用于流體能量機系統的監視和診斷系統以及流體能量機系統的制作方法

專利名稱：用于流體能量機系統的監視和診斷系統以及流體能量機系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于流體能量機系統的監視和診斷系統，其中流體能量機系統具有多個不同的子系統和設備部件。另外，本發明涉及一種具有監視和診斷系統的流體能量機系統以及用于監視和診斷流體能量機系統的方法。
背景技術：
流體能量機系統、比如電驅動的泵和壓縮機系統在工業中、一般在加工業中、尤其是石油和燃氣業——例如在運送設備、輸油管、精煉廠、貯油庫中等等——具有多樣化的應用。尤其是在產品質量、能量效率、設備可用性、設備安全性和環境保護方面而言，對流體能量機系統的持續保養和維護是總體運行的重要組成部分。流體能量機系統、如尤其是電驅動的泵或壓縮機系統包括但不限于下列部件一 個或多個工作機，如泵和/或壓縮機；傳動裝置、離合器、框架；機械和/或電轉速調節系統；管道和接線；輔助系統，如潤滑油系統、阻塞氣體系統、儀表空氣系統、清除空氣系統、冷卻系統等等；用于主驅動裝置的電發動機以及其他系統部件；電子技術設備，如開關設備、變壓器、諧波濾波器、無功功率補償器等等；設備和設備部件的儀表化和自動化，包括例如用于運行管理、企業管理的軟件應用以及狀態監視部件應用。當前，各個分立的上述系統部件的狀態監視是現有技術。盡管在許多分立應用和部件中已經存在特殊的狀態監視系統，如用于泵、壓縮機、傳動裝置或發動機的振動和儲藏溫度監視，但是未實現對如泵和/或壓縮機系統的流體能量機系統的整體監視。因此，例如不能利用現有的狀態監視系統來立即診斷發動機/驅動系統中的電擺矩、電變頻器器缺陷(例如單元故障)、或者供電網中的諧波失真是否或以何種程度顯示出對過程和有關工作機的影響。另外，與流體能量機系統的歷史上相似的運行數據的比較是不可能的。如前所述，例如存在由不同的機械、電、自動化技術的設備部件構成的電驅動的泵或壓縮機系統。尤其是關鍵設備組件(如變頻器、電發動機、驅動機、機械驅動裝置、變壓器和開關設備等等)以及輔助系統(如潤滑油系統、清除空氣系統、冷卻系統等等)和自動化系統(如設備或站自動化)通常配備有分立的狀態監視系統和分立的設備系統。這意味著，針對每個單個的設備部件存在專門的狀態監視系統和相應的警報系統。泵或壓縮機系統或其設備部件的保養和維護并行地通過保養和維護軟件系統——如運行管理系統、企業管理系統或遠程維護系統——來支持。流體能量機系統、如泵或壓縮機系統的各個部件的狀態監視是現有技術。因此，公知的是執行對倉庫、殼體、繞組溫度或機器振動等等的狀態監視。變頻器的自動化例如監視諧波失真，但是不將其與泵或壓縮機系的狀態監視的信息或者過程和輔助設備的其它的當前或歷史過程數據相比較。因此，例如電發動機中電感應的擺矩對系統振動或者其他相關的設備部件條件的影響不是以自動化和系統方式被分析和分類。

發明內容
因此，本發明的任務是，提供一種用于流體能量機系統的監視和診斷系統、一種流體能量機系統以及一種用于監視和診斷流體能量機系統的方法，該方法使得能夠跨系統地整體地監視和診斷流體能量機系統。通過整體地系統監視和診斷，關于流體能量機系統及其單個部件的當前設備狀態的認識水平和知識被顯著擴寬和改善。根據本發明，該任務通過具有根據獨立權利要求I的特征的用于流體能量機系統的監視和診斷系統、通過具有根據權利要求8的特征的具有監視和診斷系統的流體能量機系統以及通過具有根據權利要求11的特征的用于監視和診斷流體能量機系統的方法來解決。本發明的另外的特征和細節由從屬權利要求、說明書和附圖得出。在此，在根據本發明的監視和診斷系統的情形中描述的特征和細節當然也適用于根據本發明的流體能量機系統和根據本發明的用于監視和診斷流體能量機系統的方法的情形，并且分別反之亦然，使得關于公開內容始終可以相互參考各個發明方面。
根據本發明的第一方面，該任務通過一種用于流體能量機系統的監視和診斷系統來解決，其中所述流體能量機系統具有多個不同的子系統和設備部件。根據本發明，所述監視和診斷系統的特征在于，其具有中央計算單元，每個子系統和每個設備部件都通過標準化的雙向接口以及通過一個或多個數據線路與中央計算單元連接以用于數據通信，每個子系統和每個設備部件都具有至少一個用于確定相應子系統和相應設備部件的狀態數據的傳感器元件，設置有至少一個用于控制傳感器元件的控制裝置，設置有存儲裝置，所述存儲裝置用于存儲所確定的相應子系統和相應設備部件的狀態數據以及存儲用于運行流體能量機系統的比較數據，設置有比較器單元，所述比較器單元用于將相應子系統和相應設備部件的所確定的狀態數據與針對每個子系統和每個設備部件的所定義的閾值相比較，以及設置有顯示裝置，所述顯示裝置用于顯示相應子系統和相應設備部件的所確定的狀態數據以及在子系統或設備部件中低于或超過閾值的情況下顯示警報。