用于系统监控的数据采集系统的制作方法

专利名称：用于系统监控的数据采集系统的制作方法
技术领域：
一般说来，本申请涉及数据采集系统，更确切地说，涉及用于系 统监控的数据釆集系统。
背景技术：
机器往往受到监控以检测和测量某些运行条件。例如，可能期望 监控具有运动部件的机器中的振动或震荡。作为另一个实例，可能期 望测量机器中使轴旋转的负荷，比如转矩。有时，机器自身可以提供
某种能力监控运行条件，比如旋转轴的每分钟转数(RPM)。不过， 在许多情况下，对于操作员可能希望跟踪的运行特征，机器不具有提 供与其中至少某一些有关的数据的能力。
已经提出的监控系统能够执行所期望的测量任务。例如，已经提 出的系统包括便携式手持测量装置。该测量装置由传输电缆连接到机 器上受到震荡激励的某个点，该测量装置用于测量这个点处的若干运 行条件。使用中心计算机处理来自该测量装置的测量数据。该中心计 算机也存储着由该测量装置收集的数据。
这样的手持测量装置能够测量机器上某一位置处的条件，在采集 数据之时提供某特定点处瞬间的若干运行条件的"快照"。需要能够 同时监控机器的许多运行参数的监控系统。

发明内容
在某些方面，提供的方法和监控系统用于跟踪受监控系统的若干 运行参数，所述受监控系统包括由驱动电机所驱动的构件，所述驱动 电机通过包括齿式联轴器的驱动装置与所述构件可有效地连接。在所 述驱动电机和所述齿式联轴器之一上提供了传感器单元。所述传感器单元包括响应所述受监控系统的运行条件而产生模拟信号的传感器， 以及处理由所述传感器产生的模式信号的集成本地处理器。所述集成 本地处理器具有相关联的计时器，用于处理所述传感器产生的模拟信 号，(i)产生第一多个数字信号采样以及(ii)将所述第一多个数字 信号采样封装在一起作为传输数据包。所述数据包包括所述多个数字 信号采样的某个数字信号采样的相关联时间戳值，以及可以据其确定 其他数字信号采样的相对时间的相关联报告速率值。
在附图和以下说明中阐述了本发明一个或多个实施例的细节。根 据所述说明和附图以及根据权利要求书，本发明的其他特性、目的和 优点将是显而易见的。


图l是使用监控系统监控机器的方法和装置的实施例图示； 图2是在图l的监控系统中使用的传感器单元的实施例图示； 图3A是传感器单元外壳部位实施例的俯视图； 图3B是去除了图3A部位后，传感器单元实施例的平面图； 图3C是图3A部位的侧视图3D是去除了图3A部位后，图3B传感器单元的侧视图4A是显示印刷电路板的传感器单元实施例的平面图4B是图4A传感器单元的部分部件分解的侧视图5A是显示印刷电路板的传感器单元另 一个实施例的平面图5B是图5A传感器单元的侧视图
图6监控系统数据流图的实施例；
图7是记录的实施例。
具体实施例方式
为了介绍实施例的目的，本说明书将集中在对滚轧机动力传动系 统的监控。不过，这个实施例是示范性的并且绝非意在作为限制，因 为也可以监控其他传动系统和机器类型。可以受到监控的其他机器和
装备包括例如高空起重机的齿轮传动、加工机械比如包含动力传动的 纵剪机、矫直机和剪切传动，以及可以期望监控运行条件的其他传动 应用。
参考图1，图中显示了滚轧机传动系统IO，具有与其连接的监控 系统12，例如用于轧制金属比如钢。滚轧才几传动系统10包括电机14， 它通过传动系统动力传动而有效地连接到工作辊16和18。传动系统 包括齿轮减速器20、小齿轮装配件22以及显示为联轴器24和26的 连接。支承辊28和30的位置邻近工作辊16和18以形成间隙即辊隙， 被加工件(如金属板)在轧制操作期间能够通过它。电机14和齿轮减 速器20位于车间的电机室部分32，而小齿轮装配件22、联轴器24 和26、工作辊16和18以及支承辊28和30则位于与电机室部分32 分离的车间部分34。
在所展示的实例中，监控系统12用于监控和评估若干运行条件， 比如滚轧机传动系统若干部件的振动、温度、转矩、电流、速度、转 动位置等。监控系统12包括许多传感器单元，通常指定为42、 44和 46，它们被局部地固定到(即处于或接近)各种传动系统动力传动部 件上，比如以上介绍的部件。通过将传感器单元42、 44和46局部地 固定到传动系统动力传动的许多部件上，能够使用由这些传感器单元 产生的数据，对这些部件的运行条件进行相对的比较，在某些场合中， 可以对滚轧机传动系统10的若干运行条件提供更为可靠的分析。正如 以下更加详细的介绍，传感器单元42、 44和46既包括传感器也包括 微处理器，它们将数据发送到相关联的通信装置，通常指定为收集该 数据的38 (有时称作集线器或集电器)。收集到的数据然后例如通过 因特网发送到连接远程服务器系统(未显示)的网关40(如服务器)。
