(57)【要約】      （修正有）【課題】外部から試みられる攻撃および／または侵入による影響を受けず、物理的な改ざん対する保護が可能なシステムを構成する。【解決手段】システムは、安全なデータインターフェースシステム６８を含む。安全なデータインターフェースシステムは、監視および保護システム１２によって送信されたデータを受信するために監視および保護システムに通信可能に結合するように構成された一方向通信インターフェース７０と、そのデータに基づいて少なくとも１つの測定値を導出するように構成されたプロセッサ７１と、を含む。安全なデータインターフェースシステムはさらに、外部システムに測定値を通信するように構成された双方向通信インターフェース７６を含み、監視および保護システムは、機構の動作を監視するように構成される。【選択図】図１
2015018550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安全なデータインターフェースシステム（６８）を備えるシステム（１０）であって、
前記安全なデータインターフェースシステム（６８）は、
監視および保護システム（１２）によって送信されたデータを受信するために前記監視および保護システム（１２）に通信可能に結合するように構成された一方向通信インターフェース（１００）と、
前記データに基づいて少なくとも１つの測定値を導出するように構成されたプロセッサ（７１）と、
外部システム（８０、８２、８４、８６）に前記少なくとも１つの測定値を通信するように構成された双方向通信インターフェース（１１０）と
を備え、前記監視および保護システム（１２）は、機構の動作を監視するように構成される、システム（１０）。
【請求項２】
前記プロセッサ（７１）は、前記少なくとも１つの測定値を導出するために前記監視および保護システム（１２）をエミュレートするように構成される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの測定値は、キーフェーザ測定値、振動測定値、アキシャル位置、ラジアル位置、ケーシング速度、ケーシング加速度、温度、伸び差、過速度検出、ロータホイール加速度、アクチュエータ位置、シャフト偏心率、転動体ベアリング動き監視データ、速度測定値、クリアランス測定値、圧力測定値、または流量測定値を備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記安全なデータインターフェースシステム（６８）は、前記監視および保護システム（１２）のラックに含まれるバックプレーン（８９）に結合するように構成されたラックマウント型カード（９１）を備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記安全なデータインターフェースシステム（６８）は、前記監視および保護システム（１２）に通信可能に結合されたスタンドアロンシステムを備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項６】
前記プロセッサ（７１）は、前記安全なデータインターフェースシステム（６８）と前記監視および保護システム（１２）との間の同期を維持するために構成データ（１１３）を適用するように構成され、前記構成データ（１１３）は、前記監視および保護システム（１２）への変化に基づいて、手動で、自動で、またはその組み合わせで、適用される、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記双方向通信インターフェース（１１０）は、前記外部システム（８０、８２、８４、８６）に通信可能に結合するためにプラントデータハイウェイ（７８）を使用するように構成され、前記外部システム（８０、８２、８４、８６）は、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）（８０）、分散制御システム（ＤＣＳ）（８２）、決定サポートシステム（ＤＳＳ）（８４）、またはそれらの組み合わせを備える、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項８】
命令を記憶した有形の非一時的な機械可読媒体であって、前記命令は、
ターボ機構の動作に関連するデータを一方向通信インターフェース（１００）を介して受信し、
エミュレートされた監視および保護システム（１０８）を提供し、
前記エミュレートされた監視および保護システム（１０８）に入力として前記データを提供することによって少なくとも１つの測定値を導出し、前記少なくとも１つの測定値は、前記エミュレートされた監視および保護システム（１０８）の出力を備え、
外部システム（８０、８２、８４、８６）に前記少なくとも１つの測定値を通信する
ように構成される、有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項９】
前記データは、前記ターボ機構の動作を表すセンサデータを備える、請求項８に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの測定値は、キーフェーザ測定値、振動測定値、アキシャル位置、ラジアル位置、ケーシング速度、ケーシング加速度、温度、伸び差、過速度検出、ロータホイール加速度、アクチュエータ位置、シャフト偏心率、転動体ベアリング動き監視データ、速度測定値、クリアランス測定値、圧力測定値、または流量測定値を備える、請求項８に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１１】
前記センサデータは、熱電対データ、近接センサデータ、渦電流センサデータ、超音波センサデータ、速度センサデータ、振動センサデータ、圧力センサデータ、クリアランスセンサデータ、加速度計データ、ジャイロスコープデータ、化学センサデータ、光学センサデータ、またはそれらの組み合わせを備える、請求項９に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１２】
監視および保護システム（１２）の構成の変化のインジケーションを受信するように構成された命令を備え、前記エミュレートされた監視および保護システム（１０８）は、前記監視および保護システム（１２）をエミュレートする、請求項８に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１３】
前記インジケーションは、構成バージョンＩＤを備える、請求項１２に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１４】
前記インジケーションは、電圧レベル、周波数、パルスストリーム、またはそれらの組み合わせとして符号化される、請求項１２に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１５】
