CH710181A2 - Systeme und Verfahren zur Fehleranalyse. - Google Patents

Abstract

Ein System enthält Maschinen (70) und ein Schutzüberwachungssystem (72), das einen Prozess umfasst, der zu Folgendem konfiguriert ist: Analysieren einer Tendenz von einer oder mehr Datenmessungen der Maschinen zu einem oder mehr Mustern, die einen potentiellen zukünftigen Fehler innerhalb der Maschinen in der Tendenz anzeigen; und Vorsehen einer Fehlervoraussage auf Grundlage der Analyse der Tendenz.

Description

Stand der Technik

[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft industrielle Gasturbinensteuersysteme und insbesondere Fehlervoraussage auf Systemebene im industriellen Steuersystem.

[0002] Bestimmte Systeme, wie etwa industrielle Steuersysteme, können Steuerfähigkeiten vorsehen, die die Ausführung von Steueranweisungen in verschiedenen Gerätearten ermöglichen, wie etwa Sensoren, Pumpen, Ventilen und dergleichen. Zudem können bestimmte industrielle Steuersysteme eine oder mehr grafische Benutzeroberflächen enthalten, die dazu benutzt sein können, der Bedienungsperson Details über die verschiedenen Geräte darzustellen, welche im Steuersystemnetz vorhanden sind. Beispielsweise kann eine grafische Benutzeroberfläche einer Bedienungsperson Warnungen darstellen, die Alarm- oder Diagnoseinformation über ein Gerät im Steuersystemnetz enthalten können.

Kurze Beschreibung

[0003] Bestimmte Ausführungsformen, die im Umfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung entsprechen, sind untenstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Umfang der beanspruchten Erfindung nicht beschränken, sondern diese Ausführungsformen sollen nur eine Kurzdarstellung möglicher Formen der Erfindung vorsehen. Tatsächlich kann die Erfindung vielerlei Formen umfassen, die den unten aufgeführten Ausführungsformen gleichen oder davon abweichen können.

[0004] In einer Ausführungsform enthält ein System: Maschinen; und ein Schutzüberwachungssystem, das einen Prozess umfasst, der zu Folgendem konfiguriert ist: Analysieren einer Tendenz von einer oder mehr Datenmessungen der Maschinen zu einem oder mehr Mustern, die einen potentiellen zukünftigen Fehler innerhalb der Maschinen in der Tendenz anzeigen; und Vorsehen einer Fehlervoraussage auf Grundlage der Analyse der Tendenz.

[0005] In einer zweiten Ausführungsform enthält ein greifbares, nichtflüchtiges, maschinenlesbares Medium Anweisungen zu Folgendem: Erhalten von Datenmessungstendenzen bezüglich eines oder mehr Kennzeichen eines Maschinenstücks; Analysieren der Datenmessungstendenzen zum Identifizieren von einem oder mehr Mustern, die einen potentiellen zukünftigen Fehler innerhalb der Maschinen anzeigen; und Vorsehen einer Fehlervoraussage auf Grundlage der Analyse der Tendenz.

[0006] In einer dritten Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren: Voraussagen über einen Computerprozessor eines potentiellen Maschinenfehlers durch: Erhalten von Datenmessungstendenzen bezüglich eines oder mehr Kennzeichen eines Maschinenstücks; Analysieren der Datenmessungstendenzen zum Identifizieren von einem oder mehr Mustern, die einen potentiellen zukünftigen Fehler innerhalb der Maschinen anzeigen; und Vorsehen einer Fehlervoraussage auf Grundlage der Analyse der Tendenz.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0007] Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verständlicher, in denen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen durchwegs gleiche Teile darstellen; es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>ein schematisches Diagramm eines industrielen Steuersystems, darunter ein Fehlervoraussage-/-Schutzsystem, gemäss einer Ausführungsform; <tb>Fig. 2<SEP>ein schematisches Diagramm eines industriellen Steuersystems, darunter ein Fehlervoraussage-/-Schutzsystem auf Systemebene, gemäss einer Ausführungsform; <tb>Fig. 3<SEP>eine schematische Zeichnung eines industriellen Steuersystems mit einem Turbinensystem, das ein Fehlervoraussage-/-Schutzsystem beinhaltet, gemäss einer Ausführungsform; <tb>Fig. 4<SEP>ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Ausführen von Steuerung innerhalb des industriellen Steuersystems auf Grundlage eines vorausgesagten Fehlers gemäss einer Ausführungsform darstellt; <tb>Fig. 5<SEP>ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Voraussagen von Fehlern auf Systemebene gemäss einer Ausführungsform darstellt; <tb>Fig. 6<SEP>eine Diagrammansicht, die Daten, welche zum Voraussagen eines Fehlers verwendet werden können, gemäss einer Ausführungsform darstellt; <tb>Fig. 7<SEP>eine schematische Ansicht eines Cloud-basierten Fehlervoraussage-/-Schutzsystems gemäss einer Ausführungsform; und <tb>Fig. 8<SEP>ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Steuern des industriellen Steuersystems auf Grundlage von Voraussagevertrauen und/oder -dringlichkeit gemäss einer Ausführungsform darstellt.

