(57)【要約】      （修正有）【課題】機械をモニタするためのシステム及び方法が提供される。【解決手段】システム（２００）は、第１のプロセッサ（２０４ａ）を有する第１のセンサ（２０２ａ）と、第２のプロセッサ（２０４ｂ）を有する第２のセンサ（２０２ｂ）と、を含むことができる。システム（２００）は更に、第１のセンサ及び第２のセンサと通信し、第１のプロセッサ及び第２のプロセッサの各々の間でセンサデータを通信するよう動作可能な通信トランク（２０６）を含むことができる。第１のセンサ及び第２のセンサが、少なくとも１つの機械状態と関連付けられたセンサデータを生成するように動作可能である。更に、第１のプロセッサ又は第２のプロセッサの少なくとも１つが、第１のセンサ及び第２のセンサの各々によって生成されるセンサデータを分析して、センサデータに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの機械障害を判定するように動作可能である。【選択図】図２
2010101883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械（１０２）をモニタするためのシステム（２００）であって、
第１のプロセッサ（２０４ａ）を含む第１のセンサ（２０２ａ）と、
第２のプロセッサ（２０４ｂ）を含む第２のセンサ（２０２ｂ）と、
前記第１のセンサ（２０２ａ）及び前記第２のセンサ（２０２ｂ）と通信し、前記第１のプロセッサ（２０４ａ）及び前記第２のプロセッサ（２０４ｂ）の各々の間でセンサデータを通信するよう動作可能な少なくとも１つの通信トランク（２０６）と、
を備え、
前記第１のセンサ（２０２ａ）及び前記第２のセンサ（２０２ｂ）が、少なくとも１つの機械状態と関連付けられたセンサデータを生成するように動作可能であり、
前記第１のプロセッサ（２０４ａ）又は前記第２のプロセッサ（２０４ｂ）の少なくとも１つが、
前記第１のセンサ（２０２ａ）及び前記第２のセンサ（２０２ｂ）の各々によって生成されるセンサデータを分析し、
前記センサデータに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの機械障害を判定する、
ように動作可能である、
システム（２００）。
【請求項２】
前記第１のプロセッサ（２０４ａ）又は前記第２のプロセッサ（２０４ｂ）の少なくとも１つが、前記第１のセンサ（２０２ａ）及び前記第２のセンサ（２０２ｂ）の各々によって生成されるセンサデータの特性を生成するよう更に動作可能である、
請求項１に記載のシステム（２００）。
【請求項３】
前記特性が、機械軌道形状、機械全スペクトラム、機械フィルタスペクトラム、又はロータ位置の少なくとも１つを含む、
請求項２に記載のシステム（２００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの機械障害が、機械アンバランス、機械の位置不良、機械軸受の故障、機械軸受の不安定性、機械スラスト軸受故障、機械摩擦、シャフトアンバランス、シャフト亀裂、機械取り付け異常、又は流体誘起の不安定性の少なくとも１つを含む、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム（２００）。
【請求項５】
前記機械（１０２）が回転機械を含み、前記第１のセンサ（２０２ａ）及び前記第２のセンサ（２０２ｂ）が、互いに対して別個の平面に位置付けられた振動センサのペアを含む、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム（２００）。
【請求項６】
前記第１のセンサ（２０２ａ）及び前記第２のセンサ（２０２ｂ）が各々、スマートデジタルセンサを含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム（２００）。
【請求項７】
前記第１のセンサ（２０２ａ）又は前記第２のセンサ（２０２ｂ）の少なくとも１つが、振動センサ、温度センサ、圧力センサ、位置センサ、加速度センサ、流量センサ、レベルセンサ、密度センサ、又は材料組成センサを含む、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム（２００）。
【請求項８】
前記第１のプロセッサ（２０４ａ）又は前記第２のプロセッサ（２０４ｂ）の少なくとも１つが、前記第１のセンサ（２０２ａ）及び前記第２のセンサ（２０２ｂ）の各々によって生成されるセンサデータに関する周波数ドメイン分析、時間ドメイン分析、又はフィルタ周波数分析の少なくとも１つを実施するよう更に動作可能である、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム（２００）。
【請求項９】
前記第１のプロセッサ（２０４ａ）又は前記第２のプロセッサ（２０４ｂ）の少なくとも１つが、前記少なくとも１つの機械障害をホストシステム（２０８）又はホストコントローラの少なくとも１つに伝達するよう更に動作可能である、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム（２００）。
【請求項１０】
前記ホストシステム（２０８）又はホストコントローラが、前記少なくとも１つの機械障害に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの制御動作を可能にするよう動作可能である、
