CN104254810B - 用于一组工厂的条件监视的方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于使用本地监视与诊断***在制炼厂中监视机械和***的***(100)和方法。所述***包括工厂数据库(206),所述工厂数据库(206)被配置成存储规则集,所述规则集包括至少一个规则,所述规则被表达为工厂组件或***的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型、以及实时数据输出相对于实时数据输入的关系表达式中的至少一者。所述***还包括服务器级计算机,所述服务器级计算机被配置成从工厂单元控制面板接收工厂组件数据,使用与所述工厂组件或***相关联的所述基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型中的所述至少一者生成虚拟传感器输出,将所述工厂组件数据和所生成的虚拟传感器输出传输到所述工厂数据库以用于存储并且传输到数据可视化***以用于生成分析图形,使用所述基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型规则集中的所述至少一者准实时地确定所述工厂组件或***的操作或性能条件。
Description
技术领域
本发明的领域大体上涉及机械/电气设备操作、监视和诊断,并且更具体地说,涉及用于本地监视一组工厂设备并且远程选择性监视工厂设备队列的***和方法。
背景技术
至少一些已知的操作相当多机器的工业工厂使用本地控制***来监视和诊断此类机器的健康。本地控制***还可将所感测到的过程参数的值传送到场外监视中心以进行数据存储、分析和故障排除。通常,所传送的数据是来自历史记录的相对较老的数据且/或在一个方向上从工厂传送到队列监视中心。为了利用设备供应商对工厂拥有者已经购买的设备的专门技术,可能需要现场服务工程师拜访工厂场地来观测准实时数据集合并调整现有控制器。拜访工厂是昂贵的、人力密集的并且难以在接到通知后马上进行。
发明内容
在一个实施例中,一种用于工厂的本地监视与诊断***包括:客户端***,其包括用户接口和浏览器;以及工厂数据库,其被配置成存储规则集,其中所述规则集包括至少一个规则,所述规则被表达为工厂组件或***的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型、以及实时数据输出相对于实时数据输入的关系表达式中的至少一者。所述关系表达式特定针对于工厂资产或一组相关资产。所述工厂数据库进一步被配置成从与所述工厂相关联的条件监视***接收事件数据,并且所述条件监视***被配置成分析工厂设备数据以实现设备和所选定的过程的实时优化、条件监视和事件诊断来生成所述事件数据。所述***还包括服务器级计算机,其被配置成以通信方式耦合到所述客户端***和所述数据库,所述服务器级计算机进一步被配置成从以通信方式耦合到围绕所述工厂组件定位的传感器的工厂单元控制面板接收工厂组件数据,使用与所述工厂组件或***相关联的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型以及关系表达式中的所述至少一者来生成虚拟传感器输出,将所述工厂组件数据和所生成的虚拟传感器输出传输到所述工厂数据库以用于存储并且传输到数据可视化***以用于生成所述客户端***的用户所请求的分析图形,使用基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型规则集中的至少一者来准实时地确定所述工厂组件或***的操作或性能条件,并且输出由用户选择的表示所述所选定的工厂组件或***的可视化,所述可视化包括说明所述工厂组件或***的图形和界定与所述所选定的工厂组件或***相关的所接收和所生成的数据的值的文本信息。
在另一个实施例中,一种使用本地监视与诊断***在制炼厂中监视机械和***的方法,所述本地监视与诊断***包括至少一个规则集的数据库,所述规则集包括至少一个规则,所述规则被表达为机器、***及其组合中的至少一者的至少一部分的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型中的至少一者。所述方法包括从以通信方式耦合到所述本地监视与诊断***的传感器接收与所述工厂中的机器和***中的至少一者的所述至少一部分的操作相关的过程参数值,由所述本地监视与诊断***为与所述工厂中的机器和***中的至少一者的所述至少一部分的操作相关的过程参数确定虚拟传感器值,并且由所述本地监视与诊断***生成所述工厂中的机器和***中的至少一者的所述至少一部分的图形表示的分级可视化,包括所述所接收的过程参数值和虚拟传感器值,其中每一级可视化包括比前一级更详细呈现的图形表示。
在又一个实施例中,一种用于工厂队列的监视与诊断***包括:与每个工厂相关联的客户端***,每个所述客户端***包括用户接口和浏览器;以及与每个工厂相关联的工厂数据库,每个工厂数据库被配置成存储与位于那个工厂处的组件相关的规则集,所述规则集包括至少一个规则,所述规则被表达为工厂组件或***的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型中的至少一者以及实时数据输出相对于实时数据输入的关系表达式中的至少一者,所述关系表达式特定针对于工厂资产或一组相关资产,所述工厂数据库进一步被配置成从与所述工厂相关联的条件监视***接收事件数据,所述条件监视***被配置成分析工厂设备数据以实现设备和所选定的过程的实时优化、条件监视和事件诊断来生成所述事件数据。