Способы и устройства для наблюдения за состоянием конструкции

Изобретение относится к управлению технологическим процессом. Устройство обеспечения контроля состояния конструкции содержит механизм сбора первой и второй оперативной информации; калькулятор реакции первой модели для исследования вибрационных характеристик; калькулятор реакции второй модели для исследования вибрационных характеристик; калькулятор разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик. Также имеется генератор сигнала предупреждения о состоянии конструкции на основании разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик. Возможность прогнозирования отказов достигается без остановки работы системы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Данное изобретение в целом относится к системам управления технологическими процессами, и в частности, к способам и устройствам для наблюдения за состоянием конструкции.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В последние годы системы управления технологическими процессами, подобные тем, которые используются в химических, нефтяных и/или других процессах, становятся все более сложными в связи с распространением новых и более мощных контроллеров. Системы управления технологическими процессами современного поколения включают большее количество разнообразных устройств нижнего уровня или инструментов для измерения различных аспектов технологической среды и/или управления ими. В дополнение к использованию устройств нижнего уровня для наблюдения за основными технологическими процессами и/или управления ними, устройства нижнего уровня все чаще используют для периферийных задач, таких как прогностический контроль рабочего состояния оборудования.

[0003] В системах управления технологическими процессами, во время работы которых устройства нижнего уровня выходят из строя, могут наблюдаться увеличенные периоды простоя. Отказ устройств нижнего уровня во время работы также может создавать опасные условия работы, если вышедшие из строя устройства нижнего уровня предоставляют ошибочные или неточные данные в систему управления технологическим процессом. Выход из строя устройств нижнего уровня, предоставляющих электронную обратную связь для контроллеров (например, датчиков давления, датчиков температуры и т.п.), можно смягчить путем выполнения управляемого отключения технологического оборудования или путем обхода ввода данных от неисправных устройств нижнего уровня в соответствующие алгоритмы контроллера. Однако, вышедшие из строя устройства нижнего уровня, которые не предоставляют электронную обратную связь во время работы (например, гидравлические приводы, пневматические клапаны и т.п.), могут не сообщать контроллеру о наличии проблем, что может привести к тому, что системы управления технологическими процессами будут работать в неизвестных, нестабильных и/или небезопасных режимах.

[0004] Кроме того, устройства в системе управления технологическим процессом могут быть расположены в неблагоприятных условиях, таких как зоны с экстремальной вибрацией, высоким давлением и/или широкими диапазонами температуры, которые могут вызвать ускоренный выход из строя. Благодаря внедрению все более мощных контроллеров, в системах управления технологическими процессами можно использовать дополнительные датчики для наблюдения за устройствами нижнего уровня в этих неблагоприятных условиях. Наблюдение за устройствами нижнего уровня с помощью дополнительных датчиков и периферийных алгоритмических процедур можно использовать для прогнозирования потенциальных отказов и предоставления возможности техническим специалистам заменять потенциально неисправные устройства нижнего уровня во время периодического технического обслуживания, а не останавливать работу системы для замены устройств нижнего уровня.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Типовое устройство, описываемое в данном документе, содержит механизм сбора оперативной информации, измеряющее первую информацию о рабочем ускорении от первого датчика, установленного в первой точке, и вторую информацию о рабочем ускорении от второго датчика, установленного во второй точке на конструкции. Типовое устройство также содержит калькулятор реакции первой модели для исследования вибрационных характеристик, вычисляющий реакцию первой модели для исследования вибрационных характеристик, калькулятор реакции второй модели для исследования вибрационных характеристик, вычисляющий реакцию второй модели для исследования вибрационных характеристик, калькулятор разницы, определяющий разницу между реакцией первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик, и генератор оповещений, генерирующий оповещения, идентифицирующие состояние конструкции на основании разницы между реакцией первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик.

[0006] Типовой способ, описываемый в данном документе, включает измерение первой информации о рабочем ускорении от первого датчика, установленного в первой точке, и второй информации о рабочем ускорении от второго датчика, установленного во второй точке на конструкции. Типовой способ также включает вычисление реакции первой модели для исследования вибрационных характеристик, вычисление реакции второй модели для исследования вибрационных характеристик, вычисление разницы между реакцией первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик и идентификацию состояния конструкции на основании разницы между реакцией первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик.

[0007] Типовое физическое дисковое запоминающее устройство или запоминающее устройство содержит команды, исполнение которых заставляет машину по меньшей мере измерять первую информацию о рабочем ускорении от первого датчика, установленного в первой точке, и вторую информацию о рабочем ускорении от второго датчика, установленного во второй точке на конструкции, вычислять реакцию первой модели для исследования вибрационных характеристик, вычислять реакцию второй модели для исследования вибрационных характеристик, определять разницу между реакцией первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик и идентифицировать состояние конструкции на основании разницы между реакцией первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0008] Фиг. 1 представляет собой схематическую иллюстрацию типового устройства для наблюдения за состоянием конструкции в соответствии с принципами данного изобретения.

[0009] Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему типового варианта реализации типового устройства для наблюдения за состоянием конструкции по Фиг. 1.

[0010] Фиг. 3-13 представляют собой блок-схемы типовых способов, которые можно выполнять с помощью типового устройства для наблюдения за состоянием конструкции по Фиг. 1, наблюдающего за состоянием конструкции.

[0011] ФИГ. 14 представляет собой принципиальную схему процессорной платформы, выполненной с возможностью исполнения машиночитаемых команд, реализующих способы по Фиг. 3-13 и типовое устройство для наблюдения за состоянием конструкции по Фиг. 1 и 2.

[0012] Где это возможно, одинаковые номера позиций использованы в графических материалах и приложенном письменном описании для обозначения одинаковых или подобных деталей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Системы управления технологическими процессами становятся все более сложными, поскольку разрабатываются отдельные компоненты с усиленной дискретностью получения данных, вычислительной мощностью и обработкой сигналов. Системы управления технологическими процессами используют для наблюдения за различными аспектами работы, выполняемой технологическим оборудованием, такими как, например, изготовление компонентов, обработка химического сырья и т.п., и/или управления ними. Системы управления технологическими процессами как правило содержат по меньшей мере один контроллер с сопровождающими устройствами ввода и вывода, позволяющими контроллерам получать сигналы от различных устройств и/или приборов ввода нижнего уровня и управлять различными устройствами и/или приборами вывода нижнего уровня.

[0014] Устройства или приборы нижнего уровня (например, устройства управления), такие как, например, датчики, переключатели, передатчики, контроллеры клапанов и т.п., используют в системах управления технологическими процессами для измерения различных аспектов (например, других устройств управления технологическим процессом) системы управления технологическим процессом и управления ними. В контексте данного документа устройства, приборы и/или датчики нижнего уровня могут быть использованы взаимозаменяемо. Устройства нижнего уровня, используемые в качестве устройств ввода системы управления технологическим процессом, могут представлять собой, например, датчики обратной связи по положению, датчики давления, датчики температуры, которые используют для непрерывного наблюдения за различными показателями технологического оборудования. Устройства нижнего уровня, используемые в качестве устройств вывода системы управления технологическим процессом, могут представлять собой, например, блоки формирования сигналов, переключатели, электромагниты и т.п., выполняющие различные управляющие действия под управлением контроллера.

[0015] Описанные выше устройства нижнего уровня работают в самых разнообразных условиях, таких как, например, внутри установки с регулируемой температурой, на открытом пространстве в Африке к югу от Сахары и т.п. Неблагоприятные условия эксплуатации устройств нижнего уровня могут существовать также внутри самого технологического оборудования, например, в пределах зон технологического оборудования, которые испытывают экстремальные колебания температуры, вибрацию и т.п. Неблагоприятные условия эксплуатации могут вызывать ускоренный износ устройства нижнего уровня и сильно уменьшать ожидаемый срок службы указанного устройства нижнего уровня. Например, устройство нижнего уровня, установленное в технологическом трубопроводе, соединенное ниже по потоку от поршневого насоса прямого вытеснения, может испытывать во время работы экстремальную вибрацию. В проиллюстрированном примере отдельные компоненты указанного устройства нижнего уровня, установленные химическим способом (например, прикрепленные к поверхности клеем), и/или установленные механическим способом (например, привинченные на место, сваренные вместе и т.п.) могут сместиться по причине экстремальной вибрации за более короткий период времени, чем в устройстве нижнего уровня, не испытывающем такой же экстремальной вибрации.

[0016] Отказы устройств нижнего уровня могут быть результатом множества причин, таких как, например, факторы окружающей среды, производственные дефекты, номинальный режим работы и т.п. Однако время отказа может не поддаваться прогнозированию, и отказы могут происходить во время работы. Незнание срока ожидаемого выхода из строя или приближения неминуемого отказа устройства нижнего уровня создает значительную проблему для непрерывной работы существующих систем управления технологическими процессами. Внезапный выход из строя устройства нижнего уровня во время работы может привести к потере указанного устройства нижнего уровня и оборудования, за которым наблюдало и/или которым управляло устройство нижнего уровня. Например, выход из строя датчика давления, установленного в седле клапана поршневого насоса прямого вытеснения может привести к сообщению ошибочного или неточного значения в контроллер системы управления технологическим процессом, что может заставить насос создавать непредвиденно высокое давление и повредить его. В другом примере, если поршневой насос прямого вытеснения выходит из строя независимо от устройства нижнего уровня во время работы, длительность простоя может быть значительно большей для замены насоса вместо замены устройства нижнего уровня, наблюдающего за насосом. Удаленное место расположения некоторых систем управления технологическими процессами и технологического оборудования может, например, усугублять последствия выхода из строя устройства нижнего уровня по причине увеличения времени простоя для получения доступа или прибытия к месту выхода из строя указанного устройства нижнего уровня.

[0017] Для преодоления этой проблемы неожиданного выхода из строя устройства нижнего уровня, некоторые известные системы используют контроллеры, применяющие системы классификации для прогнозирования ожидаемых сроков выхода из строя устройств нижнего уровня. Например, контроллер может получать входные данные, такие как измеренные параметры технологического процесса (например, давление технологического процесса, температура технологического процесса, количество рабочих циклов и т.п.), наряду со специфической информацией, относящейся к устройству нижнего уровня (например, тип, модель, технические характеристики и т.п.), в систему классификации, определяющую критерии прогнозируемого срока выхода из строя, которые затем можно использовать для инициализации замены устройства нижнего уровня. Другие системы отслеживают часы работы и используют периодические интервалы технического обслуживания для инициализации замены устройств нижнего уровня до их выхода из строя. Однако, использование описанных выше систем может увеличивать затраты на оборудование и трудовые затраты по причине слишком ранней замены устройств нижнего уровня в течение их срока эксплуатации или пропуска потенциального выхода из строя до запланированного технического обслуживания. В результате в таких системах устройство нижнего уровня со значительным остатком срока эксплуатации может быть заменено преждевременно.

[0018] Типовое устройство для наблюдения за состоянием конструкции, описываемое в данном документе, относится к системам управления технологическими процессами, а конкретнее, к системам наблюдения за состоянием конструкции. В целом, типовое устройство для наблюдения за состоянием конструкции, описываемое в данном документе, использует чувствительные устройства, такие как, например, датчики (например, датчики ускорения, датчики движения, датчики вибрации и т.п.), прикрепленные к рассматриваемой конструкции (например, поршневому насосу прямого вытеснения, клапану управления технологическим процессом и т.п.), для получения данных об ускорении и/или информации для наблюдения за состоянием конструкции (например, об образовании трещин, ухудшении характеристик и т.п.). В контексте данного документа термины «информация об ускорении», «информация о движении» и/или «информация о вибрации» могут быть использованы взаимозаменяемо. Типовые датчики также могут быть закреплены в точках на рассматриваемой конструкции, которые могут испытывать различные профили вибрации. Например, двустворчатый клапан с пневматическим приводом может быть соединен посредством фланцев с технологическим трубопроводом ниже по потоку от поршневого насоса прямого вытеснения. Указанный двустворчатый клапан может иметь по меньшей мере один датчик, закрепленный вблизи пневматического соединения, и по меньшей мере один датчик, установленный на корпусе двустворчатого клапана. Типовые датчики могут быть закреплены также на конструкции, которая представляет собой источник вибрации (например, центробежный насос, поршневой насос прямого вытеснения и т.п.), или расположены рядом с источником вибрации (например, закреплены на технологическом трубопроводе, соединенном ниже по потоку от поршневого насоса прямого вытеснения, и т.п.), испытываемой рассматриваемой конструкцией. Например, гидравлический клапан управления технологическим процессом, соединенный посредством фланцев с технологическим трубопроводом ниже по потоку от поршневого гидравлического насоса прямого вытеснения может иметь по меньшей мере один датчик, закрепленный на корпусе указанного гидравлического клапана управления технологическим процессом, и в то же время иметь по меньшей мере один датчик, установленный на корпусе указанного гидравлического насоса.