仍然参考图1，电机14包括有效地固定其上的传感器单元42a、 42b和44,其中传感器单元44还连接着接近传感器46和变流器48。 更确切地说，传感器单元42a固定在电机14的轴承箱(未显示)上， 并且用于监控轴承箱的振动。固定到电机14对面轴承箱(未显示)的 是传感器单元42b，它也用于监控对面轴承箱的振动。传感器单元44
固定在电机14的底板并也连接着外部传感器的输入，例如，如图中所 示，接近传感器46和变流器48。接近传感器46可以用于测量电机14 的轴速，在某些实施例中通过测量转动脉沖实现。变流器48提供的信 号输出表示提供给电机14的电流波形。传感器单元44能够使用接近 传感器46和变流器48提供的信号收集数据，以监控电机运行。
齿轮减速器20包括42c、 42d、 42e和42f四个传感器单元。传 感器单元42c、 42d固定在输出齿轮50的传动轴的轴承箱52上，用于 监控轴承箱52的振动和温度。传感器单元42e、 42f固定在输入小齿 轮54的输入传动轴的轴承箱上，用于监控齿轮54的轴承箱振动和温 度。
小齿轮装配件22包括42g、 42h、 42i和42j四个传感器单元，每 个都固定在相关联的轴承箱64、 66、 68、 70上。传感器单元42g和 42h固定在小齿轮轴56的轴承箱64和66上。传感器单元42i和42j 固定在小齿轮轴58的轴承箱68和70上。每个传感器单元42g、 42h、 42i和42j都用于监控其各自轴承箱64、 66、 68、 70的振动和温度。
每个联轴器24和26都包括固定在其上并随联轴器转动并的各自 传感器单元46a、 46b。传感器单元46a、 46b用于监控它们各自联轴 器24和26的振动、转矩、温度和轴位置。在包括电池的某些传感器 单元46a、 46b的实施例中，传感器单元46a、 46b用于监控电池电压， 以指示电池功率电平以及电池更换和/或再充电的需要。
工作辊16、 18包括固定在其上的传感器单元42k、 421、 42m和 42n的相关联配对。传感器单元42k和421固定在工作辊轴43的各自 轴承72和74上，而传感器单元42m和42n固定在工作辊轴75的各 自轴承76和78上。每个传感器单元42k至42n都用于监控其各自轴 承位置处的振动和温度。
为了将传感器单元42、44和46有效地安装到机器的传动系统10， 可以采用任何适合的方法。在某些实施例中，为了永久安装，传感器 单元42、 44和46用紧固件固定到机器的传动系统10，比如螺钉、螺 栓等。其他安装方法也是可能的，比如焊接。
正如图l所表示，每个传感器单元42、 44和46都能够与通信装 置38a、 38b、 38c、 38d通信(如通过RS 458、 4线连接和/或无线连 接比如RF发射)，其中传感器单元42a、 42b和44连接到通信装置 38a，传感器单元42c至42f连接到通信装置38b，传感器单元42g至 42j以及传感器单元46a和46b连接到通信装置38c，而传感器单元 42k至42n连接到通信装置38d。传感器单元46a和46b (如使用RF 发射机45 )与通信装置38c (如使用包括全方位RF天线47的RF接 收机)进4于无线通信，而其他传感器单元42a至42n以及44通过有线 连接与它们各自的通信装置38a至38d进行通信。使用全方位RF天 线可以减少因为传感器单元46a和46b随联轴器24和26的转动而造 成的传感器单元46a、 46b与通信装置38c之间的通信中断。 一个或多 个传感器单元42a至42n、 44无线通信的其他配置也是可能的。在某 些实施例中，全部传感器单元都不能进行无线通信。例如，传感器单 元42a至42n、 46a、 46b和44的每一个都可以通过有线连接与通信 装置相连。通信装置38a至38d通过这些有线连接向相关联的传感器 单元42a至42n和44供电(如DC低电压，比如8-28 V的DC )。传 感器单元46a和46b的每一个都包括向其提供电力的内部电源(如电 池)。通信装置38b至38d的每一个都通过通信装置38a连接(如线 80所示)到电源86 (比如，110/220V的AC电源)。
通信装置38收集从传感器单元42、 44、 46收到的数据，并且将 数据发送到网关40。网关40用作本地服务器，主管来自每个通信装 置38的通信，并且能够通过由虚线82和桥式组件84所展示的本地网 络连接(如LAN连接)提供向远程系统主机的因特网连接。网关40 通过线88连接到电源86。