這樣的用于流體能量機系統、如電驅動的泵或壓縮機系統的監視和診斷系統使得能夠進行整體的系統監視以及提供例如整個系統的狀態和效率的分類。監視和診斷系統使得能夠對流體能量機系統進行當前、歷史或未來預測的整體的定量診斷和/或分析。包括全部的監視和診斷系統例如可以通過系統功率和系統效率的當前特征數計算和顯示來提高系統/設備滿載、以及由此提高資本利用。另外，可以通過流體能量機系統的整體的系統診斷來提高系統可用性。由此可以實現未計劃的停滯成本的最小化、所計劃的停滯成本的降低和替換零件成本的降低。監視和診斷系統例如支持、推進和促進了流體能量機系統的運行的基于狀態的保養。另外，監視和診斷提供通過連續及時地識別過程和設備部件中的薄弱點來實現提高的系統安全性和對環境保護和工作保護的提高的貢獻。此外，通過根據本發明的監視和診斷系統，實現了針對基于狀態的保養和遠程維護(包括分析較大數據量和運行的知識生成)的低成本解決方案。監視和診斷系統支持尤其是流體能量機系統的關鍵子系統和設備部件的監視和基于狀態的分類。所述流體能量機系統具有多個不同的子系統和設備部件。因此，流體能量機系統例如可以作為設備部件具有一個或多個工作機，如泵或壓縮機、傳動裝置、離合器、框架元件；機械和/或電轉速調節裝置；管道和接線；以及用于主驅動裝置的電發動機以及其他系統部件；電子技術設備，如開關設備、變壓器、諧波濾波器、無功功率補償器、儀表；以及輔助系統，如潤滑油系統、阻塞氣體系統、儀表空氣系統、清除空氣系統、冷卻系統等等。也就是說，集成到所述流體能量機系統中的監視和診斷系統集成和補充了現有子系統，如自動化系統、尤其是設備部件、輔助設備部件、變頻器、開關設備、發動機控制單元、以及例如用于旋轉機器的狀態監視系統、保養、運行管理和企業管理軟件系統。所述監視和診斷系統在基于狀態和前瞻性的運行管理和保養策略方面實現了運行管理以及尤其是保養的中央支持。用于包括多個不同子系統和設備部件的流體能量機系統的監視和診斷系統具有中央計算單元。流體能量機系統的每個子系統和每個設備部件都通過標準化的雙向接口以及通過一個或多個數據線路或數據連接與中央計算單元連接以用于數據通信。流體能量機系統的每個子系統和每個設備部件都具有至少一個用于確定相應子系統和相應設備部件的狀態數據的傳感器元件。監視和診斷系統還具有用于控制多個傳感器元件的控制裝置，所述控制裝置與中央計算單元連接、尤其是中央計算單元的一部分。存儲裝置用于存儲相應子系統和相應設備部件的所確定的狀態數據以及存儲用于運行流體能量機系統的比較數據。在監視和診斷系統的比較器單元中可能的是，將相應子系統和相應設備部件的所確定的狀態數據與針對每個子系統和每個設備部件的所定義的閾值相比較、尤其是與用于運 行流體能量機系統的已知數據相比較。此外設置有顯示裝置，其用于顯示相應子系統和相應設備部件的所確定的狀態數據以及在子系統或設備部件中低于或超過閾值的情況下顯示警報。也就是說，監視和診斷系統實現了數據收集和存儲裝置、尤其是數據庫中的數據存儲以及對所采集的、尤其是加時間戳的數據和警報進行數據處理以用于例如基于時間順序、過程模型、特殊特征數或在監視和診斷系統中進行分析和診斷。另外，可以對所收集的數據進行歸檔以用于在監視和診斷系統中進行分析和診斷。通過將所確定的狀態數據與針對流體能量機系統的歷史運行方式相比較，可以實時地作出關于流體能量機系統的狀態的整體陳述。根據本發明的一個優選改進方案，可以在監視和診斷系統中規定中央計算單元具有電纜連接的或無電纜的接口以用于現場和/或遠程控制中央計算單元。因此，例如設備操作者或保養和維護人員可以通過輸入單元、例如鍵盤來執行中央計算單元或分配給中央計算單元的控制裝置的現場控制。可替代地或附加地，監視和診斷系統支持對中央計算單元的遠程控制的支持。因此優選地在監視和診斷設備中設置因特網協議、接口和/或總線系統以用于相應子系統以及相應設備部件和中央計算單元之間的數據通信。例如可以設置相應的接口和協議(如TCP/IP網絡協議)、以及Profi總線、現場總線、CAN總線、Mod總線系統以及直接模擬電纜連接。通過提供用于集成子系統和設備部件的所需接口和協議，不需要用于監視和診斷流體能量機系統的專有高成本匹配。中央計算單元可以是流體能量機系統的直接部分，但是其也可以被布置為與流體能量機系統間隔開。監視和診斷系統的控制裝置優選地為了控制傳感器元件與中央計算單元直接連接。根據本發明的一個特別優選的改進方案，可以在監視和診斷系統中規定比較器單元具有分析裝置，其用于相對于流體能量機系統的其他子系統或設備部件觀察至少一個子系統或至少一個設備部件的所確定的狀態數據。分析裝置使得能夠執行流體能量機系統的診斷。