[0019] В некоторых типовых устройствах для наблюдения за состоянием конструкции, описываемых в данном документе, описанные выше чувствительные устройства (например, датчики ускорения, датчики движения, датчики вибрации и т.п.) могут быть связаны с системой управления технологическим процессом посредством контроллера для сбора и обработки данных. В таких описываемых примерах указанный контроллер собирает и/или получает информацию об ускорении по меньшей мере от одного датчика ускорения во время работы и обрабатывает полученную информацию об ускорении. Например, указанный контроллер может обрабатывать полученную информацию об ускорении путем ввода полученной информации об ускорении в первую модель для исследования вибрационных характеристик и вторую модель для исследования вибрационных характеристик. В проиллюстрированном примере выходные данные первой модели для исследования вибрационных характеристик можно сравнивать с выходными данными второй модели для исследования вибрационных характеристик. Сравнение между выходными данными первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик может давать разницу. Контроллер может использовать указанную разницу для определения соответствия указанной разницы пороговому значению (например, разница составляет более 1 Гц). В некоторых описываемых случаях контроллер может генерировать сигнал тревоги и/или предупреждающее сообщение в ответ на соответствие указанной разницы пороговому значению, указывающему на возможное наличие указанного состояния конструкции.

[0020] В некоторых типовых устройствах для наблюдения за состоянием конструкции, описываемых в данном документе, первую и вторую модель для исследования вибрационных характеристик выводят путем получения информации об исходном ускорении по меньшей мере от одного чувствительного устройства (например, по меньшей мере одного устройства, чувствительного к ускорению, по меньшей мере одного устройства, чувствительного к движению, по меньшей мере одного устройства, чувствительного к вибрации, и т.п.) в течение одного или большего количества рабочих циклов и/или процессов конструкции. В контексте данного документа термины «устройство, чувствительное к ускорению», «датчик ускорения», «устройство, чувствительное к движению» «датчик движения», «устройство, чувствительное к вибрации» и «датчик вибрации» используются взаимозаменяемо. Например, указанный контроллер может получать информацию об ускорении по меньшей мере от одного датчика ускорения, закрепленного на клапане управления, работающем с исходной жидкостью (например, водой). С исходной жидкостью может работать исполнительный механизм, открывающий и закрывающий клапан управления под давлением в течение фиксированного количества циклов. Контроллер может использовать получаемую информацию об ускорении для вычисления проводимости конструкции. В некоторых примерах, описываемых в данном документе, проводимость конструкции определяют в виде отношения выходной реакции (например, выходной реакции по ускорению) и входной реакции (например, входной реакции по ускорению). Например, проводимость конструкции может представлять собой отношение первой реакции по ускорению, получаемой первым датчиком ускорения на конструкции (например, выходной реакции) к второй реакции по ускорению, получаемой вторым датчиком ускорения (например, входной реакции). В контексте данного документа термин «реакция» относится к группе данных информации об ускорении, собранной в течение определенного промежутка времени или в течение периода времени, во время которого происходит событие. В контексте данного документа термины «реакция по ускорению», «реакция по движению» и/или «реакция по вибрации» используются взаимозаменяемо. Например, реакция по ускорению может представлять собой информацию об ускорении, собранную в течение периодического промежутка времени (например, каждые 100 миллисекунд), и/или информацию об ускорении, собранную в течение периода времени, во время которого происходит событие, такое как, например, перемещение исполнительного механизма 108 из открытого положения в закрытое положение, перемещение клапана 110 из открытого положения в закрытое положение и т.п.

[0021] В некоторых примерах контроллер может генерировать первую модель для исследования вибрационных характеристик конструкции. Указанный контроллер может быть выполнен с возможностью генерирования первой модели для исследования вибрационных характеристик конструкции путем выполнения подбора кривой для расчетной информации о проводимости. Генерирование первой модели для исследования вибрационных характеристик может включать, например, вычисление контроллером проводимости конструкции для диапазона частот, измеряемых одним или большим количеством устройств нижнего уровня. Контроллер может идентифицировать частоту, при которой происходит резонанс, или в дальнейшем именуемую частотой, при которой происходит максимальная проводимость. Контроллер может вычислять начальные значения переменных в одном или большем количестве известных характеристических уравнений проводимости. Такие переменные проводимости могут включать, например, амплитуду, ширину полосы, коэффициент затухания, частоту, соответствующую половинной мощности, частоту свободных колебаний, коэффициент качества, проводимость, вертикальный сдвиг и т.д. Контроллер также может оптимизировать переменные проводимости с помощью одного или большего количества способов, таких как, например, способ прогнозирования суммы квадратичных ошибок (СКО), способ наименьших квадратов, способ вычисления средней квадратичной ошибки и т.д.

[0022] В некоторых примерах контроллер обрабатывает полученную информацию об ускорении, чтобы идентифицировать одно или большее количество экстремальных значений данных. Для выбранной рассматриваемой реакции по ускорению контроллер может вычислять среднее значение для одной или большего количества переменных проводимости по диапазону измеряемых частот. Для выбранной частоты контроллер может определять разность между вычисленным значением переменной проводимости и вычисленным средним значением переменной проводимости. Контроллер может идентифицировать экстремальные значения данных, определяя, удовлетворяет ли указанная разность пороговому значению (например, разность превышает пороговое значение одного стандартного отклонения). Контроллер может устранить идентифицированные экстремальные значения данных и/или устранить набор данных на основании идентифицированных экстремальных значений данных.

[0023] В некоторых примерах контроллер может генерировать вторую модель для исследования вибрационных характеристик конструкции. Указанный контроллер может быть выполнен с возможностью генерирования второй модели для исследования вибрационных характеристик конструкции путем выполнения подбора кривой для расчетной информации о частоте свободных колебаний. Генерирование второй модели для исследования вибрационных характеристик может включать, например, вычисление контроллером частоты свободных колебаний конструкции в течение некоторого количества рабочих циклов. Контроллер может вычислять среднюю частоту свободных колебаний для указанного количества рабочих циклов. Для каждого рабочего цикла контроллер может вычислять разность между вычисленной частотой свободных колебаний указанного рабочего цикла и вычисленной средней частотой свободных колебаний для указанного количества рабочих циклов. Контроллер также может вычислять сумму вычисленных разностей и вычислять среднее значение суммы вычисленных разностей. В некоторых примерах контроллер может генерировать значения для одной или нескольких переменных в модели линейного соответствия, таких как, например, наклон и точка пересечения с осью Y. Например, контроллер может вычислять наклон в виде отношения вычисленной средней разности и количества рабочих циклов. В некоторых примерах контроллер может идентифицировать точку пересечения с осью Y модели линейного соответствия в качестве вычисленной средней частоты свободных колебаний для указанного количества рабочих циклов.

[0024] В некоторых примерах контроллер может сравнивать выходные данные первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик. Например, контроллер может вводить полученную информацию об ускорении в первую модель для исследования вибрационных характеристик для вычисления первой частоты свободных колебаний. Контроллер также может вводить полученную информацию об ускорении во вторую модель для исследования вибрационных характеристик для вычисления второй частоты свободных колебаний. Контроллер может определять разницу между первой и второй вычисленной частотой свободных колебаний, вычисленной с помощью первой и второй модели для исследования вибрационных характеристик. В некоторых примерах контроллер может генерировать сигнал предупреждения, если разница удовлетворяет пороговому значению (например, указанная разница составляет более 1 Гц). Такие сигналы предупреждения могут представлять собой, например, подачу звуковых сигналов, распространение сигналов предупреждения в сети системы управления технологическим процессом, генерирование предупреждающего сообщения и т.п.

[0025] В некоторых описываемых примерах контроллер может не генерировать множество моделей для исследования вибрационных характеристик конструкции. Например, контроллер может получать информацию об ускорении от одного или большего количества датчиков ускорения в течение одного или большего количества рабочих циклов конструкции. Контроллер может вычислять частоту свободных колебаний конструкции для каждого рабочего цикла и вычислять среднюю частоту свободных колебаний для одного или большего количества рабочих циклов. Контроллер может генерировать модель частоты свободных колебаний, описанную выше, путем вычисления по меньшей мере наклона и точки пересечения с осью Y модели линейного соответствия. В некоторых примерах контроллер может получать информацию об ускорении для дополнительных рабочих циклов и вычислять частоту свободных колебаний конструкции для дополнительных рабочих циклов. Для каждого рабочего цикла контроллер может (1) вычислять разность между вычисленной частотой свободных колебаний конструкции и вычисленной средней частотой свободных колебаний и/или (2) вычислять разность между вычисленной частотой свободных колебаний конструкции и вычисленной частотой свободных колебаний из общей модели частоты свободных колебаний. Контроллер может генерировать сигнал предупреждения в ответ на удовлетворение одной или обеими разностями пороговому значению (например, разность составляет более 1 Гц).

[0026] Обратимся к фиг. 1, показывающей типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции, описываемое в данном документе, работающее в оборудовании 102 системы управления технологическим процессом, наблюдая за состоянием конструкции устройства 104 нижнего уровня (например, электронного контроллера клапана). В проиллюстрированном примере устройство 104 нижнего уровня представляет собой электронный контроллер клапана, расположенный в корпусе, и соединенный с типовым узлом 106 клапана с пневматическим приводом, который содержит по меньшей мере исполнительный механизм 108 и клапан 110 (например, двустворчатый клапан, запорный клапан и т.п.). Однако в дополнительном или альтернативном варианте могут быть использованы другие узлы клапана, такие как узел клапана с электрическим приводом, узел клапана с гидравлическим приводом и т.п. Устройство 104 нижнего уровня измеряет один или большее количество параметров исполнительного механизма 108 и/или клапана 110 (например, положение клапана) и/или управляет одним или большим количеством параметров исполнительного механизма 108 и/или клапана 110. Устройство 104 нижнего уровня содержит точку соединения для соединения 112 с пневматическим трубопроводом. Устройство 104 нижнего уровня обеспечивает возможность пневматического управления исполнительным механизмом 108 посредством соединения 112 с пневматическим трубопроводом.

[0027] В проиллюстрированном примере узел 106 клапана установлен в гидравлической технологической системе 114 (например, системе распределительных трубопроводов) оборудования цеха или системы технологической обработки. Указанная гидравлическая технологическая система 114 может быть расположена в среде, которая может оказывать на устройство 104 нижнего уровня и/или узел 106 клапана во время работы по меньшей мере одно неблагоприятное воздействие (например, экстремальную вибрацию, широкий диапазон температур и т.п.) и вызывать преждевременный выход из строя устройства 104 нижнего уровня по причине ускоренного износа. Например, устройство 104 нижнего уровня и узел 106 клапана могут быть установлены ниже по потоку от поршневого насоса прямого вытеснения. По причине ускоренного износа могут происходить отказы устройства 104 нижнего уровня различных видов, такие как, например, разрыв соединения 112 пневматического трубопровода с устройством 104 нижнего уровня, отсоединение компонентов внутри устройства 104 нижнего уровня от электронного контроллера клапана и т.п.