Detaillierte Beschreibung

[0008] Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines industriellen Prozesssteuersystems 10 dargestellt. Das Steuersystem 10 kann einen Rechner 12 enthalten, der zum Ausführen von verschiedenerlei Feldgerätkonfigurations- und -Überwachungsanwendungen und zum Vorsehen einer Benutzeroberfläche geeignet ist, über die ein Ingenieur oder Techniker die Komponenten des Steuersystems 10 überwachen kann. Der Rechner 12 kann jegliche Art Rechengerät sein, die zum Ausführen von Softwareanwendungen geeignet ist, wie etwa ein Laptop, ein Arbeitsplatzrechner, ein Tablet-Rechner oder ein tragbares Handheld-Gerät (beispielsweise PDA oder Mobiltelefon). Tatsächlich kann der Rechner 12 jegliche von vielerlei Hardware- und/oder Betriebssystemplattformen beinhalten. Gemäss einer Ausführungsform kann der Rechner 12 eine industrielle Steuersoftware hosten, wie etwa eine Mensch/Maschine-Schnittstellen-(HMI-) Software 14, ein Herstellungsausführungssystem (MES) 16, ein verteiltes Steuersystem (DCS) 18 und/oder ein Supervisor Control And Data Acquisition-(SCADA-) System 20. Beispielsweise kann der Rechner 12 die ControlST™ Software hosten, vertrieben von General Electric Co., Schenectady, New York.

[0009] Ferner ist der Rechner 12 kommunikationsfähig mit einer Anlagendatenautobahn 22 verbunden, die zum Ermöglichen von Kommunikation zwischen dem dargestellten Rechner 12 und anderen Rechnern 12 in der Anlage geeignet ist. Tatsächlich kann das industrielle Steuersystem mehrere Rechner 12 enthalten, die durch die Anlagendatenautobahn 22 miteinander verbunden sind. Der Rechner 12 kann ferner kommunikationsfähig mit einer Einheitsdatenautobahn 24 verbunden sein, die zum kommunikationsfähigen Koppeln des Rechners 12 an industrielle Steuerungen 16 geeignet ist. Das System 10 kann andere Rechner enthalten, die an die Anlagendatenautobahn 22 und/oder die Einheitsdatenautobahn 16 gekoppelt sind. Beispielsweise können Ausführungsformen des Systems 10 einen Rechner 28, der eine virtuelle Steuerung ausführt, einen Rechner 30, der einen Ethernet Global Data (EGD) Konfigurationsserver, einen Object Linking and Embedding for Process Control (OPC) Data Access (DA) Server, einen Alarmserver oder eine Kombination davon hostet, einen Rechner 32, der einen General Electric Device System Standard Message (GSM) Server hostet, einen Rechner 34, der einen OPC Alarm and Events (AE) Server hostet, und einen Rechner 36 enthalten, der ein Alarmanzeigeprogramm hostet. Andere Rechner, die an die Anlagendatenautobahn 22 und/oder die Einheitsdatenautobahn 24 gekoppelt sind, können Rechner beinhalten, die Cimplicity™, ControlST™ und ToolboxST™, vertrieben von General Electric Co., Schenectady, New York, hosten.

