用於系統監控的數據採集系統的製作方法

2023-05-24 22:17:01

專利名稱：用於系統監控的數據採集系統的製作方法
技術領域：
一般說來，本申請涉及數據採集系統，更確切地說，涉及用於系 統監控的數據釆集系統。
背景技術：
機器往往受到監控以檢測和測量某些運行條件。例如，可能期望 監控具有運動部件的機器中的振動或震蕩。作為另一個實例，可能期 望測量機器中使軸旋轉的負荷，比如轉矩。有時，機器自身可以提供
某種能力監控運行條件，比如旋轉軸的每分鐘轉數(RPM)。不過， 在許多情況下，對於操作員可能希望跟蹤的運行特徵，機器不具有提 供與其中至少某一些有關的數據的能力。
已經提出的監控系統能夠執行所期望的測量任務。例如，已經提 出的系統包括可攜式手持測量裝置。該測量裝置由傳輸電纜連接到機 器上受到震蕩激勵的某個點，該測量裝置用於測量這個點處的若干運 行條件。使用中心計算機處理來自該測量裝置的測量數據。該中心計 算機也存儲著由該測量裝置收集的數據。
這樣的手持測量裝置能夠測量機器上某一位置處的條件，在採集 數據之時提供某特定點處瞬間的若干運行條件的"快照"。需要能夠 同時監控機器的許多運行參數的監控系統。

發明內容
在某些方面，提供的方法和監控系統用於跟蹤受監控系統的若干 運行參數，所述受監控系統包括由驅動電機所驅動的構件，所述驅動 電機通過包括齒式聯軸器的驅動裝置與所述構件可有效地連接。在所 述驅動電機和所述齒式聯軸器之一上提供了傳感器單元。所述傳感器單元包括響應所述受監控系統的運行條件而產生模擬信號的傳感器， 以及處理由所述傳感器產生的模式信號的集成本地處理器。所述集成 本地處理器具有相關聯的計時器，用於處理所述傳感器產生的模擬信 號，(i)產生第一多個數位訊號採樣以及(ii)將所述第一多個數字 信號採樣封裝在一起作為傳輸數據包。所述數據包包括所述多個數字 信號採樣的某個數位訊號採樣的相關聯時間戳值，以及可以據其確定 其他數位訊號採樣的相對時間的相關聯報告速率值。
在附圖和以下說明中闡述了本發明一個或多個實施例的細節。根 據所述說明和附圖以及根據權利要求書，本發明的其他特性、目的和 優點將是顯而易見的。


圖l是使用監控系統監控機器的方法和裝置的實施例圖示； 圖2是在圖l的監控系統中使用的傳感器單元的實施例圖示； 圖3A是傳感器單元外殼部位實施例的俯視圖； 圖3B是去除了圖3A部位後，傳感器單元實施例的平面圖； 圖3C是圖3A部位的側視圖3D是去除了圖3A部位後，圖3B傳感器單元的側視圖4A是顯示印刷電路板的傳感器單元實施例的平面圖4B是圖4A傳感器單元的部分部件分解的側視圖5A是顯示印刷電路板的傳感器單元另 一個實施例的平面圖5B是圖5A傳感器單元的側視圖
圖6監控系統數據流圖的實施例；
圖7是記錄的實施例。
具體實施例方式
為了介紹實施例的目的，本說明書將集中在對滾軋機動力傳動系 統的監控。不過，這個實施例是示範性的並且絕非意在作為限制，因 為也可以監控其他傳動系統和機器類型。可以受到監控的其他機器和
裝備包括例如高空起重機的齒輪傳動、加工機械比如包含動力傳動的 縱剪機、矯直機和剪切傳動，以及可以期望監控運行條件的其他傳動 應用。
參考圖1，圖中顯示了滾軋機傳動系統IO，具有與其連接的監控 系統12，例如用於軋制金屬比如鋼。滾軋才幾傳動系統10包括電機14， 它通過傳動系統動力傳動而有效地連接到工作輥16和18。傳動系統 包括齒輪減速器20、小齒輪裝配件22以及顯示為聯軸器24和26的 連接。支承輥28和30的位置鄰近工作輥16和18以形成間隙即輥隙， 被加工件(如金屬板)在軋制操作期間能夠通過它。電機14和齒輪減 速器20位於車間的電機室部分32，而小齒輪裝配件22、聯軸器24 和26、工作輥16和18以及支承輥28和30則位於與電機室部分32 分離的車間部分34。
在所展示的實例中，監控系統12用於監控和評估若干運行條件， 比如滾軋機傳動系統若干部件的振動、溫度、轉矩、電流、速度、轉 動位置等。監控系統12包括許多傳感器單元，通常指定為42、 44和 46，它們被局部地固定到(即處於或接近)各種傳動系統動力傳動部 件上，比如以上介紹的部件。通過將傳感器單元42、 44和46局部地 固定到傳動系統動力傳動的許多部件上，能夠使用由這些傳感器單元 產生的數據，對這些部件的運行條件進行相對的比較，在某些場合中， 可以對滾軋機傳動系統10的若干運行條件提供更為可靠的分析。正如 以下更加詳細的介紹，傳感器單元42、 44和46既包括傳感器也包括 微處理器，它們將數據發送到相關聯的通信裝置，通常指定為收集該 數據的38 (有時稱作集線器或集電器)。收集到的數據然後例如通過 網際網路發送到連接遠程伺服器系統(未顯示)的網關40(如伺服器)。