[0028] В проиллюстрированном примере по фиг. 1 имеется первое устройство 116, чувствительное к вибрации (например, датчик ускорения, датчик движения, датчик вибрации и т.п.), закрепленное на устройстве 104 нижнего уровня, и второе устройство 118, чувствительное к вибрации (например, датчик ускорения, датчик движения, датчик вибрации и т.п.), закрепленное на узле 106 клапана. Однако в дополнительном или альтернативном варианте можно использовать другие точки установки, такие как исполнительный механизм 108, клапан 110 и т.п. Также можно использовать дополнительные точки установки за пределами оборудования 102 системы управления технологическим процессом. Хотя на фиг. 1 изображены два устройства, чувствительных к вибрации, можно использовать одно или большее количество устройств, чувствительных к вибрации. Термины устройство нижнего уровня ускорения, устройство нижнего уровня движения и/или устройство, чувствительное к вибрации, могут быть использованы взаимозаменяемо.

[0029] В проиллюстрированном примере устройства 116,118, чувствительные к вибрации, соединены с типовым устройством 100 для наблюдения за состоянием конструкции. Хотя на фиг. 1 изображено, что устройства 116,118, чувствительные к вибрации, соединены посредством одного или большего количества кабелей, в дополнительном или альтернативном варианте они могут быть соединены посредством беспроводной сети. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может представлять собой систему управления технологическим процессом или часть системы управления технологическим процессом, которая содержит контроллер для сбора и обработки данных. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции получает информацию об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации. В некоторых примерах устройства 116,118, чувствительные к вибрации, представляют собой аналоговые датчики, которые выдают аналоговый электрический сигнал (например, амплитуду напряжения), пропорциональный величине испытываемого ускорения по меньшей мере по одной перпендикулярной оси. В некоторых случаях устройства 116,118, чувствительные к вибрации, представляют собой цифровые датчики, которые выдают цифровой электрический сигнал (например, сигнал широтно-импульсной модуляции), пропорциональный величине испытываемого ускорения по меньшей мере по одной перпендикулярной оси. Например, устройства 116,118, чувствительные к вибрации могут быть типа датчика ускорения (например, емкостного датчика ускорения, датчика ускорения с эффектом Холла, пьезоэлектрического резистивного датчика ускорения и т.п.) который выдает известную амплитуду напряжения, пропорциональную величине испытываемого ускорения по меньшей мере по одной перпендикулярной оси.

[0030] В проиллюстрированном примере по фиг. 1 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции получает информацию об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации, во время работы, идентифицируя разницу в рабочей реакции по ускорению устройства 104 нижнего уровня по сравнению с исходной реакцией по ускорению устройства 104 нижнего уровня. Указанная разница в рабочей реакции по ускорению и исходной реакцией по ускорению может представлять собой разницу в величине получаемых электрических сигналов (например, разницу в напряжении), направленность разницы (например, увеличивающаяся разница, уменьшающаяся разница) и т.п. Указанная разница в реакции по ускорению устройства 104 нижнего уровня может быть связана с состоянием конструкции устройства 104 нижнего уровня. Состояние конструкции устройства 104 нижнего уровня может представлять собой разрушение конструкции, такое как, например, образование трещин в конструкции устройства 104 нижнего уровня, отсоединение компонента, закрепленного на конструкции устройства 104 нижнего уровня, отсоединение компонента, закрепленного внутри конструкции устройства 104 нижнего уровня, и т.п. В некоторых случаях состояние конструкции устройства 104 нижнего уровня может представлять собой ухудшение рабочих характеристик, такое как, например, отказ корродированного компонента в исполнительном механизме 108, разрыв пневматического уплотнителя соединения 112 пневматического трубопровода и т.п. Определение наличия увеличения со временем разницы между рабочей реакцией по ускорению и исходной реакцией по ускорению устройства 104 нижнего уровня может указывать на ухудшение состояния конструкции устройства 104 нижнего уровня.

[0031] В проиллюстрированном примере по фиг. 1 первое устройство 116, чувствительное к вибрации, соединено с устройством 104 нижнего уровня, а второе устройство 118, чувствительное к вибрации, соединено с узлом 106 клапана для наблюдения за состоянием соединения 112 пневматического трубопровода (например, разрывом соединения 112 пневматического трубопровода). Первое устройство 116, чувствительное к вибрации, установлено в непосредственной близости к точке соединения между устройством 104 нижнего уровня и соединением 112 пневматического трубопровода. Первое устройство 116, чувствительное к вибрации, измеряет реакцию по ускорению (например, выходную реакцию по ускорению) точки соединения между устройством 104 нижнего уровня и соединением 112 пневматического трубопровода. Второе устройство 118, чувствительное к вибрации, установлено в непосредственной близости к источнику вибрации, такому как, например, клапан 110, соединенный с гидравлической технологической системой 114. Второе устройство 118, чувствительное к вибрации, измеряет реакцию по ускорению (например, входную реакцию по ускорению) источника вибрации. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять рабочую реакцию по ускорению на основании отношения реакции по ускорению, измеряемой первым устройством 116, чувствительным к вибрации, и реакции по ускорению, измеряемой вторым устройством 118, чувствительным к вибрации. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может определять разницу между рабочей реакцией по ускорению и исходной реакцией по ускорению (например, ожидаемой реакцией по ускорению). Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может определять, удовлетворяет ли указанная разница пороговому значению (например, разница превышает 1 вольт, разница превышает 1 Гц и т.п.). Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может генерировать сигнал предупреждения в ответ на удовлетворение указанной разницы пороговому значению.

[0032] В проиллюстрированном примере типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет разницу между рабочей реакцией по ускорению и исходной реакцией по ускорению. В некоторых примерах типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет исходную реакцию по ускорению, получая информацию об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации, в течение периода известного хорошего состояния устройства 104 нижнего уровня. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать информацию об ускорении устройства 104 нижнего уровня в известном хорошем состоянии для генерирования по меньшей мере одной модели для исследования вибрационных характеристик устройства 104 нижнего уровня. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать информацию моделей для исследования вибрационных характеристик устройства 104 нижнего уровня для определения рабочей и исходной реакции по ускорению устройства 104 нижнего уровня. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вводить получаемую информацию об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации, во время работы (например, в рабочих условиях управления технологическим процессом) в первую модель для исследования вибрационных характеристик для вычисления рабочей реакции по ускорению. В другом примере устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вводить получаемую информацию об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации, во время работы (например, в рабочих условиях управления технологическим процессом) во вторую модель для исследования вибрационных характеристик для вычисления исходной реакции по ускорению.

[0033] В проиллюстрированном примере по фиг. 1 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует по меньшей мере первую и вторую модель для исследования вибрационных характеристик. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять первую реакцию по ускорению устройства 104 нижнего уровня, вводя получаемую информацию об ускорении во время работы в первую модель для исследования вибрационных характеристик. Указанная первая реакция по ускорению устройства 104 нижнего уровня может представлять собой рабочую реакцию по ускорению устройства 104 нижнего уровня. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции также может вычислять вторую реакцию по ускорению устройства 104 нижнего уровня, вводя расчетный параметр (например, количество рабочих циклов, период времени и т.п.) во вторую модель для исследования вибрационных характеристик. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять указанный вводимый расчетный параметр на основании получаемой информации об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации. Указанная вторая реакция по ускорению устройства 104 нижнего уровня может представлять собой исходную и/или ожидаемую реакцию по ускорению. В некоторых примерах типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции сравнивает первую и вторую реакцию по ускорению устройства 104 нижнего уровня, определяя, удовлетворяет ли разница между первой и второй реакцией по ускорению устройства 104 нижнего уровня пороговому значению (например, разница превышает 1 Гц). Если разница между первой и второй реакцией по ускорению устройства 104 нижнего уровня удовлетворяет указанному пороговому значению, то типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может идентифицировать состояние конструкции устройства 104 нижнего уровня. В некоторых случаях типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует сигнал предупреждения (подает звуковой сигнал, распространяет предупреждающее сообщение в сети системы управления технологическим процессом и т.п.) в ответ на удовлетворение указанной разницы пороговому значению.

[0034] Фиг. 2 представляет собой принципиальную схему типового варианта реализации устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 1. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, идентифицирует ли разница между рабочей реакцией по ускорению конструкции и исходной реакцией по ускорению конструкции состояние конструкции. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может определять, идентифицирует ли разница между рабочей реакцией по ускорению устройства 104 нижнего уровня и исходной реакцией по ускорению устройства 104 нижнего уровня состояние конструкции устройства 104 нижнего уровня. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 содержит типовой механизм 200 сбора данных, типовую базу 210 данных запоминающего устройства, типовой интерфейс 220 базы данных запоминающего устройства, типовой генератор 230 модели проводимости, типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний, типовой калькулятор 250 модели проводимости, типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний, типовой калькулятор 270 разницы частоты свободных колебаний и типовой генератор 280 сигнала предупреждения. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 соединено с возможностью передачи данных с типовой базой 210 данных запоминающего устройства посредством типового интерфейса 220 базы данных запоминающего устройства.

[0035] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции содержит типовой механизм 200 сбора данных, получающий информацию об ускорении по меньшей мере от одного устройства, чувствительного к вибрации (например, датчика ускорения, датчика движения, датчика вибрации и т.п.), выбирающий рассматриваемую информацию об ускорении, и обрабатывающий выбранную рассматриваемую информацию об ускорении. В некоторых примерах типовой механизм 200 сбора данных получает информацию об ускорении по меньшей мере от одного устройства, чувствительного к вибрации, в течение периода времени, во время которого поступает информация об исходном ускорении (например, во время проверки качества после изготовления, во время процедуры ввода в эксплуатацию перед эксплуатацией и т.п.). Например, механизм 200 сбора данных может работать в качестве механизма сбора исходных данных при получении информации об исходном ускорении для использования для генерирования одной или большего количества моделей для исследования вибрационных характеристик. В некоторых случаях типовой механизм 200 сбора данных получает информацию об ускорении по меньшей мере от одного устройства, чувствительного к вибрации, в течение периода времени, во время которого поступает информация о рабочем ускорении. Например, механизм 200 сбора данных может работать в качестве механизма сбора оперативных данных при получении информации об ускорении для конструкции, которая работает.

[0036] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовой механизм 200 сбора данных выбирает получаемую рассматриваемую информацию об ускорении для использования одним или большим количеством алгоритмов, процессов, программ и т.п. Выбранная получаемая информация об ускорении может содержать, например, аналоговый электрический сигнал, цифровой электрический сигнал и т.п. Типовой механизм 200 сбора данных обрабатывает информацию об ускорении путем конвертации (например, конвертации с помощью пересчета, конвертации в другие единицы измерения и т.п.), масштабирования (например, масштабирования с помощью коэффициента масштабирования) и/или преобразования (например, преобразования с помощью кривой чувствительности) электрического выходного сигнала от устройств, чувствительных к вибрации, измеряющих ускорение, движение и/или вибрацию, которые может использовать типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции. Например, механизм 200 сбора данных может получать амплитуду напряжения от пьезоэлектрического датчика ускорения, закрепленного на устройстве 104 нижнего уровня, испытывающем ускорение. Затем механизм 200 сбора данных может преобразовывать получаемую амплитуду напряжения в единицы измерения испытываемого ускорения. Типовой механизм 200 сбора данных может масштабировать получаемую амплитуду напряжения в единицы измерения испытываемого ускорения с помощью коэффициента масштабирования (например, коэффициента масштабирования чувствительности).

[0037] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать типовую базу 210 данных запоминающего устройства для записи данных (например, получаемой информации об ускорении, вычисляемых значений параметров и т.п.) посредством типового интерфейса 220 базы данных запоминающего устройства. Типовая база 210 данных запоминающего устройства может быть реализована с помощью энергозависимого запоминающего устройства (например, синхронной динамической оперативной памяти (SDRAM), динамической оперативной памяти (DRAM), динамической оперативной памяти RAMBUS (RDRAM) и т.п.) и/или энергонезависимого запоминающего устройства (например, флеш-памяти). В дополнительном или альтернативном варианте типовая база 210 данных запоминающего устройства может быть реализована с помощью одного или большего количества запоминающих устройств с двойной скоростью (DDR), таких как DDR, DDR2, DDR3, мобильные DDR (mDDR) и т.п. В дополнительном или альтернативном варианте типовая база 210 данных запоминающего устройства может быть реализована с помощью одного или большего количества запоминающих устройств большой емкости, таких как накопители на жестких дисках, накопители на компакт-дисках, накопители на универсальных цифровых дисках и т.п. Хотя в проиллюстрированном примере типовая база 210 данных запоминающего устройства проиллюстрирована в виде единственной базы данных, база 210 данных запоминающего устройства может быть реализована в виде любого количества и/или типа(ов) баз данных.