尤其是可以借助于對子系統和部件組件的分析和相關來執行診斷以用于以協調的、跨系統的基礎推薦或通知例如時間軸、運行模式和設備運行方式。這使得能夠對流體能量機系統、尤其是泵和壓縮機系統進行整體的狀態監視和基于狀態的分類。比較器單元和分析裝置使得能夠計算當前的依賴于狀態的特征數并且支持流體能量機系統的基于狀態的前瞻性的保養。分析裝置使得能夠例如在考慮到歷史運行和故障情形的情況下借助于模型支持的評估來分析流體能量機系統、尤其是子系統和設備部件。將診斷模型用于狀態監視實現了設備知識的編碼以及連續匹配的設備應用。監視和診斷系統例如可以通過整體的跨度性的分析和分類以及例如對電流網擾動、冷卻劑水平和過濾器污染、流水線堵塞等等的監視來執行，以便基本上前瞻性地避免重大的設備故障。通過連續整體的系統監視和分類，關于當前設備狀態和設備部件的知識被顯著擴展。例如，運行模式和周期對照設備部件和系統的可用性和可靠性的比較和相關實現了連續地更新平均無故障運行時間和故障標準的定量的可能性。另外，優選如下的監視和診斷系統其中顯示裝置被構造為聲學和/或光學顯示警報。
另外優選如下的監視和診斷系統其中計算單元被構造為制定電子電報。也就是說，在超過或低于所定義的閾值的情況下，監視和診斷系統可以觸發提醒或警報并且生成電子電報以例如通知設備操作者和保養人員、維護人員或者耦合輸入運行和企業管理系統。根據本發明的第二方面，該任務通過具有根據本發明的第一方面構造的監視和診斷系統的流體能量機系統來解決，其中所述流體能量機系統具有多個不同的子系統和設備部件，并且每個子系統和每個設備部件分別具有至少一個用于確定相應子系統和相應設備部件的狀態數據的傳感器元件。這樣構造的流體能量機系統使得能夠整體地監視流體能量機系統。子系統或設備部件的狀態數據可以用于監視整個系統。流體能量機系統優選地包括流體能量機(如壓縮器、泵或壓縮機)、以及聯軸器、具有發動機控制單元的電發動機、變頻器和/或例如具有開關設備和變壓器的變壓站。另外，可以設置傳動裝置、離合器、框架；機械和/或電轉速調節裝置；管道和接線；以及電子技術設備，如開關設備、變壓器、諧波濾波器、無功功率補償器；以及自動化系統。此外，優選如下的流體能量機系統其作為子系統具有潤滑油系統、清除空氣系統、阻塞氣體系統、儀表空氣系統和/或至少一個冷卻系統。根據本發明的第三方面，該任務通過借助于根據本發明的第一方面構造的監視和診斷系統來監視和診斷流體能量機系統的方法來解決，其中所述流體能量機系統具有多個不同的子系統和設備部件。用于監視和診斷流體能量機系統的方法的特征尤其是在于，中央計算單元通過標準化的雙向接口并且通過一個或多個數據線路或數據連接與每個子系統和每個設備部件通信，其中相應子系統以及相應設備部件的至少一個傳感器元件由與中央計算單元連接的至少一個控制裝置來控制，以用于確定相應子系統和相應設備部件的狀態數據；相應子系統和相應設備部件的由相應傳感器元件確定的狀態數據以及用于運行流體能量機系統的比較數據被存儲在存儲裝置中；比較器單元將相應子系統以及相應設備部件的所確定的狀態數據與相應子系統以及相應設備部件的所定義的閾值相比較；以及顯示裝置顯示相應子系統以及相應設備部件的所確定的狀態數據并且在子系統或設備部件中低于或超過閾值的情況下顯示警報。用于流體能量機系統、尤其是電驅動的泵或壓縮機系統的尤其是連續的遠程和/或現場監視和診斷系統收集、記錄和歸檔關于子系統和設備部件的數據和信息、例如警報，以便借助于連續的系統監視和整個系統的狀態和效率的基于狀態的分類來尤其是以模型支持的方式進行分析、制定趨勢曲線和修正/互相關以及提供關于流體能量機系統、尤其是泵或壓縮機系統的當前狀態的客觀特征數。由此實現整個系統的定量的診斷和/或分析。通常，具有已經安裝的儀表裝置、尤其是傳感器元件的監視和診斷系統就已經足夠了。用于診斷的附加傳感器元件在需要時可以隨時被集成到監視和診斷系統中。流體能量機系統的統一的監視和診斷系統尤其是使得能夠通過系統功率和系統效率的當前的特征數計算和顯示來提高系統/設備滿載并由此提高資本利用。監視和診斷系統通過連續的整個系 統診斷來提高系統/設備可用性。例如，可以通過監視和診斷系統來支持、推進和促進運行的基于狀態的保養。尤其是可以通過監視和診斷系統或用于監視和診斷流體能量機系統的方法來實現未計劃的停止成本的最小化、所計劃的停止成本的降低和替換零件成本的降低。另外，可以通過及早識別過程和設備部件中的薄弱點來連續地保證該系統/設備安全性以及改善的環境保護。此外，通過監視和診斷系統，實現了針對基于狀態的保養和遠程維護(包括分析較大數據量和運行的知識生成)的低成本解決方案。全面的監視和診斷系統實現了對機械、電、自動化技術的設備部件和子系統的過程和運行條件的整體的監視。