所述监视与诊断***还包括:位于远离所述工厂队列处的队列数据库,所述队列数据库被配置成从所述队列中的可选数目的工厂接收工厂性能和操作数据,所述工厂性能和操作数据包括历史工厂数据和准实时工厂数据;以及服务器级计算机,其被配置成以通信方式耦合到所述客户端***和所述数据库,所述服务器级计算机进一步被配置成从以通信方式耦合到围绕所述工厂组件定位的传感器的工厂单元控制面板接收工厂组件数据,使用与所述工厂组件或***相关联的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型以及关系表达式中的所述至少一者来生成虚拟传感器输出,将所述工厂组件数据和所生成的虚拟传感器输出传输到所述工厂数据库以用于存储并且传输到数据可视化***以用于生成所述客户端***的用户所请求的分析图形,使用所述基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型规则集中的所述至少一者来准实时地确定所述工厂组件或***的操作或性能条件,并且输出由用户选择的表示所述所选定的工厂组件或***的可视化,所述可视化包括说明所述工厂组件或***的图形和界定与所述所选定的工厂组件或***相关的所接收和所生成的数据的值的文本信息。
附图说明
图1到图10展示本说明书中所描述的方法和***的示范性实施例。
图1是根据本发明的示范性实施例的远程监视与诊断***的示意性框图;
图2是本地工业工厂监视与诊断***(例如分布式控制***(DCS))的网络架构的示范性实施例的框图;
图3是可与图1所示的LMDS一起使用的示范性规则集的框图;
图4是根据本发明的示范性实施例的LMDS的数据流框图;
图5是监视可从LMDS或远程监视与诊断中心监视的组件队列中的组件的条件和性能的方法的流程图;
图6是以通信方式耦合到工厂场地和远程监视与诊断中心的LMDS的示意性框图;
图7是可通过LMDS或远程监视与诊断***经由网络连接观看的第1级视图的屏幕截图;
图8是可在从图7所示的第1级视图选择监视选项卡之后观看到的第2级视图的屏幕截图;
图9是可在从图7所示的第1级视图或图8所示的第2级视图选择性能选项卡之后观看到的第3级视图的屏幕截图;并且
图10是根据本发明的示范性实施例的描绘振动拾取的第4级视图的屏幕截图。
具体实施方式
以下详细描述以实例方式而非以限制方式说明本发明的实施例。预期本发明广泛适用于在工业、商业和住宅应用中管理工厂监视与诊断***的分析型的且有***的实施例。
如本说明书中所使用,以单数形式叙述以及前面跟有词“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除复数个元件或步骤,除非明确叙述了这种排除。此外,对本发明的“一个实施例”的参考不希望解释为排除存在也并入有所叙述的特征的额外实施例。
本公开的实施例描述一种用于经由网络(例如但不限于因特网)远程访问与油气涡轮机械设备的性能和健康有关的信息的合作方案,这是在降低成本和风险的同时改进设备性能的与高级可视化特征耦合的具有嵌入式高级原始设备制造商(OEM)算法和规则集的易于使用的智能本地监视与诊断***(LMDS)。
LMDS通过在问题发生之前识别问题来帮助避免单元跳闸(unit tripping)并确定异常性能降级,并且通过特制***调谐实现优化。LMDS从单元控制面板收集操作数据、警报和事件信息,且本地数据库将这种信息存储在中心历史记录和结构化查询语言(SQL)数据库中,并且通过预定义设备面向服务的架构(SOA)数据模型,经由因特网浏览器以富图形格式来呈现这种信息。
在登录后,即刻向用户呈现第1级场地层级队列视图,其显示在每个场地处连接的所有阵容或系列的健康概要。显示主要生产关键性能指标(KPI),例如运行状态、下一次计划停工以及输出流可用性和可靠性计算的快速“立刻”图表。模拟卡通的阵容颜色描绘在每个单元处存在的最严重警报状态,其中红色表示意指停工或启动失败的高度或危急警报,橙色表示中度警报,黄色表示低度警报,并且绿色指示健康操作。在示范性实施例中,监视选项卡提供人机接口(HMI)第2级阵容视图,其含有用于燃气涡轮和压缩机的当前KPI列表。在各种实施例中,监视选项卡提供HMI第2级阵容视图,其含有用于其它设备(例如但不限于蒸汽涡轮和发电机或燃气涡轮和发电机)的当前KPI列表。在彩色显示器中展示机器的状态以及所列举的KPI。屏幕上的许多区域可供用户往下深入来获取进一步细节。点击燃气涡轮提供那个燃气涡轮的第3级机器视图。
还存在用于每个压缩机或任何其它被动设备的单独的可选第3级视图。从第3级视图,用户可利用任何数目的超级链接来往下深入以获取各种探测和测量的更多细节。点击振动按钮展示第4级或组件视图。第4级视图描绘振动传感器拾取,并且用户可从中深入到更多细节,包括其振动探针的地震的、轴向的或径向的值。另外,在性能选项卡上显示性能KPI。性能KPI包括涡轮和压缩机两者的热力学性能。对于压缩机,这包括流量和速度。用户可选择个别KPI来进行更深入的分析,其包括热力学性能测量的实况或每分钟一次的视图,例如,描绘离心式压缩机的操作包络内的多变效率。在实况视图中,蓝点表示预期等级,而绿点示出实际等级。分析选项卡是LMDS的特征,其在与可搜索的KPI窗口组合时准许高级制图工具促进专业分析和故障排除。用户可找出特定KPI,从单张图表或并排图表上的多个KPI中观看趋势,自定义数据分析的时间周期,并且使用滑块来放大至特定时间周期。当对其分析感到满意时,用户可添加文本前评论,将所述分析作为pdf保存以发送给客户或伙伴进行讨论,并且通过将所述分析保存为收藏以供在将来任何时间即时再调用来使LMDS个性化。
警报与事件窗口是提供关于当前警报和历史警报的信息的另一种工具。此处,用户可执行任何数目的任务,包括对警报进行分组、针对特定警报进行搜索或过滤、观看公告、通过快速分析警报触发标签的趋势来分析警报信息、向警报历史添加评论,以及确认和清除警报。对于诊断工程师,警报窗口可以是需要对所述系列执行的任何诊断工作的启动点。
信息选项卡允许用户对设备名称板标注日期以帮助识别正被监视的不同组件。信息选项卡还包括与特定资产相关联的信息,例如但不限于服务通告、竣工图、材料清单(BOM)和现场报告数据。在线帮助特征是完全可搜索的,并且可在***的任何方面给予用户指导。
