[发明专利]通过数据通信网络向机器测量设备提供电力的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器健康管理和控制数据收集的领域。更具体地，本发明涉及一种用于通过数据通信网络向数据收集设备提供电力的系统。

背景技术

复杂工业机器的监视和控制，通常需要许多分布在机器上或机器附近各种位置上的各种类型的传感器(振动、温度、压力等)和控制装置(如，交换机、阀和致动器)。通常，这样的传感器和控制装置通过通信网络连接到工业厂房中的监视和控制系统。与此类应用中现有通信网络相关的缺点包括：

-数据传输距离有限；

-需要许多电源来为各处分布的传感器和控制设备供电，从而导致高昂的成本；

-传感器和传感器模块之间的信号线较长，带来低振幅信号的噪声问题；以及

-因为模拟信号到数字信号的转换发生在传感器模块，传感器和传感器模块之间的长信号线进一步增加了噪声的概率。

因此，需要一种机器监测和控制网络，以缓解与现场总线网络相关的问题。

发明内容

机器健康管理系统满足上述及其他需求，该系统包括机器测量单元，该单元通过以太网供电(PoE)连接到中央逻辑单元。每个测量单元包括一个或多个连接传感器的传感器模块，和/或一个或多个连接输出设备的输出模块。传感器的例子包括涡流传感器、压电传感器、地震探测传感器、线性可变差分变压(LVDT)传感器和温度传感器。输出设备的例子包括继电器、模拟电压和模拟电流。通过PoE网络提供测量单元所需的电能。

数字化传感器产生的传感器信号，并在传感器模块中对其进行分析。原始数据以及在某些情况下的预处理的数据，通过以太网传输到中央逻辑单元。在中央逻辑单元中，数据得到分析，和/或与其他数据组合，以执行预测分析，构建决策及可能实施的保护解决方案，预测机器/系统或者控制机器/系统的性能。

保护解决方案的例子包括基于报警值关闭的机器/系统、产生用于上位系统的警告以及在不同值之间进行表决。预测分析的例子包括在测量模块或中央逻辑单元中的原始数据分析(PeakVue，FFT，比较等)，和报告机器/系统的健康状况来计划维护服务的间隔。控制解决方案的一个例子是组合不同的输入和输出以跟随控制序列，并决定是否允许系统以规划的方式运行。

控制网络中PoE的使用可与标准办公以太网分离，从而可以实现确定性协议。在各种实施例中，可以使用确定性和标准以太网协议，这取决于应用是用于预测、保护或者其他。

下文更详细地描述了本发明的各种实施例，涉及用于收集数据的机器测量系统，所述数据用于指示工业设置中的机器的工作状态。在一个优选实施例中，所述系统包括中央逻辑单元、第一以太网网络交换机以及一个或多个第一传感器模块。与以太网通信的中央逻辑单元接收并处理机器数据，其中数据可包括机器预测数据、机器保护数据和机器控制数据。第一以太网网络交换机，通过以太网网络与中央逻辑单元通信，包括内部电源和一个或多个以太网供电(PoE)端口，可用于向连接的设备传送数据并提供电力。每个第一传感器模块，包括传感器接口，其用于向传感器提供电连接；和PoE端口，其连接到第一以太网网络交换机的一个PoE端口。每个第一传感器模块的PoE端口，将数据传送到第一以太网网络交换机并从第一以太网网络交换机接收电力。

在一些实施例中，第一以太网网络交换机和第一传感器模块设置在测量单元壳体内。

在一些实施例中，机器测量系统包括一个或多个第一输出模块。每个第一输出模块，包括输出接口，其用于向输出设备提供电连接；和PoE端口，其连接到第一以太网网络交换机的一个PoE端口。每个第一输出模块的PoE端口，将数据传送到第一以太网网络交换机并从第一以太网网络交换机接收电力。

在一些实施例中，一个或多个第一输出模块设置在测量单元壳体内。

在一些实施例中，机器测量系统，包括第二以太网网络交换机和一个或多个第二传感器模块。没有内部电源的第二个以太网交换机，包括PoE端口，其连接到第一以太网交换机的一个PoE端口，用于向第一以太网交换机传送数据和从第一以太网交换机接收电力。第二以太网网络交换机，还包括一个或多个PoE端口，其可用于向连接到第二以太网网络交换机的设备传送数据并提供电力的操作。每个第二传感器模块，包括传感器接口，其用于提供与传感器的电连接；和PoE端口，其连接到第二以太网网络交换机的一个PoE端口。每个第二传感器模块的PoE端口，将数据传送到第二以太网网络交换机并从第二以太网网络交换机接收电力。

在一些实施例中，第二以太网网络交换机和第二传感器模块设置在测量单元壳体内。