参考图2的图解展示，传感器单元42、 44和46可以包括传感器 92 (如加速度计)或一组传感器以及完整的本地微处理器90作为同一 单元的一部分。在某些实施例中，比如所示的这个，微处理器90和传 感器92的电子器件都驻留在同一电路板96上。在其他实施例中，微 处理器卯的电子器件可以驻留在同一模块中，但是与安装传感器92
的电子器件的电路板不在一起。
正如以上指出，传感器单元42和46通过使用传感器92采集特 定的运行数据，以确定例如振动、温度、转矩/应变、电流、转速和/ 或转动位置，它们反映了该机器的若干运行条件。利用传感器单元44, 它可以包括标准的电压或电流输出传感器，也有可能采集另外的物理 数据。
图3A至图3D显示了传感器单元42的实施例，它包括响应振动 的三轴的传感器92a以及响应温度或在某些实施例中应变的传感器 92b。传感器92a可以安装在电路板96上，它还安装着微处理器90， 而传感器92b包括与远程温度探测器相连的输入。在某些实施例中， 所包括的传感器92a可能与安装微处理器90的电路板96不在一起。 在某些事例中，传感器42可以不包括温度和/或应变传感器92b。
参考图4A和图4B，传感器单元44包括三个土10伏的输入95、 三个4-20毫安的电流输入97、光编码器输入99和接近开关输入101。 传感器单元44还可以包括温度传感器92b和电源，比如电池。
参考图5A和图5B，传感器单元46是无线的，而且能够连接到 转轴。传感器单元46包括一个轴振动传感器92a和三个温度和/或应 变传感器92b。如图所示，传感器92a和92b的每一个都包括在与微 处理器90相同的电路板96上。电源93向传感器单元46提供电力。 在某些实施例中，传感器单元46包括传感器92b与安装微处理器90 的电路板96不在一起。
现在参考图3A至图5B，传感器92和微处理器90包装在机壳内， 在某些实施例中，由能够安装到传动系统10各自部件的基底部分118 和能够连接到基底部分的罩部分122形成机壳。在某些实施例中，当 軍部分122与基底部分118连接在一起时便形成密封(如防水的密封)。
微处理器90可以从传感器92接收信息或数据，例如以模拟电 信号的形式，以便对该数据进行预处理后再将数据发送到通信装置38 (图l)。微处理器90可以包括整数计时器、只读存储器、闪存、串 行通信和/或模数(A/D )转换器(在某些实施例中，8信道10位A/D
转换器)。模拟信号从传感器92发出(在某些实施例中，连续地)并 被微处理器90俘获。微处理器90在传感器单元42、 44、 46中将该模 拟信号转换为数字信号。微处理器90以预定时间间隔测量模拟信号的 电平(有时称为采样)并将该模拟信号转换为例如0至1023之间的整 数值(有时称为计数)。例如微处理器可以以大约8000赫兹或更高的 速率对该模拟信号进行采样。整数值后来可以使用变换公式转换为
"实"数值(如在远程主机处理器处)，取决于测量和传感器单元的 类型。例如在一个实施例中，从图3A传感器单元的板下温度传感器 92b所收到的数据可以使用下式从数字计数转换为温度值 Temp(F)=-0.457478(count)+500.0
从以上论述应当认识到，由传感器单元42、 44、 46能够产生众 多数字数据记录，每个记录都与相关联的机器部件的运行条件有关。 为了管理数据记录巻，微处理器90可以具有相应的报告速率，微处理 器据此选择A/D转换器输出的若干预定数字数据值，进行报告和进一 步处理。在这些实施例中，才艮告速率(如100Hz、 1000 Hz等)可以 低于采样率(如8000 Hz)。这就可以通过减少使用微处理器卯处理 的记录量而减少数据处理量，同时提供连续的数据釆集。优选情况下， 这能够为增减传感器单元42、 44、 46的报告速率提供灵活性，而根本 不需要改变传感器92的输出或微处理器90的采样率。
传感器单元42、 44、 46的微处理器90标记由A/D转换器输出的 数字数值的至少某些或全部，以方便下游处理和分析。为了展示，每 台微处理器90都可以按指定报告速率在每个传感器单元42、 44、 46 处为数字数据值加注时间戳，例如以32位整数。时间戳能够以零开始 并能够以预定间隔递增，比如每隔1/125秒(如与釆样率对应)或更 低。在某些实施例中，监控系统12的全部传感器单元42、 44、 46都 实质上同时地启动或复位(在某些实施例中，在用户命令后或自动地 进行)，以便全部传感器单元的时间戳实质上在同一事例时间(比如 彼此大约在土0.5毫秒之内)以相同的数值开始。在某些事例中，如一 旦该整数达到了其最大值，每个微处理器90的时间戳转回零。时间戳