图1是根据本发明的示范性实施例的远程监视与诊断***100的示意性框图。在所述示范性实施例中,***100包括远程监视与诊断中心102。远程监视与诊断中心102由实体操作,例如所购买的多个设备的OEM,并且由单独商业实体操作,例如操作实体。在示范性实施例中,OEM和操作实体进入支持安排,借此OEM向操作实体提供与所购买的设备相关的服务。操作实体可在单个场地或多个场地拥有并操作所购买的设备。此外,OEM可与多个操作实体进入支持安排,每个操作实体操作其自己的单个场地或多个场地。多个场地可各自含有相同的单独设备或相同的多组设备,例如设备系列。另外,至少一些设备可对于一个场地为唯一的或对于所有场地为唯一的。
在示范性实施例中,第一场地104包括一个或多个过程分析器106、设备监视***108、设备本地控制中心110和/或监视与警报面板112,其各自被配置成与相应的设备传感器和控制设备介接以实行相应设备的控制和操作。所述一个或多个过程分析器106、设备监视***108、设备本地控制中心110和/或监视与警报面板112通过网络116以通信方式耦合到智能监视与诊断***114。智能监视与诊断(IMAD)***114进一步被配置成与其它现场***(图1中未示出)和场外***(例如但不限于远程监视与诊断中心102)通信。在各种实施例中,IMAD 114被配置成使用例如专用网络118、无线链路120和因特网122来与远程监视与诊断中心102通信。
多个其它场地(例如,第二场地124和第n个场地126)中的每一者可大致上类似于第一场地104,但可完全类似于或可不完全类似于第一场地104。
图2是本地工业工厂监视与诊断***(例如分布式控制***(DCS)201)的网络架构200的示范性实施例的框图。工业工厂可包括多个工厂设备,例如燃气涡轮、离心式压缩机、齿轮箱、发电机、泵、马达、鼓风机和过程监视传感器,其通过互连管路以流动连通的方式耦合并且通过一个或多个远程输入/输出(I/O)模块以及互连电缆和/或无线通信以信号通信的方式与DCS 201耦合。在示范性实施例中,工业工厂包括DCS 201,其中DCS 201包括网络主干203。网络主干203可为由(例如)双绞线电缆、屏蔽同轴电缆或光纤电缆制成的硬连线数据通信路径,或可为至少部分无线的。DCS 201还可包括处理器205,其中处理器205以通信方式耦合到工厂设备,位于工业工厂场地或位于远程位置,这通过网络主干203实现。应理解,任何数目的机器可以操作性地连接到网络主干203。一部分机器可硬连线到网络主干203,并且另一部分机器可经由无线基站207无线地耦合到主干203,所述无线基站207以通信方式耦合到DCS 201。无线基站207可用以扩大DCS 201的有效通信范围,例如与位于远离工业工厂但仍互连到工业工厂内的一个或多个***的设备或传感器的通信。
DCS 201可被配置成接收并显示与多个设备相关联的操作参数,并且产生自动控制信号以及接收手动控制输入以用于控制工业工厂的设备的操作。在示范性实施例中,DCS201可包括软件代码片段,所述软件代码片段被配置来控制处理器205分析在DCS 201处接收的数据,所述数据允许对工业工厂机器进行在线监视与诊断。可从每个机器(包括燃气涡轮、离心式压缩机、泵和马达)、相关联的过程传感器以及本地环境传感器(例如,包括振动、地震、温度、压力、电流、电压、环境温度和环境湿度传感器)收集数据。所述数据可由本地诊断模块或远程输入/输出模块进行预处理,或可按原始形式传输到DCS201。
本地监视与诊断***(LMDS)213可为单独的附加硬件装置,例如个人计算机(PC),其通过网络主干203来与DCS 201和其它控制***209以及数据源通信。LMDS 213还可在DCS201和/或一个或多个其它控制***209上执行的软件程序片段中体现。因此,LMDS 213可用分布式方式进行操作,使得一部分软件程序片段在若干个处理器上同时执行。因而,LMDS213可完全集成到DCS 201和其它控制***209的操作中。LMDS 213分析由DCS 201、数据源和其它控制***209接收的数据以使用工业工厂的全局视图确定所述机器和/或采用所述机器的过程的操作健康。
在示范性实施例中,网络架构200包括服务器级计算机202和一个或多个客户端***204。服务器级计算机202进一步包括数据库服务器206、应用程序服务器208、网络服务器210、传真服务器212、目录服务器214和邮件服务器216。服务器206、208、210、212、214和216中的每一者可在服务器级计算机202上执行的软件中体现,或服务器206、208、210、212、214和216的任何组合可单独地或组合地在耦合于局域网(LAN)(未图示)中的单独服务器级计算机上体现。数据存储单元220耦合到服务器级计算机202。另外,工作站222(例如***管理员的工作站、用户工作站和/或监督员的工作站)耦合到网络主干203。或者,工作站222使用因特网链路226耦合到网络主干203,或通过无线连接(例如通过无线基站207)来连接。
每个工作站222可为具有网络浏览器的个人计算机。虽然通常在工作站处执行的功能被说明为在相应工作站222处执行,但此类功能可在耦合到网络主干203的许多个人计算机中的一者处执行。工作站222被描述为仅与单独示范性功能相关联以有助于理解可由能够接入网络主干203的个人执行的不同类型的功能。
服务器级计算机202被配置成以通信方式耦合到各种个人,包括雇员228,并且耦合到第三方,例如服务提供商230。示范性实施例中的通信被说明为使用因特网来执行,然而,可在其它实施例中利用任何其它广域网(WAN)型通信,即,所述***和过程不限于使用因特网来实践。