[0010] Das System 10 kann jegliche Anzahl und geeignete Konfiguration von industriellen Steuerungen 26 enthalten. Beispielsweise kann das System 10 in manchen Ausführungsformen eine industrielle Steuerung 26, zwei industrielle Steuerungen 26, drei oder mehr industrielle Steuerungen zur Redundanz enthalten. Die industriellen Steuerungen 26 können Steuerlogik ermöglichen, die beim Automatisieren von vielerlei Anlagenausrüstung, wie etwa ein Turbinensystem 38, nützlich sein kann. Tatsächlich können die industriellen Steuerungen 26 mit vielerlei Geräten kommunizieren, darunter u.a. Temperatursensoren, Durchflussmesser, Temperatursensoren, Vibrationssensoren, Freiraumsensoren (die beispielsweise Abstände zwischen einer drehenden Komponente und einer ortsfesten Komponente messen) und Drucksensoren. Die industrielle Steuerung 26 kann ferner mit Elektrostellgliedern, Schaltern (beispielsweise Hall-Schalter, Magnetschalter, Relaisschalter, Grenzschalter) usw. kommunizieren.

[0011] In der dargestellten Ausführungsform ist das Turbinensystem 38 kommunikationsfähig mit der Automationssteuerung 26 unter Verwendung von Verbindungsgeräten 46 und 48 verbunden, die zum Verbinden zwischen einem I/O Netz 50 und einem Hl Netz 52 geeignet sind. Beispielsweise können die Verbindungsgeräte 46 und 48 das FG-100 Verbindungsgerät enthalten, vertrieben von Softing AG, Haar, Deutschland. In manchen Ausführungsformen kann ein Verbindungsgerät, wie etwa das Verbindungsgerät 48, über einen Schalter 54 an das I/O NET gekoppelt sein. In einer derartigen Ausführungsform können andere Komponenten, die ebenfalls an das I/O Netz 50 gekoppelt sind, wie etwa eine der industriellen Steuerungen 26, ebenfalls an den Schalter 54 gekoppelt sein. Dementsprechend können Daten, die durch das I/O Netz 50, wie etwa ein 100 Megabit (MB) Hochgeschwindigkeits-Ethernet (HSE) Netz, übertragen und empfangen werden, wiederum durch das Hl Netz 52, wie etwa ein 31,25 Kilobit/s Netz, übertragen und empfangen werden. Das bedeutet, die Verbindungsgeräte 46 und 48 können als Brücken zwischen dem I/O Netz 50 und dem Hl Netz 52 wirken.

[0012] Vielerlei Geräte können mit der industriellen Steuerung 26 und dem Rechner 12 verbunden sein. Beispielsweise können die Geräte, wie etwa das Turbinensystem 38, industrielle Geräte enthalten, wie etwa Foundation Fieldbus Geräte, die Unterstützung für das bidirektionale Foundation Hl Kommunikationsprotokoll enthalten. In einer derartigen Ausführungsform kann ausserdem eine Foundation Fieldbus Stromversorgung 53, wie etwa ein Phoenix Contact Fieldbus Power Supply, vertrieben von Phoenix Contact, Middletown, PA, ebenfalls an das Hl Netz 52 gekoppelt sein und kann an eine Stromquelle, wie etwa Gleichstrom oder Wechselstrom, gekoppelt sein. Die Stromversorgung 53 kann zum versehen der Turbine 38 mit Strom sowie zum Ermöglichen von Kommunikation zwischen der Turbine 38 und anderen Geräten des Systems 10 geeignet sein. Günstigerweise kann das Hl Netz 52 sowohl Strom als auch Kommunikationssignale (beispielsweise Warnsignale) über dieselbe Verdrahtung mit minimaler Kommunikationsinterferenz befördern. Die Turbine 38 kann ausserdem Unterstützung für andere Kommunikationsprotokolle enthalten, wie etwa jene, die im HART® Communications Foundation (HCF) Protokoll und dem Profibus Nutzer Organization e.V. (PNO) Protokoll enthalten sind.