請求項９に記載のシステム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械モニタリングに関し、より具体的には、センサレベルの機械モニタリングシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油精製所、石油抽出プラットフォーム、発電所、及び同様の場所で使用されるような、高速の多軸軸受機械は、ロータ、シャフト、及び軸受などの回転要素を含むことができる。一般に、これらの回転要素は高速で回転し、機械に振動を生じさせる場合がある。振動の変動が許容範囲である規定の閾値が存在する。しかしながら、振動が閾値を超えて大きくなると、機械アンバランス、機械の位置不良、機械軸受の故障、機械軸受の不安定性、機械スラスト軸受故障、機械摩擦、シャフトアンバランス、シャフト亀裂、機械取り付け異常、又は流体誘起の不安定性といった、種々の障害の影響を受ける可能性が高い。これらの種々の障害は、機械に対する一時的又は恒久的な損傷を引き起こす可能性がある。従って、これらの障害の発生を防ぐために、振動などの機械に関連する種々の物理量を実時間又は準実時間でモニタして、障害の発生を識別し、及び／又は障害のタイプを判定することができる。機械を実時間又は準実時間でモニタして、障害の発生を判定し、及び／又はどの障害が機械で発生した可能性があるかを識別することが種々の技術で提案されている。
【０００３】
機械を実時間又は準実時間でモニタし、障害を識別及び／又は判定する従来の技術は、複数のセンサ、モニタリングラック、及びパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を含むシステムにより提供される。複数のセンサが機械の高速回転要素の近くに配置される。これらのセンサは、高速回転要素において生じる振動などの種々の物理量を感知する。これらのセンサは、こうした種々の物理量の測定値に基づいて感知データを生成し、この感知データをモニタリングラックに送り、該モニタリングラックが感知データを集約して調整する。モニタリングラックは更に、機械を損傷から保護するためのアラームを発生する。次いで、モニタリングラックは、集計したデータをＰＣに送り、ソフトウェアベースの分析を利用して機械の障害を判定するようにする。
【０００４】
しかしながら、上述の従来のシステムは、実時間又は準実時間でモニタするために多大なハードウェアを必要とする。更に、モニタリングラック、ＰＣ、及び分析ソフトウェアのインストール、較正、作動、及び維持には、高コストを伴うのが一般的である。よって、機械の障害を判定するハードウェア要件及び関連コストを最小にするのが望ましい。
【０００５】
その結果、最小のハードウェア要件で機械のモニタリング及び障害の判定を可能にする必要性がある。更に、センサレベルの機械モニタリングのシステム及び方法に対する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００９７７２５号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の１つの実施形態によれば、機械をモニタするためのシステムが開示される。本システムは、第１のプロセッサを有する第１のセンサと、第２のプロセッサを有する第２のセンサと、を含むことができる。本システムは更に、第１のセンサ及び第２のセンサと通信し、第１のプロセッサ及び第２のプロセッサの各々の間でセンサデータを通信するよう動作可能な通信トランクを含むことができる。第１のセンサ及び第２のセンサが、少なくとも１つの機械状態と関連付けられたセンサデータを生成するように動作可能である。更に、第１のプロセッサ又は第２のプロセッサの少なくとも１つが、第１のセンサ及び第２のセンサの各々によって生成されるセンサデータを分析して、該センサデータに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの機械障害を判定するように動作可能である。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、機械をモニタするための方法が開示される。本方法は、命令を有するプロセッサを各々が含む複数のセンサを提供する段階を含むことができる。本方法は更に、複数のセンサと通信し、複数のセンサの各々の間でセンサデータを通信するよう動作可能な少なくとも１つの通信トランクを提供する段階を含む。更に、本方法は、複数のセンサの各々によって少なくとも１つの機械状態を感知し、複数のセンサの各々によって少なくとも１つの機械状態と関連付けられるセンサデータを生成する段階を含むことができる。本方法は更に、複数のセンサの少なくとも１つのプロセッサ内の命令を実行し、複数のセンサの各々により生成されるセンサデータを分析して、少なくとも１つのセンサデータに少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの機械障害を判定する段階を含むことができる。
【０００９】
