КОМПАКТНОЕ АВТОНОМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ
COMPACT SELF-CONTAINED STATE CONTROL DEVICE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка ссылается на приоритет заявки 60/997911, поданной 5 октября 2007 г., материал которой полностью включен в настоящий документ путем ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству, предназначенным для того, чтобы первое устройство осуществляло контроль работы второго устройства, включая контроль работы насоса, вентилятора, компрессора, турбины или другого механического устройства, совершающего вращательное или возвратно-поступательное движение, а более конкретно - относится к доступному, компактному, автономному, работающему от батарей, контролирующему состояние и подающему сигналы предупреждения и тревоги устройству, предназначенному для контроля работы насоса.
2. Уровень техники
Контроль температуры и вибраций вращающегося оборудования является известным и принятым для использования способом определения рабочего состояния этого оборудования.
- Измерение температуры оборудования в качестве диагностического инструмента отличается простотой и не требует больших затрат на осуществление. Информация о температуре полезна только для индикации допустимых и недопустимых условий эксплуатации оборудования.
- Контроль вибраций является признанным диагностическим инструментом выявления функционального состояния вращающегося оборудования. Периодический контроль вибраций машины является принципиальным компонентом программ профилактического обслуживания в промышленности. Состояния, которые позволяет обнаружить контроль вибраций, включают состояние подшипника, прямолинейность вала, разбалансировку, нарушение выравнивания, износ, накопление продукта, изменение процесса, коррозию и расшатанность. Оборудование для контроля вибраций может быть дорогим и стоить десятки тысяч долларов. Кроме того, только в очень дорогостоящем вращающемся оборудовании имеются контрольные устройства, предназначенные для непрерывного контроля. На типичном химическом заводе имеется 1000 установленных и работающих насосов. При этом на типичном химическом заводе может быть менее 10 насосов или частей вращающегося оборудования, удовлетворяющих критерию, который оправдывает расходы на специализированные контролирующие устройства. Для 99% вращающегося оборудования, для которого расходы на непрерывный контроль вибраций не оправданы, либо измерения вибраций вообще не проводятся, либо используется программа инспекций по измерению вибраций, в которой задействовано дорогое переносное оборудование и затрачивается ручной труд. Проведение периодического контроля требует сбора надежных данных по вибрациям обученным персоналом и регулярный анализ собранных данных с целью определения функционального состояния оборудования. У большинства заводов, на которых собирают данные по вибрациям, нет персонала для регулярного анализа данных по вибрациям, что не позволяет выявить проблему до возникновения катастрофической аварии. Данные анализируют уже после инцидента, что слишком поздно для предупреждения аварий. Анализ вибраций должен использоваться в качестве инструмента прогнозирования и заблаговременно обнаруживать приближение аварии, так чтобы можно было произвести техническое обслуживание для минимизации выхода из строя оборудования и производственных потерь.
Например, известен периодический ручной контроль оборудования с использованием портативных инструментов для измерения вибраций и/или температуры. В частности, ручной контроль оборудования, например насосов, обычно проводят каждые 4-6 недель на основе заводского графика технического обслуживания. Однако этот период времени может меняться. Недостаток ручного контроля состоит в том, что он дает оценку состояния насоса только на тот момент, когда производилось измерение. Техник должен пройти соответствующее обучение для работы с относительно дорогостоящим оборудованием, и необходимо проверить все блоки для того, чтобы определить, существует ли проблема. Между инспекциями состояние насоса может измениться из-за неполадок в системе и/или ошибок оператора. Описываемый тип ручной системы не обеспечивает непрерывного контроля и поэтому не позволяет оптимизировать профилактическое техническое обслуживание.
