專利名稱：用于機器狀況監測的方法和系統的制作方法
技術領域：
一般來說，本發明的領域涉及機器狀況監測，且更具體地說，涉及使用機器的監測狀況近乎實時地監測機器的剩余壽命的方法和系統。
背景技術：
至少在一些已知行業中(例如但不限于石油、煤氣和電力行業)，在峰荷需量期間，為了從指定市場狀況獲益，關鍵設備必須以其最大容量運行，例如，在每桶原油的價格和每千瓦小時的電力價格較高的時候。基于可用的數據，設備不可用的首要原因之一是定期維護帶來的停機時間。通常， 此類維護并非設備狀況所需，而是由時間要求指定。通過實現基于狀況的維護，即使無法完全免除也可以減少非增值檢驗和維護。當前，在檢驗之前工廠工程師可用于確定設備降級量的信息很少，沒有延長壽命的空間。使用固定間隔檢驗時間表，與壽命降級有關的信息僅在執行檢驗后可用。任何壽命提高效益僅在執行下一次檢驗后可見。如果出現對壽命的重大變更，在兩次檢驗之間沒有任何指示。識別剩余壽命和減輕風險的周期時間極長。難于識別降級最嚴重的機器或需要立即注意的機器。此外，在下一次檢驗之前，無法識別或跟蹤斷續維護動作的效果，例如過濾器清潔、潤滑等。
發明內容
在一個實施例中，一種機器監測系統包括安裝到機器表面的殼體、配置成監測機器參數并生成相應輸出信號的多個傳感器(參數表示機器的狀況)、以及定位于殼體內及配置成接收相應輸出信號并基于相應輸出信號生成校正輸出的投票模塊。機器監測系統還包括存儲器裝置，定位于殼體內并包含配置成存儲有關機器構造的手動輸入功能的存儲單元；壽命計算器，定位于殼體內并通信耦合到投票模塊和存儲裝置，其中壽命計算器配置成使用校正輸出和手動輸入功能確定機器的剩余壽命；以及顯示器，定位于殼體內并配置成顯示機器的剩余壽命。在另一個實施例中，一種監測機器狀況的方法，包括通過安裝在受監測機器上的機器狀況監測裝置接收多個傳感器輸出，傳感器輸出涉及有關機器的至少一個部件的壽命的機器參數，以及從機器狀況監測裝置中的存儲的位置接收已手動存儲在存儲的位置中的輸入功能，輸入功能涉及機器的構造。該方法還包括定期使用接收的多個傳感器輸出和接收的輸入功能、通過定位于機器狀況監測裝置內的壽命計算器來確定機器的剩余壽命，并且在機器狀況監測裝置上顯示確定的機器剩余壽命量。在又一個實施例中，一種電機系統，包括電繞組、定位于電繞組附近的溫度傳感器、以及耦合到電機并通信耦合到溫度傳感器的機器監測系統，該機器監測系統包括具有存儲器的處理器。對處理器進行編程以從溫度傳感器接收有關電繞組溫度的信號，從存儲器接收有關電機構造的信息，使用接收的信號和接收的信息確定機器的剩余壽命，以及在機器監測系統上顯示剩余壽命。
圖1-2示出本文所述的方法和系統的示范實施例。圖1是根據本發明的一示范實施例的機器監測系統的示意框圖；以及圖2是圖1所示機器監測系統的數據流程框圖。
具體實施例方式通過舉例而不是作為限制，以下詳細描述示出本發明的實施例。預期本發明對工業、商業和住宅應用中監測機器剩余壽命的分析和方法實施例具有一般應用。本文所使用的、以單數形式引述且跟隨不定冠詞“一”的元件或步驟應當被理解為并不排除多個元件或步驟的情況，除非明確說明了這種排除情況。此外，對本發明的“一個實施例”的引用不是要被解釋為排除同樣結合了引述特征的額外實施例的存在。本發明的實施例包括安裝在機器上的壽命計算器，為用戶提供機器部件(例如但不限于電機定子繞組)的剩余壽命的指示。此計算器可用于所有類型的重型電機和所有等級的繞組絕緣。來自此計算器的輸出可用于以一種趨向基于狀況的監測的前攝 (pro-active)方式安排維護。約60%的電機成本可歸于繞組。確定電機繞組壽命的關鍵因素是操作溫度，且在大多數情況下，當操作溫度遠低于絕緣等級操作溫度額定值時，可增加額外壽命，延后維護停機的時間。使用包括編程能力、數據存儲和顯示器的、基于微處理器板載裝置的較新高速計算用于執行計算、存儲和顯示數據。使用本發明實施例解決的一些關鍵問題包括增加檢驗之間可用的狀況信息、提前實現效益、通過提前檢測最小化設備損失、減少維護周期時間、促進基于狀況的改進以及預測/優先考慮將來的維護事件。具有重大潛在風險的工廠地點得以被識別并將有限的資源用于最大化操作效益。 通過持續跟蹤機器剩余壽命的變更，工廠操作員可預測涉及特定地點的潛在風險并優先考慮適當的行動。圖1是根據本發明的一示范實施例的機器監測系統100的示意框圖。在示范實施例中，機器監測系統100包括耦合到機器106(例如但不限于電動機)的外殼104的殼體 102。在示范實施例中，機器監測系統100耦合到外殼104的徑向外圍表面108。在多種其它實施例中，機器監測系統100安裝在機器106的單個封裝中。機器監測系統100還包括一個或多個傳感器110，配置成監測表示機器106的狀況和/或剩余壽命的機器106的參數。在示范實施例中，傳感器110包括定位于相應電機繞組112附近的溫度傳感器。在示范實施例中，繞組112沿圓周圍繞機器106間隔開約120°，并且因此傳感器110也沿圓周圍繞機器106間隔開約120°。