[0038] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 интерфейс 220 базы данных запоминающего устройства представляет собой шину и/или сеть. Например, интерфейс 220 базы данных запоминающего устройства может представлять собой внутреннюю шину контроллера, сеть системы управления технологическим процессом и т.п. В некоторых примерах интерфейс 220 базы данных запоминающего устройства представляет собой сеть, имеющую возможность соединения с возможностью передачи данных с Интернетом. Однако типовой интерфейс 220 базы данных запоминающего устройства может быть реализован с помощью любых подходящих кабельных и/или беспроводных сетей, в том числе, например, одной или большего количества шин передачи данных, одной или большего количества локальных сетей (LAN), одной или большего количества беспроводных LAN, одной или большего количества сотовых сетей, одной или большего количества частных сетей, одной или большего количества общественных сетей и т.п. Типовой интерфейс 220 базы данных запоминающего устройства позволяет типовому устройству 100 для наблюдения за состоянием конструкции выполнять обмен данными с базой 210 данных запоминающего устройства. В контексте данного документа фраза «обмен данными», в том числе ее вариации, охватывает непосредственный обмен данными и/или косвенный обмен данными через один или большее количество промежуточных компонентов и не требует непосредственного физического (например, кабельного) соединения и/или постоянного соединения, а вместо этого включает селективное соединение с периодическими или непериодическими интервалами, а также разовые события.

[0039] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции содержит типовой генератор 230 модели проводимости, генерирующий модель проводимости конструкции. В некоторых примерах типовой генератор 230 модели проводимости выполнен с возможностью генерирования модели проводимости конструкции путем выполнения подбора кривой для расчетной информации о проводимости. Типовой генератор 230 модели проводимости использует информацию об ускорении, получаемую типовым механизмом 200 сбора данных от двух или большего количества устройств, чувствительных к вибрации, для генерирования модели проводимости. Модель проводимости конструкции характеризует отношение выходной реакции по ускорению, измеряемой в первой точке, и входной реакции по ускорению, измеряемой во второй точке, в виде функции частоты. В некоторых примерах выходная реакция по ускорению, измеряемая в первой точке, представляет собой реакцию по ускорению конструкции. В некоторых случаях входная реакция по ускорению, измеряемая во второй точке, представляет собой реакцию по ускорению, измеряемую на источнике вибрации, и измеряемую в непосредственной близости от источника вибрации. Например, генератор 230 модели проводимости может генерировать модель проводимости, характеризующую отношение реакции по ускорению устройства 104 нижнего уровня и реакции по ускорению узла 106 клапана в виде функции частоты. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать модель проводимости, генерируемую типовым генератором 230 модели проводимости, для вычисления частоты свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня.

[0040] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовой генератор 230 модели проводимости использует получаемую информацию об ускорении для вычисления проводимости конструкции. Типовой генератор 230 модели проводимости вычисляет проводимость путем вычисления отношения реакции по ускорению конструкции, измеряемой в первой точке, и реакции по ускорению, измеряемой во второй точке, получаемой первым и вторым устройством, чувствительным к вибрации. Например, генератор 230 модели проводимости может вычислять Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять отношение реакции по ускорению устройства 104, нижнего уровня измеряемой первым устройством 116, чувствительным к вибрации, и реакции по ускорению узла 106 клапана, измеряемой вторым устройством 118, чувствительным к вибрации. Типовой генератор 230 модели проводимости может идентифицировать частоту, при которой происходит резонанс, определяя частоту, при которой происходит максимальная проводимость. В некоторых случаях типовой генератор 230 модели проводимости вычисляет и оптимизирует параметры проводимости для генерирования модели проводимости, используемой для получения характеристик конструкции. Типовой генератор 230 модели проводимости также может идентифицировать и устранять экстремальные значения в получаемой информации об ускорении для дополнительной оптимизации генерируемой модели проводимости, используемой для получения характеристик конструкции. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может устранять экстремальные значения в информации об ускорении, используемой для оптимизации генерируемой модели проводимости, характеризующей устройство 104 нижнего уровня.

[0041] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции содержит типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний, генерирующий модель частоты свободных колебаний конструкции. В некоторых примерах типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний выполнен с возможностью генерирования модели частоты свободных колебаний конструкции путем выполнения подбора кривой для расчетной информации о частоте свободных колебаний. Модель частоты свободных колебаний конструкции характеризует частоту свободных колебаний конструкции в виде функции времени (например, интервала времени). Типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний использует информацию об ускорении, получаемую типовым механизмом 200 сбора данных от одного или большего количества устройств, чувствительных к вибрации, для генерирования модели частоты свободных колебаний. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать модель частоты свободных колебаний, генерируемую типовым генератором 240 модели частоты свободных колебаний, для вычисления частоты свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня. Частота свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня, вычисляемая с помощью модели частоты свободных колебаний, генерируемой генератором 240 модели частоты свободных колебаний, может дополнять частоту свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня, вычисляемую с помощью модели проводимости, генерируемой типовым генератором 230 модели проводимости.

[0042] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний вычисляет среднее значение частоты свободных колебаний для определенного количества реакций по ускорению, получаемых от одного или большего количества датчиков ускорения в течение периода известного хорошего состояния устройства 104 нижнего уровня. В некоторых примерах типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний вычисляет частоту свободных колебаний для каждой рассматриваемой реакции по ускорению. Для каждой рассматриваемой реакции по ускорению типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний вычисляет разницу между вычисленной частотой свободных колебаний для рассматриваемой реакции по ускорению и вычисленной средней частотой свободных колебаний для указанного количества реакций по ускорению. В некоторых случаях типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний вычисляет среднее значение для определенного количества указанных вычисленных разностей, в дальнейшем именуемое расчетным средним значением разницы частоты свободных колебаний. Для рассматриваемой реакции по ускорению типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний может генерировать модель линейного соответствия, содержащую по меньшей мере наклон и точку пересечения с осью Y. В некоторых примерах типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний вычисляет наклон линейного соответствия путем вычисления отношения расчетного среднего значения разницы частоты свободных колебаний и количества реакций по ускорению. В некоторых случаях типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний идентифицирует точку пересечения с осью Y линейного соответствия в виде расчетного среднего значения частоты свободных колебаний для указанного количества реакций по ускорению.

[0043] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции содержит типовой калькулятор 250 модели проводимости, вычисляющий частоту свободных колебаний конструкции, вводя информацию об ускорении, получаемую типовым механизмом 200 сбора данных, в модель проводимости, генерируемую типовым генератором 230 модели проводимости. В некоторых примерах типовой калькулятор 250 модели проводимости вычисляет проводимость конструкции. Затем типовой калькулятор 250 модели проводимости может вводить вычисленную проводимость в генерируемую модель проводимости для вычисления частоты свободных колебаний конструкции. Например, калькулятор 250 модели проводимости может вычислять проводимость устройства 104 нижнего уровня в течение периода времени, во время которого устройство 104 нижнего уровня испытывает вибрацию. Типовой калькулятор 250 модели проводимости может вводить информацию об ускорении, получаемую от устройств, чувствительных к вибрации 116,118, в генерируемую модель проводимости. Типовой калькулятор 250 модели проводимости может вычислять частоту свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня в ответ на вычисление проводимости устройства 104 нижнего уровня.

[0044] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции содержит типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний, вычисляющий частоту свободных колебаний конструкции, вводя информацию об ускорении, получаемую типовым механизмом 200 сбора данных, в модель частоты свободных колебаний, генерируемую типовым генератором 240 модели частоты свободных колебаний. В некоторых примерах типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний вычисляет количество циклов (например, количество рабочих циклов, количество циклов вибрации и т.п.), испытываемых конструкцией. Количество циклов вибрации можно вычислить, умножив расчетное среднее значение частоты свободных колебаний, вычисленное типовым генератором 240 модели частоты свободных колебаний, и время между получением отсчетов данных и/или информации, получаемых механизмом 200 сбора данных. Затем типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний может вводить вычисленное количество циклов в генерируемую модель частоты свободных колебаний для вычисления частоты свободных колебаний конструкции. Например, калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний может вычислять частоту свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня в течение периода времени, во время которого устройство 104 нижнего уровня испытывает вибрацию. Типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний может вводить информацию об ускорении (например, количество расчетных циклов вибрации), получаемую от устройств, чувствительных к вибрации 116,118, в генерируемую модель частоты свободных колебаний. Типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний может вычислять частоту свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня в ответ на вычисление количества циклов вибрации, испытываемых устройством 104 нижнего уровня.

[0045] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции содержит типовой калькулятор 270 разницы частоты свободных колебаний, вычисляющий разницу между первой частотой свободных колебаний конструкции, вычисляемой с помощью модели проводимости, генерируемой генератором 230 модели проводимости, и второй частотой свободных колебаний конструкции, вычисляемой с помощью модели частоты свободных колебаний, генерируемой генератором 240 модели частоты свободных колебаний. В некоторых примерах указанная первая частота свободных колебаний конструкции, вычисляемая с помощью модели проводимости, представляет собой рабочую частоту свободных колебаний. В некоторых примерах указанная вторая частота свободных колебаний конструкции, вычисляемая с помощью модели частоты свободных колебаний, представляет собой исходную и/или ожидаемую частоту свободных колебаний. В некоторых случаях значение разницы между первой и второй вычисляемой частотой свободных колебаний увеличивается, когда конструкция испытывает увеличенные периоды вибрации. Например, разница между первой вычисляемой частотой свободных колебаний (например, рабочей частотой свободных колебаний) и второй вычисляемой частотой свободных колебаний (например, исходной частотой свободных колебаний) устройства 104 нижнего уровня может увеличиваться со временем, поскольку устройство 104 нижнего уровня подвергается ускоренному износу по причине увеличенного воздействия вибрации.

[0046] В проиллюстрированном примере по фиг. 2 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции содержит типовой генератор 280 сигнала предупреждения, оценивающий разницу (например, величину разницы) между первой и второй вычисляемой частотой свободных колебаний конструкции, и генерирующий сигнал предупреждения, если указанная разница удовлетворяет пороговому значению. В некоторых примерах типовой генератор 280 сигнала предупреждения использует предварительно определенное пороговое значение, которое может зависеть от данных, вводимых пользователем. В некоторых случаях типовой генератор 280 сигнала предупреждения использует вычисляемое пороговое значение, которое может зависеть по меньшей мере от одного фактора, такого как, например, количество стандартных отклонений в пределах разницы между первой и второй расчетной частоты свободных колебаний в течение периода известного хорошего состояния. Если типовой генератор 280 сигнала предупреждения определяет, что разница между первой и второй вычисленной частотой свободных колебаний удовлетворяет пороговому значению (например, указанная разница превышает 1 Гц), то генератор 280 сигнала предупреждения может идентифицировать состояние конструкции. Например, генератор 280 сигнала предупреждения может идентифицировать, что состояние конструкции соответствует разрушению конструкции (например, начальному образованию трещин в конструкции, распространению образования трещин в конструкции и т.п.), ухудшению характеристик конструкции (например, распространению трещин в уплотнителе), выходу из строя конструкции (например, невозможности перемещения исполнительного механизма 108, неспособности клапана 110 удерживать давление и т.п.) и т.п. В ответ на идентификацию состояния конструкции типовой генератор 280 сигнала предупреждения может генерировать сигнал предупреждения такой как, например, подача звуковых сигналов, распространение предупреждающего сообщения в сети системы управления технологическим процессом, генерирование протокола ошибок и/или сообщения и т.п.