例如，可以通過監視和診斷系統來診斷發動機/驅動系統中電感應的擺矩、電變頻器缺陷(如單元故障)、或者供電網和相關工作機中的諧波失真是否或以何種程度表現出。監視和診斷系統支持尤其是流體能量機系統、優選泵或壓縮機系統的關鍵設備部件的監視和基于狀態的分類。監視和診斷系統有利地基于分析模型以及經驗模型、試探法、過程和系統數據的趨勢曲線、過程和系統警報、以及x、y和6西格瑪圖。監視和診斷系統可以尤其是通過整個系統為設備操作員、保養和維護人員提供電子電報形式的提醒和警報。保養程序優選地集成到監視和診斷系統中。因此，例如可以在運行和保養狀態方面對設備部件自動地進行分類。檢查日期可以連續自動地被匹配并且例如針對電、自動化技術、機械的設備部件、儀表裝置和執行機構以及輔助設備被更新。這是所謂的預防性保養。另外，可以在探測到可預見的設備部件的短期/長期故障以及由此可預見的與所計劃的檢查計劃的偏差時生成顯式指示。診斷系統支持現場診斷和/或遠程診斷。全面的整體的監視和診斷系統實現了諸如下列部件的集成關鍵設備部件，如變頻器、電發動機、驅動機、機械驅動裝置、變壓器和開關設備等等；輔助設備，如潤滑油系統、清除空氣系統、冷卻系統等等；以及自動化系統，如設備自動化、站自動化。整體的監視和診斷系統使得能夠通過保養和維護系統、如運行管理系統、企業管理系統、遠程維護系統同時保養和維護設備和設備部件。通過集成所有子系統和設備部件以用于診斷和分析整個泵和壓縮機系統，例如可以針對前瞻性的保養策略執行相關/互相關、基于狀態的基于模型的分類等等。泵和壓縮機系統的狀態監視現在利用全部過程數據，如溫度、量和質量、輔助設備測量以及電和自動化技術部件來進行。變頻器的自動化監視諧波失真并且現在將其與該系統的狀態監視的信息或過程和輔助設備的其他當前或歷史過程數據相比較。因此，電發動機中的電感應的擺矩對系統振動或者其他相關設備部件條件的影響現在以自動化和系統方式被分析和分類。這尤其是通過尤其是關鍵的泵和壓縮機設備部件的狀態和效率進行全面的分析和當前/短期/長期的評估來實現整體的監視和診斷系統。整體的監視和診斷系統使得能夠收集、記錄、以及在中央存儲裝置或檔案中歸檔所有子系統和設備部件的全部數據和信息以及分析和歸類以用于診斷。對在此描述的監視和診斷系統的訪問可以本地以及從外部、即通過遠程診斷進行。用于流體能量機系統、如電驅動的泵或壓縮機系統的連續的遠程和/或現場監視和診斷系統利用用于旋轉機器的狀態監視系統、保養、運行管理和企業管理軟件系統等等集成和補充了現有子系統，如自動化系統，如站、設備、設備部件、輔助設備、變頻器、開關設備、發動機控制單元等等。根據本發明的監視和診斷系統在基于狀態和前瞻性的運行管理和保養策略方面實現了運行管理以及尤其是保養的實時支持。用于流體能量機系統的監視和診斷系統尤其是包括標準化的雙向接口以用于與子系統和設備部件通信，例如用于數據和警報傳輸。相應的接口和協議、尤其是TCP/IP協議、Profi總線、現場總線、Mod總線、直接模擬電纜連接等等，由監視和診斷系統來提供。數據收集和數據存儲在中央計算單元的存儲裝置中或數據庫中進行。這要么在線地并實時地、要么用相匹配的采樣率以基于事件的方式在監視和診斷系統中進行。為了分析和診斷 對所收集的加時間戳的數據和警報的數據處理基于時間順序、過程模型、特殊特征數等等在監視和診斷系統中進行。另外，在監視和診斷系統的中央計算單元的存儲裝置中進行所收集的時間順序的歸檔以用于分析和診斷。另外，監視和診斷系統還以與歷史運行方式相比較的方式對所歸檔的時間順序和警報進行應用支持的分析以用于診斷。通過傳感器元件可以對尤其是關于設備狀態和效率的當前特征數進行直接訪問。監視和診斷系統還被構造為借助于監視和診斷系統為本地和/或遠程維護和服務人員以及為電子運行管理系統自動化地制定電子電報。根據本發明的監視和診斷系統允許本地以及遠程訪問。例如，跨子系統的監視和診斷系統實現以機械系統、變頻器、供電網等為來源的狀態數據的實時和時間一致的分析和歸檔。該分析和診斷要么本地地、要么通過遠程維護進行。除純粹的接口配置以外對狀態監視系統的完全集成以及所決定的應用到監視和診斷系統中的集成在需要時是可能的。用于流體能量機系統、如電驅動的泵或壓縮機系統的連續的遠程或現場監視和診斷系統實現了有關設備和設備部件的跨系統的整體的診斷。用于流體能量機系統、尤其是電驅動的泵或壓縮機系統的監視和診斷系統的重要特征和優點為