仍然參考圖1，電機14包括有效地固定其上的傳感器單元42a、 42b和44,其中傳感器單元44還連接著接近傳感器46和變流器48。 更確切地說，傳感器單元42a固定在電機14的軸承箱(未顯示)上， 並且用於監控軸承箱的振動。固定到電機14對面軸承箱(未顯示)的 是傳感器單元42b，它也用於監控對面軸承箱的振動。傳感器單元44
固定在電機14的底板並也連接著外部傳感器的輸入，例如，如圖中所 示，接近傳感器46和變流器48。接近傳感器46可以用於測量電機14 的軸速，在某些實施例中通過測量轉動脈沖實現。變流器48提供的信 號輸出表示提供給電機14的電流波形。傳感器單元44能夠使用接近 傳感器46和變流器48提供的信號收集數據，以監控電機運行。
齒輪減速器20包括42c、 42d、 42e和42f四個傳感器單元。傳 感器單元42c、 42d固定在輸出齒輪50的傳動軸的軸承箱52上，用於 監控軸承箱52的振動和溫度。傳感器單元42e、 42f固定在輸入小齒 輪54的輸入傳動軸的軸承箱上，用於監控齒輪54的軸承箱振動和溫 度。
小齒輪裝配件22包括42g、 42h、 42i和42j四個傳感器單元，每 個都固定在相關聯的軸承箱64、 66、 68、 70上。傳感器單元42g和 42h固定在小齒輪軸56的軸承箱64和66上。傳感器單元42i和42j 固定在小齒輪軸58的軸承箱68和70上。每個傳感器單元42g、 42h、 42i和42j都用於監控其各自軸承箱64、 66、 68、 70的振動和溫度。
每個聯軸器24和26都包括固定在其上並隨聯軸器轉動並的各自 傳感器單元46a、 46b。傳感器單元46a、 46b用於監控它們各自聯軸 器24和26的振動、轉矩、溫度和軸位置。在包括電池的某些傳感器 單元46a、 46b的實施例中，傳感器單元46a、 46b用於監控電池電壓， 以指示電池功率電平以及電池更換和/或再充電的需要。
工作輥16、 18包括固定在其上的傳感器單元42k、 421、 42m和 42n的相關聯配對。傳感器單元42k和421固定在工作輥軸43的各自 軸承72和74上，而傳感器單元42m和42n固定在工作輥軸75的各 自軸承76和78上。每個傳感器單元42k至42n都用於監控其各自軸 承位置處的振動和溫度。
為了將傳感器單元42、44和46有效地安裝到機器的傳動系統10， 可以採用任何適合的方法。在某些實施例中，為了永久安裝，傳感器 單元42、 44和46用緊固件固定到機器的傳動系統10，比如螺釘、螺 栓等。其他安裝方法也是可能的，比如焊接。
正如圖l所表示，每個傳感器單元42、 44和46都能夠與通信裝 置38a、 38b、 38c、 38d通信(如通過RS 458、 4線連接和/或無線連 接比如RF發射)，其中傳感器單元42a、 42b和44連接到通信裝置 38a，傳感器單元42c至42f連接到通信裝置38b，傳感器單元42g至 42j以及傳感器單元46a和46b連接到通信裝置38c，而傳感器單元 42k至42n連接到通信裝置38d。傳感器單元46a和46b (如使用RF 發射機45 )與通信裝置38c (如使用包括全方位RF天線47的RF接 收機)進4於無線通信，而其他傳感器單元42a至42n以及44通過有線 連接與它們各自的通信裝置38a至38d進行通信。使用全方位RF天 線可以減少因為傳感器單元46a和46b隨聯軸器24和26的轉動而造 成的傳感器單元46a、 46b與通信裝置38c之間的通信中斷。 一個或多 個傳感器單元42a至42n、 44無線通信的其他配置也是可能的。在某 些實施例中，全部傳感器單元都不能進行無線通信。例如，傳感器單 元42a至42n、 46a、 46b和44的每一個都可以通過有線連接與通信 裝置相連。通信裝置38a至38d通過這些有線連接向相關聯的傳感器 單元42a至42n和44供電(如DC低電壓，比如8-28 V的DC )。傳 感器單元46a和46b的每一個都包括向其提供電力的內部電源(如電 池)。通信裝置38b至38d的每一個都通過通信裝置38a連接(如線 80所示)到電源86 (比如，110/220V的AC電源)。
通信裝置38收集從傳感器單元42、 44、 46收到的數據，並且將 數據發送到網關40。網關40用作本地伺服器，主管來自每個通信裝 置38的通信，並且能夠通過由虛線82和橋式組件84所展示的本地網 絡連接(如LAN連接)提供向遠程系統主機的網際網路連接。網關40 通過線88連接到電源86。