本発明の別の実施形態によれば、機械をモニタするシステムが開示される。本システムは、各々がプロセッサを備えた複数のセンサを含むことができる。本システムは更に、複数のプロセッサの各々間でセンサデータを通信するよう動作可能な、複数のセンサと通信した少なくとも１つの通信トランクを含むことができる。更に、複数のセンサの各々は、少なくとも１つの機械状態を検出するよう動作可能である。更に、本システムは、複数のセンサの少なくとも１つのセンサを含むことができ、該センサは、複数のセンサのうちの他の少なくとも１つから少なくとも１つの機械状態の検出に関連付けられた指標を受け取るよう動作可能である。更に、少なくとも１つのセンサのプロセッサは、受け取った指標の何れかを集約し、集約した指標に対して周波数ドメイン分析、時間ドメイン分析、又はフィルタ周波数分析のうちの少なくとも１つを実施して、集約された指標の少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの機械状態を特徴付けて、集約された指標に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つの機械障害を判定するよう動作可能である。
【００１０】
本発明の他の実施形態、態様、及び特徴は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の請求項から当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】機械をモニタするための従来技術の例示的なシステムの概略図。
【図２】本発明の１つの実施形態による、機械をモニタするための例示的なシステムの概略図。
【図３】本発明の１つの実施形態による、機械をモニタするための例示的な方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を一般論として説明してきたが、ここで添付図面について説明する。該図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【００１３】
添付図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態を以下でより詳細に説明するが、これらの図面は、本発明の全ての実施形態が描かれている訳ではない。実際に、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとみなすべきではなく、むしろこれらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。同じ参照符号は図面全体を通じて同じ要素を示す。機械をモニタリングし、その結果として機械に発生している障害を判定するための方法及びシステムが開示される。本発明の１つの実施形態によれば、複数のセンサは、機械の様々な回転要素の近くに配置される。各センサは、機械の回転要素に生じる振動を測定するためのプロセッサを含む。センサは更に、機械状態の少なくとも１つに対応するセンサデータを更に生成する。センサの一部又は全てから生成されたセンサデータは、センサの少なくとも１つに集約することができる。続いて、（センサデータが集約される）センサに関連付けられるプロセッサは、同様に取得した集約データを含むセンサデータを分析し、その結果として、機械に生じている障害を判定する。センサは更に、判定された障害を是正する目的で多数の機械に伝達することができる。
【００１４】
図１は、機械１０２をモニタするための従来技術のシステム１００の概略図である。図１の従来技術のシステム１００において、機械１０２は、多軸軸受機械トレインであり、ロータ、シャフト、及び軸受などの高速の回転要素を含むことができる。機械１０２は、電気又は非電気回転機械とすることができる。機械１０２は、例えば、石油精製所、石油抽出プラットフォーム、及び発電所における種々の応用に利用することができる。高速回転機械を備える場合、機械１０２は、限定ではないが、機械アンバランス、機械の位置不良、機械軸受の故障、機械軸受の不安定性、機械スラスト軸受故障、機械摩擦、シャフトアンバランス、シャフト亀裂、機械取り付け異常、流体誘起の不安定性、並びに、空隙逸脱、ロータバー短絡、ロータバー損失、軸方向フロート／磁気中心逸脱、又は位相異常などの特定の電気機械障害のような種々の障害を生じる傾向がある。こうした障害の１つ又はそれ以上は、閾値を上回る高速回転要素の振動の増大に起因して発生する可能性がある。閾値は、これを下回る範囲では機械１０２の振動が許容可能であり且つどのような障害も引き起こすことがない規定の振動レベルとすることができる。従って、機械１０２におけるこのような障害を測定するために、センサ１０４ａ〜ｈが高速回転要素の近くに配置される。センサ１０４ａ〜ｈは、振動などの物理量を測定し、測定値を種々のタイプの分析に用いることができる電気信号に変換するデバイスである。センサ１０４ａ〜ｈのような幾つかのセンサは、種々の物理量を測定するのに使用することができる。使用可能な様々なタイプのセンサは、例えば、振動センサ、温度センサ、圧力センサ、位置センサ、加速度センサ、流量センサ、レベルセンサ、密度センサ、材料組成センサ、又は電気出力特性付けセンサである。電気出力特性付けセンサは、モータ又は発電機の相電流、相電圧、及び同様のものを測定することができる。このような用途で使用されるセンサの数に制約はなく、種々の物理量を測定するのにどのような数のセンサを用いてもよい。図１の従来技術のシステム１００において、センサは、高速回転要素によって機械１０２で生じる振動の変動を測定するのにペアで用いられる。