a)提供為了集成包括輔助系統在內的前述子系統所需的接口和協議。因此不需要專有的高成本的匹配。b)從子系統的自動化系統或直接從子系統收集和一致地記錄相關數據、信息和警報。由此提供了用于確定原因和效果的時間一致性并且還在損害情況以前提供信息的分類。總體上由此顯著降低了分析/診斷時間和成本。c)獨立于子系統的可能性和限制將相關數據和警報歸檔。由此首先提供了與設備歷史相比較的可能性。這是尤其是為了開發基于模型的診斷應用所必需的。d)診斷以用于與運行和企業管理系統一起借助于對子系統和輔助設備數據和警報的分析和互相關以協調的跨系統的基礎來推薦和通知時間軸、運行模式和設備運行方式。這實現了對流體能量機系統或泵或壓縮機系統以及各個設備部件的整體的狀態監視和基于狀態的分類。當前依賴于狀態的特征數被計算并且基于狀態的前瞻性的保養被支持。e)在考慮到歷史運行和故障場景的情況下借助于模型支持的評估來分析設備狀態和設備部件。將診斷模型用于狀態監視使得能夠編碼設備知識和連續匹配的應用。f)監視和診斷系統為設備和設備部件的所有相關子系統構成用于本地和/或遠程維護和保養的中央起始點。尤其是也在診斷系統的壽命周期方面，診斷可以以時間和成本最小化的方式來執行。g)對泵和壓縮機系統的包括輔助設備在內的關鍵的機械、電、儀表化技術、自動化技術部件進行集成的整體分析和診斷。如現有技術中公知的那樣僅僅對泵和壓縮機系統進行基于狀態的監視盡管可以及時地預見發展中的貯存損害，但是自然地局限于該系統并且不能考慮到過程本身中、供電網或輔助設備中的異常狀態。在此，根據本發明的監視和診斷系統通過對網絡擾動、冷卻劑水平、過濾器污染、輸油管堵塞等等進行整體的跨度性的分析和分類以及監視來著手以便前瞻性地避免很大程度上重大的設備故障。 通過連續整體的系統監視和分類來顯著擴展關于流體能量機系統、包括子系統和設備部件的知識。例如，運行模式和周期對照設備部件和系統的可用性和可靠性的比較和相關實現了連續地更新平均無故障運行時間和故障標準的定量的可能性。流體能量機系統、尤其是泵系統尤其是包括工作機、如泵；至少一個聯軸器；至少一個電發動機；至少一個變頻器；以及至少一個變壓站。此外，可以集成輔助設備、如潤滑油系統、清除空氣系統、例如用于變頻器的冷卻系統。工作機借助于監視和診斷系統的控制單元、尤其是設備控制單元被控制和調節。此外，存在用于設備部件、如發動機、變頻器、開關設備和其他輔助設備的分立調節單元。這些子系統為監視和診斷系統提供相關的數據和信息。作為另外的數據和信息源，還可以有電子設備操作員日志手冊和運行和企業管理系統可例如用于保養。下面的非限制性的測量值、數據、警報、接口被引導到根據本發明的監視和診斷系統
a)從變壓站電壓和電流(初級/次級側)和/或相位角。還有開關設備、無功功率補償器、變壓器和/或諧波濾波器的警報、故障、狀態報告。b)從變頻器變頻器系統的電壓和電壓諧波、電流和電流諧波、電流和電壓的有效值、相位角、視在功率、無功功率、有效功率、轉矩、轉速(實際值和額定值)、變頻器效率、和/或警報、故障、狀態報告。c)從發動機控制單元發動機的電壓、電流、相位角、視在功率、無功功率、有效功率、轉矩、發動機效率、繞組溫度、警報、故障、狀態報告。d)從旋轉機器的狀態監視貯存溫度、殼體溫度、徑向或軸向振動的振動數據、和/或警報、故障、狀態報告。e)從輔助設備冷卻劑溫度、冷卻劑壓力或水平、環境空氣溫度、過濾器的壓力差、潤滑油壓力、助劑流量、和/或警報、故障、狀態報告。f)從設備控制單元流量、過程溫度、過程壓力、過程質量和/或警報、故障、狀態手艮告。g)從設備操作員日志手冊設備部件、設備裝置和設備機器的運行模式、設備操作員觀察和條目、異常操作和設備條件、保養系統、維護間隔、維護規定、維護手冊、維護人員和替換零件計劃、數據手冊、和/或技術圖和手冊。h)數據接口，其中子系統之間的數據傳輸可以同步地以及異步地進行。數據傳輸可以通過下列各項進行電纜(4 - 20mA)、以太網；Pix)fi總線；現場總線和/或Mod總線。數據傳輸也可以無電纜地進行。根據本發明的監視和診斷系統優選地通過遠程維護平臺提供遠程維護功能。所描述的監視和診斷系統收集和記錄來自分立子系統和設備部件的相關數據和警報。在需要時，也可以將附加的傳感器以及另外的子系統集成到監視和診斷系統中。所描述的監視和診斷系統利用警報和提醒閾值分析、相關、比較、生成尤其是跨子系統的圖以及診斷指標。在超過或低于可定義的閾值的情況下，監視和診斷系統觸發自己的提醒和警報，并且制定電子電報例如以用于通知設備操作員、保養人員或維護人員或者耦合輸入運行和企業管理系統。 此外，所描述的診斷系統使得能夠基于經驗表對設備狀態進行分類。如果例如泵的效率低于下閾值，則可以從這樣的經驗表中導出可能的過程技術、機械、電或自動化技術的原因，并且觸發和計劃相應的保養活動。


下面根據附圖進一步闡述本發明及其改進方案以及其優點。附圖分別示意性示出
圖I具有根據本發明的構造原理構造的現場和/或遠程監視和診斷系統的流體能量機系統；
圖2用于流體能量機系統的監視和診斷系統，其中監視和診斷系統是根據本發明的構造原理構造的；