參考圖2的圖解展示，傳感器單元42、 44和46可以包括傳感器 92 (如加速度計)或一組傳感器以及完整的本地微處理器90作為同一 單元的一部分。在某些實施例中，比如所示的這個，微處理器90和傳 感器92的電子器件都駐留在同一電路板96上。在其他實施例中，微 處理器卯的電子器件可以駐留在同一模塊中，但是與安裝傳感器92
的電子器件的電路板不在一起。
正如以上指出，傳感器單元42和46通過使用傳感器92採集特 定的運行數據，以確定例如振動、溫度、轉矩/應變、電流、轉速和/ 或轉動位置，它們反映了該機器的若干運行條件。利用傳感器單元44, 它可以包括標準的電壓或電流輸出傳感器，也有可能採集另外的物理 數據。
圖3A至圖3D顯示了傳感器單元42的實施例，它包括響應振動 的三軸的傳感器92a以及響應溫度或在某些實施例中應變的傳感器 92b。傳感器92a可以安裝在電路板96上，它還安裝著微處理器90， 而傳感器92b包括與遠程溫度探測器相連的輸入。在某些實施例中， 所包括的傳感器92a可能與安裝微處理器90的電路板96不在一起。 在某些事例中，傳感器42可以不包括溫度和/或應變傳感器92b。
參考圖4A和圖4B，傳感器單元44包括三個土10伏的輸入95、 三個4-20毫安的電流輸入97、光編碼器輸入99和接近開關輸入101。 傳感器單元44還可以包括溫度傳感器92b和電源，比如電池。
參考圖5A和圖5B，傳感器單元46是無線的，而且能夠連接到 轉軸。傳感器單元46包括一個軸振動傳感器92a和三個溫度和/或應 變傳感器92b。如圖所示，傳感器92a和92b的每一個都包括在與微 處理器90相同的電路板96上。電源93向傳感器單元46提供電力。 在某些實施例中，傳感器單元46包括傳感器92b與安裝微處理器90 的電路板96不在一起。
現在參考圖3A至圖5B，傳感器92和微處理器90包裝在機殼內， 在某些實施例中，由能夠安裝到傳動系統10各自部件的基底部分118 和能夠連接到基底部分的罩部分122形成機殼。在某些實施例中，當 軍部分122與基底部分118連接在一起時便形成密封(如防水的密封)。
微處理器90可以從傳感器92接收信息或數據，例如以模擬電 信號的形式，以便對該數據進行預處理後再將數據發送到通信裝置38 (圖l)。微處理器90可以包括整數計時器、只讀存儲器、快閃記憶體、串 行通信和/或模數(A/D )轉換器(在某些實施例中，8信道10位A/D
轉換器)。模擬信號從傳感器92發出(在某些實施例中，連續地)並 被微處理器90俘獲。微處理器90在傳感器單元42、 44、 46中將該模 擬信號轉換為數位訊號。微處理器90以預定時間間隔測量模擬信號的 電平(有時稱為採樣)並將該模擬信號轉換為例如0至1023之間的整 數值(有時稱為計數)。例如微處理器可以以大約8000赫茲或更高的 速率對該模擬信號進行採樣。整數值後來可以使用變換公式轉換為
"實"數值(如在遠程主機處理器處)，取決於測量和傳感器單元的 類型。例如在一個實施例中，從圖3A傳感器單元的板下溫度傳感器 92b所收到的數據可以使用下式從數字計數轉換為溫度值 Temp(F)=-0.457478(count)+500.0
從以上論述應當認識到，由傳感器單元42、 44、 46能夠產生眾 多數字數據記錄，每個記錄都與相關聯的機器部件的運行條件有關。 為了管理數據記錄巻，微處理器90可以具有相應的報告速率，微處理 器據此選擇A/D轉換器輸出的若干預定數字數據值，進行報告和進一 步處理。在這些實施例中，才艮告速率(如100Hz、 1000 Hz等)可以 低於採樣率(如8000 Hz)。這就可以通過減少使用微處理器卯處理 的記錄量而減少數據處理量，同時提供連續的數據釆集。優選情況下， 這能夠為增減傳感器單元42、 44、 46的報告速率提供靈活性，而根本 不需要改變傳感器92的輸出或微處理器90的採樣率。
傳感器單元42、 44、 46的微處理器90標記由A/D轉換器輸出的 數字數值的至少某些或全部，以方便下遊處理和分析。為了展示，每 臺微處理器90都可以按指定報告速率在每個傳感器單元42、 44、 46 處為數字數據值加注時間戳，例如以32位整數。時間戳能夠以零開始 並能夠以預定間隔遞增，比如每隔1/125秒(如與釆樣率對應)或更 低。在某些實施例中，監控系統12的全部傳感器單元42、 44、 46都 實質上同時地啟動或復位(在某些實施例中，在用戶命令後或自動地 進行)，以便全部傳感器單元的時間戳實質上在同一事例時間(比如 彼此大約在土0.5毫秒之內)以相同的數值開始。在某些事例中，如一 旦該整數達到了其最大值，每個微處理器90的時間戳轉回零。時間戳