Поэтому в промышленности имеется потребность в способе или дешевом удобном в работе устройстве для почти непрерывного контроля насоса и предоставления индикации о рабочем состоянии насоса на основе оценки одного или нескольких измеренных физических параметров.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает новые и уникальные способ и устройство, позволяющие первому устройству контролировать работу второго устройства, такого как насос, вентилятор, компрессор, турбина или другое механическое устройство, совершающее вращательное или возвратно-поступательное движение.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предлагаемый способ включает измерение первым устройством как пусковых вибраций в момент пуска после того, как первое устройство прикреплено ко второму, контролируемому, устройству, так и уровня последующих вибраций в последующее время после момента пуска, и предоставление как сигнала уровня пусковых вибраций, содержащего информацию об уровне пусковых вибраций во втором устройстве, так и сигнала уровня последующих вибраций, содержащего информацию об уровне последующих вибраций во втором устройстве, а также контроль первым устройством рабочего состояния второго устройства на основе сравнения сигнала уровня пусковых вибраций с сигналом уровня последующих вибраций.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предлагаемое устройство может быть выполнено в виде одного или более модулей и/или набора микросхем, предназначенных для выполнения различных стадий и реализации функциональных возможностей указанного способа.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предлагаемое устройство может также иметь вид доступного, компактного, автономного, работающего от батарей устройства, контролирующего состояние и подающего сигналы предупреждения и тревоги другого устройства, например насоса, и содержать один или несколько модулей, выполненных с возможностью реализации функциональных возможностей, сформулированных в настоящем документе.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения указанное доступное, компактное, автономное, работающее от батарей, контролирующее состояние и подающее сигналы предупреждения и тревоги устройство может быть смонтировано или установлено на втором устройстве, например, прикреплено к опорной раме насоса.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения контроль второго устройства первым устройством может включать один или несколько следующих признаков: предоставление индикации, содержащей информацию о рабочем состоянии второго устройства, включая звуковую индикацию, визуальную индикацию или некоторую их комбинацию; активизацию процедуры пуска для определения уровня пусковых вибраций; активизацию процедуры контроля для определения уровня последующих вибраций и контроля второго устройства; периодический перевод первого устройства в режим малого потребления энергии для экономии энергии или некоторую их комбинацию.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения уровень пусковых вибраций может быть определен на основе умножения на множитель обнаруженных уровней пусковых вибраций, измеренных вдоль одной или нескольких осей второго устройства, и может также быть определен так, чтобы находиться в пределах диапазона между наименьшим заранее заданным уровнем пусковых вибраций и максимально возможным заранее заданным уровнем пусковых вибраций.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения уровень пусковых вибраций может быть основан на работе второго устройства в момент пуска и, таким образом, является уникальным для второго устройства.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения изобретение может иметь вид машиночитаемого носителя данных, содержащего выполняемые компьютером компоненты, при выполнении в компьютерном процессоре, для осуществления способа, включающего: измерение первым устройством как пусковых вибраций в момент пуска после того, как первое устройство прикреплено ко второму, контролируемому, устройству, так и уровня последующих вибраций в последующее время после момента пуска, и передачу как сигнала уровня пусковых вибраций, содержащего информацию об уровне пусковых вибраций во втором устройстве, так и сигнала уровня последующих вибраций, содержащего информацию об уровне последующих вибраций во втором устройстве, а также контроль первым устройством рабочего состояния второго устройства на основе сравнения сигнала уровня пусковых вибраций с сигналом уровня последующих вибраций.
Например, оценка одного или более обнаруженных уровней вибрации может быть сделана одним или несколькими модулями, находящимися в пределах самого контрольного устройства, хотя предусмотрены также варианты осуществления настоящего изобретения, в которых один или более обнаруженных уровней вибраций передаются для оценки в другое устройство, и из указанного другого устройства возвращается один или более сигналов, содержащих информацию для индикации рабочего состояния устройства. Обмен такими сигналами между указанными устройствами может быть произведен посредством проводного или беспроводного обмена сигналами.
По существу, настоящее изобретение предоставляет новые и уникальные способ и устройство для контроля вибраций в очень дешевой компактной конфигурации. Это делает экономически целесообразным проведение непрерывного контроля каждого насоса или части вращающегося оборудования на химическом заводе. Устройство для контроля состояния может использовать дешевую микроэлектромеханическую систему (MEMS), разработанную для автомобильной промышленности, микропроцессоры с очень малым потреблением электроэнергии и батареи, изготовленные по последнему слову техники, - объединенные в новое и экономичное устройство, которое обеспечивает раннее предупреждение о проблемах в оборудовании. Настоящее изобретение позволяет снизить стоимость оборудования для непрерывного контроля с десятков тысяч долларов до нескольких сотен долларов. Низкая цена позволяет установить настоящее изобретение на каждой вращающейся машине на заводе и получить выгоду от непрерывного контроля без чрезмерно высоких затрат. Низкие требования к потреблению электроэнергии обеспечивают длительную работу от батарей. Это позволяет создать компактный автономный герметичный блок без внешних проводов, который крепится к контролируемому оборудованию простым механическим винтовым соединением.
Подавляющее большинство вращающегося оборудования, и в особенности центробежные насосы, вращаются со скоростями от 600 до 3600 оборотов в минуту. Наиболее полезным измерением вибраций при диагностике оборудования для такого типичного диапазона скоростей является измерение скорости. В изобретении используется схема для преобразования электрического выходного сигнала с микроэлектромеханическиой системы (MEMS) в напряжение, которое пропорционально скорости вибрации насоса. Вибрация оборудования, измеренная как скорость, используется для оценки состояния машины повсеместно. В дополнение к низкой цене изобретение обеспечивает простую установку и работу без необходимости специальных аналитических навыков для определения состояния оборудования. Устройство не требует эксперта, обученного для работы именно с этим оборудованием для интерпретации состояния оборудования. Любой человек, проходящий рядом с насосом, может мгновенно определить состояние насоса путем визуального наблюдения свечения светодиодов на мониторе (зеленое мигание - нормальная работа, красное мигание - тревога). Это визуальное наблюдение не ограничено использованием светодиодов. Другие варианты выполнения настоящего изобретения для визуального наблюдения могут включать жидкокристаллический дисплей или другие визуальные средства. Установление уровня подачи сигнала тревоги производится так же просто, как включение контролирующего устройства. Первая функция, которая выполняется при включении контролирующего устройства, состоит в фиксировании текущего уровня вибраций и использовании его в качестве базового уровня для установки аварийного уровня вибраций. Аварийный уровень сигнала сохраняется в памяти микропроцессора. Результаты последующих измерений уровня вибраций сравнивают с аварийным уровнем и выявляют состояние машины. Аварийный уровень вибраций уникален для машины и рабочих условий установки. Аварийный уровень не задан заранее, но уникально определяется для конкретной установки во время пуска.