[0047] Хотя типовой способ реализации типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции проиллюстрирован на фиг. 2, один или более элементов, процессов и/или устройств, проиллюстрированных на фиг. 2, могут быть комбинированы, разделены, перегруппированы, опущены, сокращены и/или реализованы любым другим способом. Кроме того, типовой механизм 200 сбора данных, типовая база 210 данных запоминающего устройства, типовой интерфейс 220 базы данных запоминающего устройства, типовой генератор 230 модели проводимости, типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний, типовой калькулятор 250 модели проводимости, типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний, типовой калькулятор 270 разницы частоты свободных колебаний, типовой генератор 280 сигнала предупреждения и/или в более общих выражениях, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 могут быть реализованы с помощью аппаратных средств, программных средств, аппаратно-программных средств и/или любой комбинации аппаратных средств, программных средств и/или аппаратно-программных средств. Таким образом, любой элемент из типового механизма 200 сбора данных, типовой базы 210 данных запоминающего устройства, типового интерфейса 220 базы данных запоминающего устройства, типового генератора 230 модели проводимости, типового генератора 240 модели частоты свободных колебаний, типового калькулятора 250 модели проводимости, типового калькулятора 260 модели частоты свободных колебаний, типового калькулятора 270 разницы частоты свободных колебаний, типового генератора 280 сигнала предупреждения и/или в более общих выражениях, типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 могут быть реализованы с помощью одной или большего количества аналоговых или цифровых схем, логических схем, программируемых процессоров, специализированных интегральных микросхем (ASIC), программируемых логических устройств (PLD) и/или логических устройств, программируемых пользователем (FPLD). Если формулировка любого из пунктов формулы изобретения по данному патенту, относящегося к устройству или системе, охватывает чисто программный и/или аппаратно-программный вариант реализации, однозначно определено, что по меньшей мере один элемент из типового механизма 200 сбора данных, типовой базы 210 данных запоминающего устройства, типового интерфейса 220 базы данных запоминающего устройства, типового генератора 230 модели проводимости, типового генератора 240 модели частоты свободных колебаний, типового калькулятора 250 модели проводимости, типового калькулятора 260 модели частоты свободных колебаний, типового калькулятора 270 разницы частоты свободных колебаний, типового генератора 280 сигнала предупреждения и/или, в более общих выражениях, типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 содержит материальное машиночитаемое запоминающее устройство или дисковое запоминающее устройство, такое как накопитель, цифровой универсальный диск (DVD), компакт-диск (CD), диск Blu-ray и т.п., хранящее программное обеспечение и/или аппаратно-программные средства. Кроме того, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 может включать один или более элементов, процессов и/или устройств в дополнение к проиллюстрированным на фиг. 2 или вместо них, и/или может включать более одного из любых или всех из проиллюстрированных элементов, процессов и устройств.

[0048] Блок-схемы, представляющие типовые способы реализации типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2, показаны на фиг. 3-13. В этих примерах указанные способы могут быть реализованы с помощью машиночитаемых команд, содержащих программу, исполняемую процессором, таким как процессор 1412, показанный на типовой процессорной платформе 1400, обсуждаемой ниже в связи с фиг. 14. Указанная программа может быть реализована в программном обеспечении, хранящемся на материальном машиночитаемом носителе данных, таком как CD-ROM, гибкий диск, жесткий диск, универсальный цифровой диск (DVD), диск Blu-ray или запоминающее устройство, соединенном с процессором 1412, но в альтернативном варианте указанная программа целиком и/или ее части могут исполняться устройством, отличающимся от процессора 1412, и/или быть реализованы в аппаратно-программных средствах или специализированных аппаратных средствах. Кроме того, хотя указанная типовая программа описана со ссылкой на блок-схемы, проиллюстрированные на фиг. 3-13, в альтернативном варианте могут быть использованы многие другие способы реализации типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции. Например, может быть изменен порядок исполнения блоков, и/или могут быть изменены, устранены или объединены некоторые из блоков.

[0049] Как упомянуто выше, типовые способы по фиг. 3-13 могут быть реализованы с помощью кодированных команд (например, команд, читаемых компьютером и/или машиной), хранимых на материальном машиночитаемом носителе данных, таком как жесткий диск, флеш-память, постоянное запоминающее устройство (ROM), компакт-диск (CD), универсальный цифровой диск (DVD), кеш-память, оперативное запоминающее устройство (RAM) и/или любое другое устройство хранения данных или диск хранения данных, в котором информация хранится в течение любого периода (например, в течение длительных периодов времени, постоянно, в течение коротких промежутков времени, для временной буферизации и/или для кеширования информации). В контексте данного документа термин «материальный машиночитаемый носитель данных» однозначно определен как включающий машиночитаемые устройства хранения данных и/или диски хранения данных любых типов, исключающий передачу сигналов, и исключающий средства передачи данных. В контексте данного документа термины «материальный машиночитаемый носитель данных» и «материальный читаемый компьютером носитель данных» использованы взаимозаменяемо. В дополнительном или альтернативном варианте типовые способы по фиг. 3-13 могут быть реализованы с помощью кодированных команд (например, команд, читаемых компьютером и/или машиной), хранимых на энергонезависимом машиночитаемом или читаемом компьютером носителе данных, таком как жесткий диск, флеш-память, постоянное запоминающее устройство, компакт-диск, универсальный цифровой диск, кеш-память, оперативное запоминающее устройство и/или любое другое устройство хранения данных или диск хранения данных, в котором информация хранится в течение любого периода (например, в течение длительных периодов времени, постоянно, в течение коротких промежутков времени, для временной буферизации и/или для кеширования информации). В контексте данного документа термин «энергонезависимый машиночитаемый носитель данных» однозначно определен как включающий машиночитаемые устройства хранения данных и/или диски хранения данных любых типов, исключающий передачу сигналов, и исключающий средства передачи данных. В контексте данного документа, когда фраза «по меньшей мере» использована в качестве переходного термина во вводной части пункта формулы изобретения, она представляет собой неограничивающий термин аналогично неограничивающему термину «включающий». Термин «содержащий» и все другие варианты термина «содержать» однозначно определены как неограничивающие термины. Термин «включающий» и все другие варианты термина «включать» также определены как неограничивающие термины. В противоположность этому термин «состоящий» и все другие варианты термина «состоять» определены как ограничивающие термины.

[0050] Фиг. 3 представляет собой блок-схему типового способа 300, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для идентификации состояния конструкции. Например, указанная конструкция может представлять собой устройство 104 нижнего уровня, а состояние конструкции может представлять собой состояние соединения 112 с пневматическим трубопроводом (например, разрыв соединения 112 с пневматическим трубопроводом). Типовой способ 300 начинается в блоке 302, когда типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции получает и обрабатывает информацию об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации в оборудовании 102 системы управления технологическим процессом. В некоторых примерах типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может обрабатывать получаемую информацию об ускорении путем конвертации, масштабирования и/или преобразования электрических выходных сигналов устройств 116,118, чувствительных к вибрации, в меры ускорения, движения и/или вибрации, испытываемой устройством 104 нижнего уровня.

[0051] В блоке 304 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует модель проводимости конструкции. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять проводимость устройства 104 нижнего уровня для определения частоты свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать частоту свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня для дальнейшего вычисления дополнительных параметров проводимости и оптимизации указанных дополнительных параметров проводимости для генерирования модели проводимости устройства 104 нижнего уровня. В блоке 306 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует модель частоты свободных колебаний. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять среднее значение частоты свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня в течение периода известного хорошего состояния. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции также может вычислять наклон и точку пересечения с осью Y линейного соответствия для генерирования модели частоты свободных колебаний.

[0052] В блоке 308 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции получает и обрабатывает информацию об ускорении от одного или большего количества устройств, чувствительных к вибрации. Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может получать и обрабатывать информацию об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации. В блоке 310 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет разницу между первой частотой свободных колебаний, вычисляемой с помощью модели проводимости, и второй частотой свободных колебаний, вычисляемой с помощью модели частоты свободных колебаний. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять разницу между первой частотой свободных колебаний, вычисляемой с помощью модели проводимости, используемой для получения характеристик устройства 104 нижнего уровня, и второй частотой свободных колебаний конструкции, вычисляемой с помощью модели частоты свободных колебаний, используемой для получения характеристик устройства 104 нижнего уровня.

[0053] В блоке 312 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, удовлетворяет ли разница между первой и второй вычисленной частотой свободных колебаний пороговому значению (например, указанная разница превышает пороговое значение или равна ему). Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может определять, превышает или равна ли разница между первой и второй вычисленной частотой свободных колебаний 1 Гц. Если в блоке 312 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, что разница между первой и второй вычисленной частотой свободных колебаний не удовлетворяет пороговому значению, то управление возвращается к блоку 308 для получения и обработки дополнительной информации об ускорении от устройств, чувствительных к вибрации, во время работы. Если в блоке 312 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, что разница между первой и второй вычисленной частотой свободных колебаний удовлетворяет пороговому значению, то в блоке 314 устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует сигнал предупреждения, идентифицирующий состояние конструкции. Например, указанный сигнал предупреждения может представлять собой текстовое сигнальное сообщение в программном обеспечении системы управления технологическим процессом, указывающее, что разорвано соединение 112 пневматического трубопровода с устройством 104 нижнего уровня.

[0054] Дополнительные подробности в связи с генерированием модели проводимости (фиг. 3, блок 304) показаны на фиг. 4. Фиг. 4 представляет собой блок-схему типового способа 400, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для генерирования модели проводимости, характеризующей проводимость конструкции. Типовой способ 400 начинается в блоке 402, когда типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую информацию об ускорении для обработки. В некоторых примерах типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции получает выбранную рассматриваемую информацию об ускорении от одного или большего количества устройств, чувствительных к вибрации, наблюдающих за конструкцией во время известного хорошего состояния. Например, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может получать выбранную рассматриваемую информацию об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации, наблюдающих за устройством 104 нижнего уровня, в течение периода времени, для которого известно, что устройство 104 нижнего уровня находится в хорошем состоянии (например, без дефектов, без ухудшения характеристик, без состояния неминуемого отказа и т.п.). Период времени, для которого известно, что устройство 104 нижнего уровня находится в хорошем состоянии, может представлять собой период времени после изготовления устройства 104 нижнего уровня, период времени после первого ввод в эксплуатацию устройства 104 нижнего уровня и т.п.

[0055] В блоке 404 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает реакцию по ускорению в пределах выбранной рассматриваемой информации об ускорении для обработки. В некоторых примерах выбранная реакция по ускорению может представлять собой группу данных информации об ускорении, собранной в течение определенного промежутка времени или в течение периода времени, во время которого происходит событие. Например, выбранная реакция по ускорению может представлять собой данные об ускорении, собранные в течение периодического промежутка времени (например, каждые 100 миллисекунд), и/или данные об ускорении, собранные в течение периода времени, во время которого происходит событие, такое как, например, перемещение исполнительного механизма 108 из открытого положения в закрытое положение, перемещение клапана 110 из открытого положения в закрытое положение и т.п.

[0056] В блоке 406 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет проводимость устройства 104 нижнего уровня. В некоторых примерах проводимость устройства 104 нижнего уровня может иметь вещественные и/или мнимые части. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет вещественную часть отношения информации об ускорении устройства 104 нижнего уровня, полученной устройством 116, чувствительным к вибрации, и информации об ускорении узла 106 клапана, полученной устройством 118, чувствительным к вибрации. В блоке 408 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет частоту, при которой происходит резонанс. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может идентифицировать резонанс при максимальном (вещественном) значении проводимости.

[0057] В блоке 410 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет один или большее количество параметров модели проводимости, таких как, например, амплитуда, ширина полосы, коэффициент затухания, частота, соответствующая половинной мощности, частота свободных колебаний, коэффициент качества, вертикальный сдвиг и т.п. В блоке 412 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции оптимизирует по меньшей мере один из параметров модели проводимости, вычисленных в блоке 410, с помощью способа рекурсивной оптимизации. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может оптимизировать указанные параметры модели проводимости с помощью способа оптимизации по сумме квадратичных ошибок (СКО). Способ оптимизации СКО может сначала оценивать параметры модели проводимости, а затем модифицировать указанные параметры модели проводимости, пока СКО между генерируемой моделью проводимости и измеряемой проводимостью не будет сведена к минимуму, когда измеряемая проводимость основана на получаемой информации о рабочем ускорении. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать наблюдаемую информацию об ускорении в пределах выбранной рассматриваемой реакции по ускорению для вычисления начальных заданных значений для указанного одного или большего количества параметров модели проводимости, описанных выше. Устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать способ оптимизации СКО для идентификации значений параметров модели проводимости, которые сводят к минимуму указанную сумму квадратичных ошибок.