能夠以數位化的數據從傳感器單元42、 44、 46傳輸到通信裝置38, 並且在下遊處理期間使用，例如數據同步、分選操作、查詢等。
微處理器90可以對輸入模擬信號進行其他預處理。在某些實施 例中，微處理器90可以使數據通過警報和處理濾波器。警報跳閘(如 數值落到預定範圍之外時所產生的)和處理後的數值可以報告給關聯 的通信裝置38。在某些實施例中，微處理器90能夠進行快速傅立葉 變換(FFT)，並且產生由FFT頻鐠結果中閾值所觸發的警報和進一 步處理。在某些實施例中，微處理器90可以使數據通過其他濾波器， 例如低通濾波濾器或移動平均濾波器。
傳感器單元42、 44、 46的數位化數據記錄可以包括傳感器類型 標識符、數據報告速率、數據類型標識符(如實時、移動平均、濾波 後的數據)、傳感器信道(它標識該數據是從哪個傳感器獲得的)以 及時間戳。在某些實施例中，多個數位訊號數值可以經過封裝(如在 各自傳感器42、 44、 46處使用微處理器90進行)，並且每個數據包 可以進一步包括該數據包中的採樣數目、數據包中第一個數據採樣的 時間戳以及包括每個活動傳感器信道讀數的採樣流。在某些實施中， 可以將大約100個或更多的數位訊號值比如大約200個數位訊號值封 裝在一起進行傳輸。以下提供了示範的數據記錄或數據包結構 數據記錄/數據包
(2個字節)傳感器類型
(2個字節)數據報告速率
(2個字節)數據類型掩碼
(2個字節)A/D信道選擇掩碼
(4個字節)第一個數據採樣的時間戳
(2個字節)數據包中的釆樣數目
(x個字節)數據釆樣，其中
x-(每個數據釆樣的字節x採樣數目xA/D信道的 數目x數據類型的數目)
在這個實施例中，多個數位訊號值(即採樣)封裝在一起進行傳輸，
其中單一的時間戳用於第一個採樣。通過在數據包中包括報告速率， 遠程處理單元能夠確定數據包中每個後續採樣的相對時間。雖然有可 能在數據包中包括每個採樣的時間戳，但是這樣做將需要更大的數據 文件。
參考圖6，圖中顯示了示範的數據流圖。為了易於說明，傳感器 單元42、 44、 46在此統稱為100，它們被局部地安裝到滾軋機10 (由 虛線表示)。每個傳感器單元100都能夠產生滾軋機的運行條件所對 應的數據，如上所述。傳感器單元100連接到通信裝置38，以允許傳 感器單元向該通信裝置發送預處理後的數據。雖然顯示了四臺通信裝 置38連接到網關40，但是對給定的網關40，可以有更多的通信裝置， 比如六臺通信裝置，或者作為替代，可以少於四臺通信裝置，比如兩 臺通信裝置。
通信裝置38可以是中間設備，為傳感器單元100的相關聯組102、 103、 104、 105與網關40提供橋接和後控制器。每臺通信裝置38都 有六個串行的通信信道，每個信道都提供了到各自傳感器單元100的
連接。例如，通信裝置38a有6個串行的通信信道i至vi,每個信道 都提供了到各自傳感器單元a至f的連接。每個通信信道由專用的微 處理器控制，例如，在各自的通信裝置38處每信道一臺微處理器。數 字信號值(如在數據包中)例如每兩秒鐘就向網關40傳遞一次。在某 些實施例中，在通信裝置38處可以包括另外的微處理器，以控制與無 線傳感器單元進行通信的無線通信信道(比如，見圖1的傳感器單元 46a和46b)。通信裝置38可以進一步包括另一臺微處理器，以控制 與網關40的網絡連接(如LAN連接，IP協議)。在某些事例中，通 信裝置38對每個相關聯的傳感器單元100都提供了自恢復的直流電 源，並且能夠停止所選中信道的通信，同時允許剩餘信道的通信。
在某些實施例中，監控系統12在一個或多個信道線路上包括若 幹獨立的限流穩壓器。這些穩壓器可以由專用的信道微處理器監視和 控制以提供自恢復，因為信道電源能夠識別配線和/或傳感器的電故 障，而且能夠從其中恢復。例如，在傳感器電源對地短路的情況下，
限流穩壓器能夠將該傳感器的供壓返折以防止即刻損壞。信道微處理 器能夠檢測出信道電壓不正常，並且能夠停止對故障傳感器的供電並 發布故障消息。在某些實施例中，信道微處理器能夠定期重試施加傳 感器電源以檢測正常運行。
網關40可以是伺服器或個人計算機(比如基於Intel⑧的計算機， 具有開放源碼的Linux作業系統和若干軟體工具)。在某些實施例中， 網關40包括多個網卡，例如一個用於連接通信裝置38，另一個用於 提供對用戶網絡和網際網路的訪問。在某些實施例中，網關40可以多於 一臺。在包括多個網關40的這些實施例的某些中， 一臺網關可以用作 主控並處理全部網際網路通信。