Предусмотрены также варианты осуществления настоящего изобретения, в которых микропроцессор обрабатывает форму электрического сигнала, описывающего вибрации машины, а также контролирует выходной электрический сигнал датчика температуры и включает оповещение о тревоге в виде мигания красного светодиода при превышении аварийного уровня для вибраций или температуры, или, если машина эксплуатируется в состоянии, при котором аварийный уровень не достигнут, индикацию в виде мигания зеленого светодиода.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые иллюстрации включают следующие чертежи.
На фиг.1 показана блок-схема первого устройства, предназначенного для контроля второго устройства согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 показана функциональная блок-схема доступного, компактного, автономного, работающего от батарей, контролирующего состояние и подающего сигналы предупреждения и тревоги устройства согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3а и 3b показана логическая последовательность шагов способа согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 показана логическая последовательность шагов способа согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4а показана последовательность шагов, относящихся к миганию светодиода в способе, показанном на фиг.4.
На фиг.4b показана последовательность шагов, относящихся к выбору режима в способе, показанном на фиг.4.
На фиг.4с показана последовательность шагов, относящихся к измерению базового уровня вибраций в последовательности шагов, показанной на 4b.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1: Основное изобретение
На фиг.1 показано основное изобретение в виде первого устройства 10, которое контролирует работу второго устройства 20, например насоса, вентилятора, компрессора, турбины или другого механического устройства, совершающего вращательное или возвратно-поступательное движение. Как показано, первое устройство 10 может быть закреплено или установлено на втором устройстве 20, например первое устройство 10 может быть закреплено посредством некоторого крепежного элемента 18 на опорной раме (не показана) второго устройства 20, например насоса. Первое устройство 10 спроектировано доступным, компактным, автономным, недорогим, работающим от батарей, контролирующим состояние и выдающим сигналы предупреждения и тревоги устройством. Крепежный элемент 18 может иметь вид клея, эпоксидной смолы, зажимов и т.д., и объем изобретения не ограничен каким-либо конкретным типом или видом крепежного элемента, известного в настоящее время или разработанного в будущем, или же способом, с помощью которого первое и второе устройства соединены вместе.
Первое устройство 10 содержит измерительный модуль 12, контролирующий модуль 14 и другие модули 16.
Измерительный модуль 12 может содержать один или более модулей, выполненных с возможностью измерения первым устройством как пусковых вибраций в момент пуска после того, как первое устройство прикреплено ко второму, контролируемому, устройству, так и уровня последующих вибраций в последующее время после момента пуска, и предоставления как сигнала уровня пусковых вибраций, содержащего информацию об уровне пусковых вибраций во втором устройстве, так и сигнала уровня последующих вибраций, содержащего информацию об уровне последующих вибраций во втором устройстве. Способы измерения уровней колебаний известны из уровня техники, и объем изобретения не ограничен каким-либо конкретным типом или видом такого способа, как известного в настоящее время, так и разработанного в будущем. Техническое решение в рамках настоящего изобретения обеспечивает, что уровень пусковых вибраций основан на работе второго устройства в момент пуска и таким образом является уникальным для второго устройства в противоположность некоторым заводским установкам и/или заранее заданному уровню, не связанному с текущим рабочим состоянием второго устройства.
Контрольный модуль 14 может включать один или несколько модулей, выполненных с возможностью контроля первым устройством рабочего состояния второго устройства на основе сравнения сигнала уровня пусковых вибраций с сигналом уровня последующих вибраций. Контроль второго устройства первым устройством может включать один или более следующих признаков: предоставление индикации, содержащей информацию о рабочем состоянии второго устройства, включая звуковую индикацию, визуальную индикацию или некоторую их комбинацию; активизацию процедуры пуска для определения уровня пусковых вибраций; активизацию процедуры контроля для определения уровня последующих вибраций и контроля второго устройства; периодический перевод первого устройства в режим малого потребления энергии для экономии энергии или некоторую их комбинацию.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, уровень пусковых вибраций может быть определен путем умножения на заданный множитель обнаруженного уровня пусковых вибраций, измеренных вдоль одной или нескольких осей второго устройства. Например, если измерен уровень пусковых вибраций 0,135 дюймов/секунду (0,343 см/с), то уровень пусковых вибраций может быть определен равным 0,270 дюйма/секунду (0,686 см/с) путем умножения на 2 (то есть путем удвоения величины измеренной вибрации). При работе, если уровень последующих вибраций измерен, сравнен и превышает 0,270 дюйма/секунду (0,686 см/с), то контрольный модуль 14 может выдать сигнал тревоги или предупреждения. Объем изобретения не ограничен конкретным множителем и может включать другие множители, например 1,5, 1,75, 2,5 и т.д.
Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения, уровень пусковых вибраций может быть определен так, чтобы находиться в диапазоне, имеющем наименьший возможный заранее заданный уровень пусковых вибраций и максимально возможный заранее заданный уровень пусковых вибраций. Например, если измерен уровень пусковых вибраций 0,001 дюйма/секунду (или 0,0025 см/с) (что является очень малой величиной), то уровень пусковых вибраций может быть определен равным 0,125 дюйма/секунды (0,318 см/с) путем установки значения равным самому низкому заранее заданному уровню пусковых вибраций. Альтернативно, если измерен уровень пусковых вибраций 0,300 дюймов/секунду (0,762 см/с) (что является очень большой величиной), тогда уровень пусковых вибраций может быть определен равным 0,500 дюйма/секунду (1,27 см/с) путем установки значения равным максимально возможному заранее заданному уровню пусковых вибраций.
Другие модули 16 могут включать один или более модулей, известных в данной области техники и выполненных с возможностью реализации других функциональных возможностей, не являющихся частью основного изобретения и, таким образом, не описанных подробно в настоящем документе, включая, но не ограничиваясь этим, блок питания, предназначенный для питания первого устройства, другие модули-датчики для измерения одного или более других параметров, например температуры, и для контроля на их основе второго устройства 20, а также другие модули, которые известны в настоящее время или могут быть разработаны в будущем.
Модули 12 и 14 могут быть выполнены с использованием аппаратных средств, программного обеспечения, встроенных программ или их комбинации, хотя объем изобретения не ограничен каким-либо конкретным вариантом его осуществления. В типичном варианте с использованием программного обеспечения такой модуль может иметь однопроцессорную или многопроцессорную архитектуру, включающую микропроцессор, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), устройства ввода-вывода и шины управления, данных и адресов, соединяющие перечисленные устройства. Специалист сможет запрограммировать такое микропроцессорное устройство для выполнения вышеописанных функциональных возможностей без дополнительных исследований. Объем изобретения не ограничен каким-либо конкретным осуществлением с использованием известных технических решений или решений, разработанных в будущем. Совместимые с вышеописанным варианты осуществления настоящего изобретения предполагают, что функциональные возможности модулей 12 и 14 могут быть реализованы в пределах одного или более модулей 16.
Кроме того, объем настоящего изобретения включают ситуацию, когда либо модуль 12 или 14 является отдельным модулем, либо, альтернативно, является частью одного или более других таких модулей 16. Другими словами, объем изобретения не ограничен тем, где именно реализованы функциональные возможности модулей 12 или 14.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения модули 12 или 14 могут иметь вид набора микросхем, предназначенных для реализации вышеописанных функциональных возможностей.
Фиг.2: Функциональная блок-схема
На фиг.2 в качестве примера показана функциональная блок-схема для одного из вариантов осуществления первого устройства 10 (на фиг.1) в виде компактного автономного контрольного устройства, которое обозначено в целом позицией 100 и которое может быть прикреплено к опорной раме насоса для измерения вибраций и температуры, а также для индикации состояния с использованием светодиодов. Ниже дано описание функциональной блок-схемы, показанной на фиг.2, в направлении снизу вверх.
Акселерометры 102, 104, расположенные в контрольном устройстве 100, измеряют ускорение в единицах g (величина ускорения свободного падения). Один акселерометр измеряет вибрацию в вертикальном направлении относительно насоса, а другой датчик - в горизонтальном направлении относительно насоса. Устройство не ограничено вибрациями по двум осям, поскольку предусмотрен и вариант осуществления настоящего изобретения для контроля вибраций по трем осям. Напряжение, пропорциональное ускорению в единицах g, подаются в соответствующий операционный усилитель 112, 114, который сконфигурирован как фильтр. Соответствующий операционный усилитель 112, 114 преобразует g в дюймы/секунду и передает результат в микропроцессорный блок 108 в виде выходного напряжения, представляющего вибрацию в дюймах/секунду. В действительности выходной сигнал операционного усилителя/фильтра 112, 114 представляет собой аналоговое напряжение, которое пропорционально ускорению в дюймах в секунду. Выходной сигнал каждого операционного усилителя/фильтра 112, 114 дискретизируется аналогово-цифровым преобразователем в микропроцессорном блоке. Как показано, имеется отдельный операционный усилитель/фильтр 112, 114 для каждого акселерометра 102, 104, хотя объем изобретения не ограничен только такой конфигурацией. Кроме того, акселерометры и операционные усилители известны в данной области техники, и объем изобретения не ограничен каким-либо конкретным типом или видом такого устройства, как известного на сегодняшний день, так и разработанного в будущем.