圖3以電泵系統為例的監視和診斷系統的體系結構 圖4具有提醒和警報閾值的示例性特征數的時間變化曲線；
圖5用于對故障原因分類的示例性分配表。在圖I至圖5中給具有相同功能和作用方式的元素配備相同的附圖標記。
具體實施例方式圖I示意性地示出具有根據本發明的構造原理構造的現場和/或遠程監視和診斷系統I的流體能量機系統30。用于流體能量機系統30、如電驅動的泵或壓縮機系統的遠程和/或現場監視和診斷系統I利用用于旋轉的機器的狀態監視系統17、保養系統25、運行管理系統、企業管理軟件系統21等等集成和補充了現有子系統，如自動化系統18、輔助設備16、站和設備19以及設備部件，如變頻器14、開關設備或變壓站13、發動機控制單元15等等。根據本發明的監視和診斷系統I在基于狀態和前瞻性的運行管理和保養策略方面實現了運行管理以及尤其是保養的實時支持。流體能量機系統30的監視和診斷系統I尤其是包括標準化的雙向接口 3以用于與子系統16、17、18、19、20、21、22、25、26和設備部件13、14、15、23、24通信，例如以用于數據和警報傳輸。相應的接口和協議，尤其是TCP/IP協議、Profi總線、現場總線、Mod總線、直接模擬電纜連接等等，由監視和診斷系統I來提供。數據收集和數據存儲在中央計算單元2的存儲裝置5中或數據庫中進行。這要么在線地并實時地進行、要么用匹配的采樣率以基于事件的方式在監視和診斷系統I中進行。為了分析和診斷對所收集的加時間戳的數據和警報進行的數據處理基于時間順序、過程模型、特殊特征數等等在監視和診斷系統I中進行。另外，在監視和診斷系統I的中央計算單元2的存儲裝置5中進行所收集的時間順序的歸檔以用于分析和診斷。另外，監視和診斷系統I還以與歷史運行方式相比較地對所歸檔的時間順序和警報進行應用支持的分析以用于診斷。通過傳感器元件可以對尤其是關于設備狀態和效率的當前特征數進行直接訪問。監視和診斷系統I還被構造為借助于監視和診斷系統I為本地和/或遠程維護和服務人員以及為電子運行管理系統21自動化地制定電子電報。根據本發明的監視和診斷系統I允許本地以及遠程訪問。例如，跨子系統的監視和診斷系統I實現以機械系統23、變頻器13、供電網26等等為來源的狀態數據的實時和時 間一致的分析和歸檔。該分析和診斷要么本地地、要么通過遠程維護進行。除純粹的接口配置以外對狀態監視系統17的完全集成、以及所決定的應用到監視和診斷系統I中的集成在需要時是可能的。在圖2中示意性地示出了用于流體能量機系統30的監視和診斷系統，其中監視和診斷系統I是根據本發明的構造原理構造的。監視和診斷系統I具有中央計算單元2。另外設置有用于控制傳感器元件的控制裝置5。此外設置有存儲裝置6，其用于存儲由傳感器元件所確定的相應子系統16、17、18、19、20、21、22、25、26和相應設備部件13、14、15、23、24的狀態數據、以及存儲用于運行流體能量機系統30的比較數據。同樣設置有比較器單元7，其用于將相應子系統和相應設備部件的所確定的狀態數據與針對每個子系統和每個設備部件所定義的閾值相比較。另外，監視和診斷系統I具有顯示裝置8，其用于顯示相應子系統和相應設備部件的所確定的狀態數據以及在子系統或設備部件中低于或超過閾值的情況下顯示警報。在圖3中以電泵系統30為例示意性示出了監視和診斷系統I的體系結構圖。流體能量機系統30尤其是包括如泵或壓縮機的工作機23、至少一個聯軸器(必要時與恒定或可變傳動比的傳動裝置27 —起)、至少一個電發動機15、至少一個變頻器14以及至少一個變壓站13。此外，可以設置輔助設備，如潤滑油系統、清除空氣系統、例如用于變頻器13的冷卻系統。工作機23借助于監視和診斷系統I的控制單元5、尤其是設備控制單元被控制
和調節。此外，存在用于設備部件-如發動機15、變頻器14、開關設備或變壓站13-和
其他輔助設備的分立調節單元。這些子系統和設備部件為監視和診斷系統I提供相關的數據和信息。作為另外的數據和信息源，還可以有電子設備操作員日志手冊20和運行和企業管理系統21、25可例如用于保養。下面的非限制性的測量值、數據、警報、接口被引導到根據本發明的監視和診斷系統I :