網關40連接到通信裝置38並接收由傳感器單元所產生的時間戳 並向其添加如精確到秒的日期/時間值和通信裝置標識符。由網關40 添加的日期和時間值以及在每個傳感器單元100處產生的時間戳用作 每個數據記錄值數據包的標識符。在某些實施例中，網關對收到的數 據還進行另外的處理，比如報警處理以及涉及來自不止一個傳感器單 元100或模塊A/D信道的數據的處理。網關40可以將數據在存儲器 中存儲一段時間，並且能夠將數據(以及相關聯的警報信息和其他處 理結果)連續地發送到一組伺服器，如顯示伺服器108、數據伺服器 110和/或過程伺服器112。
由網關40伺服器添加的傳感器單元100的硬體時間戳與日期/時 間值的組合能夠用於在時間上精確地定位每個數據記錄釆樣。UDP協 議可以用於在網關40與通信裝置38之間通信。UDP協議可能需要的 數據管理成本更低(例如與完全同步協議如TCP相比)，並且允許為 數據保留帶寬。因為UDP是異步的，所以網關收到的數據包可能不按 次序。無論數據包如何來到，硬體時間戳與日期/時間值的組合都允許 例如在系統中再建時間上的數據包流。
網關40可以使用任何適宜的方式與顯示伺服器108、數據伺服器 110和過程伺服器112進行通信。在某些實施例中，使用HTTP協議 和TCP/IP實現了網關40與伺服器108、 110和112之間的通信。網關40提供了若干診斷工具以監視滾軋機10的狀態，並且能夠通過電 子郵件、電話、尋呼機以及其他通信設備向用戶通報警報和處理結果。
月良務器108、 110和112可以是任何適宜的配置，比如基於Intel 的、具有開放源碼的Linux作業系統和若干軟體工具。顯示伺服器108 處於遠離電機室部分32 (圖1)，並且能夠為所有的伺服器提供中央 通信點。顯示伺服器108從所有的網關(即網關40)收集數據並向用 戶提供基於網絡的接口 114。支持伺服器，例如資料庫伺服器110和 過程伺服器112，存在於防火墻106之內並且包括為了分析目的專用 於數據存儲和訪問、圖形產生和數據處理的若干伺服器和伺服器集群。
數據伺服器IIO使用第一個數據採樣的時間戳值、數據包尺寸、
數據報告速率和A/D通道數目進行數據包中數據採樣的同步。這種信 息用於計算每個個別數據採樣的時間戳，例如資料庫伺服器上的
dwdata過程期間，它讀取顯示伺服器108從網關40所收集的數據採 樣，並且將這些數據包拆分並將這些數據採樣存儲為一個或多個數據 庫表中的若干個別行。
依據例如用戶命令可以使數據採樣同步，用於在報告或圖形中顯 示以及/或者用於事後分析比如創建振動數據的快速傅立葉變換。使用 位於用戶規定範圍內的日期/時間值可以選擇數據採樣的數據包。然後 可以依據時間戳分選位於用戶規定範圍內數據採樣數據包中的數據採 樣，如上所述。
按照數據採樣的時間戳進行分選，無論是在傳感器單元處例如分 配給數據包的第一個數據採樣的時間戳，還是如上所述由數據伺服器 110所計算的時間戳，都將更好地確保若干傳感器的數據釆樣對齊、 合拍。數據採樣的這種對齊對顯示傳動系統上多個位置處的運行條件 可能很重要，例如當振動穿過傳動系統時。在某些實施例中，通過將 所有傳感器實際上同時(即彼此在1/2毫秒的可接受誤差帶內)設置 為時間戳O,源自約100個傳感器或更多比如420個傳感器或更多傳 感器的數據採樣能夠使用例如時間戳同步。
監控系統12中包括傳感器單元100的若干部件是可以自動地和/
或通過用戶命令重新配置的。在某些實施例中，通過從網關40和/或 通信裝置38經過其間的串行通信連結向傳感器單元發送的命令，傳感 器單元100的數據採集和數據報告可配置。利用若干參數可以配置從 傳感器單元100向通信裝置38的數據報告，比如將要報告的報告速率、 數據類型以及A/D信道。在某些實施中，報告速率根據例如某組件給 定數據位置的所測出的轉速自動改變。實現這樣的重新配置通過在傳 感器單元IOO中設置微處理器90,如上所述，它為每個處理器單元都 提供了本地處理輸入數據的能力。在某些事例中，可以例如通過因特 網從中心位置遠程地重新編程傳感器單元100和通信裝置38中微處理 器的操作軟體，它們可以用於升級監控系統12安裝的若干組件。