【００１５】
従来技術のシステム１００で示されるように、センサ１０４ａ〜ｈは、感知した信号を伝送媒体１０８を介してモニタラック１０６に送信する。センサ１０４ａ〜ｈとモニタラック１０６との間の伝送媒体１０８は、有線接続とすることができる。モニタラック１０６は、センサ１０４ａ〜ｈの出力をモニタするハードウェアモジュールである。センサ１０４ａ〜ｈの出力は感知信号である。感知信号は、振幅及び周波数が変化する電気信号の形態である。モニタラック１０６は更に、センサ１０４ａ〜ｈの各々から受け取った感知信号を集約する。モニタラック１０６は、全てのセンサからの感知信号を処理し、その後、機械１０２の高速回転要素の振動量を測定する。測定された振動に基づいて、モニタラック１０６は、高速回転要素の振動の変動が予め定められた限界値を超えた場合にアラームを生成するよう動作する。モニタラック１０６は、機械１０２のオペレータ（図１には示さず）にアラームを送信し、機械１０２をオフにするか、又はその運転を変更することができる。モニタラック１０６は、制御システム（図１には示さず）に信号を送信し、機械１０２をオフにするか、又はその運転を変更することができる。また。モニタラック１０６は、信号を分析し機械１０２の正常性をモニタすることができるように信号（感知データ信号）を調整して、その結果、機械１０２の障害を判定することができる。機械１０２に対する調整を行った後、モニタラック１０６は、センサ１０４ａ〜ｈから得られた感知信号を通信リンク１１２を介して分析モジュール１１０に送信し、機械１０２の障害を分析することができる。
【００１６】
システム１００の分析モジュール１１０は、センサ１０４から得られた感知データを更に分析し、異なるタイプのアルゴリズムを実行することによって、機械１０２における障害を判定することができる。
【００１７】
図１のシステム１００で示されるように、感知データを用いてモニタリングラック１０６での振動をモニタした後、分析モジュール１１０により障害を判定するためには、多大なハードウェアが必要とされる。更に、モニタラック１０６、分析モジュール１１０、及び感知データを分析するためのソフトウェアのインストール、較正、作動、及び維持には、高コストを伴うのが一般的である。従って、モニタラック１０６及び分析モジュール１１０の較正をセンサ１０４ａ〜ｈのレベルで達成できる場合には、機械１０２のハードウェア要件及び障害の判定コストを大幅に低減することができる。
【００１８】
図２は、本発明の１つの実施形態による、機械１０２をモニタするためのシステム２００の概略図である。本発明の１つの例示的な実施形態において、第１のセンサ２０２ａ及び第２のセンサ２０２ｂのペアが、機械１０２の高速回転要素の近くに配置される。同様に、１つの実施形態において、センサ２０２ｃ〜ｄ、２０２ｅ〜ｆ、及び２０２ｇ〜ｈの幾つかの他のペアもまた、機械１０２の同じ又は異なる高速回転要素の近くに配置することができる。センサ２０２ａ〜ｈは、それぞれ関連するメモリが一体化されたプロセッサ２０４ａ〜ｈを含む。簡単にするために、「第１のセンサ」、「第２の」又は「複数のセンサ」に言及する場合、本発明の実施形態に含まれる可能なセンサの一部又は全てを意味することができる。例示的な実施形態において、プロセッサ２０４ａ〜ｈを含むセンサ２０２ａ〜ｈは、スマートデジタルセンサとすることができる。スマートデジタルセンサは、多くの能力を有することができる。例えば、スマートデジタルセンサは、その固有の情報を記憶することができ、従来の複雑な機械感知技術のインストール、設定、及び較正を簡素化し、本質的に「プラグアンドプレイ」のセンサとして作動させることができる。更に、スマートデジタルセンサは、内部にアルゴリズム又は命令を内蔵し実行することができる。別の実施例では、スマートデジタルセンサは、フィールドデバイス記述子機能を有することができ、センサが、センサ及びその特性付けに関する情報を含むデータを記憶し、これを伝達するよう動作可能になる。スマートデジタルセンサはまた、機械及び／又は機械に接続され又は関連付けられたデバイスの正常性及び／又は完全性を伝達することができる。更に、スマートデジタルセンサは、例えば、コマンドをモニタリング及び／又は伝達することによって、機械１０２に接続されたフィールドデバイス２０９の種々のタイプをサポートすることができる。更に、スマートデジタルセンサは、例えば他のスマートデジタルセンサなどの他のセンサからのデータを受け入れることができ、当該取得されたデータを内部で処理する。例えば、第１のセンサ２０２ａは、第２のセンサ２０２ｂからのデータを収集した後、該データを分析することができる。別の実施形態において、第１のセンサペア２０２ａ〜ｂは、他のセンサペア２０２ｃ〜ｄ、２０２ｅ〜ｆ、及び／又は２０２ｇ〜ｈの１つ又はそれ以上からデータを収集することができる。更に別の実施形態において、センサの１つ又はそれ以上は、ローカル制御命令を機械１０２に接続されたフィールドデバイス２０９（例えば、機械の運転を変更するよう動作可能な、アクチュエータ、バルブ、又は他の機械的、電気機械的、或いは電子的な制御機構）に直接伝達することができる。１つの例示的な実施形態において、第１のセンサ２０２ａは、プログラム可能ロジックデバイス（ＰＬＤ）を含むことができる。