能够以数字化的数据从传感器单元42、 44、 46传输到通信装置38, 并且在下游处理期间使用，例如数据同步、分选操作、查询等。
微处理器90可以对输入模拟信号进行其他预处理。在某些实施 例中，微处理器90可以使数据通过警报和处理滤波器。警报跳闸(如 数值落到预定范围之外时所产生的)和处理后的数值可以报告给关联 的通信装置38。在某些实施例中，微处理器90能够进行快速傅里叶 变换(FFT)，并且产生由FFT频镨结果中阈值所触发的警报和进一 步处理。在某些实施例中，微处理器90可以使数据通过其他滤波器， 例如低通滤波滤器或移动平均滤波器。
传感器单元42、 44、 46的数字化数据记录可以包括传感器类型 标识符、数据报告速率、数据类型标识符(如实时、移动平均、滤波 后的数据)、传感器信道(它标识该数据是从哪个传感器获得的)以 及时间戳。在某些实施例中，多个数字信号数值可以经过封装(如在 各自传感器42、 44、 46处使用微处理器90进行)，并且每个数据包 可以进一步包括该数据包中的采样数目、数据包中第一个数据采样的 时间戳以及包括每个活动传感器信道读数的采样流。在某些实施中， 可以将大约100个或更多的数字信号值比如大约200个数字信号值封 装在一起进行传输。以下提供了示范的数据记录或数据包结构 数据记录/数据包
(2个字节)传感器类型
(2个字节)数据报告速率
(2个字节)数据类型掩码
(2个字节)A/D信道选择掩码
(4个字节)第一个数据采样的时间戳
(2个字节)数据包中的釆样数目
(x个字节)数据釆样，其中
x-(每个数据釆样的字节x采样数目xA/D信道的 数目x数据类型的数目)
在这个实施例中，多个数字信号值(即采样)封装在一起进行传输，
其中单一的时间戳用于第一个采样。通过在数据包中包括报告速率， 远程处理单元能够确定数据包中每个后续采样的相对时间。虽然有可 能在数据包中包括每个采样的时间戳，但是这样做将需要更大的数据 文件。
参考图6，图中显示了示范的数据流图。为了易于说明，传感器 单元42、 44、 46在此统称为100，它们被局部地安装到滚轧机10 (由 虚线表示)。每个传感器单元100都能够产生滚轧机的运行条件所对 应的数据，如上所述。传感器单元100连接到通信装置38，以允许传 感器单元向该通信装置发送预处理后的数据。虽然显示了四台通信装 置38连接到网关40，但是对给定的网关40，可以有更多的通信装置， 比如六台通信装置，或者作为替代，可以少于四台通信装置，比如两 台通信装置。
通信装置38可以是中间设备，为传感器单元100的相关联组102、 103、 104、 105与网关40提供桥接和后控制器。每台通信装置38都 有六个串行的通信信道，每个信道都提供了到各自传感器单元100的
连接。例如，通信装置38a有6个串行的通信信道i至vi,每个信道 都提供了到各自传感器单元a至f的连接。每个通信信道由专用的微 处理器控制，例如，在各自的通信装置38处每信道一台微处理器。数 字信号值(如在数据包中)例如每两秒钟就向网关40传递一次。在某 些实施例中，在通信装置38处可以包括另外的微处理器，以控制与无 线传感器单元进行通信的无线通信信道(比如，见图1的传感器单元 46a和46b)。通信装置38可以进一步包括另一台微处理器，以控制 与网关40的网络连接(如LAN连接，IP协议)。在某些事例中，通 信装置38对每个相关联的传感器单元100都提供了自恢复的直流电 源，并且能够停止所选中信道的通信，同时允许剩余信道的通信。
在某些实施例中，监控系统12在一个或多个信道线路上包括若 干独立的限流稳压器。这些稳压器可以由专用的信道微处理器监视和 控制以提供自恢复，因为信道电源能够识别配线和/或传感器的电故 障，而且能够从其中恢复。例如，在传感器电源对地短路的情况下，
限流稳压器能够将该传感器的供压返折以防止即刻损坏。信道微处理 器能够检测出信道电压不正常，并且能够停止对故障传感器的供电并 发布故障消息。在某些实施例中，信道微处理器能够定期重试施加传 感器电源以检测正常运行。
网关40可以是服务器或个人计算机(比如基于Intel⑧的计算机， 具有开放源码的Linux操作系统和若干软件工具)。在某些实施例中， 网关40包括多个网卡，例如一个用于连接通信装置38，另一个用于 提供对用户网络和因特网的访问。在某些实施例中，网关40可以多于 一台。在包括多个网关40的这些实施例的某些中， 一台网关可以用作 主控并处理全部因特网通信。