Кроме того, в устройстве 100 имеется датчик 106 температуры, которая выдается в виде аналогового напряжения, пропорционального температуре опорной рамы насоса. Выходной сигнал из датчика 106 температуры также дискретизируется аналогово-цифровым преобразователем в микропроцессорном блоке.
Батарея 110 питает микропроцессорный блок 108, операционные усилители 112, 114, датчик 106 температуры, светодиоды (LED) 120, 122, 124 и магнитный выключатель 118. Устройство или блок 100 является полностью автономным и смонтировано в корпусе, который крепится на второе устройство 20 (фиг.1).
Магнитный выключатель 118 может быть, например, твердотельным выключателем на эффекте Холла, который используется в качестве устройства для ввода данных человеком в машину с целью вывода микропроцессорного блока 108 из режима малого потребления энергии (сон), для установки режимов микропроцессора и для возвращения микропроцессора в режим сна. Изобретение не ограничено выключателем Холла, но может использовать другие средства для включения устройства, такие как фотоэлемент, инфракрасное устройство, светодиод или простой выключатель.
Микропроцессорный блок 108 контролирует магнитный выключатель 118, дискретизирует сигналы с фильтров 112, 114 и датчика 106, выполняет логические алгоритмы и зажигает светодиоды для индикации состояния насоса.
Светодиоды 120, 122, 124 являются устройством вывода машина-человек и используются для индикации состояния насоса и установленных режимов.
Фиг.3а, 3b: Один из вариантов осуществления настоящего изобретения
1
2
На фиг.3а и 3b показана логическая блок-схема, обозначенная в целом позицией 200 и включающая шаги 200а, 200b…, 200n, 200n способа согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Малое автономное контролирующее состояние устройство 10, 100 обычно крепится к опорной раме (осевому подшипнику) насоса или к другому подходящему месту на насосе и производит почти непрерывный контроль вибраций и температуры корпуса подшипника. Доступное, компактное, автономное, работающее от батарей, контролирующее состояние и выдающее сигналы предупреждения и тревоги устройство может быть установлено на опорной раме, например в углублении, чтобы обеспечить защиту датчика температуры от обдува воздухом или физического повреждения, и в той области, которая позволяет контролировать температуру или вибрации по двум и более осям в осевом подшипнике.
В общем случае, в контролирующем устройстве отсчет может производиться каждые две минуты или, например, три минуты, хотя объем изобретения не ограничен каким-либо конкретным временным интервалом для измерений. Контролирующее устройство мигает светодиодом, например зеленым светодиодом для указания, что вибрация/температура насоса находится в пределах нормального рабочего диапазона. Если или вибрация, или температура превышает пороги выдачи сигнала тревоги, загорается светодиод, например красный, указывая, что имеет место состояние тревоги. Теперь неквалифицированный оператор может более часто визуально проверять насосные установки и определять, какие насосы находятся не в штатном режиме, чтобы можно было провести профилактическое обслуживание.
Ниже на примере полностью описана работа некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Работа происходит следующим образом:
Шаги 200а, 200b в качестве примера показаны в виде базовых процедур для инициализации, предназначенных для осуществления настоящего изобретения.
Шаг 200с представляет собой процедуру для перевода процессора в режим малого потребления энергии, когда либо датчик Холла не активен, либо датчик Холла активен в течение более чем некоторого количества последовательных миганий светодиода, например 3 миганий.
Шаг 200d является процедурой для определения, активен ли датчик Холла. Если датчик Холла активен и процессор находится в режиме малого потребления энергии, то выполняют шаги 200е, 200f, 200g, 200j, 200k. Если датчик Холла активен и процессор работает, то выполняется стадия 200h, которая представляет собой процедуру для определения, является ли датчик Холла активным в течение более чем некоторого количества последовательных миганий светодиода, как рассмотрено выше. Если датчик Холла является активным в течение менее чем некоторого количества последовательных миганий светодиода и процессор работает, то выполняют шаг 200i снятия отсчета.
Шаги 200е, 200f, 200g, 200j выполняются в качестве части пусковой процедуры для определения уровня пусковых вибраций (называемого здесь также "базовым" уровнем) и выдачи на шаге j соответствующей индикации, что он установлен.
Шаги 200k, 200l выполняются в качестве части измерения уровня последующих вибраций с целью получения сигнала уровня последующих вибраций, содержащего информацию об уровне последующих вибраций.
1
2
Шаги 200m, 200n, 200n 200n выполняются в качестве части процедуры контроля, предназначенной для сравнения уровня пусковых вибраций и уровня последующих вибраций и для контроля второго устройства на основе этого сравнения.