[0013] Jedes der Verbindungsgeräte 46 und 48 kann einen oder mehr Segmentports 56 und 58 enthalten, die beim Segmentieren des Hl Netzes 52 nützlich sind. Beispielsweise kann das Verbindungsgerät 46 den Segmentport 56 zum kommunikationsfähigen Koppeln an die Turbine 38 benutzen, während das Verbindungsgerät 48 den Segmentport 58 zum kommunikationsfähigen Koppeln an die anderen Geräte des Systems 10 benutzen kann. Das Verteilen des Eingangs/Ausgangs zwischen der Turbine 38 durch Benutzung von beispielsweise den Segmentports 56 und 58 kann eine physikalische Trennung ermöglichen, die beim Beibehalten von Fehlertoleranz, Redundanz und dem Verbessern von Kommunikationszeit nützlich ist. In manchen Ausführungsformen können zusätzliche Geräte an das I/O Netz 50 gekoppelt sein. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform ein I/O Pack 60 an das I/O Netz 50 gekoppelt sein. Das I/O Pack 60 kann das Anbringen von zusätzlichen Sensoren und Stellgliedern an das System 10 versehen.

[0014] Das System 10 kann ein oder mehr Fehlervoraussage-/-Schutzsysteme 62 enthalten, die zum Voraussagen von zukünftigen Fehlern innerhalb des industriellen Steuersystems 10 und/oder zum Vorsehen von Steuerung des industriellen Steuersystems 10 zum Verhindern von zukünftigen Fehlern wirken. Beispielsweise kann das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62, wie untenstehend detaillierter besprochen, Stillstände der Turbine 38 unter Nutzung von Daten, die von den Sensoren der Turbine 38 erhalten werden, voraussagen und/oder verhindern. Dazu kann das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 kommunikationsfähig an das Turbinensystem 38 gekoppelt sein (beispielsweise über direkte Datenerfassung von Sensoren des Turbinensystems 38 oder über Ankoppeln an andere Komponenten (beispielsweise eine oder mehr Steuerungen 26 in Kommunikation mit dem Turbinensystem 38). Auf das Voraussagen eines zukünftigen Fehlers hin können die Fehlervoraussage-/-Schutzsysteme 62 eine Meldung vorsehen (beispielsweise einen Alarm oder eine Warnung auslösen) und/oder andere Präventivmassnahmen treffen, wie etwa das Steuern von einem oder mehr Betrieben des Turbinensystems 38.

[0015] Wie oben angegeben ist das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 kommunikationsfähig an das System (beispielsweise Turbinensystem 38) gekoppelt, mit dessen Überwachung es beauftragt ist. Fig. 2 stellt eine Ansicht des Steuersystems 10 auf hoher Ebene dar, das zur Voraussage von und/oder zum Schutz vor Fehlern automatisiert ist. Wie in FIG. 2 dargestellt, kann das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem in einem oder mehr Bereichen des Steuersystems 10 verteilt sein.

[0016] Das dargestellte industrielle Steuersystem 10 enthält Maschinen 70, ein Schutzüberwachungssystem 72 und ein Steuerungssystem 26. In anderen Ausführungsformen kann das industrielle Automatisierungssystem 10 zusätzliche Geräte enthalten, wie etwa Überwachungsgeräte. Wie dargestellt kann das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 maschinenlesbare Anweisungen beinhalten, die auf einem greifbaren, nichtflüchtigen, maschinenlesbaren Medium gespeichert sind, welches eigenständig oder in eine der Komponenten des Steuersystems 10 (beispielsweise die Maschinen 70 und/oder die Steuerung 26) eingegliedert sein kann.

[0017] Zudem können bestimmte Ausführungsformen des industriellen Steuersystems 10 das Fehlervoraussage-/- Schutzsystem 62 als in die Maschinen 70 und/oder die Steuerung 26 eingegliedert enthalten. In manchen Ausführungsformen kann das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 separat und abgegrenzt von anderen Abschnitten des industriellen Automatisierungssystems sein.