前記構成の変化は、パラメータ、変数、プログラム、ファームウェア、またはそれらの組み合わせを備える、請求項１２に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１６】
前記監視および保護システム（１２）との同期を維持するために前記インジケーションに基づいて前記エミュレートされた監視および保護システム（１０８）を更新するように構成された命令を備える、請求項１２に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１７】
前記変化の前記インジケーションを受信した後にユーザに警報するように構成された命令を備える、請求項１２に記載の有形の非一時的な機械可読媒体。
【請求項１８】
監視および保護システム（１２）を使用することによって機構の動作を監視することと、
一方向データフロー（７０）を介して第１のデータを送信するのみのために前記監視および保護システム（１２）を使用することを動作することと、
前記一方向データフロー（７０）を介して前記第１のデータを受信するために安全なデータインターフェースシステム（６８）を使用することを動作することと、
前記第１のデータが生センサデータを備える場合、前記監視および保護システム（１２）をエミュレートすることによって機構の測定値を導出するように前記第１のデータを処理することと、
双方向データフロー（７３）を介して外部システム（８０、８２、８４、８６）に前記機構の測定値を送信することと
を備える方法。
【請求項１９】
前記監視および保護システム（１２）と前記安全なデータインターフェースシステム（６８）との間で構成データ（１１３）を同期することを備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記双方向データフロー（７３）を使用することによって第２のデータについて前記安全なデータインターフェースシステム（６８）に問合せすることを備える、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、ターボ機構を含む機構の安全な監視を提供するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンのような回転機構を含む、ある特定の機械システムは、推進システムおよび発電システムにおいて有用である。これらのシステムは、監視および保護システムを含み得る。したがって、機械システムは、状態監視のために監視および保護システムに通信可能に結合され得る。監視および保護システムは、機械システムのさまざまな動作パラメータを監視することができ、そして、監視されたパラメータに基づき、保護デバイスを駆動することができる。したがって、監視された機械システムは、向上した保護とともに動作することができる。この監視システムの安全性を改善することは有益だろう。
【発明の概要】
【０００３】
当初請求項に記載された発明による範囲に対応するある特定の実施形態が、以下に要約される。これらの実施形態は、請求項に記載された発明の範囲を限定することを意図したものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明の可能な形態の簡潔な概要を提供することを意図したものにすぎない。実際に、本発明は、以下に説明する実施形態と同様のまたは異なり得る、さまざまな形態を含み得る。
【０００４】
第１の実施形態において、システムは、安全なデータインターフェースシステムを含む。安全なデータインターフェースシステムは、監視および保護システムによって送信されたデータを受信するために監視および保護システムに通信可能に結合するように構成された一方向通信インターフェースと、そのデータに基づいて少なくとも１つの測定値を導出するように構成されたプロセッサと、を含む。安全なデータインターフェースシステムはさらに、外部システムに測定値を通信するように構成された双方向通信インターフェースを含み、監視および保護システムは、機構の動作を監視するように構成される。
【０００５】
第２の実施形態において、システムは、監視および保護システムを含む。監視および保護システムは、第１のプロセッサおよびラックを含む。監視および保護システムはさらに、ラックに取り付けられるように構成され、通信バックプレーンに結合された、安全なデータインターフェースカードを含む。安全なデータインターフェースカードは、通信バックプレーンを介してデータを受信するために第１のプロセッサに通信可能に結合するように構成された一方向通信インターフェースと、そのデータに基づいて少なくとも１つの測定値を導出するように構成された第２のプロセッサと、を含む。安全なデータインターフェースカードはさらに、外部システムに測定値を通信するように構成された双方向通信インターフェースを含み、監視および保護システムは、機構の動作を監視するように構成される。
【０００６】
第３の実施形態において、方法は、監視および保護システムを使用することによって機構の動作を監視することを含む。方法はさらに、一方向データフローを介して第１のデータを送信するのみのために監視および保護システムを使用することと、一方向データフローを介して第１のデータを受信するために安全なデータインターフェースシステムを使用することと、を含む。方法は加えて、第１のデータが生センサデータを備える場合、監視および保護システムをエミュレートすることによって機構の測定値を導出するように第１のデータを処理することと、双方向データフローを介して外部システムに測定値を送信することと、を含む。
【０００７】
同様の文字が図面全体を通して同様のパーツを表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと、本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点がよりよく理解されるようになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、機構を監視する監視および保護システムの実施形態の模式図である。
【図２】図２は、安全なデータインターフェースシステムを含む図１の監視および保護システムの実施形態の斜視図である。
【図３】図３は、図１および図２の安全なデータインターフェースシステムのブロック図および実施形態である。
【図４】図４は、図１〜図３の安全なデータインターフェースシステムを使用することによって一方向データを受信し、データを処理し、外部システムと通信するのに適した処理の実施形態のフローチャートである。