Важно отметить, что численные значения, установленные на стадиях, которые описаны на фиг.3а, 3b, даны только для примера и не подразумевают каких-либо ограничений. Например, на стадии 200f для установления среднего базового уровня предусмотрен период из 8 измерений, а уровень тревоги установлен равным 200% от этого базового уровня. Однако рассмотренному выше удовлетворяют и другие варианты осуществления настоящего изобретения с использованием другого количества измерений, например 4, 5, 6, 7, 9, 10 и т.д., или с использованием других значений множителей, например 150%, 250% и т.д.
При работе в соответствии с вышеуказанным логическим алгоритмом настоящее изобретение предоставляет дешевое, доступное, компактное, автономное, работающее от батарей, контролирующее состояние и выдающее сигналы предупреждения и тревоги устройство, которое предоставляет индикацию рабочего состояния на основе оценки одного или нескольких измеренных физических параметров.
- Контролирующее устройство может измерять как температуру, так и вибрации, а не только температуру, как в других известных устройствах. Температура представляет собой параметр, который измеряется практически непосредственно. Измерение вибраций более затруднительно, поскольку оно требует согласование частотного диапазона сигнала и преобразование ускорения в единицах g в скорость в дюймах в секунду с помощью операционного усилителя.
- Контролирующее устройство уникально тем, что измерение базового уровня вибраций настроено под индивидуальную установку машины и приложение, в котором она работает. Эти пороговые значения не заданы заранее, как в других известных устройствах, но определяются для конкретной установки и приложения. Каждая установка уникальна.
- Кроме того, контролирующее устройство не выполняет функции управляющего "размыкающего выключателя", как в других известных устройствах.
- Контролирующее устройство предназначено, главным образом, для контроля работы насоса, хотя оно может также контролировать работу вентилятора, компрессора, турбины или другой части вращающегося оборудования. Другие известные устройства разработаны специально для контроля работы двигателя.
- Контролирующее устройство не выполняет записи данных, как это делают другие известные устройства.
- Другие известные устройства могут использоваться во множестве приложений, то есть в любом приложении, в котором используется электродвигатель, однако они не контролируют исполнительное оборудование, как это делает контролирующее устройство в рамках настоящего изобретения. Контроль только приводного устройства не позволяет узнать состояние исполнительного оборудования.
Фиг.4-4с: Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения
На фиг.4-4с показан альтернативный вариант логического алгоритма, обозначенного в целом позицией 300 и включающего шаги 300а, 300b, 300с…, 300w, позволяющие в рамках настоящего технического решения создать доступное, компактное, автономное, работающее от батарей устройство, содержащее память и аналогово-цифровой преобразователь, для контроля вибраций по двум осям и температуры и для выдачи сигналов предупреждения и тревоги. Если сравнить логический алгоритм на фиг.3а, 3b с логическим алгоритмом на фиг.4-4с, очевидно, что к процедуре мигания светодиода на фиг.4а добавлены некоторые шаги и полностью добавлена процедура выбора режима на фиг.4b. Другие шаги также немного модифицированы.
Ниже на примере описана работа некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Работа происходит следующим образом:
Контролирующее устройство 10, 100 может быть первоначально активизировано путем перемещения небольшого магнита над датчиком Холла. После этого контролирующее устройство переходит в режим измерений вибраций и температуры. Если датчик Холла вновь активизирован, в то время как устройство находится в режиме измерений, контролирующее устройство переходит к процессу выбора режима. Режим мигания светодиодов указывает состояние различными цветами и режимами мигания. Например, когда устройство активно и находится в режиме контроля (нет угрозы или тревоги), зеленый светодиод мигает каждые 3 секунды. Если вибрации превышают выбранное значение, составляющее 150% от базового уровня, установленное по умолчанию значение выдачи предупреждения, установленное значение выдачи предупреждения при малой мощности или установленное значение выдачи предупреждения при большой мощности, то будет выдан сигнал предупреждения, который состоит из одной вспышки красного светодиода каждую секунду. Если вибрации превышают выбранное значение, составляющее 200% от базового уровня, установленное по умолчанию значение выдачи тревоги, установленное значение выдачи тревоги при малой мощности или установленное значение выдачи тревоги при большой мощности, то будет выдан сигнал тревоги, который состоит из двух миганий красных светодиодов каждую секунду. Схема мигания для индикации предупреждения или тревоги включается, например, если измеренная вибрация превышает выбранный порог для выбранного режима по меньшей мере в двух последовательных отсчетах, хотя объем настоящего изобретения не ограничен количеством последовательных отсчетов. Если включено состояние предупреждения или тревоги, следующий отсчет производится через 60 секунд. В режиме предупреждения или тревоги, если последующее измеренное значение вибраций или температуры падает ниже указанного порогового значения, происходит возврат в нормальное состояние (зеленый светодиод мигает один раз каждые три секунды). Если имеет место и состояние предупреждения, и состояние тревоги, схема мигания включается соответственно наиболее серьезному состоянию «Тревоги». В этом варианте осуществления настоящего изобретения нет никакого различия в последовательности миганий светодиодов для состояния вибраций и температуры, хотя имеются варианты осуществления настоящего изобретения, в которых схемы мигания для состояний, относящихся к вибрациям и к температуре, могут отличаться.