a)從變壓站13 :電壓和電流(初級/次級側)和/或相位角。還有開關設備、無功功率補償器、變壓器和/或諧波濾波器的警報、故障、狀態報告。b)從變頻器14 :變頻器系統的電壓和電壓諧波、電流和電流諧波、電流和電壓的有效值、相位角、視在功率、無功功率、有效功率、轉矩、轉速(實際值和額定值)、變頻器效率和/或警報、故障、狀態報告。c)從發動機15以及所屬的電動機控制單元發動機的電壓、電流、相位角、視在功率、無功功率、有效功率、轉矩、發動機效率、繞組溫度、警報、故障、狀態報告。d)從旋轉機器22的狀態監視17 :貯存溫度、殼體溫度、徑向或軸向振動的振動數據和/或警報、故障、狀態報告。e)從未示出的輔助設備冷卻劑溫度、冷卻劑壓力或水平、環境空氣溫度、過濾器的壓力差、潤滑油壓力和/或警報、故障、狀態報告。f)從泵23的設備控制單元流量、過程溫度、過程壓力、過程質量和/或警報、故障、狀態報告。g)從設備操作員日志手冊20 :設備部件、設備裝置和設備機的運行模式、設備操 作員觀察和條目、異常運行和設備條件、保養系統、維護間隔、維護規定、維護手冊、維護人員和替換零件計劃、數據手冊、和/或技術圖和手冊。圖4示意性示出了具有提醒和警報閾值的示例性特征數KDI的時間變化曲線。在超過或低于可定義的閾值的情況下，監視和診斷系統I觸發自己的提醒和警報，并且制定電子電報例如以用于通知設備操作員、保養人員或維護人員或者耦合輸入運行和企業管理系統。此外，所描述的監視和診斷系統I使得能夠基于如圖5所示的經驗表對流體能量機系統30的設備狀態進行分類。如果例如泵23的效率低于下閾值，則可以從這樣的經驗表中導出可能的過程技術的、機械的、電的或自動化技術的原因，并且觸發和計劃相應的保
養活動。
權利要求
1.一種用于流體能量機系統(30)的監視和診斷系統(1)，其中所述流體能量機系統(30)具有多個不同的子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和設備部件(13，14，15，23，24)，其特征在于， 一監視和診斷系統(I)具有中央計算單元(2); —每個子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和每個設備部件(13，14，15，23，24)都通過標準化的雙向接口(23)以及通過一個或多個數據線路(4)與中央計算單元(2)連接以用于數據通信； —每個子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和每個設備部件(13，14，15，23，24)都具有至少一個用于確定相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和相應設備部件(13，14，15，23，24)的狀態數據的傳感器元件； -設置有至少一個用于控制所述傳感器元件的控制裝置(5 ); 一設置有存儲裝置(6)，其用于存儲相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和相應設備部件(13，14，15，23，24)的所確定的狀態數據、以及存儲用于運行流體能量機系統(30)的比較數據； 一設置有比較器單元(7)，其用于將相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和相應設備部件(13，14，15，23，24)的所確定的狀態數據與針對每個子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和每個設備部件(13，14，15，23，24)的所定義的閾值相比較；以及 一設置有顯示裝置(8)，其用于顯示相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和相應設備部件(13，14，15，23，24)的所確定的狀態數據以及在子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)或設備部件(13，14，15，23，24)中低于或超過閾值的情況下顯示警報。
2.根據權利要求I所述的監視和診斷系統(1)，其特征在于，中央計算單元(2)具有用于中央計算單元(2)的現場和/或遠程控制的有電纜連接的或無電纜的接口。
3.根據前述權利要求I或2至少之一所述的監視和診斷系統(I)，其特征在于，為了相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)以及相應設備部件(13，14，15，23，24)和中央計算單元(2)之間的數據通信設置因特網協議、網關和/或總線系統。
4.根據前述權利要求I至3至少之一所述的監視和診斷系統(I)，其特征在于，所述至少一個控制裝置(5)為了控制所述傳感器元件與中央計算單元(2)連接。
5.根據前述權利要求I至4至少之一所述的監視和診斷系統(I)，其特征在于，比較器單元(7)具有分析裝置(9)，所述分析裝置(9)用于相對于流體能量機系統(30)的其他子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)或設備部件(13，14，15，23，24)觀察至少一個子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)或至少一個設備部件(13，14，15，23，24)的所確定的狀態數據。