【図５】図５は、安全なデータインターフェースシステムの別の実施形態を含む図１の監視および保護システムの実施形態の斜視図である。
【図６】図６は、安全なデータインターフェースシステムと図１の監視および保護システムを同期させるのに適した処理の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の１つ以上の特定の実施形態が以下に説明される。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する目的で、実際の実現の特徴のすべてが、本明細書に説明され得るわけではない。任意の技術または設計プロジェクトにおけるような、任意のそのような実際の実現の開発においては、ある実現と別とで異なり得る、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守といった、開発者固有の目標を達成するために、多数の実現固有の決定が行われなくてはならない、ということが理解されるべきである。さらに、そのような開発の努力は、複雑で時間を要し得るが、決して本開示の恩恵を受ける当業者にとって、設計、組み立て、および製造の、決まりきった請負業務ではない、ということが理解されるべきである。
【００１０】
本発明のさまざまな実施形態の要素を紹介する際、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」といった冠詞は、これらが要素の１つ以上であることを意味するように意図される。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包含的であるように、そして、列挙された要素以外に追加の要素が存在し得ることを意味するように、意図される。
【００１１】
本明細書に説明されるある特定の実施形態において、安全な機械監視および保護システムには、改善された安全性特徴が提供される。安全な機械監視および保護システムは、安全な機械監視および保護システムの、そして監視された機構の、ネットワークの改ざんまたは「ハッキング」といった、改ざんの可能性を最小化または解消する、安全なデータインターフェースを含み得る。安全なデータインターフェースは、例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）といったネットワークを通じて、監視および保護システムと、決定サポートシステム（ＤＳＳ）、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）、分散制御システム（ＤＣＳ）、および安全な機械監視および保護システムに通信可能に結合されるような任意の他のシステムといった、外部システムと、の間の通信を取り次ぐために使用され得る。
【００１２】
一実施形態において、安全なデータインターフェースは、監視および保護システムからデータを受信するために使用される一方向通信インターフェースを提供し得る。安全なデータインターフェースはさらに、監視および保護デバイスによって適用され得るものとほぼ同一のデータ処理を適用することによって、受信されたデータを処理し得る。したがって、監視および保護デバイスによって導出される第１の出力は、安全なデータインターフェースによって導出される第２の出力とほぼ同様であり得る。そして、監視および保護デバイスよりもむしろ、安全なデータインターフェースが、外部システムに第２の出力を通信し得る。同様に、外部システムによって開始される通信インタラクションまたは問合せは、監視および保護デバイスによる代わりに、安全なデータインターフェースによって応答され得る。このように、監視および保護デバイスからのほぼすべてのデータが、単一方向に（例えば、安全なデータインターフェースに）流れる。
【００１３】
データの一方向フローを可能にすることにより、そして、監視および保護デバイスとほぼ同様の処理を提供すること（例えば、監視および保護デバイスのエミュレーション）により、安全なデータインターフェースは、監視および保護デバイスの、そして、監視および保護デバイスに通信可能に結合されたシステムの、改ざんを最小化する。この実施形態において、外部システムは、監視および保護デバイスよりもむしろ、安全なデータインターフェースと通信する。安全なデータインターフェースは、監視および保護デバイスによって提供されるものとほぼ同一のデータ処理を提供し、データ処理結果を外部システムに通信する。加えて、監視および保護システムに適用された、パラメータの変化、プログラミングの変化、変数の変化、ファームウェアの変化等といった変化は、自動または手動で同期され、安全なデータインターフェースに適用され得るので、両方のシステムにおいて同一の機能が維持される。外部システムとのインタラクションから、監視および保護デバイスおよび監視される機構を分離することによって、本明細書に説明される技法は、向上した安全性、信頼性、および改ざんからの保護を提供することができる。
【００１４】
開示される実施形態とともに使用され得るある特定の機構の実施形態を最初に論じることが有益であり得る。上記に留意し、ここで図１を参照すると、タービンシステム１０の実施形態が示されている。タービンシステム１０のようなある特定の機構は、以下においてさらに説明されるさまざまなコンポーネントを含むことができ、それは、動作中に監視され得る。例えば、監視および保護システム１２が、以下においてより詳細に説明されるように、タービンシステム１０に通信可能に結合され、さまざまなパラメータを監視するために使用されることができる。監視および保護システム１２は、コンピュータ命令を実行するのに有用なプロセッサ１３と、データおよびコンピュータ命令を記憶するのに有用なメモリ１４と、を含み得る。
【００１５】
タービンシステム１０の動作中、天然ガスまたは合成ガスといった燃料が、燃焼器１６への１つ以上の燃料ノズル１５を通じてタービンシステム１０に送られ得る。空気が、空気取り入れ部１８を通じてタービンシステム１０に入り得、圧縮機１９によって圧縮され得る。圧縮機１９は、空気を圧縮する一連のステージ２０、２２、および２４を含み得る。ステージ２０は、低圧ステージであることができ、ステージ２２は、中圧ステージであることができ、ステージ２４は、高圧ステージであることができる。各ステージは、固定ベーン２６の１つ以上のセットを含む。各ステージは、回転して圧力を次第に増大させ、圧縮された空気を提供するブレード２８を含む。ブレード２８は、シャフト３２に接続された回転ホイール３０に付けられる。
【００１６】
圧縮機１９からの圧縮された排出空気は、圧縮機１９を出てディフューザ部３６を通り、燃焼器１６へと向かい、燃料と混ぜ合わされる。例えば、燃料ノズル１５は、最小放出、最小燃料消費、および最大出力を結果としてもたらす、最適な燃焼に適した比で、燃焼器１６において、圧縮された空気に燃料を噴射する。ある特定の実施形態において、タービンシステム１０は、環状配列で設置された複数の燃焼器１６を含み得る。各燃焼器１６は、タービン３４に高温の燃焼ガスを向け得る。