プログラム可能ロジックデバイスの実施例は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロプロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、又は複合プログラム可能ロジックデバイス（ＣＰＬＤ）とすることができる。ＦＧＰＡは、様々なタスクを実施するようプログラムすることができるタイプのロジックチップであり、ＡＳＩＣは、特定用途に設計されたチップである。マイクロプロセッサは、単一の集積回路（ＩＣ）上に中央処理ユニットの機能の全てを組み込むことができる。ＤＳＰは、デジタル信号処理用に特別に設計された専用マイクロプロセッサとすることができる。ＣＰＬＤは、入力及び出力が互いに接続された複数のＰＬＤブロックを含む。
【００１９】
図２を再度参照すると、第１のセンサ２０２ａ及び第２のセンサ２０２ｂは、種々の機械１０２状態に基づいてセンサデータを生成するよう動作可能である。この感知データは、機械１０２状態の指標とすることができる。以下、「感知データ」は、「機械状態の指標」と同義とみなすことができる。機械１０２状態は、限定ではないが、振動、温度、圧力、位置、加速度、流量、密度、レベル、及び材料組成など、機械１０２の種々の物理的挙動に基づくことができる。１つの例示的な実施形態において、センサ２０２ａ〜ｈは、機械１０２の高速回転要素の振動を感知することができる。しかしながら、様々な機械挙動を感知するのに種々のセンサを用いることができることは理解される。使用できる様々な種類のセンサには、限定ではないが、振動センサ、温度センサ、圧力センサ、位置センサ、加速度センサ、流量センサ、レベルセンサ、密度センサ、及び材料組成センサがある。
【００２０】
本発明の１つの実施形態において、センサ２０２ａ〜ｈは、機械１０２の高速回転要素からの機械状態を感知し、及び／又は相電流又は相電圧などの電気出力特性を感知する。例えば、機械１０２の高速回転要素の振動の変動を感知するために、第１のセンサ２０２ａ及び第２のセンサ２０２ｂは、機械１０２の中心線に垂直な平面で互いに直交（９０度）して位置付けることができる。しかしながら本発明の別の例示的な実施形態において、第１のセンサ２０２ａ及び第２のセンサ２０２ｂは、機械１０２の中心線に垂直な平面で９０度以外の角度で位置付けてもよい。機械に対する種々のセンサ位置に対処するために公知の較正技術を適用することができる。
【００２１】
更に、センサ２０２ａ〜ｈは、通信トランク２０６を介して互いに結合される。１つの例示的な実施形態において、通信トランク２０６は、コントローラ、トランスデューサ、アクチュエータ、及びセンサなどの単独のフィールドデバイスをリンクするのに用いられるデジタル、双方向、マルチドロップ、シリアルバスの通信ネットワークとすることができる。通信トランク２０６の双方向機能は、センサ２０２ａ〜ｈ間の感知データの通信を同時にサポートする。更に、通信トランク２０６は、感知データの高速のタイムクリティカル送信を可能にする。
【００２２】
１つの実施形態において、通信トランク２０６は、「ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ」規格に基づくことができる。「ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ」規格は、デジタル、シリアル、２方向通信システムを提供し、例えば、プラント又はファクトリオートメーション環境におけるベースレベルのネットワークとして機能を果たすことができる。本発明の別の例示的な実施形態において、通信トランク２０６は、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｆｉｅｌｄ  Ｂｕｓ（ＰＲＯＦＩＢＵＳ）」規格に基づくことができる。「ＰＲＯＦＩＢＵＳ」は、オートメーション技術におけるフィールドバス通信用の規格である。「ＰＲＯＦＩＢＵＳ」規格の変形形態を用いて、生産技術においては集中化コントローラを介してセンサ及びアクチュエータを作動させ、プロセス工学においてはるプロセス制御システムを介して測定機器をモニタすることができる。更に、「ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ」及び「ＰＲＯＦＩＢＵＳ」規格の両方が、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）ネットワーク通信モデルである。「ＯＳＩ」モデルは、ネットワーク通信用規格の論理フレームワークである。「ＯＳＩ」モデルは、階層通信及びコンピュータネットワークプロトコル設計の抽象的記述である。「ＯＳＩ」モデルは、一般的に説明したように、ネットワークアーキテクチャを複数の層（例えば、７層）に分割することができ、上から下に、アプリケーション層、プレゼンテーション層、トランスポート層、ネットワーク層、データリンク層、及び物理層とすることができる。センサ２０２ａ〜ｈと共に使用される、これら又は同様の規格及び同様の自動通信技術（ＤｅｖｉｃｅＮｅｔなど）又は他の何らかのスマートデジタルアーキテクチャの実装は、本明細書で記載するセンサ上又はセンサ間でデータを感知、処理、分析、及び／又は通信する能力を提供する。