[0058] В блоке 414 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует модель проводимости с помощью оптимизированных параметров, вычисленных в блоке 412. В некоторых примерах модель проводимости генерируют так, чтобы она соответствовала типовому Уравнению (1) ниже.

Уравнение (1)

В проиллюстрированном примере Уравнения (1) выше переменная «» представляет проводимость. Переменная «» представляет амплитуду, переменная «» представляет коэффициент затухания, член «» представляет мнимый компонент и/или часть, а переменные «» и «» представляют частоту и частоту свободных колебаний, соответственно. В проиллюстрированном примере Уравнения (1) проводимость при указанной частоте вычисляют с помощью амплитуды, коэффициента затухания и частоты свободных колебаний выбранной рассматриваемой реакции по ускорению в пределах выбранной рассматриваемой информации об ускорении. В некоторых примерах устройство для наблюдения за состоянием конструкции использует оптимизированные параметры, вычисленные в блоке 412, для переменной амплитуды, переменной коэффициента затухания и переменной частоты свободных колебаний Уравнения (1). В некоторых случаях устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции использует расчетную проводимость, вычисляемую в блоке 406, в качестве переменной проводимости Уравнения (1). В некоторых примерах одно или большее количество значений частоты, соответствующей половинной мощности, и вертикального сдвига добавляют в Уравнение (1), чтобы получить величину одной или большего количества точек половинной мощности. В некоторых случаях указанные точки половинной мощности представляют собой частоты, при которых мощность электрического сигнала падает до половины своего значения в середине диапазона.

[0059] В проиллюстрированном примере по фиг. 4 в блоке 416 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 416 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие по меньшей мере одной дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, управление переходит к блоку 404 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки в пределах выбранной рассматриваемой информации об ускорении. Если в блоке 416 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет отсутствие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, то в блоке 418 устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции анализирует (например, выполняет итерационный анализ) генерируемые модели проводимости для выбранной рассматриваемой информации об ускорении для идентификации и устранения экстремальных значений.

[0060] Дополнительные подробности в связи с вычислением проводимости конструкции (фиг. 4, блок 406) показаны на фиг. 5. Фиг. 5 представляет собой блок-схему типового способа 500, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для вычисления проводимости конструкции. Например, конструкция может представлять собой устройство 104 нижнего уровня. Типовой способ 500 начинается в блоке 502, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую информацию об ускорении для обработки. Выбранная рассматриваемая информация об ускорении для обработки может содержать, например, информацию об ускорении, получаемую по меньшей мере от одного устройства, чувствительного к вибрации. Например, выбранная рассматриваемая информация об ускорении для обработки может содержать информацию об ускорении, получаемую по меньшей мере от одного устройств 116,118, чувствительных к вибрации. В блоке 504 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемое значение времени для анализа выбранной информации об ускорении от устройств 116,118, чувствительных к вибрации. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может выбирать начальный момент времени, период времени и т.п. Можно выбрать значение времени для синхронизации указанной информации об ускорении, получаемой от устройств 116,118, чувствительных к вибрации.

[0061] В блоке 506 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет отношение первой реакции по ускорению, получаемой от первого устройства 116, чувствительного к вибрации, и второй реакции по ускорению, получаемой от второго устройства 118, чувствительного к вибрации. В некоторых примерах может вычисляться вещественная и мнимая часть указанного отношения. Одну или обе части указанного отношения типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать для обработки. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять отношение вещественной части первой реакции по ускорению, получаемой от первого устройства 116, чувствительного к вибрации, и вещественной части второй реакции по ускорению, получаемой от второго устройства 118, чувствительного к вибрации. В блоке 508 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительного рассматриваемого значения времени в пределах выбранной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 508 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительного рассматриваемого значения времени для обработки, управление переходит к блоку 504 для выбора дополнительного рассматриваемого значения времени. Если в блоке 508 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет отсутствие дополнительного рассматриваемого значения времени для обработки, то в блоке 510 устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению. Если в блоке 510 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, управление переходит к блоку 502 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению, в другом случае типовой способ 500 завершается.

[0062] Дополнительные подробности в связи с определением частоты, при которой происходит резонанс (фиг. 4, блок 408), показаны на фиг. 6. Фиг. 6 представляет собой блок-схему типового способа 600, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для определения частоты, при которой происходит резонанс в конструкции. Типовой способ 600 начинается в блоке 602, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую реакцию по ускорению для обработки. В блоке 604 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет максимальное значение проводимости для выбранной рассматриваемой реакции по ускорению. В блоке 606 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет частоту, при которой наблюдается указанное максимальное значение проводимости. В некоторых примерах типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции идентифицирует частоту, при которой наблюдается указанное максимальное значение проводимости, в качестве частоты, при которой происходит резонанс. В блоке 608 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 608 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, управление переходит к блоку 602 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению, в другом случае типовой способ 600 завершается.

[0063] Дополнительные подробности в связи с вычислением параметров модели проводимости для модели проводимости (фиг. 4, блок 410) показаны на фиг. 7. Фиг. 7 представляет собой блок-схему типового способа 700, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для вычисления параметров модели проводимости для модели проводимости, используемой для получения характеристик устройства 104 нижнего уровня. Типовой способ 700 начинается в блоке 702, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую реакцию по ускорению. В блоке 704 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет вещественную часть минимального и максимального значения проводимости. В блоке 706 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет частоту, при которой наблюдается указанная вещественная часть минимального и максимального значения проводимости, и величину указанной вещественной части минимального и максимального значения проводимости.

[0064] В блоке 708 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет частоту свободных колебаний для модели проводимости. Например, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать типовое Уравнение (2) ниже для вычисления частоты свободных колебаний для модели проводимости.

Уравнение (2)

В проиллюстрированном примере Уравнения (2) выше переменная «» представляет частоту свободных колебаний. Переменная «» представляет частоту, при которой происходит максимальная проводимость, а переменная «» представляет частоту, при которой происходит минимальная проводимость. В блоке 710 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет амплитуду для модели проводимости. Например, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать типовое Уравнение (3) ниже для вычисления амплитуды для модели проводимости.

Уравнение (3)

В проиллюстрированном примере Уравнения (3) выше переменная «» представляет амплитуду. Переменная «» представляет вещественную часть максимального значения проводимости, а переменная «» представляет вещественную часть минимального значения проводимости. Указанную амплитуду можно вычислить в соответствии с Уравнением (3) выше в виде половины абсолютного значения суммы вещественных частей максимального и минимального значения проводимости. В блоке 712 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет вертикальный сдвиг модели проводимости. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять указанный вертикальный сдвиг, определяя минимальное расстояние между кривой проводимости и горизонтальной осью кривой проводимости.

[0065] В блоке 714 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет коэффициент затухания для модели проводимости. Например, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать типовое Уравнение (4) ниже для вычисления коэффициента затухания для модели проводимости.

Уравнение (4)

В проиллюстрированном примере Уравнения (4) выше переменная «» представляет коэффициент затухания. Переменная «» представляет частоту, переменная «» представляет частоту свободных колебаний, переменная «» представляет амплитуду, а переменная «» представляет проводимость. В некоторых примерах вещественную часть проводимости используют для Уравнения (4) выше. В некоторых случаях коэффициент затухания, используемый для модели проводимости, вычисляют путем вычисления среднего значения вещественной части значений коэффициента затухания, вычисляемых для всей рассматриваемой реакции по ускорению.

[0066] В блоке 716 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет частоты, соответствующие половинной мощности, для модели проводимости. Например, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать типовое Уравнение (5) ниже для вычисления частот, соответствующих половинной мощности, для модели проводимости.

Уравнение (5)

В проиллюстрированном примере Уравнения (5) переменная «» представляет частоту, соответствующую половинной мощности. Переменная «» представляет частоту свободных колебаний, а переменная «» представляет коэффициент затухания. В блоке 718 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет коэффициент качества. В некоторых примерах указанный коэффициент качества определяют в виде пикового значения резонанса и вычисляют путем вычисления средней точки между частотами, соответствующими половинной мощности, вычисляемыми с помощью типового Уравнения (5) выше. В блоке 720 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 720 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, управление переходит к блоку 702 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению, в другом случае типовой способ 700 завершается.

[0067] Дополнительные подробности в связи с оптимизацией параметров реакции по проводимости (фиг. 4, блок 412) показаны на фиг. 8. Фиг. 8 представляет собой блок-схему типового способа 800, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для оптимизации параметров модели проводимости, вычисляемых по фиг. 4, блок 410, для модели проводимости, используемой для получения характеристик устройства 104 нижнего уровня. Типовой способ 800 начинается в блоке 802, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую реакцию по ускорению для обработки. В блоке 804 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции импортирует параметры проводимости, связанные с выбранной рассматриваемой реакцией по ускорению, из базы 210 данных запоминающего устройства в модель проводимости. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может импортировать один или большее количество расчетных параметров модели проводимости, связанных с выбранной рассматриваемой реакцией по ускорению, таких как, например, амплитуда, коэффициент затухания, частота свободных колебаний, проводимость, вертикальный сдвиг и т.п. в типовое Уравнение (1) описанное выше. Указанные импортируемые расчетные параметры модели проводимости могут представлять собой начальные заданные значения для процесса оптимизации, описанного более подробно ниже.

[0068] В блоке 806 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет сумму квадратичных ошибок (СКО) между моделью проводимости и получаемой информацией и сохраняет указанное значение в базе 210 данных запоминающего устройства. В некоторых примерах СКО представляет собой сумму квадратов разностей, прогнозируемую по собираемым и/или получаемым значениям данных. Например, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать типовое Уравнение (6) ниже для вычисления прогнозируемой СКО.

Уравнение (6)

В проиллюстрированном примере Уравнения (6) выше СКО вычисляют, определяя сумму квадратичных разностей между параметрами проводимости, вычисляемыми по получаемой информации об ускорении, и параметрами проводимости, вычисляемыми по модели проводимости.

[0069] В блоке 808 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, меньше ли вычисленная СКО, чем СКО, хранимая в базе 210 данных запоминающего устройства. Если в блоке 808 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, что вычисленная СКО меньше, чем СКО, хранимая в базе 210 данных запоминающего устройства, то в блоке 810 устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции обновляет (например, заменяет) параметры проводимости, используемые в типовом Уравнении (6) выше, и управление переходит к блоку 806 для повторного вычисления СКО. Если в блоке 808 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, что вычисленная СКО не меньше, чем СКО, хранимая в базе 210 данных запоминающего устройства, управление переходит к блоку 812 для идентификации указанных параметров проводимости в качестве оптимизированных параметров для модели проводимости конструкции.

[0070] В блоке 812 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции идентифицирует параметры проводимости, используемые для вычисления сведенной к минимуму СКО, в качестве оптимизированных параметров для модели проводимости, используемой для получения характеристик конструкции. В некоторых примерах один или большее количество параметров можно вычислять с помощью модели проводимости с оптимизированными параметрами. Например, коэффициент качества можно вычислять, определяя максимальное значение проводимости для модели проводимости. В другом примере можно вычислять ширину полосы с помощью типового Уравнения (7) ниже.

Уравнение (7)

В проиллюстрированном примере по Уравнению (7) выше переменная «» представляет ширину полосы, переменная «» представляет амплитуду, а переменные «» и «» представляют частоту свободных колебаний и коэффициент качества, соответственно. В некоторых случаях ширину полосы используют для вычисления частот, соответствующих половинной мощности. Например, можно определить, что частоты, соответствующие половинной мощности, представляют собой частоты, при которых частота свободных колебаний увеличивается или уменьшается на половину ширины полосы. Величины, соответствующие половинной мощности, также можно вычислять, применяя оптимизированные параметры и расчетные частоты, соответствующие половинной мощности, к модели проводимости. В блоке 814 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 814 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению, управление переходит к блоку 802 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению, в другом случае типовой способ 800 завершается.