【００１７】
図示した実施形態において、タービンシステム１０は、３つの別個のステージ４０、４２、および４４を有するタービン部３４を含む。ステージ４０は高圧ステージであり、ステージ４２は中圧ステージであり、ステージ４４は低圧ステージである。各ステージ４０、４２、および４４は、それぞれのロータホイール４８、５０、および５２に結合されたブレードまたは動翼４６のセットを含み、それぞれのロータホイール４８、５０、および５２は、シャフト５４に付けられる。高温の燃焼ガスがタービンのブレード４６の回転を引き起こすと、シャフト５４が回転して圧縮機１９および発電機のような任意の他の適切な負荷をドライブする。最終的に、タービンシステム１０は、排気部６０を通じて燃焼ガスを拡散および排気する。
【００１８】
タービンシステム１０はまた、タービンシステム１０の動作および性能に関連する複数のエンジンパラメータを監視するように構成された複数のセンサ６２を含み得る。例えば、センサは、例えばタービン１６の吸入口および排出口部分に隣接して配置された吸入口センサおよび排出口センサ、圧縮機１９のさまざまなステージ（例えば、２０、２２、および／または２４）を検知するために配置されたセンサ６２、を含み得る。吸入口センサおよび排出口センサ６２は、例えば、周囲温度および周囲気圧といった環境状態を測定し得る。センサ６２はまた、排気ガス温度、ロータ速度、エンジン温度、エンジン圧力、ガス温度、エンジン燃料流量、排気流量、振動、回転コンポーネントと固定コンポーネントとの間のクリアランス、圧縮機の排出圧、汚染物質のようなガス組成物（例えば、一酸化炭素、窒素酸化物、二酸化炭素、微粒子の数）、およびタービンの排気圧といった、タービンシステム１０の動作および性能に関連する複数のエンジンパラメータを測定し得る。さらに、センサ６２はまた、弁の位置、および可変の幾何学的形態のコンポーネント（例えば、空気吸入口における吸入ガイドベーン）の幾何学的位置といった、アクチュエータ６４の情報を測定し得る。したがって、アクチュエータ６４は、燃料流量、ガイドベーンを制御し、ある特定のコンポーネントを位置決めする等のために使用されることができ、弁、位置決め装置、ポンプ、継電器等を含むことができる。
【００１９】
したがって、センサ６２は、熱電対、近接センサ、渦電流センサ、超音波センサ、速度センサ、振動センサ、圧力センサ、クリアランスセンサ、加速度計、ジャイロスコープ、化学センサ、光学センサ等を含み得るが、それらに限定されるものではない。複数のセンサ６２はまた、タービンシステム１０のさまざまな動作フェーズ（例えば、スタートアップ、定常状態、過渡状態、およびシャットダウン）に関連するエンジンパラメータを監視するように構成され得る。複数のセンサ６２によって得られた測定値は、監視および保護システム１２に電気信号として送信され得る。監視および保護システム１２が次に、センサ信号を処理し、タービンシステム１０の状態を決定するのに有用な計算値のセットを導出し得る。
【００２０】
例えば、監視および保護システム１２は、キーフェーザ測定値（例えば、振動コンポーネントとシャフト３２および／または５４でのタイミングマークとの間の位相関係）、（例えば、近接プローブを使用した）相対的な振動、アキシャル位置、ラジアル位置、ケーシング速度、ケーシング加速度、温度、伸び差／ケースの伸び、過速度検出、ロータホイール４８、５０、５２の加速度、アクチュエータ位置（例えば、弁の位置、線形アクチュエータ位置）、シャフト３２および／または５４の偏心率、転動体ベアリング動き監視（ＲＥＢＡＭ（登録商標））データ、振動測定値（例えば、アキシャル振動、ラジアル振動）、速度測定値、クリアランス測定値（例えば、回転コンポーネントと固定コンポーネントとの間の距離）、圧力測定値、流量測定値、またはそれらの組み合わせを導出し得る。したがって、ノーマルな動作、アブノーマルな動作等を含む、動作状態が導出され得る。
【００２１】
センサ６２の信号を使用することによって導出された測定値はまた、警報および／または警告を導出するために監視および保護システム１２によって使用され得る。例えば、導出された測定値のための範囲が設定されることができ、その範囲外の導出された測定値は、警報および／または警告をトリガし得る。警報および警告は、警報および／または警告に応答するのに適した、弁、位置決め装置、ポンプ、継電器等といったアクチュエータ６４の動作を結果として生じ得る。
【００２２】
図示した実施形態において、センサ６２の生データを含むデータ６６は、一方向通信データフロー７０を使用することによって安全なデータインターフェースシステム６８に提供される。一方向通信データフロー７０は、バックプレーン通信バス、光ファイバーケーブル、導電性ケーブル等といった通信コンジットを使用し得る。データ６６は、センサ６２によって生成された信号、例えば生データ、のほぼすべてを含み得る。すなわち、データ６６は、システム１０の状態を示すセンサ６２の信号を含み得る。一実施形態において、安全なデータインターフェースシステム６８は次に、生データ６６を使用して、監視および保護システム１２によって導出されたものと同一の測定値、状態、パラメータ、警告、警報等を導出し得る。安全なデータインターフェースシステム６８のこれらの導出値は、キーフェーザ測定値（例えば、振動コンポーネントとシャフト３２および／または５４でのタイミングマークとの間の位相関係）、（例えば、近接プローブを使用した）相対的な振動、アキシャル位置、ラジアル位置、ケーシング速度、ケーシング加速度、温度、伸び差／ケースの伸び、過速度検出、ロータホイール４８、５０、５２の加速度、アクチュエータ位置（例えば、弁の位置、線形アクチュエータ位置）、シャフト３２および／または５４の偏心率、転動体ベアリング動き監視（ＲＥＢＡＭ（登録商標））データ、振動測定値（例えば、アキシャル振動、ラジアル振動）、速度測定値、クリアランス測定値（例えば、回転コンポーネントと固定コンポーネントとの間の距離）、圧力測定値、流量測定値、またはそれらの組み合わせを含み得るが、それらに限定されるものではない。
【００２３】
別の実施形態では、データ６６は、キーフェーザ測定値、相対的な振動、アキシャル位置、ラジアル位置、ケーシング速度、ケーシング加速度、温度、伸び差／ケースの伸び、過速度検出、ロータホイール４８、５０、５２の加速度、アクチュエータ位置（例えば、弁の位置、線形アクチュエータ位置）、シャフト３２および／または５４の偏心率、転動体ベアリング動き監視（ＲＥＢＡＭ（登録商標））データ、振動測定値（例えば、アキシャル振動、ラジアル振動）、速度測定値、クリアランス測定値（例えば、回転コンポーネントと固定コンポーネントとの間の距離）、圧力測定値、流量測定値、またはそれらの組み合わせといった、監視および保護システム１２によって提供される導出された測定値の一部またはほぼ全部を含み得る。安全なデータインターフェースシステム６８は、コンピュータ命令を実行するのに適したプロセッサ７１と、データおよびコンピュータ命令を記憶するのに有用なメモリ７２と、を含み得る。