網關40包括的軟體運行多種過程，包括dwconfig、 dwmonitor 和dwsend。 dwconfig檢索來自伺服器108、 110和112的掛起命令， 並且將dwmonitor的命令排為隊列。dwmonitor將這些命令傳遞到通 信裝置/傳感器單元網絡，接收數據並將數據存儲在存儲器中(如在本 地資料庫處)。在系統啟動時以及在運行期間響應從網關40收到命令， 可以將報警和處理應用程式連到dwmonitor過程。dwsend檢索已存 儲的數據並將該數據發送到伺服器108、 110和112。顯示伺服器108 包括一種網絡服務，它接收來自網關40的數據並將該數據存儲在分段 資料庫的表中。資料庫伺服器110運行著dwdata過程，它從分段數 據庫提取數據並將該數據散布在一系列資料庫和資料庫表中。每個傳 感器單元100都可以具有資料庫中存儲的相應表序列，並且每個傳感 器單元100的A/D信道都可以在表序列中具有相應的表。過程伺服器 112運行著網絡服務，如能夠為顯示伺服器108產生圖形並能夠提供 立即響應的處理後數據。
監控系統12可以包括許多軟體工具和應用程式，它們可用於分 析機器的運行條件。在一個實施例中，監控系統12包括基於範例的推 理(CBR)，它是模仿人類大腦如何存儲經驗知識的人工智慧技術。 若干情況被特徵化為稱為範例的 一 系列參數。若干新範例按要求創建 並由往往不完全的參數集所特徵化。最近鄰算法從資料庫中選擇若干 範例，它們類似於新範例的參數集並用於為如何對新範例進行反應即
做進一步處理提供方向。CBR可以用於模仿振動和維護人員的基本經 驗知識。
圖7顯示的示範報告120展示了使用監控系統12所測出的振動 值。報告120可以例如經過用戶接口遠程地訪問，比如能夠與伺服器 108、 110和112進行通信的個人計算機，如上所述。
以上介紹的監控系統12可以提供智能數據採集網絡。做到這一 點部分地通過在傳感器單元100處設置微處理器90，它們能夠接收和 執行多種數據採集命令。監控系統12可以設置為多種不同的數據採集 模式。在一個實施例中，監控系統12可以包括常規模式和分析模式。 在常規模式中，監控系統12能夠以預定、 一致和可重複的方式採集數 據以便提供趨勢分析。如果檢測出了潛在的問題(如由監控系統12 和/或由用戶例如遠程地)，就可以啟動分析模式以便為詳細診斷目的 提供數據採集。由網關40所添加的日期/時間值可以準確到一秒。傳 感器單元施加的時間戳可以準確到0.000125秒。這能夠允許監控系統 12以高達大約8000 Hz的報告速率保持數據採樣的同步。監控系統的 體系結構可以適於多種協議，以便容納其他現有的內部監控系統，並 且能夠增加到現有的裝備監控系統中。監控系統12的軟體可以包含對 傳動系統進行診斷的分析能力。也可以包括部件的地理和規格信息， 它們可以對運行條件提供詳細而準確的評估。
已經介紹了許多詳細實施例。不過應當理解，可以進行多種修改。 所以，其他實施例也在以下權利要求書的範圍之內。
權利要求
1.一種跟蹤滾軋機系統運行參數的方法，所述滾軋機系統包括可旋轉工作輥，由通過包括齒式聯軸器的驅動裝置與所述工作輥有效地連接的驅動電機驅動，所述方法包括在所述驅動電機上提供第一傳感器單元，所述第一傳感器單元既包括響應所述驅動電機的運行條件而產生模擬信號的傳感器，也包括處理由所述傳感器產生的所述模擬信號的集成本地處理器，所述集成本地處理器具有相關聯的計時器；使用所述第一傳感器單元的所述集成本地處理器，在所述驅動電機運行期間處理由所述第一傳感器單元的所述傳感器產生的所述模擬信號，以便產生具有至少一個與之相關聯的對應時間戳的第一多個數位訊號採樣；將所述第一多個數位訊號採樣從所述第一傳感器單元傳達到遠離所述第一傳感器單元的遠程處理單元；在所述齒式聯軸器上提供第二傳感器單元，所述第二傳感器單元既包括響應所述齒式聯軸器的運行條件而產生模擬信號的傳感器，也包括處理由所述第二傳感器單元的所述傳感器產生的所述模擬信號的集成本地處理器，所述集成本地處理器具有相關聯的計時器；使用所述第二傳感器單元的所述集成本地處理器，在所述齒式聯軸器的運行期間處理由所述第二傳感器單元的所述傳感器產生的所述模擬信號，以便產生具有至少一個與之相關聯的對應時間戳的第二多個數位訊號採樣；將所述第二多個數位訊號採樣從所述第二傳感器單元傳達到所述遠程處理單元，其中所述遠程處理單元遠離所述第二傳感器單元。
2. 根據權利要求1的方法，其中，所述遠程處理單元至少部分 地基於與所述採樣相關聯的時間戳數據，使所述第一多個數位訊號採 樣與所述第二多個數位訊號採樣同步。
3. 根據權利要求1的方法，其中，所述第二傳感器單元隨所述 齒式聯軸器旋轉並包括RF發射機，所述RF發射機用於將所述第二 多個數字數據採樣至少部分地經過RF通信信號傳達到所述處理單 元，所述遠程處理單元包括相關聯的RF接收機。