[0018] Das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 beschränkt die Steuerung 26 zum Betreiben der Maschinen 70 zum Erreichen von gewünschten Zielen innerhalb verschiedener Beschränkungen der Maschinen 70. Anders gesagt können die Steuerung 26 und/oder das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 zum Schützen der Maschinen 70 vor Beschädigung aufgrund von Betriebsparametern, die über Unbedenklichkeitswerte hinaus variieren, verwendet werden. Beispielsweise kann die Steuerung 26 in bestimmten Ausführungsformen eine MARK® VI oder MARK® VIe Steuerung von General Electric®, Schenectady, New York, enthalten. In manchen Ausführungsformen kann das Schutzüberwachungssystem 72 ein Schutzüberwachungssystem enthalten, das einem 3500 Series Machinery Protection System mit Bently Nevada<TM>Asset Condition Monitoring, ebenfalls vertrieben von General Electric®, Schenectady, New York, gleicht. Die Maschinen 70 können mechanisch funktionierende Teile des industriellen Automatisierungssystems 10 oder Untersystems (beispielsweise des Turbinensystems 38) enthalten. Beispielsweise können die Maschinen Motoren, Verdichter, Brennkammern, Förderbänder, Generatoren, Eintrittsleitschaufeln (IGV), Pumpen, Turboexpander usw. enthalten. In Ausführungsformen, in denen das industrielle Steuersystem 10 das Gasturbinensystem 38 enthält, können die Maschinen 70 eine Turbine und/oder andere mechanisch funktionierende Teile (beispielsweise Verdichter) enthalten.

[0019] Zudem kann das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 verschiedene Systemdiagnose- und -Überwachungsgeräte enthalten (beispielsweise Sensoren, Wandler, Verbindungen dazwischen usw.). Das Schutzüberwachungssystem 72 überwacht Funktionalität und Konnektivität des Fehlervoraussage-/-Schutzsystems 62. Anders gesagt verifiziert das Schutzüberwachungssystem 72, dass die Maschinen 70 korrekt durch das Schutzsystem 62 geschützt wird. In manchen Ausführungsformen kann das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 das Schutzüberwachungssystem 72 im Wesentlichen als in ein System eingegliedert enthalten, das die Maschinen 70 schützt und den Status des Schutzes überwacht. In bestimmten Ausführungsformen kann das Schutzüberwachungssystem 72 unter Verwendung von Software implementiert sein, die auf einem Rechengerät gespeichert ist (beispielsweise einem elektronischen Gerät mit einem Prozessor). Beispielsweise kann das Schutzüberwachungssystem 72 in manchen Ausführungsformen als Anweisungen gespeichert sein, die auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert sind, wie etwa einem Speicher, einer Festplatte, einem Laufwerk, einem optischen Laufwerk oder einer anderen Art Speicher. In bestimmten Ausführungsformen können diese Anweisungen durch die Steuerung 26, eine Bedienermaschine oder einen Remoteserver gespeichert und/oder ausgeführt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Schutzüberwachungssystem 72 unter Benutzung von Hardwareschaltungen implementiert sein. Beispielsweise kann sich das Schutzüberwachungssystem 72 in manchen Ausführungsformen in einem Gehäuse befinden, das die Steuerung 26 einfasst. Wie unten stehend besprochen kann, wenn das Schutzüberwachungssystem 72 bestimmt, dass dem Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 ein Fehler unterlaufen ist, das Schutzüberwachungssystem 72 den Fehler angehen und/oder einen Benutzer/Bediener warnen, um anzuzeigen, dass die Maschinen 70 nicht geschützt sind.