网关40连接到通信装置38并接收由传感器单元所产生的时间戳 并向其添加如精确到秒的日期/时间值和通信装置标识符。由网关40 添加的日期和时间值以及在每个传感器单元100处产生的时间戳用作 每个数据记录值数据包的标识符。在某些实施例中，网关对收到的数 据还进行另外的处理，比如报警处理以及涉及来自不止一个传感器单 元100或模块A/D信道的数据的处理。网关40可以将数据在存储器 中存储一段时间，并且能够将数据(以及相关联的警报信息和其他处 理结果)连续地发送到一组服务器，如显示服务器108、数据服务器 110和/或过程服务器112。
由网关40服务器添加的传感器单元100的硬件时间戳与日期/时 间值的组合能够用于在时间上精确地定位每个数据记录釆样。UDP协 议可以用于在网关40与通信装置38之间通信。UDP协议可能需要的 数据管理成本更低(例如与完全同步协议如TCP相比)，并且允许为 数据保留带宽。因为UDP是异步的，所以网关收到的数据包可能不按 次序。无论数据包如何来到，硬件时间戳与日期/时间值的组合都允许 例如在系统中再建时间上的数据包流。
网关40可以使用任何适宜的方式与显示服务器108、数据服务器 110和过程服务器112进行通信。在某些实施例中，使用HTTP协议 和TCP/IP实现了网关40与服务器108、 110和112之间的通信。网关40提供了若干诊断工具以监视滚轧机10的状态，并且能够通过电 子邮件、电话、寻呼机以及其他通信设备向用户通报警报和处理结果。
月良务器108、 110和112可以是任何适宜的配置，比如基于Intel 的、具有开放源码的Linux操作系统和若干软件工具。显示服务器108 处于远离电机室部分32 (图1)，并且能够为所有的服务器提供中央 通信点。显示服务器108从所有的网关(即网关40)收集数据并向用 户提供基于网络的接口 114。支持服务器，例如数据库服务器110和 过程服务器112，存在于防火墻106之内并且包括为了分析目的专用 于数据存储和访问、图形产生和数据处理的若干服务器和服务器集群。
数据服务器IIO使用第一个数据采样的时间戳值、数据包尺寸、
数据报告速率和A/D通道数目进行数据包中数据采样的同步。这种信 息用于计算每个个别数据采样的时间戳，例如数据库服务器上的
dwdata过程期间，它读取显示服务器108从网关40所收集的数据采 样，并且将这些数据包拆分并将这些数据采样存储为一个或多个数据 库表中的若干个别行。
依据例如用户命令可以使数据采样同步，用于在报告或图形中显 示以及/或者用于事后分析比如创建振动数据的快速傅里叶变换。使用 位于用户规定范围内的日期/时间值可以选择数据采样的数据包。然后 可以依据时间戳分选位于用户规定范围内数据采样数据包中的数据采 样，如上所述。
按照数据采样的时间戳进行分选，无论是在传感器单元处例如分 配给数据包的第一个数据采样的时间戳，还是如上所述由数据服务器 110所计算的时间戳，都将更好地确保若干传感器的数据釆样对齐、 合拍。数据采样的这种对齐对显示传动系统上多个位置处的运行条件 可能很重要，例如当振动穿过传动系统时。在某些实施例中，通过将 所有传感器实际上同时(即彼此在1/2毫秒的可接受误差带内)设置 为时间戳O,源自约100个传感器或更多比如420个传感器或更多传 感器的数据采样能够使用例如时间戳同步。
监控系统12中包括传感器单元100的若干部件是可以自动地和/
或通过用户命令重新配置的。在某些实施例中，通过从网关40和/或 通信装置38经过其间的串行通信链接向传感器单元发送的命令，传感 器单元100的数据采集和数据报告可配置。利用若干参数可以配置从 传感器单元100向通信装置38的数据报告，比如将要报告的报告速率、 数据类型以及A/D信道。在某些实施中，报告速率根据例如某组件给 定数据位置的所测出的转速自动改变。实现这样的重新配置通过在传 感器单元IOO中设置微处理器90,如上所述，它为每个处理器单元都 提供了本地处理输入数据的能力。在某些事例中，可以例如通过因特 网从中心位置远程地重新编程传感器单元100和通信装置38中微处理 器的操作软件，它们可以用于升级监控系统12安装的若干组件。