4. 根據權利要求3的方法，其中，所述RF接收機包括相關聯的 全方位天線。
5. 根據權利要求l的方法，其中，所述滾軋機系統位於廠房內， 所述第一傳感器單元、第二傳感器單元和遠程處理單元位於所述廠房 內，所述遠程處理單元將日期和時間分配給所述第一多個數位訊號採 樣，並且經過全球計算機網絡將它們轉發到遠離所述廠房的遠程數據 存儲中心，所述遠程處理單元將日期和時間分配給所述第二多個數字 信號採樣，並且經過全球計算機網絡將它們轉發到所述遠程數據存儲 中心。
6. 根據權利要求2的方法，進一步包括對運行數據提供經過網 站遠程訪問的步驟，所述運行數據是從同步的第 一多個數位訊號記錄 和第二多個數位訊號記錄得到的。
7. 根據權利要求l的方法，其中，所述使用所述第一傳感器單元的所述集成本地處理器，在所述驅 動電機運行期間處理由所述第一傳感器單元的所述傳感器產生的所述 模擬信號的步驟，包括通過由所述第一傳感器單元所收到的第一控制 信號以第 一 固定採樣率採樣所述模擬信號，並且以能夠改變的第 一報告速率收集數位訊號採樣；以及所述使用所述第二傳感器單元的所述集成本地處理器，在所述齒 式聯軸器的運行期間處理由所述第二傳感器單元的所述傳感器產生的 所述模擬信號的步驟，包括通過由所述第二傳感器單元所收到的第二 控制信號以第二固定採樣率採樣由所述第二傳感器單元的所述傳感器 產生的所述模擬信號，並且以能夠改變的第二報告速率收集數位訊號採樣。
8. 根據權利要求7的方法，其中，所述第一和第二報告速率至 少其中之一根據相關聯數據釆集位置的轉速自動改變。
9. 根據權利要求1的方法，其中，利用第一對應報告速率值和 所述第一多個數位訊號採樣中單個採樣的第一對應單個時間戳值，將 所述第一多個數位訊號採樣封裝在一起，利用第二對應報告速率值和 所述第二多個數位訊號採樣中單個採樣的第二對應單個時間戳值，將 所述第二多個數位訊號採樣封裝一起。
10. 根據權利要求9的方法，包括根據所述第一對應報告速率值 和所述第一對應單個時間戳值，對所述第一多個數位訊號釆樣的每一 個都遠程地確定對應時間戳，以及根據所述第二對應報告速率值和所 述第二對應單個時間戳值，對所述第二多個數位訊號採樣的每一個都 遠程地確定對應時間戳的下遊步驟。
11. 根據權利要求l的方法，進一步包括使用所述第一傳感器單 元的所述集成本地處理器，將由所述第一傳感器單元的所述傳感器產 生的所述模擬信號的數據值與閾值數據進行對比的步驟。
12. —種跟蹤滾軋機系統運行參數的數據採集系統，所述滾軋機 系統包括可旋轉工作輥，由通過包括齒式聯軸器的驅動裝置與所述工 作輥有效地連接的驅動電機驅動，所述數據採集系統包括包含處理器的通信裝置；局部地安裝在所述驅動電機上的第一傳感器單元，所述第一傳感 器單元既包括響應所述驅動電機的運行條件而產生模擬信號的傳感 器，也包括處理在所述第一傳感器單元的運行期間由所述傳感器產生 的所述模擬信號的集成本地處理器，以便產生第一多個數位訊號採樣； 以及局部地安裝在所述齒式聯軸器上的第二傳感器單元，所述第二傳 感器單元既包括響應所述齒式聯軸器的運行條件而產生模擬信號的傳 感器，也包括處理在所述第二傳感器單元的運行期間由所述傳感器產 生的所迷模擬信號的集成本地處理器，以便產生第二多個數位訊號釆 樣。
13. 根據權利要求12的數據採集系統，其中，所述第一傳感器 單元的所述集成本地處理器和所述第一傳感器單元的所述傳感器，位 於由所述第 一傳感器單元封裝的第 一公共電路板上。
14. 根據權利要求13的數據採集系統，其中，所述第二傳感器 單元的所述集成本地處理器和所述第二傳感器單元的所述傳感器，位 於由所述第二傳感器單元封裝的第二公共電路板上。
15. 根據權利要求12的數據採集系統，進一步包括第一通信裝 置，遠離所述第一傳感器單元並與之通信，所述第一通信裝置包括處 理所述第一多個數位訊號採樣的處理器。
16. 根據權利要求15的數據採集系統，其中，所述第一傳感器 單元與所述第 一通信裝置進行無線通信。
17. 根據權利要求16的數據採集系統，其中，所述第一傳感器 單元隨所述齒式聯軸器旋轉並包括RF發射機，所述RF發射機將所 述第一多個數位訊號採樣至少部分地經過RF通信信號傳達到所述第 一通信裝置，而且所述第一通信裝置包括RF接收機。
18. 根據權利要求17的數據釆集系統，其中，所述RF接收機包 括相關聯的全方位天線。
19. 根據權利要求16的數據採集系統，其中，所述第一傳感器 單元包括本才幾電源。