6.根據前述權利要求I至5至少之一所述的監視和診斷系統(I)，其特征在于，顯示裝置(8)被構造為聲學和/或光學地顯示警報。
7.根據前述權利要求I至6至少之一所述的監視和診斷系統(I)，其特征在于，中央計算單元(2)被構造為制定電子電報。
8.一種具有根據前述權利要求I至7至少之一構造的監視和診斷系統(I)的流體能量機系統(30)，其中所述流體能量機系統(30)具有多個不同的子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和設備部件(13，14，15，23，24)，其中每個子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和每個設備部件(13，14，15，23，24)分別具有至少一個用于確定相應子系統(16，17，.18，19，20，21，22，25，26)和相應設備部件(13，14，15，23，24)的狀態數據的傳感器元件。
9.根據權利要求8所述的流體能量機系統(30)，其特征在于，流體能量機系統(30)包括流體能量機(32)以及聯軸器(27)、具有發動機控制單元的電發動機(15)、變頻器(14)和/或變壓站(13)。
10.根據權利要求9所述的流體能量機系統(30)，其特征在于，流體能量機系統(30)具有潤滑油系統、清除空氣系統、和/或至少一個冷卻系統。
11.一種用于借助于根據前述權利要求I至7至少之一構造的監視和診斷系統(I)來監視和診斷流體能量機系統(30)的方法，其中流體能量機系統(30)具有多個不同的子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和設備部件(13，14，15，23，24)。
12.根據權利要求11所述的用于監視和診斷流體能量機系統(30)的方法，其特征在于，中央計算單元(2)通過標準化的雙向接口(3)以及通過一個或多個數據線路(4)與每個子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和每個設備部件(13，14，15，23，24)通信，其中相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)以及相應設備部件(13，14，15，23，24)的至少一個傳感器元件由與中央計算單元(2)連接的至少一個控制裝置(5)來控制，以用于確定相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和相應設備部件(13，14，15，23，24)的狀態數據，相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和相應設備部件(13，14，15，23，24)的由相應傳感器元件確定的狀態數據以及用于運行流體能量機系統(30)的比較數據被存儲在存儲裝置(6)中，比較器單元(7)將相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)以及相應設備部件(13，14，15，23，24)的所確定的狀態數據與每個子系統(16，17，18，19，20，21，22，.25，26)和每個設備部件(13，14，15，23，24)的所定義的閾值相比較，以及顯示裝置(8)顯示相應子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和相應設備部件(13，14，15，23，24)的所確定的狀態數據并且在子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)或設備部件(13，14，15，23，24)中低于或超過閾值的情況下顯示警報。
全文摘要
本發明涉及一種用于流體能量機系統(30)的監視和診斷系統(1)，其中所述流體能量機系統(30)具有多個不同的子系統(16，17，18，19，20，21，22，25，26)和設備部件(13，14，15，23，24)。另外，本發明涉及一種具有監視和診斷系統(1)的流體能量機系統(30)以及一種用于監視和診斷流體能量機系統(30)的方法。
文檔編號G05B23/02GK102971680SQ201180034054
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月15日 優先權日2010年7月9日
發明者G.克勒普納 申請人:西門子公司