网关40包括的软件运行多种过程，包括dwconfig、 dwmonitor 和dwsend。 dwconfig检索来自服务器108、 110和112的挂起命令， 并且将dwmonitor的命令排为队列。dwmonitor将这些命令传递到通 信装置/传感器单元网络，接收数据并将数据存储在存储器中(如在本 地数据库处)。在系统启动时以及在运行期间响应从网关40收到命令， 可以将报警和处理应用程序连到dwmonitor过程。dwsend检索已存 储的数据并将该数据发送到服务器108、 110和112。显示服务器108 包括一种网络服务，它接收来自网关40的数据并将该数据存储在分段 数据库的表中。数据库服务器110运行着dwdata过程，它从分段数 据库提取数据并将该数据散布在一系列数据库和数据库表中。每个传 感器单元100都可以具有数据库中存储的相应表序列，并且每个传感 器单元100的A/D信道都可以在表序列中具有相应的表。过程服务器 112运行着网络服务，如能够为显示服务器108产生图形并能够提供 立即响应的处理后数据。
监控系统12可以包括许多软件工具和应用程序，它们可用于分 析机器的运行条件。在一个实施例中，监控系统12包括基于范例的推 理(CBR)，它是模仿人类大脑如何存储经验知识的人工智能技术。 若干情况被特征化为称为范例的 一 系列参数。若干新范例按要求创建 并由往往不完全的参数集所特征化。最近邻算法从数据库中选择若干 范例，它们类似于新范例的参数集并用于为如何对新范例进行反应即
做进一步处理提供方向。CBR可以用于模仿振动和维护人员的基本经 验知识。
图7显示的示范报告120展示了使用监控系统12所测出的振动 值。报告120可以例如经过用户接口远程地访问，比如能够与服务器 108、 110和112进行通信的个人计算机，如上所述。
以上介绍的监控系统12可以提供智能数据采集网络。做到这一 点部分地通过在传感器单元100处设置微处理器90，它们能够接收和 执行多种数据采集命令。监控系统12可以设置为多种不同的数据采集 模式。在一个实施例中，监控系统12可以包括常规模式和分析模式。 在常规模式中，监控系统12能够以预定、 一致和可重复的方式采集数 据以便提供趋势分析。如果检测出了潜在的问题(如由监控系统12 和/或由用户例如远程地)，就可以启动分析模式以便为详细诊断目的 提供数据采集。由网关40所添加的日期/时间值可以准确到一秒。传 感器单元施加的时间戳可以准确到0.000125秒。这能够允许监控系统 12以高达大约8000 Hz的报告速率保持数据采样的同步。监控系统的 体系结构可以适于多种协议，以便容纳其他现有的内部监控系统，并 且能够增加到现有的装备监控系统中。监控系统12的软件可以包含对 传动系统进行诊断的分析能力。也可以包括部件的地理和规格信息， 它们可以对运行条件提供详细而准确的评估。
已经介绍了许多详细实施例。不过应当理解，可以进行多种修改。 所以，其他实施例也在以下权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种跟踪滚轧机系统运行参数的方法，所述滚轧机系统包括可旋转工作辊，由通过包括齿式联轴器的驱动装置与所述工作辊有效地连接的驱动电机驱动，所述方法包括在所述驱动电机上提供第一传感器单元，所述第一传感器单元既包括响应所述驱动电机的运行条件而产生模拟信号的传感器，也包括处理由所述传感器产生的所述模拟信号的集成本地处理器，所述集成本地处理器具有相关联的计时器；使用所述第一传感器单元的所述集成本地处理器，在所述驱动电机运行期间处理由所述第一传感器单元的所述传感器产生的所述模拟信号，以便产生具有至少一个与之相关联的对应时间戳的第一多个数字信号采样；将所述第一多个数字信号采样从所述第一传感器单元传达到远离所述第一传感器单元的远程处理单元；在所述齿式联轴器上提供第二传感器单元，所述第二传感器单元既包括响应所述齿式联轴器的运行条件而产生模拟信号的传感器，也包括处理由所述第二传感器单元的所述传感器产生的所述模拟信号的集成本地处理器，所述集成本地处理器具有相关联的计时器；使用所述第二传感器单元的所述集成本地处理器，在所述齿式联轴器的运行期间处理由所述第二传感器单元的所述传感器产生的所述模拟信号，以便产生具有至少一个与之相关联的对应时间戳的第二多个数字信号采样；将所述第二多个数字信号采样从所述第二传感器单元传达到所述远程处理单元，其中所述远程处理单元远离所述第二传感器单元。
2. 根据权利要求1的方法，其中，所述远程处理单元至少部分 地基于与所述采样相关联的时间戳数据，使所述第一多个数字信号采 样与所述第二多个数字信号采样同步。
3. 根据权利要求1的方法，其中，所述第二传感器单元随所述 齿式联轴器旋转并包括RF发射机，所述RF发射机用于将所述第二 多个数字数据采样至少部分地经过RF通信信号传达到所述处理单 元，所述远程处理单元包括相关联的RF接收机。