[0020] Fig. 3 stellt eine Ausführungsform eines Steuersystems 10 mit einer detaillierteren Ansicht des Turbinensystems 38 dar. Das Turbinensystem 38 kann zum Vorsehen von Leistung, wie etwa elektrischer und/oder mechanischer Leistung, benutzt sein. Bestimmte der Turbinensysteme 38, wie etwa das LMS100 Turbinensystem 38, vertrieben von General Electric Co., Schenectady, New York, können einen Zwischenkühler 80 enthalten. Es versteht sich, dass das Turbinensystem 38 jegliches Turbinensystem sein kann, das zum Umwandeln von Brennstoff in eine Drehkraft ausgelegt ist. Dementsprechend können verschiedene Anordnungen der Turbinenkomponenten benutzt sein, und FIG. 3 beschreibt ein repräsentatives Beispiel. Der Zwischenkühler 80 kann die Effizienz des Turbinensystems 38 erhöhen, beispielsweise durch Kühlen eines heissen Fluids (beispielsweise Druckluft), die von einem Niederdruck-(LP-) Verdichter 82 zugeleitet ist, und Leiten des gekühlten Fluids (beispielsweise Druckluft) in einen Hochdruck-(HP-) Verdichter 84. Beispielsweise kann ein Fluid, wie etwa Luft, in einen Einlass 86 eintreten und durch den LP-Verdichter 82 komprimiert werden. Die durch den LP-Verdichter 82 komprimierte Luft kann während der Kompression thermische Energie (d.h. Wärme) gewinnen. Beispielsweise kann die komprimierte Luft auf einer Temperatur von ungefähr zwischen 50° und 300 ° Celsius sein. Die Luft mit höherer Temperatur kann dann in den Zwischenkühler 80 geleitet werden. Der Zwischenkühler 80 kann zwei Kammern enthalten, beispielsweise eine innere Rohrbündelkammer 88 und eine äussere Schalenkammer 90. Die heisse Luft kann in die äussere Schalenkammer 90 eintreten und Wärme mit der inneren Kühlerrohrbündelkammer 88 austauschen, wodurch die Temperatur der heissen Luft verringert wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die innere Rohrbündelkammer 88 ein Kühlfluid strömen lassen, wie etwa Wasser, um Wärme aus der heissen Luft zum Erzeugen von kühlerer Luft zu überführen. Die kühlere Luft kann dann in den HP-Verdichter 84 geleitet werden. Durch Kühlen der Luft, die dem HP-Verdichter 84 zugeführt wird, können höhere Energieeffizienten erzielt werden. Beispielsweise kann die kühlere Luft die Kompressionsarbeit im HP-Verdichter 84 verringern, während Massenstrom von Luft in das Turbinensystem 38 erhöht ist, wodurch die Gesamteffizienz erhöht ist.

[0021] Eine Dichtung 92 ist zwischen der inneren Rohrkammer 88 und der äusseren Schalenkammer 90 angeordnet, um Fluidstrom (beispielsweise Auslecken) zwischen beiden Kammern 20 und 22 zu blockieren. Die Kammer 88 und/oder 22 kann sich thermisch ausdehnen und zusammenziehen, wobei sie in einigen Fällen eine Bewegung zwischen ungefähr 0,5 cm und 10 cm aufweist. In bestimmten Ausführungsformen kann sich die Dichtung 92 ebenfalls zum Folgen der Ausdehnung der Kammer 88 ausdehnen, während sie ausserdem eine geeignete Barriere gegen Fluidströme zwischen den Kammern 88 und 90 aufrechterhält. Tatsächlich kann sich die Dichtung 92 zum geeigneten Blockieren von Fluidströmen (beispielsweise Auslecken) ausdehnen und zusammenziehen; auch an abgedichteten Stellen mit Biegungen oder Krümmungen, wodurch die Gesamteffizienz des Turbinensystems 38 verbessert ist.

[0022] Wie dargestellt, kann das Turbinensystem 38 eine Brennkammer 94 enthalten, die eine Brennstoff/Luft-Mischung zum Erzeugen von heissen druckbeaufschlagten Abgasen aufnimmt und verbrennt. Das Turbinensystem 38 leitet die Abgase durch eine Hochdruck- (HP-) Turbine 96 und eine Niederdruck- (LP) Turbine 98 zu einem Abgasauslass 100 hin. Die HP-Turbine 96 kann Teil eines HP-Rotors sein. Gleicherweise kann die LP-Turbine 98 Teil eines LP-Rotors sein. Wenn die Abgase durch die HP-Turbine 96 und die LP-Turbine 98 strömen, zwingen die Gase Turbinenschaufeln zum Drehen einer Antriebswelle 102 entlang einer Achse des Turbinensystems 38. Wie dargestellt, ist die Antriebswelle 102 mit verschiedenen Komponenten des Turbinensystems 38 verbunden, darunter der HP-Verdichter 84 und der LP-Verdichter 82. Es versteht sich, dass andere Turbinensystem zwischenliegende Druckverdichter, zwischenliegende Druckturbinen und Systeme mit anderer Anordnung von Komponenten, darunter Wellenanordnungen und Kupplungen an den Generator 104, enthalten können.