在示范性实施例中,具有工作站232的任何被授权的个人能够访问LMDS 213。至少一个客户端***可包括位于远程位置的管理者工作站234。工作站222可在具有网络浏览器的个人计算机上体现。而且,工作站222被配置成与服务器级计算机202通信。此外,传真服务器212使用电话链路(未图示)与位于远端的客户端***(包括客户端***236)通信。传真服务器212被配置成还与其它客户端***228、230和234通信。
如下文更详细描述的LMDS 213的计算机化建模与分析工具可存储在服务器级计算机202中并且可由任何一个客户端***204处的请求者访问。在一个实施例中,客户端***204是包括网络浏览器的计算机,使得服务器级计算机202能够由客户端***204使用因特网来访问。客户端***204通过许多接口互连到因特网,所述接口包括网络(例如局域网(LAN)或广域网(WAN))、拨入连接、电缆调制解调器和特殊高速ISDN线。客户端***204可为能够互连到因特网的任何装置,包括基于网络的电话、个人数字助理(PDA)或其它基于网络的可连接设备。数据库服务器206连接到含有关于工业工厂10的信息的数据库240,如下文更详细描述。在一个实施例中,集中式数据库240存储在服务器级计算机202上并且可由一个客户端***204处的***通过经由一个客户端***204登录到服务器级计算机202来访问。在替代性实施例中,数据库240存储在远离服务器级计算机202处,并且可为非集中式的。
其它工业工厂***可提供服务器级计算机202和/或客户端***204能够通过通往网络主干203的独立连接来访问的数据。交互式电子技术手动服务器242服务于对与每个机器的配置相关的机器数据的请求。此类数据可包括操作能力,例如泵曲线、马达马力额定值、绝缘等级和帧大小;设计参数,例如维度、转子条或叶轮片的数目;以及机械维修历史,例如对机器的现场更改、调整前和调整后对准测量以及不使机器返回到其原始设计条件的对机器实施的修理。
便携式振动监视器244可直接或通过计算机输入端口(例如工作站222或客户端***204中所包括的端口)间歇地耦合到LAN。通常,按某一路线收集振动数据,周期性地(例如,每月或其它周期性)从预定的一列机器收集数据。还可结合故障排除、维修和试车活动来收集振动数据。另外,可实时地或准实时地连续收集振动数据。此类数据可为LMDS 213的算法提供新基线。可类似地在路线基础上或在故障排除、维修和试车活动期间收集过程数据。此外,可实时地或准实时地连续收集某些过程数据。某些过程参数可能不会永久地被检测到,并且便携式过程数据收集器245可用以收集可通过工作站222下载到DCS 201以使得其可由LMDS 213访问的过程参数数据。可通过多个在线监视器246将例如过程流体成分分析器和污染物排气分析器等其它过程参数数据提供到DCS 201。
供应到各种机器或由发电机对工业工厂产生的电力可由与每个机器相关联的马达保护继电器248监视。通常,此类继电器248位于远离马达控制中心(MCC)中的受监视设备处或位于对机器供电的开关装置250中。另外,为了保护继电器248,开关装置250还可包括监督控制与数据采集***(SCADA),所述SCADA向LMDS 213提供位于工业工厂处(例如,在调车场中)的电力供应或电力递送***(未图示)设备或远程传输线路断路器和线路参数。
图3是可与LMDS 213(图1所示)一起使用的示范性规则集280的框图。规则集280可为一个或多个自定义规则以及定义所述自定义规则的行为和状态的一系列特性的组合。所述规则和特性可按XML字符串的格式来捆绑和存储,所述XML字符串可在存储至文件时基于25字符字母数字密钥来加密。规则集280是包括一个或多个输入282和一个或多个输出284的模块化知识元。输入282可为将数据从LMDS 213中的特定位置引导到规则集280的软件端口。举例来说,来自泵外置振动传感器的输入可被传输到DCS 201中的硬件输入终端。DCS201可在那个终端处对信号进行取样以在其上接收所述信号。接着可对信号进行处理并将其存储在DCS 201能够访问和/或与DCS 201成一体式的存储器中的一个位置处。规则集280的第一输入286可被映射到存储器中的所述位置,使得存储器中的所述位置的内容作为输入对于规则集280可用。类似地,输出288可被映射到DCS 201能够访问的存储器中的另一位置或映射到另一存储器,使得存储器中的所述位置含有规则集280的输出288。
在示范性实施例中,规则集280包括与在工业工厂(例如,天然气回注工厂、液体天然气(LNG)工厂、发电厂、精炼厂和化学处理设施)中操作的设备相关联的特定问题的监视和诊断相关的一个或多个规则。虽然按照与工业工厂一起使用来描述规则集280,但可恰当地构造规则集280来俘获任何知识并且用于在任何领域中确定解决方案。举例来说,规则集280可含有与经济行为、金融活动、天气现象和设计过程有关的知识。规则集280可接着用以在这些领域中确定问题的解决方案。规则集280包括来自一个或多个来源的知识,使得所述知识被传输到应用规则集280的任何***。以将输出284与输入282相关联的规则的形式俘获知识,使得输入282和输出284的规范允许将规则集280应用于LMDS 213。规则集280可仅包括特定针对于特定工厂资产的规则,并且可仅针对于与那个特定工厂资产相关联的一个可能问题。举例来说,规则集280可仅包括适用于马达或马达/泵组合的规则。规则集280可仅包括使用振动数据确定马达/泵组合的健康的规则。规则集280还可包括使用一套诊断工具确定马达/泵组合的健康的规则,除了振动分析技术之外,所述诊断工具还可包括(例如)用于马达/泵组合的性能计算工具和/或金融计算工具。