【００２４】
安全なデータインターフェースシステム６８は次に、双方向データフロー７３を使用して外部システムと通信し得る。すなわち、データ７４が、安全なデータインターフェースシステム６８から送信されることができ、データ７６が、例えば、プラントデータハイウェイ７８を使用することによって、安全なデータインターフェースシステム６８により受信され得る。プラントデータハイウェイ７８は、産業環境における使用のためにより最適化された通信ネットワークを含み得る。このように、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）８０、分散制御システム（ＤＣＳ）８２、決定サポートシステム（ＤＳＳ）８４、および／または他のシステム８６は、安全なデータインターフェースシステム６８と通信し、データ７４を使用することができ、データ７４は、さらなる分析のための、センサ６２から導出された測定値を含み得る。同様に、外部システム８０、８２、８４、および／または８６は、データ７６を通信して、例えば、システム１０のパラメータ等の導出された特定の測定値を、データ７６を通じて要求し得る。
【００２５】
万が一、外部システム８０、８２、８４、８６、および／またはプラントデータハイウェイ７８の望ましくない制御が望まれないエンティティ（例えば、ハッカー）によって得られた場合、安全なデータインターフェースシステム６８は、例えば侵入検出技法を組み込むことによって、保護の第２のレベルを提供することができる。そのような技法は、通信の統計分析、ウィルスチェック、マルウェア検出等を含み得る。別の実施形態では、侵入検出は使用され得ない。しかしながら、両方の実施形態において、たとえ安全なデータインターフェースシステム６８が妥協された場合でも、保護の第１のレベルは、一方向通信データフロー７０のみを使用するおかげで提供される。より具体的には、データ６６は一方向のみに流れているので、監視および保護システム１２およびタービンシステム１０は、試みられる攻撃および／または侵入による影響を受けないままである。加えて、改ざんセンサ、物理鍵アクセス等といった物理的な改ざんの保護が、システム１０、１２、および６８を安全にするために使用され得る。一方向データフローを含む保護の１つ以上のレベルを提供することによって、本明細書に説明された技法は、より安全で、信頼でき、改ざんに対し万全な、機器の監視および保護を可能にし得る。本明細書に説明される技法が、蒸気タービン、水力タービン、風力タービン、圧縮機（空気／処理ガス、ラジアル／アキシャル、遠心／容積式）、ターボエキスパンダ、電動機、発電機、電気励振器、ギアボックス、ポンプ（例えば、遠心、容積式）、ファン、ブロワー、エクストルーダ、ペレッタイザ、炉、ボイラー、ガス化装置、ガス処理ユニット等を含むが、それらに限定されない、他の監視された機構およびターボ機構において有用であり得ることが理解されるべきである。
【００２６】
図２は、キャビネット８８に取り付けられた、一連のラックマウント型デバイス８７を含む、監視および保護システム１２の実施形態の斜視図である。ラックマウント型デバイス８７は、例えば、データ処理、メモリ、電源、振動および位置の監視、キーフェーザ監視、航空転用型タービンシステムの状態監視、水力タービンの状態監視、風力タービンの状態監視、往復式圧縮機の監視、温度監視、圧力監視、プロセス変数監視、クリアランス（例えば、回転コンポーネントと固定コンポーネントとの間の距離）監視、流量監視、継電器、ポンプ、弁等の駆動を提供する、ラックマウント型カードを含み得る。デバイス８７は、ラックバックプレーン８９を使用することによって通信可能に結合され得る。例えば、ラックバックプレーン８９は、さまざまなカード８７間の通信を扱うのに適したデータ通信バス９０を含み得る。
【００２７】
また、ラックマウント型カード９１として提供される安全なデータインターフェースシステム６８が図示され、それは、ホットスワップ可能な能力を含み得る。すなわち、安全なデータインターフェースシステム６８は、監視および保護システム１２をオフにせずに、第２の安全なデータインターフェースシステム６８と置き換えられ得る。実際、万が一安全なデータインターフェースシステム６８が望ましくない状態を経験する場合、安全なデータインターフェースシステム６８は、取り外され、監視および保護システム１２および／または監視されたシステム１０をオフにする必要なく、第２の安全なデータインターフェースシステム６８と置き換えられることができる。上述したように、安全にされたデータインターフェースシステム６８は、データ通信バス９０を通じて通信する一方向通信データフロー７０を含む。監視および保護動作中、監視されたシステム１０から入ってくるデータは、監視されたシステム１０の状態を提供するのに有用な、測定値、状態、パラメータ、警告、警報等のセットを導出するために、カード８７の１つ以上および安全なデータインターフェースシステム６８によって処理されることができる。安全にされたデータインターフェースシステム６８は、図３に関し以下により詳細に説明されるように、ラックマウント型カード８７の１つまたはすべてを含む監視および保護システム１２によって提供される処理のすべてまたはほぼすべてをエミュレートし、外部システム８０、８２、８４、および／または８６にそのような導出値を通信することができる。エミュレートされた一方向データを提供することによって、安全なデータインターフェースシステム６８は、監視および保護システム１２の安全性を大きく改善することができる。
【００２８】
図３は、安全なデータインターフェースシステム６８の実施形態のブロック図である。前述したように、安全なデータインターフェースシステム６８は、監視および保護システム１２のラックに取り付けられ得る、ホットスワップ可能なカード９１（図２に示す）として提供され得る。図示した実施形態において、一方向通信データフロー７０は、一方向データインターフェース１００に通信可能に結合されたものとして示されている。データ６６は、例えばデータ通信バス９０を使用することにより、監視および保護システム１２から送信され、一方向データインターフェース１００によって受信される。一方向データインターフェース１００は、データの受信のみに適し、データの送信には適さない、ホットスワップ可能なカード９１に含まれる回路として提供され得る。したがって、一方向データインターフェース１００は、データが監視および保護システム１２および監視されたシステム１０に流れないように制止することによって、保護を提供することができる。監視および保護システム１２および監視されたシステム１０は、データを送信し得るのみであるので、任意の望ましくないパーティ（例えば、ハッカー）は、システム１０および１２に対する改ざんをほぼ阻止され得る。