【００２３】
更に、１つの例示的な実施形態において、センサ２０２ａ〜ｈが感知データを生成すると、センサ２０２ａ〜ｈのうちの少なくとも１つ、例えば第１のセンサ２０２ａ、又は第１のセンサ２０２ａ及び第２のセンサ２０２ｂは、他のセンサ２０２ｂ〜ｈの１つ又はそれ以上からデータを集約することができる。第１のセンサ２０２ａは、通信トランク２０６を介してデータを受け取ることができる。
【００２４】
１つの実施形態において、第１のセンサ２０２ａが集約された感知データの何れかから閾値を上回る振動の変動を感知した場合、第１のプロセッサ２０４ａは、通信トランク２０６を介してこの変動をホストシステム２０８に通信することになる。１つの例示的な実施形態において、ホストシステム２０８は、管理又は助言システムとすることができ、機械１０２の正常性及び障害に関する助言情報を機械１０２のオペレータに提供する。例えば、ホストシステム１０８は、システムのオペレータへの情報を表示する、或いは該情報を別の管理又は助言システムに送信する、及び後で分析及び報告するために機械ログに状態を記録する、及び同様のことを行うことができる。別の例示的な実施形態において、ホストシステム２０８は、機械１０２が閾値を上回る振動の変動に起因する何らかの種類の損傷を生じるのを防ぐ、或いは損傷の発生を最小限にするなど、機械１０２の動作挙動を変更するよう作動可能なホストコントローラとすることができる。ホストコントローラは、機械１０２が何らかの種類の障害を生じることを防ぐ、或いはその発生を最小限にするような様々な制御動作を実施することができる。この様々な制御動作には、限定ではないが、機械１０２の制御を調整すること、オーディオ又は視覚的アラーム又は警報もしくは通知を生成すること、感知データ又は他の制御信号を補助機械又は他の何らかの制御システムに送信又は伝達することを含むことができる。更に、機械１０２の制御の調整には、限定ではないが、機械１０２を停止又はトリップするコマンド、機械１０２の負荷を低減するコマンド、機械の速度を低下させるコマンド、及び補助機械又は他の何らかの制御システムへの情報を送信するコマンドを含むことができる。本明細書で使用する用語「ホストシステム」及び「ホストコントローラ」は同義的に使用することができる。
【００２５】
別の例示的な実施形態において、第１のプロセッサ２０４ａは、例えば、コマンドをホストコントローラ又はホストシステム２０８に通信する代わりに、又はこれに加えて、機械１０２をローカルに制御するためにフィールドデバイス２０９に制御コマンドを直接通信することができる。しかしながら、１つの例示的な実施形態において、第１のセンサ２０２ａは、ホストシステム２０８及びフィールドデバイス２０９の両方に変動を通信することができる。フィールドデバイス２０９は、機械運転の何れかの態様を調整又は変更するように動作可能な何らかの機械的、電気的、又は電気機械的デバイスなど、何らかのローカルな制御デバイスとすることができる。ローカル制御デバイスとして機能する例示的なフィールドデバイス２０９は、限定ではないが、制御バルブアクチュエータ、入口ガイドベーンアクチュエータ、空気ルーバーアクチュエータ、バイパスバルブアクチュエータ、燃料制御アクチュエータ、燃料温度アクチュエータ、潤滑油アクチュエータ、製品フローアクチュエータ、又は製品フロー温度アクチュエータとすることができる。例えば、センサ２０２ａ〜ｈによって感知された測定値に応答して、１つ又はそれ以上のプロセッサ２０４ａ〜ｈは、限定ではないが、例えば燃料流量、温度、軸受温度、軸受振動、及び／又は製品入口／出口温度などの機械パラメータに応答して、又は機械パラメータに作用する１つ又はそれ以上の制御動作を決定することができる。次いで、フィールドデバイス２０９は、機械１０２をローカルに制御することができる。
【００２６】
図２を参照すると、プロセッサ２０４ａ〜ｈの１つ又はそれ以上は、感知されたデータを分析するためのデジタル構成可能なアルゴリズムを含むことができる。１つの例示的な実施形態において、デジタル構成可能なアルゴリズムは、第１のプロセッサ２０４ａのようなプロセッサのメモリ内にダウンロードすることができる。別の例示的な実施形態において、デジタル構成可能なアルゴリズムは、プログラム可能ロジックデバイスのメモリ内に内蔵することができる。プロセッサ２０４ａ〜ｈは、デジタル構成可能なアルゴリズムを利用して、任意選択的に、他のセンサからの集約データを含む感知データを分析し、このようにして機械１０２で生じる障害又は他の挙動を判定することができる。例示的な実施形態において、感知データは、例えば、周波数ドメイン分析、時間ドメイン分析、又はフィルタ周波数分析により分析することができる。周波数ドメイン分析は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて実施することができる。ＦＦＴは、スマートデジタルセンサにより感知された信号の時間ドメイン表現を周波数ドメイン表現に変換する。時間ドメイン分析は、振動波形、回転要素の軌道形状、感知データのＤＣオフセット、回転要素の位置、絶対位相角、同期及び／又は非同期の分析を含むことができる。フィルタ周波数分析は、周波数フィルタに基づく感知データの一部の選択及び分析を含むことができる。感知データに関するこれら又は他の何らかの分析方法の少なくとも１つを用いると、第１のプロセッサ２０４ａ〜ｈは、機械１０２で生じる異なるタイプの障害又は他の状態を判定することができる。例示的な障害のタイプは、限定ではないが、機械アンバランス、機械の位置不良、機械軸受の故障、機械軸受の不安定性、機械スラスト軸受故障、機械摩擦、シャフトアンバランス、シャフト亀裂、機械取り付け異常、及び流体誘起の不安定性とすることができる。更に、プロセッサ２０４ａ〜ｈは、判定された障害をホストシステム２０８に伝達することができる。