傳感器110使用相應管道或以無線方式通信耦合到機器監測系統100。機器監測系統100通過處理器114接收有關機器106狀況的信號，處理器114 包括投票模塊116、存儲器裝置118和壽命計算器120。投票模塊116可體現為作為處理器114的一部分的硬件或在處理器114上執行的軟件，并且配置成接收相應輸出信號并基于確定未失效的相應輸出信號生成校正的輸出。 在一個實施例中，投票模塊116使用簡單投票技術丟棄與從傳感器110接收的其它信號相比被認為是異常值的信號。在多種其它實施例中，可使用復雜的傳感器健康度算法來確定傳感器Iio的健康度，以驗證送往處理器114的輸入數據。存儲器裝置118包含存儲單元，配置成存儲有關機器構造的手動輸入功能。此類手動輸入功能包括有關材料、電屬性、轉速、冷卻系統能力、電參數(例如但不限于轉子電流、定子電流、空氣隙大小及通量密度)的信息。壽命計算器120可體現為作為處理器114的一部分的硬件或在處理器114上執行的軟件，并且通信耦合到投票模塊116和存儲器裝置118。壽命計算器120配置成使用校正的輸出信號和手動輸入功能確定機器106的剩余壽命。壽命計算器120還配置成確定生成的相應輸出信號的百分位數值，或確定生成的相應輸出信號在預定時間內的平均數的百分位數值。壽命計算器120配置成使用生成的相應輸出信號在預定時間的平均數的百分位數值來確定剩余壽命輸出。在多種實施例中，壽命計算器120配置成確定來自傳感器 110的相應輸出信號或來自投票模塊116的校正輸出超過預定閾值范圍并生成表示超過數 (exceedance)的輸出。此外，壽命計算器120配置成在機器監測系統100上存儲計算的輸出以便將來輸出到系統外或顯示器122。在示范實施例中，機器監測系統100還包含從機器監測系統100外部可以看到的整體顯示器122。在多種實施例中，顯示器122可位于機器監測系統100內部的可拆卸護蓋下，或以其它方式受到保護以防受到機器監測系統100外部環境的影響。用于操作機器監測系統100的電力可由可更換和/或可充電電源IM供給，例如但不限于電池或電容器。電源1 還可體現為無線電源系統1 或變壓器系統128，配置成通過與繞組112的磁交互接收電力。機器監測系統100還包含通信耦合到處理器114的輸出連接130。圖2是機器監測系統100(圖1中示出)的數據流程框圖。在示范實施例中，機器監測系統100從定位以監測機器106的一個或多個參數的多個傳感器接收輸出信號202。 對操作參數進行選擇，以使得通過分析輸出信號202可確定機器106的剩余壽命。使用示范實施例中的投票方法驗證204輸出信號202。可使用簡單的三選二投票方法選擇三分之二的最好信號202以用于進一步處理。如果一個傳感器失效，其它兩個傳感器提供不斷驗證或校正的輸出信號206。校正的輸出信號206用于生成基于百分位的參數輸出208，它與包括有關構造材料、電屬性、轉速、冷卻系統能力、電參數(例如但不限于轉子電流、定子電流、空氣隙大小及通量密度)的機器信息的手動輸入功能210相結合，以確定212受監測部件(在此示例中為電機的定子繞組)的剩余壽命。其它參數可用于確定其它部件的壽命， 例如，振動參數可用于確定機器軸承的剩余壽命。手動輸入功能210通常在機器106全新時以及翻新(如果此類翻新修改手動輸入功能210描述的任何功能)時輸入到機器監測系統100中。確定的剩余壽命顯示214在機器監測系統100上或可存儲在機器監測系統100 中以便之后輸出216到維護管理系統(未示出)。本文所使用的術語“處理器”指的是中央處理器、微處理器、微控制器、簡化指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路以及能夠執行本文所述功能的任何其它電路或處理器。本文所使用的術語“軟件”和“固件”是可互換的，并且包括存儲器中存儲供處理器 114運行的任何計算機程序，其中存儲器包括RAM存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器和非易失性RAM(nvram)存儲器。上述存儲器類型只是示范性的，因而并不是限制可用于存儲計算機程序的存儲器的類型。基于前面的說明書會意識到，本公開的上述實施例可使用包括計算機軟件、固件、 硬件或者它們的任何組合或子集的計算機編程技術或工程技術來實現，其中技術效果是近乎實時地本地監測來自單個機器的操作數據并計算機器部件的剩余壽命或整個機器的綜合剩余壽命，其中剩余壽命可使用機器上的數字顯示器查看。具有計算機可讀代碼部件的任何這種結果程序可在一個或多個計算機可讀介質內體現或提供，由此制作按照本公開所述實施例的計算機程序產品、即制造產品。計算機可讀介質可以非限制性地例如是固定 (硬)驅動器、磁盤、光盤、磁帶、例如只讀存儲器(ROM)的半導體存儲器和/或例如因特網或其它通信網絡或鏈路的任何傳送/接收介質。