在操作中,在软件开发工具中创建规则集280,其向用户提示输入282与输出284之间的关系。输入282可接收表示(例如)数字信号、模拟信号、波形、经处理信号、手动输入和/或配置参数以及来自其它规则集的输出的数据。规则集280内的规则可包括逻辑规则、数值算法、波形和信号处理技术应用、专家***和人工智能算法、统计工具和可使输出284与输入282相关联的任何其它表达式。输出284可被映射到存储器中的被保留并配置来接收每个输出284的相应位置。LMDS 213和DCS 201可接着使用存储器中的所述位置来完成LMDS 213和DCS 201可被编程来执行的任何监视和/或控制功能。规则集280的规则独立于LMDS 213和DCS 201来进行操作,尽管可直接地或通过居间装置间接地将输入282供应到规则集280以及将输出284供应到规则集280。
在创建规则集280期间,所述领域中的人类专家通过编程一个或多个规则来使用开发工具公布特定针对于特定资产的领域的知识。通过产生输出284与输入282之间的关系的表达式来创建所述规则,使得不需要编码规则。可使用图形方法从操作数库中选择操作数,例如在构建到开发工具中的图形用户接口上使用拖放。可从屏幕显示(未图示)的库部分中选择操作数的图形表示,并且将其拖放到规则创建部分中。以逻辑显示型式布置输入282与操作数之间的关系,并且在合适时基于所选择的特定操作数和特定数个输入282来向用户提示值,例如常数。由于创建了俘获专家的知识所需要的许多规则。因而,规则集280可基于客户需求和规则集280的特定领域中的技术状态来包括一组稳健的诊断和/或监视规则或一组相对较不稳健的诊断和/或监视规则。开发工具提供用于在开发期间测试规则集280的资源来确保输入282的各种组合和值在输出284处产生预期输出。为了保护在规则集280中俘获的知识或知识产权,可使用开发加密代码来锁定规则集280以防除拥有加密密钥的人员之外的人员更改。举例来说,规则集280的创建者可保持加密密钥来封锁规则集280的最终用户,创建者可向最终用户或可接着向最终用户提供服务的第三方出售加密密钥或在一段时间内向其颁发许可证。
在开发之后,规则集280可进入分配模式,其中将规则集280转换为可传输形式,例如XML文件,其可经由电子邮件、CD-ROM、通往因特网站点的链路或用于传输计算机可读文件的任何其它方式传输到客户。规则集280可用分配加密代码来加密,所述分配加密代码可阻止使用规则集280,除非最终用户由创建者授权,例如通过购买分配加密密钥。规则集280可由最终用户通过可传输计算机可读文件的任何方式来接收。可为形成LMDS213的一部分的软件平台的规则集管理者可接收可分配形式的规则集280并且将其转换为可由LMDS 213使用的格式。图形用户接口准许最终用户将一个或多个规则集280作为对象来操纵。可应用规则集280,使得输入282与存储器中的对应位置被正确地映射,并且输出284与其在存储器中的对应位置被正确地映射。当最初应用时,可将规则集280置于试验模式中,其中规则集280像创建那样操作,只是可由规则集280检测到的异常行为的通知不被分配或限制地分配。在试验模式期间,可执行质量认证以确保规则集280在操作环境中正确地操作。当质量认证完成时,可将规则集280投入使用,其中规则集280在LMDS 213上以规则集280内的规则的完全功能性进行操作。在另一个实施例中,规则集280包括仅具有两个模式的寿命周期,即试验模式和实行模式。在试验模式中,除了不生成事件或不发送通知之外,规则正常地运行,并且实行模式大致类似于投入使用。
在所述示范性实施例中,规则集可包括以下一者或多者:
燃气涡轮可用性规则集:
1.机轮空间温度
2.排气温度检查
3.排气温度范围
4.故障燃烧器***
5.DLN转移
6.火焰检测器监视
7.润滑油温度
8.入口过滤器
9.压缩机压力比
10.用于检测传输器问题的IBV/IGV/IBH/GCV/FPG规则。
燃气涡轮性能规则集:
1.轴流式压缩机效率
2.轴流式压缩机流量
3.输出功率降级
4.热耗率降级
5.部分负荷燃料消耗量
离心式压缩机可用性规则集:
初级密封气体***可用性规则集:
1.气体过滤器中的污垢
2.PDV故障(DE)
3.PDV故障(NDE)
4.次级密封PDV故障
5.三级密封PV故障
6.Ampliflow垫圈失效
7.面板周围的局部泄漏
8.加热器失效
干燥气体密封盒可用性规则集:
9.聚结器失效
10.初级密封盒损坏DE
11.初级密封盒损坏NDE
12.次级密封盒损坏DE
13.次级密封盒损坏NDE
14.烃类凝聚
15.密封气体通过次级通风孔逃逸(局部)
16.初级密封常开DE
17.初级密封常开NDE
18.最终密封增大间隙DE
19.最终密封增大间隙NDE
20.次级密封常开DE
21.次级密封常开NDE
初级通风***
22.火焰压力低
23.火焰压力高
分离气体***可用性
24.三级密封失效(燃油迁移)
氮气供应***
25.氮气供应***失效
离心式压缩机性能规则集:
1.实际性能
2.预期性能
3.效率下降警报
4.压头系数差值
5.流量系数差值
6.吸气条件
在一个实施例中,机轮空间温度规则集被配置成相对于燃气涡轮引擎的操作条件计算预期机轮空间温度。机轮空间温度规则集的好处是链接不同GT组件与压缩机性能来预测预期机轮空间温度的上限和下限的预测性自适应阈值。
燃烧器旋涡角规则集被配置成估计在变化负荷下所测量的代表性排出气体温度与燃烧器源位置之间的角度来识别可能的故障燃烧器的位置。
排气温度差距规则集被配置成正确地识别在每个燃烧模式下以及在变化负荷下排气温度轮廓中的热/冷点,并且通过预定阈值定义排气温度异常来精确地定义差距异常并且将其链接到燃烧模式和负荷。
次级火焰检测器监视规则集被配置成基于监视模拟和数字信号来预测故障火焰检测器以避免由于故障传感器引起的跳闸。
轴流式压缩机效率规则集被配置成在线计算稳态条件下的轴流式压缩机效率并且监视随时间的降级。
轴流式压缩机流量效率规则集被配置成在线计算被校正到ISO条件和100%速度的轴流式压缩机流量效率并且监视随时间的降级。
燃气涡轮输出功率降级规则集被配置成计算校正到ISO条件和100%速度的实际输出功率,其使用燃气涡轮引擎性能图来与初始参考值进行比较,以避免输出功率降低。