4. 根据权利要求3的方法，其中，所述RF接收机包括相关联的 全方位天线。
5. 根据权利要求l的方法，其中，所述滚轧机系统位于厂房内， 所述第一传感器单元、第二传感器单元和远程处理单元位于所述厂房 内，所述远程处理单元将日期和时间分配给所述第一多个数字信号采 样，并且经过全球计算机网络将它们转发到远离所述厂房的远程数据 存储中心，所述远程处理单元将日期和时间分配给所述第二多个数字 信号采样，并且经过全球计算机网络将它们转发到所述远程数据存储 中心。
6. 根据权利要求2的方法，进一步包括对运行数据提供经过网 站远程访问的步骤，所述运行数据是从同步的第 一多个数字信号记录 和第二多个数字信号记录得到的。
7. 根据权利要求l的方法，其中，所述使用所述第一传感器单元的所述集成本地处理器，在所述驱 动电机运行期间处理由所述第一传感器单元的所述传感器产生的所述 模拟信号的步骤，包括通过由所述第一传感器单元所收到的第一控制 信号以第 一 固定采样率采样所述模拟信号，并且以能够改变的第 一报告速率收集数字信号采样；以及所述使用所述第二传感器单元的所述集成本地处理器，在所述齿 式联轴器的运行期间处理由所述第二传感器单元的所述传感器产生的 所述模拟信号的步骤，包括通过由所述第二传感器单元所收到的第二 控制信号以第二固定采样率采样由所述第二传感器单元的所述传感器 产生的所述模拟信号，并且以能够改变的第二报告速率收集数字信号采样。
8. 根据权利要求7的方法，其中，所述第一和第二报告速率至 少其中之一根据相关联数据釆集位置的转速自动改变。
9. 根据权利要求1的方法，其中，利用第一对应报告速率值和 所述第一多个数字信号采样中单个采样的第一对应单个时间戳值，将 所述第一多个数字信号采样封装在一起，利用第二对应报告速率值和 所述第二多个数字信号采样中单个采样的第二对应单个时间戳值，将 所述第二多个数字信号采样封装一起。
10. 根据权利要求9的方法，包括根据所述第一对应报告速率值 和所述第一对应单个时间戳值，对所述第一多个数字信号釆样的每一 个都远程地确定对应时间戳，以及根据所述第二对应报告速率值和所 述第二对应单个时间戳值，对所述第二多个数字信号采样的每一个都 远程地确定对应时间戳的下游步骤。
11. 根据权利要求l的方法，进一步包括使用所述第一传感器单 元的所述集成本地处理器，将由所述第一传感器单元的所述传感器产 生的所述模拟信号的数据值与阈值数据进行对比的步骤。
12. —种跟踪滚轧机系统运行参数的数据采集系统，所述滚轧机 系统包括可旋转工作辊，由通过包括齿式联轴器的驱动装置与所述工 作辊有效地连接的驱动电机驱动，所述数据采集系统包括包含处理器的通信装置；局部地安装在所述驱动电机上的第一传感器单元，所述第一传感 器单元既包括响应所述驱动电机的运行条件而产生模拟信号的传感 器，也包括处理在所述第一传感器单元的运行期间由所述传感器产生 的所述模拟信号的集成本地处理器，以便产生第一多个数字信号采样； 以及局部地安装在所述齿式联轴器上的第二传感器单元，所述第二传 感器单元既包括响应所述齿式联轴器的运行条件而产生模拟信号的传 感器，也包括处理在所述第二传感器单元的运行期间由所述传感器产 生的所迷模拟信号的集成本地处理器，以便产生第二多个数字信号釆 样。
13. 根据权利要求12的数据采集系统，其中，所述第一传感器 单元的所述集成本地处理器和所述第一传感器单元的所述传感器，位 于由所述第 一传感器单元封装的第 一公共电路板上。
14. 根据权利要求13的数据采集系统，其中，所述第二传感器 单元的所述集成本地处理器和所述第二传感器单元的所述传感器，位 于由所述第二传感器单元封装的第二公共电路板上。
15. 根据权利要求12的数据采集系统，进一步包括第一通信装 置，远离所述第一传感器单元并与之通信，所述第一通信装置包括处 理所述第一多个数字信号采样的处理器。
16. 根据权利要求15的数据采集系统，其中，所述第一传感器 单元与所述第 一通信装置进行无线通信。
17. 根据权利要求16的数据采集系统，其中，所述第一传感器 单元随所述齿式联轴器旋转并包括RF发射机，所述RF发射机将所 述第一多个数字信号采样至少部分地经过RF通信信号传达到所述第 一通信装置，而且所述第一通信装置包括RF接收机。
18. 根据权利要求17的数据釆集系统，其中，所述RF接收机包 括相关联的全方位天线。
19. 根据权利要求16的数据采集系统，其中，所述第一传感器 单元包括本才几电源。