可通過直接從一個介質運行代碼、通過將代碼從一個介質復制到另一個介質或者通過在網絡上傳送代碼，來制作和/或使用包含計算機代碼的制造產品。使用接收的傳感器輸出和接收的輸入功能定期確定機器剩余壽命的方法和系統的上述實施例提供了一種監測機器狀況的經濟高效且可靠的方法。更具體地說，本文所述的方法和系統便于在機器上本地進行的數據收集和計算。因此，本文所述的方法和系統以經濟高效且可靠的方式促進提前檢測和計劃維護的及時安排。本書面描述使用示例來公開包括最佳模式的本發明，以及還使本領域技術人員能實踐本發明，包括制作和使用任何裝置或系統及執行任何結合的方法。本發明可取得專利的范圍由權利要求確定，且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有與權利要求字面語言無不同的結構要素，或者如果它們包括與權利要求字面語言無實質不同的等效結構要素，則它們規定為在權利要求的范圍之內。配件表
iool板載機器監測系統
102 殼體
104 外殼
106 機器
108 徑向外圍表面
110 傳感器
112 電機繞組
114 處理器
116 投票模塊
118 存儲器裝置
權利要求
1.一種機器監測系統(100)，包括安裝到機器(106)表面(108)的殼體(102)；多個傳感器(110)，配置成監測所述機器的參數并生成相應的輸出信號002)，所述參數表示所述機器的狀況；投票模塊(116)，定位于所述殼體內并配置成接收所述相應的輸出信號并基于所述相應的輸出信號生成校正輸出(206)；存儲器裝置(118)，定位于所述殼體內并包含配置成存儲有關所述機器構造的手動輸入功能O10)的存儲單元；壽命計算器(120)，定位于所述殼體內并通信耦合到所述投票模塊和所述存儲器裝置， 所述壽命計算器配置成使用所述校正輸出和所述手動輸入功能確定所述機器的剩余壽命； 以及顯示器(122)，定位于所述殼體內并配置成顯示(214)所述機器的所述剩余壽命。
2.如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述機器(106)的所述狀況與所述機器 (106)的剩余壽命有關。
3.如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述多個傳感器(110)配置成監測所述機器 (106)的溫度。
4.如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述多個傳感器(110)沿圓周間隔開約一百二十度。
5.如權利要求1所述的系統(100)，其中，涉及所述機器(106)構造的所述手動輸入功能(210)包括繞組絕緣類型和冷卻類型中的至少一個。
6.如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述壽命計算器(120)配置成確定所生成的相應的輸出信號(202)的百分位數值。
7.如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述壽命計算器(120)配置成確定所生成的相應的輸出信號(20 在預定時間上的平均數的百分位數值。
8.如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述壽命計算器(120)配置成使用所生成的相應的輸出信號(20 在預定時間上的平均數的百分位數值確定(21 剩余壽命。
9.如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述壽命計算器(120)配置成確定所述參數超過預定的閾值范圍并生成表示所述超過數的輸出。
10.如權利要求1所述的系統(100)，其中，所述壽命計算器(120)包含處理器(114)， 并且所述壽命計算器配置成將計算的輸出板載存儲，以用于將來輸出到系統外和在系統上顯示的至少一個。
全文摘要
本發明名稱為“用于機器狀況監測的方法和系統”。提供一種機器監測系統(100)。該系統包括安裝到機器(106)表面(108)的殼體(102)；多個傳感器(110)，配置成監測機器的參數并生成相應的輸出信號(202)，該參數表示機器的狀況；投票模塊(116)，定位于殼體內并配置成接收相應的輸出信號并基于相應的輸出信號生成校正輸出(206)；存儲器裝置(118)，定位于殼體內并包含配置成存儲有關機器構造的手動輸入功能(210)的存儲單元；壽命計算器(120)，定位于殼體內并通信耦合到投票模塊和存儲器裝置，壽命計算器配置成使用校正輸出和手動輸入功能確定機器的剩余壽命；以及顯示器(122)，定位于殼體內并配置成顯示(214)機器的剩余壽命。
文檔編號G01M99/00GK102539180SQ201110402959
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者M·T·小羅賓遜, R·B·納加蒂爾 申請人:通用電氣公司