[0071] Дополнительные подробности в связи с идентификацией экстремальных значений (фиг. 4, блок 418) показаны на фиг. 9. Фиг. 9 представляет собой блок-схему типового способа 900, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для идентификации экстремальных значений в генерируемых моделях проводимости, используемых для получения характеристик конструкции. Например, конструкция может представлять собой устройство 104 нижнего уровня. Типовой способ 900 начинается в блоке 902, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую реакцию по ускорению для обработки. В блоке 904 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемый параметр (например, рассматриваемый параметр проводимости) для обработки. В блоке 906 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет по меньшей мере среднее и стандартное отклонение выбранного параметра для выбранной рассматриваемой реакции по ускорению. В блоке 908 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую точку данных. В блоке 910 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет разницу между указанной точкой данных и средним значением.

[0072] В блоке 912 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, удовлетворяет ли указанная разница пороговому значению. В некоторых примерах указанное пороговое значение определяет значение, вводимое пользователем. В некоторых случаях указанное пороговое значение представляет собой одно или большее количество стандартных отклонений вычисляемого среднего значения выбранного параметра. Если в блоке 912 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, что указанная разница не превышает пороговое значение, управление переходит к блоку 918 для определения наличия дополнительной рассматриваемой точки данных для обработки. Если в блоке 912 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, что указанная разница превышает пороговое значение, то в блоке 914, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции идентифицирует точку данных в качестве экстремального значения. В блоке 916 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции удаляет указанную точку данных из рассматриваемой реакции по ускорению. В некоторых примерах указанную точку данных сохраняют в базе 210 данных запоминающего устройства для потенциального дополнительного анализа. Например, идентифицированную точку данных или множество идентифицированных точек данных можно анализировать для того, чтобы определить, не представляет ли собой рассматриваемая реакция по ускорению вариант для использования для генерирования одной или большего количества моделей для исследования вибрационных характеристик.

[0073] В блоке 918 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной точки данных для обработки. Если в блоке 918 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной точки данных для обработки, управление переходит к блоку 908 для выбора дополнительной рассматриваемой точки данных. Если в блоке 918 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет отсутствие дополнительной рассматриваемой точки данных для обработки, то в блоке 920 устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительного рассматриваемого параметра для обработки. Если в блоке 920 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительного рассматриваемого параметра для обработки, управление переходит к блоку 904 для выбора дополнительного рассматриваемого параметра. Если в блоке 920 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет отсутствие дополнительного рассматриваемого параметра для обработки, то в блоке 922 устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 922 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, управление переходит к блоку 902 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, в другом случае типовой способ 900 завершается.

[0074] Дополнительные подробности в связи с генерированием модели частоты свободных колебаний (фиг. 3, блок 306) показаны на фиг. 10. Фиг. 10 представляет собой блок-схему типового способа 1000, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для генерирования модели частоты свободных колебаний, используемой для получения характеристик конструкции. Типовой способ 1000 начинается в блоке 1002, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет среднюю частоту свободных колебаний для одной или большего количества реакций по ускорению. В блоке 1004 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую реакцию по ускорению для обработки. В блоке 1006 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет частоту свободных колебаний указанной реакции по ускорению. В некоторых примерах типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет указанную частоту свободных колебаний с помощью типового способа 700 в блоке 708 (фиг. 7, блок 708). В некоторых случаях типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции идентифицирует указанную частоту свободных колебаний реакции по ускорению с помощью запроса базы 210 данных запоминающего устройства. В блоке 1008 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет разницу между указанной определенной частотой свободных колебаний в реакции по ускорению и расчетной средней частотой свободных колебаний.

[0075] В блоке 1010 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 1010 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, управление переходит к блоку 1004 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению. Если в блоке 1010 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет отсутствие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, то в блоке 1012 устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет среднее значение расчетных разностей между определенными частотами свободных колебаний в выбранных реакциях и расчетной средней частотой свободных колебаний. В блоке 1014 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет наклон линейного соответствия для модели частоты свободных колебаний. Например, указанный наклон можно вычислять в виде отношения расчетной средней разности и общего количества реакций по ускорению, анализируемых с помощью типового способа 1000.

[0076] В проиллюстрированном примере по фиг. 10 в блоке 1016 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует модель частоты свободных колебаний. Например, типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может использовать типовое Уравнение (8) ниже для генерирования модели частоты свободных колебаний.

Уравнение (8)

В проиллюстрированном примере по Уравнению (8) выше переменная «» представляет собой частоту свободных колебаний, вычисленную с помощью модели частоты свободных колебаний. Переменная «» представляет собой наклон, а переменная «» представляет собой расчетную среднюю частоту свободных колебаний для одной или большего количества реакций по ускорению. Переменная «» представляет собой количество рабочих циклов, испытываемых устройством 104 нижнего уровня. Указанное количество рабочих циклов может зависеть от периода времени (например, периода 100 миллисекунд), количества действий, выполняемых устройством 104 нижнего уровня (например, количества открываний клапана 110) и т.п.

[0077] Дополнительные подробности в связи с вычислением средней частоты свободных колебаний для одной или большего количества реакций по ускорению (фиг. 10, блок 1002) показаны на фиг. 11. Фиг. 11 представляет собой блок-схему типового способа 1100, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для вычисления средней частоты свободных колебаний конструкции. Типовой способ 1100 начинается в блоке 1102, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую реакцию по ускорению. В блоке 1104 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет частоту свободных колебаний в выбранной реакции по ускорению. В блоке 1106 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции сохраняет определенную частоту свободных колебаний указанной реакции по ускорению в базе 210 данных запоминающего устройства. В блоке 1108 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 1108 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, управление переходит к блоку 1102 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению. Если в блоке 1108 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет отсутствие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, то в блоке 1110 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет среднее значение указанных сохраненных определенных частот свободных колебаний для выбранных реакций по ускорению.

[0078] Дополнительные подробности в связи с вычислением разницы частоты свободных колебаний (фиг. 3, блок 310) показаны на фиг. 12. Фиг. 12 представляет собой блок-схему типового способа 1200, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для вычисления разницы между частотами свободных колебаний, вычисленными с помощью моделей проводимости и частоты свободных колебаний конструкции. Типовой способ 1200 начинается в блоке 1202, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую реакцию по ускорению. В блоке 1204 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции выбирает рассматриваемую точку данных. В некоторых примерах указанная точка данных может представлять собой последнюю по времени точку данных, полученную и обработанную типовым устройством 100 для наблюдения за состоянием конструкции. Например, указанная точка данных может представлять собой первую точку данных в очереди буфера обратного магазинного типа (FIFO), которая была обработана типовым устройством 100 для наблюдения за состоянием конструкции и получена устройствами 116,118, чувствительными к вибрации, в течение периода времени, во время которого устройство 104 нижнего уровня испытывало экстремальную вибрацию.

[0079] В блоке 1206 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет частоту свободных колебаний конструкции, вводя получаемую информацию об ускорении в модель проводимости. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вводить получаемую информацию об ускорении в модель проводимости для вычисления частоты свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня. В блоке 1208 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет частоту свободных колебаний конструкции, вводя получаемую информацию об ускорении в модель частоты свободных колебаний. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вводить расчетное количество рабочих циклов в модель частоты свободных колебаний для вычисления исходной (например, ожидаемой) частоты свободных колебаний устройства 104 нижнего уровня в этом конкретном количестве рабочих циклов.

[0080] В блоке 1210 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет разницу между частотой свободных колебаний, вычисляемой с помощью модели проводимости, и частотой свободных колебаний, вычисляемой с помощью модели частоты свободных колебаний. В некоторых примерах указанная разница может представлять собой разницу абсолютных значений. В блоке 1212 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой точки данных для обработки. Если в блоке 1212 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой точки данных для обработки, управление переходит к блоку 1204 для выбора дополнительной рассматриваемой точки данных для обработки. Если в блоке 1212 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет отсутствие дополнительной рассматриваемой точки данных для обработки, то в блоке 1214 устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки. Если в блоке 1214 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет наличие дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению для обработки, управление переходит к блоку 1202 для выбора дополнительной рассматриваемой реакции по ускорению, в другом случае типовой способ 1200 завершается.

[0081] Фиг. 13 представляет собой блок-схему типового способа 1300, который можно выполнять с помощью типового устройства 100 для наблюдения за состоянием конструкции по фиг. 2 для идентификации состояния конструкции без модели проводимости. Например, указанная конструкция может представлять собой устройство 104 нижнего уровня, а состояние конструкции может представлять собой состояние соединения 112 с пневматическим трубопроводом (например, разрыв соединения 112 с пневматическим трубопроводом). В некоторых примерах типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может получать информацию об ускорении только от одного датчика ускорения. В этих примерах устройство для наблюдения за состоянием конструкции будет неспособно вычислять показатель проводимости. В некоторых случаях может быть выгодно уменьшить потребление энергии и/или требования к процессору путем отказа от использования модели проводимости. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может получать и информацию об ускорении от одного или большего количества устройств, чувствительных к вибрации (например, устройства 116, чувствительного к вибрации, устройства 118, чувствительного к вибрации, и т.п.). Типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может генерировать одну или большее количество моделей для исследования вибрационных характеристик, которые включают по меньшей мере модель частоты свободных колебаний.

[0082] В проиллюстрированном примере по фиг. 13 типовой способ 1300 начинается в блоке 1302, в котором типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции получает информацию об исходном ускорении от одного или большего количества устройств, чувствительных к вибрации (например, устройства 116, чувствительного к вибрации, устройства 118, чувствительного к вибрации, и т.п.) в течение периода времени известного хорошего состояния конструкции. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может получать информацию об ускорении от устройства 116, чувствительного к вибрации, соединенного с устройством 104 нижнего уровня, в течение периода времени, для которого известно, что устройство 104 нижнего уровня находится в хорошем состоянии. В блоке 1304 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует модель частоты свободных колебаний. В некоторых примерах типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может генерировать модель частоты свободных колебаний в соответствии с типовым способом 1000.

[0083] В блоке 1306 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции получает информацию об ускорении от одного или большего количества датчиков ускорения во время работы. В блоке 1308 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции вычисляет разницу между расчетной частотой свободных колебаний конструкции и частотой свободных колебаний, вычисляемой с помощью модели частоты свободных колебаний. Например, устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции может вычислять указанную частоту свободных колебаний, определяя среднюю точку между частотами, соответствующими максимальной и минимальной проводимости. В блоке 1310 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, удовлетворяет ли указанная разница частоты свободных колебаний пороговому значению. Если в блоке 1310 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, что указанная разница не удовлетворяет пороговому значению, управление переходит к блоку 1306 для получения дополнительной информации о рабочем ускорении. Если в блоке 1310 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции определяет, что указанная разница удовлетворяет пороговому значению, то в блоке 1312 типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции генерирует сигнал предупреждения. Например, указанный сигнал предупреждения может представлять собой текстовое сигнальное сообщение в программном обеспечении системы управления технологическим процессом, указывающее, что разорвано соединение 112 пневматического трубопровода с устройством 104 нижнего уровня.

[0084] Фиг. 14 представляет собой структурную схему типовой процессорной платформы 1400, способной исполнять команды, реализующие способы по фиг. 3-13 и устройство по фиг. 2. Процессорная платформа 1400 может представлять собой, например, сервер, персональный компьютер, контроллер системы управления технологическим процессом, вычислительное устройство системы управления технологическим процессом или вычислительное устройство любого другого типа.

[0085] Процессорная платформа 1400 проиллюстрированного примера содержит процессор 1412. Процессор 1412 проиллюстрированного примера представляет собой аппаратное средство. Например, процессор 1412 может быть реализован с помощью одной или большего количества интегральных схем, логических схем, микропроцессоров или контроллеров любого желаемого семейства или производителя.