【００２９】
図３にさらに示すように、処理エンジン１０２が一方向データインターフェース１００に通信可能に結合される。処理エンジン１０２は、カード９１に含まれる回路として提供されることができ、１つ以上のプロセッサ７１およびメモリ７２を含み得る。プロセッサ７１は、メモリ７２に記憶されたコンピュータ命令のようなコンピュータ命令を実行する。一例において、処理エンジン１０２は、監視および保護システムエミュレータ１０８を提供するコンピュータ命令を実行し得る。エミュレータ１０８は、センサ６２の生データを処理し、データ６６のようなデータを監視されたシステム１０の導出された測定値および状態へと変換するために、監視および保護システム１２および／またはカード８７によって使用される、アルゴリズムのすべてまたはほぼすべてを含むことができる。
【００３０】
ＨＭＩ８０、ＤＣＳ８２、ＤＳＳ８４、および／または他のシステム８６のような外部システムと通信するのに適した双方向データインターフェース１１０もまた含まれる。双方向データインターフェース１１０は、図２に示すラックマウント型カード９１に含まれる回路として提供され得る。したがって、データ７４および／または７６は、図示のごとく双方向データインターフェース１１０を使用することにより双方向データフロー７３を通じて通信され得る。外部システム８０、８２、８４、および／または８６は、監視されたシステム１０のさらなる分析に適した、追加の導出値、測定値等を問合せするために、双方向データインターフェース１１０を使用し得る。
【００３１】
安全なデータインターフェースシステム６８は加えて、安全なデータインターフェースシステム６８の改ざんを検出するのに適した侵入検出システム（ＩＤＳ）１１２を含み得る。例えば、ＩＤＳ１１２は、安全なデータインターフェースシステム６８を使用または支配しようと試みる望まれないエンティティを検出するための、ウィルスチェッカー、マルウェア検出技法、統計分析技法、人工知能技法等を含み得る。万が一、ＩＤＳ１１２が望まれない振る舞いを検出した場合、ＩＤＳ１１２は次に、警報、警告を発し、ランプを点灯し、および／または、カード９１に含まれるランプのような安全なデータインターフェースシステム６８に含まれるものの動作／アルゴリズムを実行して、望まれない侵入のオペレータにさらに通知することができる。ＩＤＳ１１２はまた、侵入のタイプ（例えば、ウィルス、トロイの木馬、サービス妨害攻撃）、侵入の時間等を含むデータ７６を送信することによって、外部システム８０、８２、８４、および／または８６に通知し得る。
【００３２】
Ｍ＆Ｐエミュレータ１０８は、センサ６２の生データを含むデータ６６を処理し、キーフェーザ測定値（例えば、振動コンポーネントとシャフト３２および／または５４でのタイミングマークとの間の位相関係）、（例えば、近接プローブを使用した）相対的な振動、アキシャル位置、ラジアル位置、ケーシング速度、ケーシング加速度、温度、伸び差／ケースの伸び、過速度検出、ロータホイール４８、５０、５２の加速度、アクチュエータ位置（例えば、弁の位置、線形アクチュエータ位置）、シャフト３２および／または５４の偏心率、転動体ベアリング動き監視（ＲＥＢＡＭ（登録商標））データ、振動測定値（例えば、アキシャル振動、ラジアル振動）、速度測定値、クリアランス測定値（例えば、回転コンポーネントと固定コンポーネントとの間の距離）、圧力測定値、流量測定値、またはそれらの組み合わせを導出し得る。したがって、ノーマルな動作、アブノーマルな動作等を含む、システム１０についての動作状態が、Ｍ＆Ｐエミュレータ１０８によって導出され得る。
【００３３】
Ｍ＆Ｐエミュレータ１０８によって導出された測定値はまた、警報および／または警告を導出するために使用されることができる。例えば、導出された測定値のための範囲が設定されることができ、その範囲外の導出された測定値は、警報および／または警告をトリガし得る。Ｍ＆Ｐエミュレータ１０８によって計算された導出値のすべては次に、双方向データインターフェース１１０を使用することによって、外部システム８０、８２、８４、および／または８６に通信されることができる。外部システム８０、８２、８４、および／または８６は、双方向データインターフェース１１０を通じてデータ７６を送信することによりさらなる導出値を要求することができ、Ｍ＆Ｐエミュレータ１０８は、さらなるデータ７４によって応答し得る。一方向データインターフェース１００およびＩＤＳ１１２のような技法を提供することにより、安全なデータインターフェースシステム６８は、監視および保護システム１２および監視されたシステム１０の望まれない侵入に対し堅固な保護を提供することができるので、安全性を向上させ、動作の信頼性を高める。
【００３４】
Ｍ＆Ｐエミュレータ１０８は、監視および保護システム１２をほぼエミュレートすることができるので、外部システム８０、８２、８４、および／または８６は、安全なデータインターフェースシステム６８のみと通信することができ、したがって、監視および保護システム１２に向けられたデータの送信がなくなる。実際、ある特定の実施形態において、外部システム８０、８２、８４、および／または８６は、それらが安全なデータインターフェースシステム６８のみと通信していることを知り得ず、その代わり、それらが監視および保護システム１２と直接的に通信しているものだと思い得る。監視および保護システム１２への構成データ１１３が適用されると、構成データ１１３は、システム１２と６８の同期を維持するために、安全なデータインターフェースシステム６８に通信され得る。同期を維持することにより、安全なデータインターフェースシステム６８は、同一の入力を受信することに基づいて、監視および保護システム１２と同一の出力を導出することができる。構成データ１１３は、任意の数のパラメータ、変数、プログラミング、ファームウェア、および、監視および保護システム１２の動作を変更するために使用される任意の他のデータを含み得る。一例では、構成データ１１３は、監視および保護システム１２に適用されるデータに基づいて安全なデータインターフェースシステム６８に自動で適用されることができる。別の例では、構成データ１１３は、監視および保護システム１２への変化の適用中、またはその後に、安全なデータインターフェースシステム６８に手動で適用されることができる。監視および保護システム１２と安全なデータインターフェースシステム６８を同期することによって、Ｍ＆Ｐエミュレータ１０８は、監視および保護システム１２によって提供されるものと同一のまたはほぼ同一の計算値を提供することができる。