【００２７】
更に、本発明の１つの実施形態において、プロセッサ２０４ａ〜ｈの１つ又はそれ以上は、感知データの特性付けを生成することができる。感知データの特性付けは、限定ではないが、機械の軌道形状、機械の全スペクトラム、機械のフィルタスペクトラム、ロータ位置、前進方向、位相角、又はフィルタ周波数振動振幅を含むことができる。続いて、プロセッサ２０４ａ〜ｈは、感知データ特性付けを通信トランク２０６を介してホストシステム２０８に伝達することができる。
【００２８】
図２を再度参照すると、１つの実施形態において、第２のセンサ２０２ｂ及び第１のセンサ２０２ａは共にスマートデジタルセンサである。第１のセンサ２０２ａ及び第２のセンサ２０２ｂが共にそれぞれのデータを分析するので、システム２００は、冗長及び／又は分散システムとして動作可能に実装することができる。冗長又は分散システムにおいて、第１のプロセッサ２０４ａ及び第２のプロセッサ２０４ｂの両方は、自己固有のデータ及び通信トランク２０６を介して他のセンサ２０２ａ〜ｈから収集されたデータを感知し分析することができる。更に、センサ２０２ｃ〜ｈなど、システム２００内に複数のスマートデジタルセンサ（第１のセンサ２０２ａ及び第２のセンサ２０２ｂと同様の）が存在する場合があり、この複数のスマートデジタルセンサが他の各データを分析して、感知タスクの追加の冗長性及び／又は分散性を提供することができる点は、理解されるであろう。
【００２９】
図３は、本発明の１つの実施形態による、機械をモニタする方法３００の１つの実施例を示すフローチャートである。センサにより機械の正常性をモニタする実施例を示すフローチャートが提供される。
【００３０】
例示的な方法がブロック３０２から始まる。ブロック３０２では、機械の高速回転要素の近くに複数のセンサが設置される。各センサは、機械状態を感知する命令を含む命令を含むプロセッサを備える。種々のセンサを用いて種々の機械の状態を感知できることは理解される。使用可能な例示的なセンサは、限定ではないが、例えば、振動センサ、温度センサ、圧力センサ、位置センサ、加速度センサ、流量センサ、レベルセンサ、密度センサ、材料組成センサ、又は電気出力特性付けセンサである。更に、１つの実施形態において、センサは、一部には、高速回転要素の近くに設置することができる。１つの例示的な実施形態において、センサペアの第１のセンサ及び第２のセンサは、機械の中心線に垂直な平面で互いに直交（９０度）して配置される。別の例示的な方法において、第１のセンサ及び第２のセンサは、機械１０２の中心線に垂直な平面で９０度以外の角度で位置付けてもよい。
【００３１】
ブロック３０２に続くブロック３０４では、通信トランクが提供される。通信トランクは、機械に設置されたセンサと通信している。通信トランクは、各センサに結合され、センサ間で感知データを通信するよう動作可能である。
【００３２】
ブロック３０４に続くブロック３０６では、機械上に設置されたセンサの１つ又はそれ以上が機械状態を感知する。機械状態は、限定ではないが、振動、温度、圧力、位置、加速度、流量、密度、レベル、及び材料組成、機械スループットなど、種々の物理的挙動及び状態、及び／又は機械の相電流又は相電圧などの電気出力特性に基づく。
【００３３】
ブロック３０６に続くブロック３０８では、各センサは、機械状態に関連するセンサデータを生成する。各センサは、機械に関連付けられる物理的挙動及び状態における変動を感知し、当該変動に対応して、感知データを形成する電気信号を生成する。
【００３４】
ブロック３０８に続くブロック３１０では、センサの１つにおける第１のプロセッサが第１の命令セットを実行し、機械に設置されたセンサの各々により生成される感知データを分析する。命令は、プロセッサのメモリ内に内蔵又はダウンロードすることができるデジタル構成可能なアルゴリズムの形態とすることができる。１つの例示的な方法において、プロセッサは最初に、通信トランクを介して全センサから感知データを集約する。全センサからデータを集約した後、第１のプロセッサは、例えば、周波数ドメイン分析、時間ドメイン分析、及び／又はフィルタ周波数成分分析などにより、データを分析する。周波数ドメイン分析は、ＦＦＴを用いて実施することができる。ＦＦＴは、スマートデジタルセンサにより感知された信号の時間ドメイン表現を周波数ドメイン表現に変換する。時間ドメイン分析は、振動波形、回転要素の軌道形状、感知データのＤＣオフセット、回転要素の位置、絶対位相角、同期及び／又は非同期の分析を含むことができる。フィルタ周波数分析は、周波数フィルタに基づく感知データの一部の選択及び分析を含むことができる。
【００３５】