[0023] Die Antriebswelle 102 kann eine oder mehr Wellen enthalten, die beispielsweise konzentrisch ausgerichtet sein können. Die Antriebswelle 102 kann eine Welle enthalten, die die HP-Turbine 96 mit dem HP-Verdichter 84 zum Ausbilden eines HP-Rotors verbindet. Der HP-Verdichter 84 kann Schaufeln enthalten, die an die Antriebswelle 102 gekuppelt sind. Daher bewirkt Drehung der Turbinenschaufeln in der HP-Turbine 96, dass die Welle, die die HP-Turbine 96 mit dem HP-Verdichter 84 verbindet, Schaufeln innerhalb des HP-Verdichters 84 dreht. Dies komprimiert Luft im HP-Verdichter 84. Gleicherweise enthält die IP-Antriebswelle 102 eine Welle, die die IP-Turbine 97 mit dem LP-Verdichter 82 zum Ausbilden eines LP-Rotors verbindet. Der LP-Verdichter 82 enthält Schaufeln, die an die IP-Welle 102 gekuppelt sind. Daher bewirkt Drehung von Turbinenschaufeln in der IP-Turbine 97, dass die Welle, die die IP-Turbine 97 mit dem LP-Verdichter 82 verbindet, Schaufeln innerhalb des LP-Verdichters 82 dreht. Die Druckluft wird der Brennkammer 94 zugeführt und mit Brennstoff zum Ermöglichen von Verbrennung mit höherer Effizienz gemischt. Daher kann das Turbinensystem 38 eine duale konzentrische Wellenleitungsanordnung enthalten, wobei die LP-Turbine 98 durch die Antriebswelle 103 antriebsfähig mit dem Generator 104 verbunden ist, während die HP-Turbine 96 gleichermassen durch eine zweite Welle in der Antriebswelle 102, die innerhalb der ersten Welle liegt und- damit konzentrisch ist, antriebsfähig mit dem HP-Verdichter 84 verbunden ist. Die Welle 102 kann ausserdem mit einem Stromgenerator 104 oder jeglichen anderen Last, wie etwa einer mechanischen Last, verbunden sein. Der Generator 104 kann mit einem Stromverteilungsnetz 106 verbunden sein, das zum Verteilen der Elektrizität geeignet ist, welche durch den Generator 104 erzeugt ist.

[0024] Wie oben angegeben kann das Steuersystem 10 einen oder mehr Sensoren 106 enthalten, die beim Überwachen und/oder Steuern des Steuersystems 10 benutzt werden. Beispielsweise enthält das Turbinensystem 38 in der derzeitigen Ausführungsform mehrere Sensoren 106, die zum Vorsehen von Betriebsdaten bezüglich einer oder mehrerer Komponenten des Turbinensystems 38 (beispielsweise der LP-Verdichter 82, der HP-Verdichter 84, die Brennkammer 94, die HP-Turbine 96, die LP-Turbine 98 usw. ) benutzt werden. Daten von den Sensoren können zur Steuerung 26, HMI 14 oder dem Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 zum Überwachen und Steuern des Turbinensystems 38 übermittelt werden.

[0025] Wie untenstehend detaillierter beschrieben, kann das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 diese Daten der Sensoren 106 zum Erkennen der Wahrscheinlichkeit eines zukünftigen Fehlers (beispielsweise eines Turbinenstillstands usw.) nutzen. Durch Voraussagen von Fehlern vor ihrem Auftreten können Massnahmen getroffen werden, um die Wahrscheinlichkeit des tatsächlichen Auftretens des Fehlers zu verringern. Dementsprechend können kostspielige Ausfälle verringert werden.