Схема миганий светодиодов для индикации состояния температуры может быть аналогичной, если измеренная температура превышает пороговое значение для двух последовательных измерений. Пороги для состояний предупреждения/тревоги по температуре установлены следующим образом:
Состояние предупреждения будет инициировано, если в двух последовательных измерениях температура превысит, например, 175°F (79,4°С). Состояние тревоги будет инициировано, если в двух последовательных измерениях температура превысит, например, 185°F (85°С). Если не имеет места состояние предупреждения/тревоги, измерение значений температуры и вибраций производят каждые три минуты, в противном случае следующее измерение производят через 60 секунд. Время измерения составляет 5-10 секунд.
Установка режима может быть выполнена перемещением магнита над датчиком Холла, когда устройство находится в нормальном режиме (зеленый светодиод мигает каждые три секунды). Альтернативно, для желаемой установки и регулировки устройства вместо датчиков Холла могут использоваться другие типы датчиков, как известных в настоящее время, так и разработанных в будущем. Во время процесса выбора режима измерения не производятся.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения имеют место пять режимов, показанных на фиг.4b, причем их выбор осуществляется следующим образом:
- Режим 1 - Установки для вибраций по умолчанию: Предупреждение > 0,15 дюйма/с (0,381 см/с), Тревога > 0,30 дюйма/с (0,762 см/с).
- Режим 2 - Приложение с малой нагрузкой: Предупреждение > 0,125 дюйма/с (0,318 см/с), Тревога > 0,25 дюйма/с (0,635 см/с)
- Режим 3 - Приложение с большой нагрузкой: Предупреждение > 0,175 дюйма/с (0,445 см/с), Тревога > 0,35 дюйма/с (0,889 см/с)
- Режим 4 - Установка базового уровня для предупреждения: Предупреждение > измеренное базовое значение х1,5; Тревога: > измеренное базовое значение х2. Никогда не выдается предупреждение, если < 0,125 дюйма/с (0,318 см/с), никогда не выдается тревога, если < 0,167 дюйма/с (0,424 см/с), всегда тревога, если > 0,5 дюйма/с (1,27 см/с).
- Режим 5 - «Спящий» режим: процессор находится в «спящем состоянии» (используется, когда насос выведен из эксплуатации, для сохранения заряда батареи). В спящем режиме не сохраняются никакие установки или базовые значения.
Отметим, что установку базового уровня для вибраций выбирают после того, как в устройстве выбран режим 4. Результат измерения вибраций, следующего за выбором режима 4, устанавливают в качестве базового уровня.
Конкретную установку режима выбирают по количеству миганий красного светодиода следующим образом:
- Одна вспышка для режима 1
- Две вспышки для режима 2
- Три вспышки для режима 3
- Четыре вспышки для режима 4
- Пять вспышек для режима 5
Для достижения вышеуказанного эффекта также могут использоваться другие комбинации мигания и цветов. Это очевидно для специалистов в данной области техники. Как только режим выбран путем перемещения магнита над датчиком Холла, зеленый светодиод мигает, подтверждая выбор. Если никакого выбора не сделано после того, как устройство прошло через три полных цикла установки режима, по умолчанию будет сделан выбор режима, который фактически был раньше до активизации меню установки режима. После выхода из меню установки режима вновь включается режим измерений.
Функция экономии батареи определяет напряжение батареи и напряжение на зеленом светодиоде каждые 30 минут, при этом, если напряжение на светодиоде составляет меньше 1 В, то считается, что устройство установлено в темноте (ночь), а если напряжение на светодиоде больше 1 В, то считается, что устройство установлено на свету (день). Если обнаружено, что устройство установлено в темноте (ночь), продолжительность свечения светодиода будет сокращена на 50%. Напряжение на зеленом светодиоде при ярком солнечном свете составляет приблизительно 1,5 В. Напряжение батареи составляет 3 В.
В качестве примера, акселерометр может быть установлен на отдельной панели, причем у этой отдельной панели имеется выступ (шпоночный выступ), который входит в щель (паз) на главной панели для установки и припаивания к акселерометру/панели. Ориентация установленной панели акселерометра такова, что она находится в правильной и неподвижной плоскости (перпендикулярной к панели главного процессора) с целью измерения как вертикальных, так и горизонтальных вибраций в осевом подшипнике (вибрации по двум осям). Две указанные панели и акселерометр паяют для создания как электрических соединений к акселерометру, так и конструктивной поддержки между двумя панелями.
Например, измерение температуры может быть выполнено с использованием устройства для измерения температуры на интегральной схеме, в котором выходное напряжение обратно пропорционально температуре. Главная панель может иметь круглое отверстие, которое совмещено с теплопроводящей дорожкой и электрически связано с устройством для измерения температуры.