20. 根据权利要求15的数据采集系统，进一步包括第二通信装 置，远离所述第二传感器单元并使用有线连接与之通信，所述第二通 信装置包括处理所述第二多个数字信号采样的处理器。
21. 根据权利要求20的数据采集系统，其中，所述第二通信装 置使用所述有线连接向所述第二传感器单元供电。
22. 根据权利要求20的数据采集系统，进一步包括网关，所述 网关包括的处理器将日期和时间值分配给所述第一多个数字信号采样 并将日期和时间值分配给所述第二多个数字信号采样。
23. 根据权利要求22的数据采集系统，其中，所述滚轧机系统 位于厂房内，所述第一传感器单元、第二传感器单元、第一通信装置、 第二通信装置和网关位于所述厂房内的现场，并且所述第一多个数字 信号采样和第二多个数字信号釆样经过全球计算机网络从所述网关传 达到远离所述厂房、不在现场的远程数据存储中心。
24. —种跟踪系统运行参数的方法，所述系统包括构件，由通过 包括齿式联轴器的驱动装置与所述构件有效地连接的驱动电机驱动， 所述方法包括在所述驱动电机上提供第一传感器单元，所述第一传感器单元既 包括响应所述驱动电机的运行条件而产生模拟信号的传感器，也包括 处理由所述传感器产生的所述模拟信号的集成本地处理器，所述集成 本地处理器具有相关联的计时器；使用所述第一传感器单元的所述集成本地处理器，在所述驱动电 机运行期间处理由所述第 一传感器单元的所述传感器产生的所述模拟 信号，以便产生具有至少一个与之相关联的对应时间戳的第一多个数 字信号采样；将所述第一多个数字信号采样从所述第一传感器单元传达到远 离所述第一传感器单元的远程处理单元；在所述齿式联轴器上提供第二传感器单元，所述第二传感器单元 既包括响应所述齿式联轴器的运行条件而产生模拟信号的传感器，也 包括处理由所迷第二传感器单元的所述传感器产生的所述模拟信号的 集成本地处理器，所述集成本地处理器具有相关联的计时器；使用所述第二传感器单元的所述集成本地处理器，在所述齿式联 轴器的运行期间处理由所述第二传感器单元的所述传感器产生的所述 模拟信号，以便产生具有至少一个与之相关联的对应时间戳的第二多 个数字信号采样；将所述第二多个数字信号采样从所述第二传感器单元传达到所 述远程处理单元，其中所述远程处理单元远离所述第二传感器单元。
25. 根据权利要求24的方法，其中，所述远程处理单元至少部 分地基于与所述采样相关联的时间戳数据，使所述第 一 多个数字信号 采样与所述第二多个数字信号釆样同步。
26. 根据权利要求24的方法，其中，所述滚轧机系统位于厂房 内，所述第一传感器单元、第二传感器单元和远程处理单元位于所述 厂房内，所述远程处理单元将日期和时间分配给所述第一多个数字信 号采样，并且经过全球计算机网络将它们转发到远离所述厂房的远程 数据存储中心，所述远程处理单元将日期和时间分配给所述第二多个 数字信号采样，并且经过所迷全球计算机网络将它们转发到所述远程 数据存储中心。
27. 根据权利要求26的方法，其中，根据所述日期和时间数据 以及所述时间戳数据，在所述远程数据存储中心或另一个处理位置， 使所述第一多个数字信号记录与所述第二多个数字信号记录同步。
28. —种跟踪系统运行参数的方法，所述系统包括构件，由通过 包括齿式联轴器的驱动装置与所述构件有效地连接的驱动电机驱动， 所述方法包括在所述驱动电机和所述齿式联轴器之一上提供传感器单元，所述 传感器单元既包括响应所述驱动电机的运行条件而产生模拟信号的传 感器，也包括处理由所述传感器产生的所述模拟信号的集成本地处理 器，所述集成本地处理器具有相关联的计时器；使用所述集成本地处理器处理由所述传感器产生的所述模拟信 号，以便(i)产生第一多个数字信号采样以及(ii)将所述第一多 个数字信号釆样封装在一起作为传输数据包，所述数据包包括所述数 字信号采样中单个数字信号采样的相关联时间戳值，以及可以据其确 定其他数字信号采样的相对时间的相关联报告速率值。
全文摘要
一种跟踪受监控系统中传动系统的若干运行参数的方法和监控系统，包括固定到传动系统的传感器单元。所述传感器单元包括响应所述受监控系统的运行条件而产生模拟信号的传感器，以及处理由所述传感器产生的模式信号的集成本地处理器。
文档编号G01M13/02GK101371123SQ200680036000
公开日2009年2月18日 申请日期2006年7月18日 优先权日2005年8月17日
发明者J·L·威尔斯, L·D·奥库尔, S·A·考克斯, V·M·埃维尔斯 申请人:Xtek公司