燃气涡轮热耗率降级规则集被配置成计算校正到ISO条件和100%速度的实际热耗率,其使用燃气涡轮引擎性能图来与初始参考值进行比较,以避免过度热耗率。
图4是根据本发明的示范性实施例的LMDS 213的数据流框图。在所述示范性实施例中,LMDS 213包括多个模块。第一可用性与诊断模块402被配置成接收历史数据和准实时数据并且使用(例如但不限于)警报管理、诊断/预言规则、可用性/可靠性分析和故障排除来执行实时数据分析。性能模块404被配置成接收历史数据和准实时数据并且执行性能监视、性能和可操作性优化可行性、工厂性能优化以及队列统计/比较。LMDS 213还包括操作支持模块406,所述支持模块406被配置成促进干低排放物(DLE)和干低NOx(DLN)远程调谐操作、来自例如队列中心(例如远程监视与诊断中心102)的远程故障排除、预测性排放物监视(PEMS)、检查库存可用性和车间可用性。LMDS 213还包括机器历史模块408,所述机器历史模块408促进跟踪针对设计与刚竣工的工厂场地中的组件中的所选定的多者的材料清单(BOM)。机器历史模块408进一步被配置成促进跟踪订单、制作订单、跟踪训练材料、跟踪零件以进行修理和替换以及现场服务工程师(FSE)报告。LMDS 213还包括维修计划模块410,其被配置成维持维修政策设计、维修优化和适用NIC、服务通告(SB)以及改造、修改与改进(CM&U)。
图5是监视可从LMDS 213或远程监视与诊断中心102监视的组件队列中的组件的条件和性能的方法500的流程图。在所述示范性实施例中,使用一个或多个规则集执行方法500,所述规则集可相对于彼此连续执行、并行执行或以其组合执行。在每次执行所述规则集期间,规则集基于被配置来在每个规则集中使用的输入286接收502多个输入。所述输入可直接从传感器、DCS 201、传感器控制面板、数据采集***或历史记录或其它数据库接收。所述输入可基于每个规则集的编程来表示历史数据、准实时数据或其组合。检查504所述输入来查看是否在预定限度内,并且如果不在,那么生成506通知来向操作者报警一个或多个过程参数的大范围变动。如果所接收的输入在预定限度内,那么使用所接收的输入确定508计算的性能,并且确定510预期性能。计算512实际性能并计算514预期性能,并且将实际性能与预期性能进行比较516以生成性能偏差。如果性能偏差大于预定容许偏差518,那么向与具有较大性能偏差的组件或***相关联的客户警报520所述条件。使用所计算出的预期性能,计算522预测包络并且将其映射524到所计算出的实际性能。
图6是以通信方式耦合到工厂场地104和远程监视与诊断中心102的LMDS 213的示意性框图。出于清楚起见在示范性实施例中展示单个机械系列602。然而,可使用任何数目的机器、组件、系列和***。原始传感器数据604和606被传输到远程监视与诊断***608并且传输到一个或多个本地单元控制面板610。
在所述示范性实施例中,LMDS 213包括企业服务器612,所述企业服务器612是基于客户端/服务器的可视化和控制方案,它促进工厂操作的可视化、执行监督自动化且将可靠信息递送到较高级分析应用程序。企业服务器612包括图形引擎、动态时间处置和附加选项数字图形回放(DGR),以准许操作者精确地监视和控制工厂的环境、设备和资源。
企业服务器612管理实时可见性技术以准许从远程监视与诊断中心102管理制造厂的某些部分、整个工厂或队列。企业服务器612还提供数字图形回放(DGR)附加记录器,其准许重新调用先前事件以用于图形分析过去发生的事件。
OPC收集器614是独立的数据访问和XML DA客户端,其从任何DA或XML DA服务器(例如但不限于远程监视与诊断***608)俘获OPC数据。OPC收集器614与其它OPC顺应产品协作来处理所俘获的OPC数据,对其进行存储,对其进行分析,或将其传送到数据库、文件或交换模块。
OPC收集器614是用于生产数据采集(PDA)或数据管理任务的关键组件,其准许相对简单的数据配置以用于归档、临时存储或处理。
动态可视化***(DVS)616包括趋势***618,其通过查看工厂数据的趋势来促进使工厂操作可视化以进行工厂性能分析和比较。用户可从有组织的工厂特定***选择或从仿真的DCS屏幕显示器图形选择任何工厂标签以进行从现在或过去任何指定日期开始例如一小时到一年的时间周期的窗口的数据趋势研究。DVS还包括观看***620,其有助于显示任何特定工厂HMI屏幕(例如,SCADA、DCS屏幕)并且实时地向它们馈送实况数据。观看***准许从日历选择开始时间来以实时、快速或缓慢模式实况回放过去的工厂操作。另外,观看***620能够收集所有工厂警报和事件并且将其归档到SQL数据库,所述SQL数据库用以替换警报和事件记录打印机,从而消除与打印机硬件及其耗材相关联的长期成本和可靠性问题。此外,当观看***620正在重放选定时间周期的工厂事件时,观看***620实况且实时地提供工厂操作的整个详细视图,其包括工厂过程响应、警报生成和操作者活动。
DVS 616包括警报***622,其提供硬件和软件以促进实时地收集所有工厂警报和事件并且经由串行线或网络将其归档到SQL数据库624,所述SQL数据库624也用以替换警报和事件记录打印机,从而消除与打印机硬件及其耗材相关联的长期成本和可靠性问题。此外,警报***622将工厂警报和事件集成到趋势***618、观看***620、警报***622和其它模块中,这些模块实况且实时地提供工厂操作的整个详细视图,其包括工厂过程响应、警报生成和操作者活动。
性能***626是实时性能监督***,其图形显示所有关键性能指标(KPI)以供工厂人员监视工厂性能,在线且实时地利用使用和能量效率。执行***促进确定可更有效地操作的区域并且优化整个过程。这种实时性能监督***洞察过程能力、效率和利用率。执行***还在工厂或***性能偏离其统计轨迹时提供分析和警告。