[0086] Процессор 1412 проиллюстрированного примера содержит локальное запоминающее устройство 1413 (например, кэш) и типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции, содержащее типовой механизм 200 сбора данных, типовой генератор 230 модели проводимости, типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний, типовой калькулятор 250 модели проводимости, типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний, типовой калькулятор 270 разницы частоты свободных колебаний и типовой генератор 280 сигнала предупреждения. Процессор 1412 проиллюстрированного примера исполняет команды, реализующие типовое устройство 100 для наблюдения за состоянием конструкции, содержащее типовой механизм 200 сбора данных, типовой генератор 230 модели проводимости, типовой генератор 240 модели частоты свободных колебаний, типовой калькулятор 250 модели проводимости, типовой калькулятор 260 модели частоты свободных колебаний, типовой калькулятор 270 разницы частоты свободных колебаний и типовой генератор 280 сигнала предупреждения. Процессор 1412 проиллюстрированного примера соединен с главным запоминающим устройством, содержащим энергозависимое запоминающее устройство 1414 и энергонезависимое запоминающее устройство 1416 посредством шины 1418.

[0087] Энергозависимое запоминающее устройство 1414 может быть реализовано с помощью синхронной динамической оперативной памяти (SDRAM), динамической оперативной памяти (DRAM), динамической оперативной памяти RAMBUS (RDRAM) и/или оперативного запоминающего устройства любого другого типа. Энергонезависимое запоминающее устройство 1416 может быть реализовано с помощью флеш-памяти и/или запоминающего устройства любого другого желаемого типа. Доступ к главному запоминающему устройству 1414,1416 контролирует контроллер запоминающего устройства.

[0088] Процессорная платформа 1400 проиллюстрированного примера также содержит схему 1420 интерфейса. Схема 1420 интерфейса может быть реализована с помощью стандарта интерфейса любого типа, такого как интерфейс Ethernet, универсальная последовательная шина (USB) и/или последовательный интерфейс PCI Express. Типовая шина 1418 и типовая схема 1420 интерфейса реализует типовую базу 220 данных запоминающего устройства.

[0089] В проиллюстрированном примере одно или большее количество устройств 1422 ввода соединены со схемой 1420 интерфейса. Устройства 1422 ввода позволяют пользователю вводить данные и команды в процессор 1412. Указанные устройства ввода могут быть реализованы, например, с помощью звукового датчика, микрофона, камеры (фото или видео), клавиатуры, кнопки, мыши, сенсорного экрана, сенсорного планшета, трекбола, isopoint и/или системы распознавания голоса.

[0090] Одно или большее количество устройств 1424 вывода также соединены со схемой 1420 интерфейса проиллюстрированного примера. Указанные устройства 1424 вывода могут быть реализованы, например, с помощью устройств отображения (например, светоизлучающих диодов (LED), органических светоизлучающих диодов (OLED), жидкокристаллических дисплеев, дисплеев с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), сенсорных экранов, устройств тактильного вывода, принтеров и/или акустических колонок). Таким образом, схема 1420 интерфейса проиллюстрированного примера, как правило, содержит плату графического драйвера, микросхему графического драйвера или процессор графического драйвера.

[0091] Схема 1420 интерфейса проиллюстрированного примера также содержит устройство передачи данных, такое как передатчик, приемник, приемопередатчик, плата модемного и/или сетевого интерфейса, обеспечивающая обмен данными с внешними устройствами (например, вычислительными устройствами любого типа) посредством сети 1426 (например, соединение Ethernet, цифровая абонентская линия (DSL), телефонная линия, коаксиальный кабель, система сотовой телефонной связи и т.п.).

[0092] Процессорная платформа 1400 проиллюстрированного примера также содержит одно или большее количество запоминающих устройств 1428 большой емкости для хранения программного обеспечения и/или данных. Примеры таких запоминающих устройств 1428 большой емкости включают накопители на гибких дисках, накопители на жестких дисках, дисководы для компакт-дисков, дисководы для дисков Blu-ray, системы RAID и дисководы для универсальных цифровых дисков (DVD). Типовое запоминающее устройство 1428 большой емкости реализует типовую базу 210 данных запоминающего устройства.

[0093] Кодированные команды 1432, реализующие способы по фиг. 3-13, могут храниться в запоминающем устройстве 1428 большой емкости, в энергозависимом запоминающем устройстве 1414, в энергонезависимом запоминающем устройстве 1416 и/или на съемном материальном машиночитаемом носителе данных, таком как CD или DVD.

[0094] Исходя из изложенного выше, следует понимать, что описанные выше устройства и способы для наблюдения за состоянием конструкции обеспечивают прогностический контроль технического состояния конструкции, наблюдая за состоянием указанной конструкции. В результате можно оптимизировать срок эксплуатации конструкции, эксплуатируя конструкцию до идентификации состояния конструкции, и избежать преждевременной замены конструкции. Кроме того, в результате идентификации состояния конструкции генерируется сигнал предупреждения для персонала, позволяющий выполнять профилактическое обслуживание и/или замену конструкции до потенциального выхода из строя, который может вызывать нежелательный простой оборудования системы управления технологическим процессом.

[0095] Хотя в данном документе описаны некоторые типовые способы, устройства и изделия, объем защиты данного патента ими не ограничен. Напротив, данный патент охватывает все способы, устройства и изделия, объективно принадлежащие к объему формулы изобретения по данному патенту.

1. Устройство обеспечения контроля состояния конструкции, содержащее:

механизм сбора оперативной информации, измеряющий первую информацию о рабочем ускорении от первого датчика, установленного в первой точке, и вторую информацию о рабочем ускорении от второго датчика, установленного во второй точке на конструкции;

калькулятор реакции первой модели для исследования вибрационных характеристик, вычисляющий реакцию первой модели для исследования вибрационных характеристик путем ввода измеряемой первой и второй информации о рабочем ускорении в первую модель для исследования вибрационных характеристик;

калькулятор реакции второй модели для исследования вибрационных характеристик, вычисляющий реакцию второй модели для исследования вибрационных характеристик путем ввода расчетного количества рабочих циклов во вторую модель для исследования вибрационных характеристик;

калькулятор разницы, определяющий разницу между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик; и

генератор сигнала предупреждения, генерирующий сигнал предупреждения, идентифицирующий состояние конструкции на основании разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик.

2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:

механизм сбора исходных данных, измеряющий первую информацию об исходном ускорении от первого датчика и вторую информацию об исходном ускорении от второго датчика;

генератор модели проводимости, генерирующий первую модель для исследования вибрационных характеристик конструкции; и

генератор модели частоты свободных колебаний, генерирующий вторую модель для исследования вибрационных характеристик конструкции.

3. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что генератор модели проводимости выполнен с возможностью генерирования первой модели для исследования вибрационных характеристик конструкции путем выполнения подбора кривой для расчетной информации о проводимости.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что генератор модели частоты свободных колебаний выполнен с возможностью генерирования второй модели для исследования вибрационных характеристик конструкции путем выполнения подбора кривой для расчетной информации о частоте свободных колебаний.

5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что генератор сигнала предупреждения выполнен с возможностью идентификации состояния конструкции, когда разница между первой расчетной частотой свободных колебаний и второй расчетной частотой свободных колебаний конструкции удовлетворяет пороговому значению.

6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что состояние конструкции представляет собой разрушение конструкции.

7. Способ обеспечения контроля состояния конструкции, включающий следующие

этапы:

измерение первой информации о рабочем ускорении от первого датчика, установленного в первой точке, и второй информации о рабочем ускорении от второго датчика, установленного во второй точке на конструкции;

вычисление реакции первой модели для исследования вибрационных характеристик путем ввода измеряемой первой и второй информации о рабочем ускорении в первую модель для исследования вибрационных характеристик;

вычисление реакции второй модели для исследования вибрационных характеристик путем ввода расчетного количества рабочих циклов во вторую модель для исследования вибрационных характеристик;

определение разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик; и

идентификация состояния конструкции на основании разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик.

8. Способ по п. 7, дополнительно включающий следующие этапы:

измерение первой информации об исходном ускорении от первого датчика и второй информации об исходном ускорении от второго датчика; и

генерирование первой модели для исследования вибрационных характеристик и второй модели для исследования вибрационных характеристик конструкции на основании информации об исходном ускорении, измеряемой датчиками.

9. Способ по любому из предшествующих пп. 7, 8, отличающийся тем, что генерирование первой модели для исследования вибрационных характеристик включает выполнение подбора кривой для расчетной информации о проводимости.

10. Способ по любому из предшествующих пп. 7-9, отличающийся тем, что генерирование второй модели для исследования вибрационных характеристик включает выполнение подбора кривой для расчетной информации о частоте свободных колебаний.

11. Способ по любому из предшествующих пп. 7-10, отличающийся тем, что вычисление реакции первой модели для исследования вибрационных характеристик и вычисление реакции второй модели для исследования вибрационных характеристик включает вычисление первой частоты свободных колебаний конструкции и второй частоты свободных колебаний конструкции.

12. Способ по любому из предшествующих пп. 7-11, отличающийся тем, что определение разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик включает определение разницы между первой расчетной частотой свободных колебаний конструкции и второй расчетной частотой свободных колебаний конструкции.

13. Способ по любому из предшествующих пп. 7-12, отличающийся тем, что идентификация состояния конструкции на основании разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик включает определение того, удовлетворяет ли разница между первой и второй расчетными частотами свободных колебаний конструкции пороговому значению.

14. Материальный машиночитаемый носитель данных, содержащий команды, исполнение которых заставляет машину по меньшей мере:

измерять первую информацию о рабочем ускорении от первого датчика, установленного в первой точке, и вторую информацию о рабочем ускорении от второго датчика, установленного во второй точке на конструкции;

вычислять реакцию первой модели для исследования вибрационных характеристик путем ввода измеряемой первой и второй информации о рабочем ускорении в первую модель для исследования вибрационных характеристик;

вычислять реакцию второй модели для исследования вибрационных характеристик путем ввода расчетного количества рабочих циклов во вторую модель для исследования вибрационных характеристик;

определять разницу между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик; и

идентифицировать состояние конструкции на основании разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик.

15. Материальный машиночитаемый носитель данных по п. 14, дополнительно содержащий команды, исполнение которых заставляет машину по меньшей мере:

измерять первую информацию об исходном ускорении от первого датчика, установленного в первой точке, и вторую информацию об исходном ускорении от второго датчика, установленного во второй точке на конструкции; и

генерировать первую модель для исследования вибрационных характеристик и вторую модель для исследования вибрационных характеристик конструкции на основании информации об исходном ускорении, измеряемой датчиками.

16. Материальный машиночитаемый носитель данных по любому из предшествующих пп. 14, 15, отличающийся тем, что исполнение команд заставляет машину генерировать первую модель для исследования вибрационных характеристик путем выполнения подбора кривой для расчетной информации о проводимости.

17. Материальный машиночитаемый носитель данных по любому из предшествующих пп. 14-16, отличающийся тем, что исполнение команд заставляет машину генерировать вторую модель для исследования вибрационных характеристик путем выполнения подбора кривой для расчетной информации о частоте свободных колебаний.

18. Материальный машиночитаемый носитель данных по любому из предшествующих пп. 14-17, отличающийся тем, что исполнение команд заставляет машину вычислять реакцию первой модели для исследования вибрационных характеристик и вычислять реакцию второй модели для исследования вибрационных характеристик путем вычисления первой частоты свободных колебаний конструкции и второй частоты свободных колебаний конструкции.

19. Материальный машиночитаемый носитель данных по любому из предшествующих пп. 14-18, отличающийся тем, что исполнение команд заставляет машину определять разницу между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик путем определения разницы между первой расчетной частотой свободных колебаний конструкции и второй расчетной частотой свободных колебаний конструкции.

20. Материальный машиночитаемый носитель данных по любому из предшествующих пп. 14-19, отличающийся тем, что исполнение команд заставляет машину идентифицировать состояние конструкции на основании разницы между реакцией первой модели для исследования вибрационных характеристик и реакцией второй модели для исследования вибрационных характеристик путем определения того, удовлетворяет ли разница между первой и второй расчетными частотами свободных колебаний конструкции пороговому значению.