В круглое отверстие с теплопроводящей дорожкой в главной панели может быть введен конструктивный ступенчатый элемент из нержавеющей стали (или другого проводящего материала), который находится в непосредственном контакте с опорной рамой и теплопроводящей дорожкой. Тепло передается с опорной рамы в конструктивный элемент и вдоль теплопроводящей дорожки в устройство для измерения температуры на интегральной схеме. Температурная компенсация обеспечивается программным обеспечением.
В соответствии с вышеописанным техническое решение в рамках настоящего изобретения может включать один или несколько следующих признаков: измерение одного или более физических параметров через заранее заданные временные интервалы; обеспечение визуальной индикации того, что указанные один или более физических параметров находятся в пределах диапазона нормальных значений; мигание светодиода какого-либо заданного цвета, например красного или зеленого; обеспечение звуковой индикации, визуальной индикации или некоторой их комбинации для указания, что указанные один или более физических параметров превышают заранее заданный порог, с целью информирования, что имеет место состояние предупреждения или тревоги; реагирование на состояние предупреждения или тревоги в отношении вибрации и/или температуры путем мигания светодиода определенного цвета, например красного, в определенной последовательности, чтобы пользователь мог различать состояние предупреждения и тревоги; активизацию доступного, компактного, автономного, работающего от батарей, контролирующего состояние и выдающего сигналы предупреждения и тревоги устройства путем перемещения магнита над датчиком; использование множества физических параметров для контроля вибраций устройства; мигание различных визуальных индикаторов заранее заданное количество раз в секунду, когда измеренная вибрация устройства превышает любой из множества указанных физических параметров; использование множества физических параметров для контроля температуры устройства; инициирование выдачи сигнала предупреждения, если результат заранее заданного количества последовательных отсчетов превышает первую заранее заданную пороговую величину температуры; инициирование выдачи сигнала тревоги, если результат заранее заданного количества последовательных отсчетов превышает вторую заранее заданную пороговую величину температуры, которая выше, чем первая заранее заданная пороговая величина температуры; осуществление измерений указанных одного или более физических параметров с различными частотами в зависимости от состояния контролируемого устройства; использование множества режимов, включая установки вибраций по умолчанию, установки при малой мощности (HP), установки при большой мощности, установки базового уровня, установки режима «сна» или некоторую их комбинацию; установку режимов путем перемещения магнита над чувствительным элементом; обеспечение соответствующей визуальной индикации для каждого из указанного множества режимов; использование в доступном, компактном, автономном, работающем от батарей, контролирующем состояние и выдающем сигналы предупреждения и тревоги устройстве акселерометра для измерения вибраций в устройстве; использование в доступном, компактном, автономном, работающем от батарей, контролирующем состояние и выдающем сигналы предупреждения и тревоги устройстве устройства для измерения температуры на интегральной схеме для измерения температуры устройства; выполнение оценки одним или несколькими модулями, содержащимися в пределах доступного, компактного, автономного, работающего от батарей, контролирующего состояние и выдающего сигналы предупреждения и тревоги устройства; передачу одного или более измеренных физических параметров в другое устройство для оценок; прием из другого устройства в обратном направлении одного или более сигналов, содержащих информацию для индикации рабочего состояния устройства.
Настоящее изобретение может иметь вид системы, которая состоит из доступного, компактного, автономного, работающего от батарей устройства, содержащего память и аналогово-цифровой преобразователь, для контроля вибраций по одной и двум осям и температуры и для выдачи сигналов предупреждения и тревоги, которое устанавливается на плоской части опорной рамы насоса так, чтобы быть защищенным от механических воздействий и от обдува воздухом с целью обеспечения надежности измерения температуры, и ориентируется так, чтобы измерять температуру осевого подшипника и его вибрации по одной и двум осям. Альтернативно, устройство может быть установлено на вентиляторе, компрессоре, турбине или другом механическом устройстве, совершающем вращательное или возвратно-поступательное движение. Кроме того, хотя настоящее изобретение описано на примере измерения вибраций по двум осям, объем изобретения не ограничен только такой конфигурацией, поскольку варианты выполнения настоящего изобретения включают возможность измерений вибраций по трем осям.
Возможные приложения
Другие возможные приложения включают по меньшей мере следующее:
контроль вибраций по одной или двум осям и температуры в насосах, вентиляторах, компрессорах, турбинах и любом другом механическом устройстве, совершающем вращательное или возвратно-поступательное движение, если необходимо иметь индикацию предупреждения и тревоги в отношении таких параметров, как вибрации и/или температура.
Объем изобретения
Очевидно, что если в настоящем документе не сказано иное, любые из признаков, характеристик, альтернатив или модификаций, описанных в рамках конкретного варианта осуществления настоящего изобретения, могут также быть применены, использованы или объединены с любым другим вариантом осуществления настоящего изобретения, описанным выше. Кроме того, чертежи даны не в масштабе.
Хотя настоящее изобретение было описано и проиллюстрировано на примерах вариантов его осуществления, вышеуказанные и различные другие добавления и изъятия могут быть сделаны без выхода за рамки изобретения.