图7是第1级视图700的屏幕截图,其可通过LMDS 213或远程监视与诊断***608经由网络连接观看。这个屏幕截图显示在每个场地连接的所有阵容或系列的健康概要,所述阵容或系列能够使用资产树窗口702来选择。在快速状态窗口704中展示主要生产关键性能指标(KPI),例如运行状态、下一次计划停工以及输出流可用性和可靠性计算的快速“立刻”图表。分析窗口707中的模拟卡通706的阵容颜色描绘在每个单元处存在的最严重警报状态,其中红色表示意指停工或启动失败的高度或危急警报,橙色表示中度警报,黄色表示低度警报,并且绿色指示健康操作。在警报与事件窗口708中记录警报和事件。
图8是可在从第1级视图700(图7所示)选择监视选项卡802之后观看到的第2级视图800的屏幕截图。监视选项卡802提供HMI第2级阵容视图,其含有针对包括燃气涡轮804和压缩机806的机器系列803的当前关键性能指标(KPI)的列表。在彩色显示器中说明机器系列803的状态以及所列举的KPI。屏幕上的许多区域可供用户往下深入来获取进一步细节。举例来说,点击燃气涡轮804提供第3级机器视图。
图9是可在从第1级视图700(图7所示)或第2级视图800(图8所示)选择性能选项卡902之后观看到的第3级视图900的屏幕截图。第3级视图900中所列举的所有KPI仅与燃气涡轮804相关。还针对每个压缩机以及针对每个其它所监视的组件存在单独的第3级视图(未图示)。从这里,用户可利用任何数目的超级链接来往下深入以获取各种探测和测量的更多细节。在性能选项卡902上的热力学性能窗口904中显示性能KPI。这些KPI包括涡轮和压缩机两者的热力学性能。对于压缩机,这包括(例如)流量和速度。用户可选择单个KPI来进行更深入的分析,其包括热力学性能测量的实况或每分钟一次的视图,例如,描绘离心式压缩机的操作包络内的多变效率。点击振动展示第4级或组件视图。
图10是根据本发明的示范性实施例的描绘振动拾取的第4级视图1000的屏幕截图。从这里,用户可深入到更多细节,包括振动探针的地震的、轴向的或径向的值。
分析选项卡是在与可搜索的KPI窗口特征组合时准许高级制图工具辅助专业分析和故障排除的特征。用户可找出特定KPI,从单张图表或并排图表上的多个KPI中观看趋势,自定义数据分析的时间周期,并且使用滑块来放大至特定时间周期。当对其分析感到满意时,用户可添加文本前评论,将所述分析作为pdf保存以发送给客户或伙伴进行讨论,并且将所述分析保存为收藏以供在将来任何时间即时再调用。
如本说明书中所使用的术语“处理器”是指中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及能够执行本说明书中所描述的功能的任何其它电路或处理器。
如本说明书中使用,术语“软件”和“固件”是可互换的,并且包括存储在存储器中以供处理器执行的任何计算机程序,所述存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型仅为示范性的,并且因此对于能够用于存储计算机程序的存储器的类型不具限制性。
如基于前述说明书将了解,本公开的上述实施例可使用计算机编程或工程设计技术来实施,所述技术包括计算机软件、固件、硬件或者其任何组合或子集,其中所述技术效果是针对来自设备供应商、OEM或服务提供商的可选择的本地或远程监视与诊断服务。执行远程监视与诊断服务所在的中心选择性地以通信方式耦合到位于工厂场地的本地监视与诊断***。在被准予下载软件模块、对已经在本地监视与诊断***上执行的模块的更新或提供远程诊断服务时,远程监视与诊断服务中心可与本地监视与诊断***通信。任何此类所得程序(其具有计算机可读代码构件)可在一个或多个计算机可读媒体内体现或提供,进而根据本公开的所论述的实施例制作计算机程序产品,即制品。计算机可读媒体可为(例如但不限于)固定(硬盘)驱动器、软盘、光盘、磁带、半导体存储器(例如只读存储器(ROM))和/或任何发射/接收媒体(例如因特网或者其它通信网络或链路)。可通过从一个媒体直接执行代码、通过将代码从一个媒体复制到另一个媒体或通过经由网络发送代码来制作和/或使用含有计算机代码的制品。
使用本地监视与诊断***的在制炼厂中的监视机械和***的方法和***的上述实施例提供用于从本地***或从远端队列***监视机器队列中分散在世界的远端地区中的机械的具成本效益且可靠的方式。更具体地说,本说明书中所描述的方法和***有助于向位于远离OEM设施的机械应用实时OEM解决方案。另外,上述方法和***有助于维持在本地监视与诊断***中使用的多个复杂的基于物理学的规则集。因而,本说明书中所描述的方法和***有助于以具成本效益且可靠的方式自动监视与诊断单个工厂或工厂队列的操作。
本书面描述使用实例来揭示本发明,包括最佳模式,而且还使得本领域的任何技术人员能够实施本发明,包括制作和使用任何装置或***并且执行任何所并入的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书界定,并且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例具有未相异于权利要求书的文字语言的结构元件,或者如果其包括与权利要求书的文字语言具有非实质性差异的等效结构元件,那么此类其它实例意欲属于权利要求书的范围内。
Claims (10)
1.一种用于工厂的本地监视与诊断***(100),所述***包含:
客户端***(102),其包含用户接口和浏览器;
工厂数据库,其被配置成存储规则集,所述规则集包括至少一个规则,所述规则被表达为工厂组件或工厂***的模型和实时数据输出相对于实时数据输入的关系表达式中的至少一者,所述关系表达式特定针对于工厂资产或一组相关资产,所述工厂数据库进一步被配置成从与所述工厂相关联的条件监视***接收事件数据,所述条件监视***被配置成分析工厂设备数据以实现设备和所选定的过程的实时优化、条件监视和事件诊断来生成所述事件数据;
服务器级计算机,其被配置成以通信方式耦合到所述客户端***和所述工厂数据库,所述服务器级计算机进一步被配置成:
从以通信方式耦合到围绕工厂组件定位的传感器的工厂单元控制面板接收工厂组件数据,
使用与所述工厂组件或工厂***相关联的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型中的至少一者以及所述关系表达式来生成虚拟传感器输出;
将所述工厂组件数据和所生成的虚拟传感器输出传输到所述工厂数据库以用于存储并且传输到数据可视化***以用于生成所述客户端***的用户所请求的分析图形;
使用基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型规则集中的所述至少一者来准实时地确定所述工厂组件或工厂***的操作或性能条件;以及
输出由用户选择的表示所选定的工厂组件或工厂***的可视化,所述可视化包括说明所述工厂组件或工厂***的分析图形和定义与所述所选定的工厂组件或工厂***相关的所接收和所生成的数据的值的文本信息。
2.根据权利要求1所述的本地监视与诊断***,其中所述工厂组件或工厂***的模型包含所述工厂组件或工厂***的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型中的至少一者。
3.根据权利要求1或2所述的本地监视与诊断***,其中所述服务器级计算机被配置成接收由与规则集相关联的组件的原始设备制造商(OEM)或第三方实体生成的规则集。
4.根据权利要求1所述的本地监视与诊断***,其进一步包含远程通信***,并且其中所述服务器级计算机被配置成使用所述远程通信***以通信方式耦合到队列管理中心,服务器***进一步被配置成响应于从位于远离所述工厂的标的物专家处接收的请求来传输与所述工厂组件或工厂***中的至少一者的操作相关的存储在所述工厂数据库中的信息,并且基于所传输的信息接收对所述规则集中的一者或多者的修改。
5.一种使用本地监视与诊断***在制炼厂中监视工厂中的机器和/或***的方法,所述本地监视与诊断***包括至少一个规则集的数据库,所述规则集包括至少一个规则,所述规则被表达为机器、***及其组合中的至少一者的至少一部分的模型,所述方法包含:
从以通信方式耦合到所述本地监视与诊断***的传感器接收与工厂中的机器和***中的至少一者的所述至少一部分的操作相关的过程参数值;
由所述本地监视与诊断***为与所述工厂中的机器和***中的至少一者的所述至少一部分的所述操作相关的过程参数值确定虚拟传感器值;
将所接收的过程参数值和所确定的虚拟传感器值应用于所述至少一个规则以生成与所监视的工厂中的机器和/或***的所述操作相关的操作性能值和诊断值;以及
由所述本地监视与诊断***生成所述所监视的工厂中的机器和/或***的图形表示的分级可视化,包括所述所接收的过程参数值和所述所确定的虚拟传感器值,其中每一级可视化包括比前一级更详细呈现的图形表示。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述模型包含工厂机器和/或工厂***的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型中的至少一者。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其进一步包含防止所述本地监视与诊断***与场外实体通信。
8.一种用于工厂队列的监视与诊断***,所述***包含:
与每个工厂相关联的客户端***,每个所述客户端***包含用户接口和浏览器;
与每个工厂相关联的工厂数据库,每个工厂数据库被配置成存储与位于那个工厂处的组件相关的规则集,所述规则集包括至少一个规则,所述规则被表达为工厂组件或工厂***的模型和实时数据输出相对于实时数据输入的关系表达式中的至少一者,所述关系表达式特定针对于工厂资产或一组相关资产,所述工厂数据库进一步被配置成从与所述工厂相关联的条件监视***接收事件数据,所述条件监视***被配置成分析工厂设备数据以实现设备和所选定的过程的实时优化、条件监视和事件诊断来生成所述事件数据;
位于远离所述工厂队列处的队列数据库,所述队列数据库被配置成从所述工厂队列中的可选数目的工厂接收工厂性能和操作数据,所述工厂性能和操作数据包括历史工厂数据和准实时工厂数据;
服务器级计算机,其被配置成以通信方式耦合到所述客户端***和所述工厂数据库,所述服务器级计算机进一步被配置成:
从以通信方式耦合到围绕工厂组件定位的传感器的工厂单元控制面板接收工厂组件数据;
使用与所述工厂组件或工厂***相关联的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型中的至少一者以及所述关系表达式中的所述至少一者来生成虚拟传感器输出;
将所述工厂组件数据和所生成的虚拟传感器输出传输到所述工厂数据库以用于存储并且传输到数据可视化***以用于生成所述客户端***的用户所请求的分析图形;
使用所述基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型规则集中的所述至少一者来准实时地确定所述工厂组件或工厂***的操作或性能条件;以及
输出由用户选择的表示所选定的工厂组件或工厂***的可视化,所述可视化包括说明所述工厂组件或工厂***的图形以及定义与所述所选定的工厂组件或工厂***相关的所接收和所生成的数据的值的文本信息。
9.根据权利要求8所述的监视与诊断***,其中所述工厂组件或工厂***的基于物理学的模型、数据驱动的模型和经验模型中的所述至少一者包含所述工厂组件或工厂***的原始设备制造商的专有数据。
10.根据权利要求8或9所述的监视与诊断***,其中所述服务器级计算机被配置成接收由与规则集相关联的组件的原始设备制造商(OEM)或第三方实体生成的规则集。
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