【００３５】
図４は、処理１１４の実施形態のフローチャートである。処理１１４は、プロセッサ１３、７１のようなプロセッサによって実行可能であり、メモリ１４、７２のようなメモリに記憶される、コンピュータ命令を使用することによって、実現され得る。図示のごとく、処理１１４は、動作、例えばシステム１０の動作、を監視し得る（ブロック１１６）。それに応じて、センサ６２の生データを含むセンサ６２のデータが、安全なデータインターフェースシステム６８によって受信され得る（ブロック１１８）。安全なデータインターフェースシステム６８は、例えば一方向データインターフェース１００を使用して、センサ６２のデータを受信し得る（ブロック１１８）。処理エンジン１０２が次に、Ｍ＆Ｐエミュレータ１０８を使用して、監視および保護システム１２をエミュレートし得る（ブロック１２０）。それに応じて、キーフェーザ測定値、振動測定値、アキシャル位置、ラジアル位置、ケーシング速度、ケーシング加速度、温度、伸び差、過速度検出、ロータホイール加速度、アクチュエータ位置、シャフト偏心率、転動体ベアリング動き監視データ、速度測定値、クリアランス測定値、圧力測定値、または流量測定値を含むが、それらに限定されない、多数のシステム１０の状態および測定値１２２が、導出され得る。
【００３６】
処理１１４は次に、双方向データインターフェース１１０を使用することにより、例えば外部システム８０、８２、８４、および／または８６に、測定値／状態１２２を通信し得る（ブロック１２４）。外部システム８０、８２、８４、および／または８６は、さらなるデータ（例えば、測定値／状態１２２）を問合せを得る（ブロック１２６）。実際、外部システム８０、８２、８４、および／または８６が関係し得る限り、安全なデータインターフェースシステム６８は、監視および保護システム１２のように機能することができ、いくつかの実施形態では、外部システム８０、８２、８４、および／または８６は、監視および保護システム１２との通信は発生していないこと、安全なデータインターフェースシステム６８との通信のみが発生していること、を知り得ない。外部送信から監視および保護システム１２および監視されたシステム１０を隔離することによって、本明細書に説明される技法は、向上した安全性および動作の信頼性を提供することができる。構成データ１１３がハードウェアおよび／またはソフトウェア構成情報を含み得ることに注意すべきである。加えて、構成データ１１３は、外部システム８０、８２、８４、および８６と構成を同期するために使用され得る。例えば、ＨＭＩ８０、ＤＣＳ８２、ＤＳＳ８４、および他のシステム８６は、通信プロトコル特性（例えば、サブネット、パケットのタイプ、アドレスリソリューション）、警告および／または警報の構成、および他の構成情報（例えば、クライアント／サーバセットアップ情報、冗長なサーバ情報、セキュリティ認証サーバ情報）を同期し得る。要するに、システム１２と外部システム８０、８２、８４、および８６との間の動作に影響を与えそうな任意のハードウェアおよび／または構成もまた、安全なデータインターフェースシステム６８と同期され得る。
【００３７】
ここで図５を参照すると、同図は、一方向通信データフロー７０を介して安全なデータインターフェースシステム６８に通信可能に結合された監視および保護システム１２の実施形態の斜視図である。同図は、図２に示した要素と同様の要素を示すので、同様の要素は、同様の番号を使用して示されている。図５にはまた、センサデータのような監視されたシステム１０からのデータを受信するのに適した一方向データフロー１３０が示されている。図示した実施形態において、安全なデータインターフェースシステム６８は、スタンドアロンシステムである。実際、ラックマウント型カードのフォームファクタに加えて、または代えて、安全なデータインターフェースシステム６８はまた、スタンドアロンシステムとして提供され得る。スタンドアロンフォームファクタにおいて、安全なデータインターフェースシステム６８は、ラックに取り付け可能であることができ、実施形態では、監視および保護システム１２をホストしている同一のラックに取り付けられ得る。一実施形態では一方向データフロー１３０は使用され得ず、一方向通信データフロー７０のみが使用され得ることに注意すべきである。
【００３８】
さらに、いくつかの実施形態において、安全なデータインターフェースシステム６８は、図示したカード８７のような監視および保護カードの挿入を提供し得る。カード８７は、キーフェーザ測定値（例えば、振動コンポーネントとシャフト３２および／または５４でのタイミングマークとの間の位相関係）、（例えば、近接プローブを使用した）相対的な振動、アキシャル位置、ラジアル位置、ケーシング速度、ケーシング加速度、温度、伸び差／ケースの伸び、過速度検出、ロータホイール４８、５０、５２の加速度、アクチュエータ位置（例えば、弁の位置、線形アクチュエータ位置）、シャフト３２および／または５４の偏心率、転動体ベアリング動き監視（ＲＥＢＡＭ（登録商標））データ、振動測定値（例えば、アキシャル振動、ラジアル振動）、速度測定値、クリアランス測定値（例えば、回転コンポーネントと固定コンポーネントとの間の距離）、圧力測定値、流量測定値、またはそれらの組み合わせの計算を提供することにより、安全なデータインターフェースシステム６８の機能を拡張し得る。したがって、ノーマルな動作、アブノーマルな動作等を含む、動作状態が導出され得る。別の実施形態では、カード８７は提供され得ず、安全なデータインターフェースシステム６８が上述した動作状態を計算し得る。さらなる別の実施形態では、動作状態は、安全なデータインターフェースシステム６８とカード８７との組み合わせによって導出され得る。スタンドアロンシステムとして安全なデータインターフェースシステム６８を提供することにより、安全なデータインターフェースシステム６８は、監視および保護システム１２への妨害を最小にしてインストールされることができる。そして、構成の変化のような監視および保護システム１２への変化は、図６に関し以下により詳細に説明されるように同期されることができる。
【００３９】