20. 根據權利要求15的數據採集系統，進一步包括第二通信裝 置，遠離所述第二傳感器單元並使用有線連接與之通信，所述第二通 信裝置包括處理所述第二多個數位訊號採樣的處理器。
21. 根據權利要求20的數據採集系統，其中，所述第二通信裝 置使用所述有線連接向所述第二傳感器單元供電。
22. 根據權利要求20的數據採集系統，進一步包括網關，所述 網關包括的處理器將日期和時間值分配給所述第一多個數位訊號採樣 並將日期和時間值分配給所述第二多個數位訊號採樣。
23. 根據權利要求22的數據採集系統，其中，所述滾軋機系統 位於廠房內，所述第一傳感器單元、第二傳感器單元、第一通信裝置、 第二通信裝置和網關位於所述廠房內的現場，並且所述第一多個數字 信號採樣和第二多個數位訊號釆樣經過全球計算機網絡從所述網關傳 達到遠離所述廠房、不在現場的遠程數據存儲中心。
24. —種跟蹤系統運行參數的方法，所述系統包括構件，由通過 包括齒式聯軸器的驅動裝置與所述構件有效地連接的驅動電機驅動， 所述方法包括在所述驅動電機上提供第一傳感器單元，所述第一傳感器單元既 包括響應所述驅動電機的運行條件而產生模擬信號的傳感器，也包括 處理由所述傳感器產生的所述模擬信號的集成本地處理器，所述集成 本地處理器具有相關聯的計時器；使用所述第一傳感器單元的所述集成本地處理器，在所述驅動電 機運行期間處理由所述第 一傳感器單元的所述傳感器產生的所述模擬 信號，以便產生具有至少一個與之相關聯的對應時間戳的第一多個數 字信號採樣；將所述第一多個數位訊號採樣從所述第一傳感器單元傳達到遠 離所述第一傳感器單元的遠程處理單元；在所述齒式聯軸器上提供第二傳感器單元，所述第二傳感器單元 既包括響應所述齒式聯軸器的運行條件而產生模擬信號的傳感器，也 包括處理由所迷第二傳感器單元的所述傳感器產生的所述模擬信號的 集成本地處理器，所述集成本地處理器具有相關聯的計時器；使用所述第二傳感器單元的所述集成本地處理器，在所述齒式聯 軸器的運行期間處理由所述第二傳感器單元的所述傳感器產生的所述 模擬信號，以便產生具有至少一個與之相關聯的對應時間戳的第二多 個數位訊號採樣；將所述第二多個數位訊號採樣從所述第二傳感器單元傳達到所 述遠程處理單元，其中所述遠程處理單元遠離所述第二傳感器單元。
25. 根據權利要求24的方法，其中，所述遠程處理單元至少部 分地基於與所述採樣相關聯的時間戳數據，使所述第 一 多個數位訊號 採樣與所述第二多個數位訊號釆樣同步。
26. 根據權利要求24的方法，其中，所述滾軋機系統位於廠房 內，所述第一傳感器單元、第二傳感器單元和遠程處理單元位於所述 廠房內，所述遠程處理單元將日期和時間分配給所述第一多個數字信 號採樣，並且經過全球計算機網絡將它們轉發到遠離所述廠房的遠程 數據存儲中心，所述遠程處理單元將日期和時間分配給所述第二多個 數位訊號採樣，並且經過所迷全球計算機網絡將它們轉發到所述遠程 數據存儲中心。
27. 根據權利要求26的方法，其中，根據所述日期和時間數據 以及所述時間戳數據，在所述遠程數據存儲中心或另一個處理位置， 使所述第一多個數位訊號記錄與所述第二多個數位訊號記錄同步。
28. —種跟蹤系統運行參數的方法，所述系統包括構件，由通過 包括齒式聯軸器的驅動裝置與所述構件有效地連接的驅動電機驅動， 所述方法包括在所述驅動電機和所述齒式聯軸器之一上提供傳感器單元，所述 傳感器單元既包括響應所述驅動電機的運行條件而產生模擬信號的傳 感器，也包括處理由所述傳感器產生的所述模擬信號的集成本地處理 器，所述集成本地處理器具有相關聯的計時器；使用所述集成本地處理器處理由所述傳感器產生的所述模擬信 號，以便(i)產生第一多個數位訊號採樣以及(ii)將所述第一多 個數位訊號釆樣封裝在一起作為傳輸數據包，所述數據包包括所述數 字信號採樣中單個數位訊號採樣的相關聯時間戳值，以及可以據其確 定其他數位訊號採樣的相對時間的相關聯報告速率值。
全文摘要
一種跟蹤受監控系統中傳動系統的若干運行參數的方法和監控系統，包括固定到傳動系統的傳感器單元。所述傳感器單元包括響應所述受監控系統的運行條件而產生模擬信號的傳感器，以及處理由所述傳感器產生的模式信號的集成本地處理器。
文檔編號G01M13/02GK101371123SQ200680036000
公開日2009年2月18日 申請日期2006年7月18日 優先權日2005年8月17日
發明者J·L·威爾斯, L·D·奧庫爾, S·A·考克斯, V·M·埃維爾斯 申請人:Xtek公司