Entscheidungsblock 180 von 9 angezeigt,
wird seine Adresse durch den Master ermittelt, wie durch die Bezugsziffer 182 angezeigt.
Innerhalb der gesamten Systemarchitektur können verschiedene Slaves und
Masters unabhängig
und spezifisch in Übereinstimmung
mit dem offenen industriellen Datenaustauschprotokoll adressiert
werden. Die im Schritt 182 ermittelte Adresse erlaubt es,
dass der Master mit der Vorrichtung korreliert, die nicht mehr reaktiv
ist, und zwar mit einer spezifischen Konfigurationsdatei, die in
seinem Speicher gespeichert ist. In dem Fall, dass das spezifische Überwachungsmodul
bzw. der Slave ersetzt wird, empfängt der Slave eine neue Adresse, die
beispielsweise durch den Master zugeordnet wird, und es kann sich
um eine spezifische Adresse in einer Sequenz verfügbarer Adressen
handeln. Wenn ein neues oder ein Ersatzmodul online bereitgestellt
wird, ermittelt der Master, ob das neue Modul ein neuer Slave ist,
wie durch die Bezugsziffer 184 angezeigt, und zwar auf
Grundlage der durch den Slave berichteten Adresse.
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Im
Fall eines Austauschs, einer Neueinstellung, einer neuen Strom-
bzw. Energieversorgung oder eines anderen Falls, der einen Konfigurationsdatenverlust
in einem Slave zur Folge hat, kann der Master die Konfigurationsdatei
ersetzen, sobald der neue Slave im Schritt 184 von 9 ermittelt
worden ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Ersatz
bzw. Austausch durchgeführt
durch Zuordnen einer neuen oder einer Ersatzadresse zu dem Slave anstelle
einer vorgegebenen Adresse, wie im Schritt 186 angezeigt,
und durch Laden der Konfigurationsdatei, die in dem Master gespeichert
ist, in die Ersatzadresse, wie im Schritt 188 angezeigt.
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Wenn
in der aktuellen Implementierung ein neues oder ein Ersatzmodul
oder ein bestimmtes Modul infolge eines Wartungsvorgangs in dem
System ersetzt wird, nimmt das Ersatzmodul den Online-Zustand in
der vorgegebenen Adresse ein. Das Mastermodul ändert die Adresse des Ersatzmoduls
von der vorgegebenen Adresse in die Adresse des fehlenden Slave,
das heißt,
in die Adresse, die für
das nicht mehr reagierende (oder entfernte) Modul ermittelt wird.
Das Mastermodul lädt
daraufhin die Konfiguration entsprechend dieser Adresse in das Ersatzmodul
herunter. Alternativ kann das Ersatzmodul vorprogrammiert werden
mit der Adresse des fehlenden Moduls. Wenn in derartigen Situationen
das Ersatzmodul mit der Adresse des fehlenden Moduls einen Online-Zustand
einnimmt, werden die Konfigurationsparameter durch das Mastermodul
in ähnlicher Weise
heruntergeladen. Sämtliche
erforderlichen Konfigurationsparameter, einschließlich spezieller Alarmgrenzen,
der Votierlogikfunktionalität
und dergleichen, werden in das interessierende Überwachungsmodul rückgewonnen.