図６は、監視および保護システム１２と安全なデータインターフェースシステム６８との間の同期、例えば構成の変化の同期、に適した処理１３２の実施形態のフローチャートである。処理１３２は、プロセッサ１３、７１によって実行可能であり、メモリ１４、７２に記憶される、コンピュータ命令として実現され得る。図示された実施形態において、監視および保護システム１２は、構成の変化をこうむり得る（ブロック１３４）。例えば、新たなパラメータ（例えば、動作パラメータ、較正パラメータ、センサパラメータ）、および／または、新たなファームウェアを含むプログラミングの変化が、監視および保護システム１２に適用され得る。そして、監視および保護システム１２は、安全なデータインターフェースシステム６８に構成情報を通信し得る。例において、監視および保護システム１２は、監視および保護システム１２に構成バージョンＩＤを送信し得る。構成バージョンＩＤの伝達（ブロック１３６）は、一方向通信データフロー７０を使用することによって提供され得る。図示した実施形態において、一方向データフローは、専用ケーブル、コモンバス（例えば、ラックバス）、ワイヤレスコンジット（例えば、ＷＩＦＩ）、有線ネットワーク等を使用することによって提供され得る。
【００４０】
例えば伝達を不明瞭にし得る単方向性技法を使用することによる、いくつかの技法が、構成バージョンＩＤを送信するために使用され（ブロック１３６）、向上した保護レイヤを提供することができる。そのような技法は、直接的に、または受信デバイスを介して、のいずれかによる可能なネットワーク攻撃を、送信デバイスに受けさせない、電圧レベル、周波数、パルスストリーム、または他の信号として、構成バージョンＩＤを符号化することを含み得る。したがって、ネットワーク攻撃は、最小化または解消されることができる。
【００４１】
そして、安全なデータインターフェースシステム６８は、構成バージョンＩＤを受信し、構成が変化したことを導出し得る（ブロック１３６）。例えば、受信された構成バージョンＩＤが、既存の構成バージョンＩＤと比較されて、変化が導出され得る（ブロック１３８）。そして、安全なデータインターフェースシステム６８が新たな構成の変化が生じたことを警報し得るので、その構成が変えられて（ブロック１４０）、安全なデータインターフェースシステム６８と監視および保護システム１２との間の構成が同期され得る。一実施形態において、安全なデータインターフェースシステム６８は、警報（例えば、ランプの点滅、電子メール、テキストメッセージング、音の警報）を提供することができるので、人間は応答し、安全なデータインターフェースシステム６８を手動で再構成することができる（ブロック１４０）。別の実施形態では、自動化された処理（ブロック１４０）が、例えば近接サーバから、構成の変化をロードし得る。したがって、安全なデータインターフェースシステム６８および監視および保護システム１２は同一のまたはほぼ同一の構成を維持することができるので、監視されたシステム１０の同一のまたはほぼ同一の動作状態を提供することができる。一実施形態において、構成（例えば、ソフトウェアおよび／またはハードウェア構成）が、外部システム８０、８２、８４、および８６の任意の１つ以上と同期され得ること、処理１３２がそれに応じて、例えば、構成の変化を表すブロック１３４、例えば外部システム８０、８２、８４、および／または８６による構成情報の通信を表すブロック１３６、とともに使用され得ること、に注意すべきである。構成の変化もまた、ブロック１３８で導出され、ブロック１４０で適用されることができる。
【００４２】
本発明の技術的効果は、監視および保護システムからデータを受信し、監視および保護システムをエミュレートして、ある特定の測定値および機器の状態を導出し、測定値および機器の状態を外部システムに通信するのに適した、安全なデータインターフェースシステムを提供することを含む。一方向データフローが、監視および保護システムから安全なデータインターフェースに生センサデータを含むデータを送信するのに適した一方向通信インターフェースを使用することによって、提供され得る。双方向データフローが加えて、安全なデータインターフェースと外部システムとの間の通信に適した双方向通信インターフェースを使用することによって、提供され得る。安全なデータインターフェースと監視および保護システムとの間の同期を含む技法は、監視および保護システムに適用される、パラメータの変化、変数の変化、プログラミングの変化、ファームウェアの変化等を維持するのに有用である。一方向データフローといった孤立的に生じる通信を提供することによって、本明細書に説明される技法は、より安全で、信頼性が高く、危険のない動作環境を可能にし得る。
【００４３】
書かれたこの説明は、ベストモードを含む例を使用して、本発明を開示し、また、任意のデバイスまたはシステムの製造および使用と任意の組み込まれた方法の実行とを含む本発明の実現をいずれの当業者にも可能にさせる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの言語と実質的な差のない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  タービンシステム
１２  監視および保護システム
１３  プロセッサ
１４  メモリ
１５  燃料ノズル
１６  燃焼器
１８  空気取り入れ部
１９  圧縮機
２０  低圧ステージ
２２  中圧ステージ
２４  高圧ステージ
２６  固定ベーン
２８  ブレード
３０  回転ホイール
３２  シャフト
３４  タービン
３６  ディフューザ部
４０  高圧ステージ
４２  中圧ステージ
４４  低圧ステージ
４６  ブレードまたは動翼
４８  ロータホイール
５０  ロータホイール
５２  ロータホイール
５４  シャフト
６０  排気部
６２  センサ
６４  アクチュエータ
６６  データ
６８  安全なデータインターフェースシステム
７０  一方向通信データフロー
７１  プロセッサ
７２  メモリ
７３  双方向データフロー
７４  データ
７６  データ
７８  プラントデータハイウェイ
８０  ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）
８２  分散制御システム（ＤＣＳ）
８４  決定サポートシステム（ＤＳＳ）
８６  他のシステム
８７  ラックマウント型デバイス
８８  キャビネット
８９  ラックバックプレーン
９０  データ通信バス
９１  ラックマウント型カード、ホットスワップ可能なカード
１００  一方向データインターフェース
１０２  処理エンジン
１０８  監視および保護システムエミュレータ、Ｍ＆Ｐエミュレータ
１１０  双方向データインターフェース
１１２  侵入検出システム（ＩＤＳ）
１１３  構成データ
１２２  状態および測定値
１３０  一方向データフロー
【図１】
2015018550.tif 000003
【図２】
2015018550.tif 000004
【図３】
2015018550.tif 000005
【図４】
2015018550.tif 000006
【図５】
2015018550.tif 000007
【図６】
2015018550.tif 000008
【外国語明細書】
2015018550000001.pdf