例示的な方法の実施形態の１つの態様において、第２のセンサ及び第１のセンサは、スマートデジタルセンサである。従って、第２のセンサに含まれる第１のプロセッサ及び第２のプロセッサは、それぞれのデータを分析し、冗長及び／又は分散システムを用いて機械状態を分析する方法を提供する。この場合、第１のプロセッサ及び第２のプロセッサの両方は、自己固有のデータ及び通信トランク２０６を介して他のセンサから収集されたデータを感知し分析する。更に、当業者であれば、複数のスマートデジタルセンサが存在することができ、複数のスマートデジタルセンサが互いのデータを分析することができる。
【００３６】
ブロック３１０に続くブロック３１２では、第１のプロセッサは、感知データの特性付けを生成する第１の命令セットを実行する。感知データの特性付けには、限定ではないが、機械の軌道形状、機械の全スペクトラム、機械のフィルタスペクトラム、ロータ位置、前進方向、位相角、及び／又はフィルタ周波数振動振幅を含むことができる。
【００３７】
ブロック３１２に続くブロック３１４では、第１のプロセッサは、機械における障害を判定する命令セットを実行する。判定できる種々の障害は、限定ではないが、機械アンバランス、機械の位置不良、機械軸受の故障、機械軸受の不安定性、機械スラスト軸受故障、機械摩擦、シャフトアンバランス、シャフト亀裂、機械取り付け異常、流体誘起の不安定性、並びに、例えば、空隙逸脱、ロータバー短絡、ロータバー損失、軸方向フロート／磁気中心逸脱、又は位相異常などの特定の電気機械障害とすることができる。しかしながら、障害のタイプは、機械のタイプ及び／又は感知される機械特性及び挙動に応じて変わることになる。
【００３８】
ブロック３１４に続くブロック３１６では、機械障害は、任意選択的に、ホストシステム又はホストコントローラに通信し、ホストシステムが制御動作を取ることができるようにする。障害は、通信トランクを介してホストシステムに伝達される。例示的な方法において、ホストシステムは、機械の正常性及び障害に関する助言情報を機械のオペレータに提供する管理又は助言システムである。
【００３９】
ブロック３１６に続くブロック３１８では、プロセッサは、任意選択的に、制御動作をフィールドデバイスに送信し、機械動作の１つ又は複数の何らかの態様をローカルに制御する。１つの実施例において、プロセッサは、１つ又はそれ以上の制御動作を通信トランクを介してフィールドデバイスに送信することができる。１つの実施形態において、機械動作の１つ又はそれ以上の態様を制御する前には、フィールドデバイスレベルでの追加の分析は必要ではない。
【００４０】
例示的な方法の実施形態の別の態様において、ホストシステムは、閾値を上回る物理的状態の変動に起因する何らかの種類の障害から機械を保護するなど、機械の動作を制御する制御動作を生成するよう動作可能なホストコントローラである。ホストシステム又はコントローラは、限定ではないが、機械の制御を調整すること、オーディオ又は視覚的アラーム又は警報通知を生成すること、或いは感知データ又は他の制御信号を補助機械又は他の何らかの制御システムに送信又は伝達することなど、種々のタイプの制御動作を生成することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態による方法及びシステムのブロック図及び概略図を参照しながら、本発明の実施形態を説明した。図中の各ブロック及びそのブロックの組み合わせはプログラム命令又はロジックにより実施することができる点は理解されるであろう。これらの命令は、汎用又は専用コンピュータのような１つ又はそれ以上の汎用プロセッサ又は他のプログラム可能データ処理装置にロードし、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上で実行される命令が１つ又は複数のブロックにおいて指定される機能を実施する手段を提供するような機械を構成することができる。このような命令はまた、特定の方法で機能するプログラム可能データ処理装置に命令することができるプロセッサ読み取り可能メモリ内に記憶することができ、プロセッサ読み取り可能メモリ内に記憶された命令が、１つ又は複数のブロックにおいて指定される機能を実施する命令手段を含む、製造物品を形成するようにする。
【００４２】
現時点で最も実用的且つ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。
【００４３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４４】
１００  従来技術のシステム
１０２  機械
１０４ａ−ｈ  センサ
１０４ａ  第１のセンサ
１０４ｂ  第２のセンサ
１０６  モニタラック
１０８  伝送媒体
１１０  分析モジュール
１１２  通信リンク
２００  機械をモニタするためのシステム
２０２ａ−ｈ  センサ
２０２ａ  第１のセンサ
２０２ｂ  第２のセンサ
２０４ａ−ｈ  プロセッサ
２０４ａ  第１のプロセッサ
２０４ｂ  第２のプロセッサ
２０６  通信トランク
２０８  ホストシステム
２０９  フィールドデバイス
３００  機械をモニタするための方法
３０２  ブロック
３０４  ブロック
３０６  ブロック
３０８  ブロック
３１０  ブロック
３１２  ブロック
３１４  ブロック
３１６  ブロック
３１８  ブロック
【図１】
2010101883.tif 000003
【図２】
2010101883.tif 000004
【図３】
2010101883.tif 000005