[0026] Fig. 4 stellt eine Ausführungsform eines Prozesses 110 zum Schützen eines Turbinensystems 38 vor einem Fehler (beispielsweise einem Leistungseinbruch, Abschalten oder einer Absteuerung) dar. Zunächst werden Betriebsparameter von den Maschinen durch das Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 erhalten (Block 112). Wie oben angegeben, können diese Daten von Sensoren 106 des Turbinensystems 38 bezogen werden, die mit dem Überwachen von Parametern von einer oder mehr Komponenten des Turbinensystems 38 betraut sind.

[0027] Die Maschinendaten 114 werden zum Erkennen von Datenmustern, die Maschinenstörung zugehören, analysiert (Block 114). Beispielsweise können in einigen Fällen individuelle Prozessparameterschwellen einen potentiellen Maschinenfehler innerhalb des Turbinensystems 38 anzeigen. In einigen Fällen können zwei oder mehr Prozessparameter zum Bestimmen eines potentiellen Maschinenfehlers zusammen analysiert werden. Ausführungsformen von bestimmten Mustern, die mit einem potentiellen Maschinenfehler korrelieren können, werden unten detaillierter beschrieben.

[0028] Bei Entscheidungsblock 116 leitet der Prozess 110, wenn keine Daten erkannt werden, die mit einem potentiellen Maschinenfehler korrelativ sind, zu Block 112 zurück, um nachfolgende Maschinendaten zu erhalten. Wenn jedoch Daten erkannt werden, die mit einem potentiellen Maschinenfehler korrelativ sind, kann zusätzliche Meldung und/oder Steuerung stattfinden. In manchen Ausführungsformen kann nach dem Erkennen derartiger korrelativer Daten der Bedienungsperson des Turbinenblocks 38 eine Anzeige eines potentiellen Defekts/Fehlers zugeführt werden (Block 118). Beispielsweise kann ein Alarm oder eine Warnung dem Rechner 30 (von FIG. 1 ) zugeführt werden, der den Alarmserver hostet, wo ein Alarm oder eine Warnung schliesslich der Bedienungsperson zugeführt werden kann (beispielsweise über die HMI 14).

[0029] Zudem oder alternativ kann das System 10 nach dem Erkennen von Daten, die mit einem potentiellen Maschinenfehler korrelativ sind, die Maschinen steuern, um dem Fehler zuvorzukommen (Block 120). Beispielsweise kann die Steuerung 26 (von Fig. 1 ) Steuerkomponenten (beispielsweise elektrische Stellglieder, Hall-Schalter, Magnetschalter, Relaisschalter, Grenzschalter oder andere Komponenten) betreiben, um eine oder mehr Betriebsänderungen innerhalb des Turbinensystems 38 zu beeinflussen. Wie untenstehend hinsichtlich FIG. 8 detaillierter besprochen, kann das Steuersystem 10 bewirken, dass die Maschinen vor einem Fehler abschalten, wodurch die Maschinen und/oder die Umgebung vor fehlerbedingter Schadensnahme geschützt sind.

[0030] Fig. 5 stellt einen Prozess 130 zum Voraussagen eines Fehlers (beispielsweise eines Leistungseinbruchs, Abschaltens oder einer Absteuerung) des Turbinensystems 38 im industriellen Steuersystem 10 unter Benutzung von laufenden und historischen Daten dar. Wie oben besprochen überwachen und sammeln die Steuerungen 26 Maschinendaten von Komponenten des Systems 10 (Block 132). Die Daten werden in einer historischen Datenbank (beispielsweise einer Datenbank oder Datei auf nichtflüchtigen maschinenlesbaren Medien) gespeichert (Block 134). Beispielsweise können die Daten auf dem Rechner 12, der die HMI-Software 14 hostet, einem Rechner 12, der für das Speichern und Vorsehen von historischen Fehlerdaten bestimmt ist, oder jeglichem anderen Rechner 12 innerhalb des Systems 10 gespeichert werden. Die gesammelten Daten können überprüft und analysiert werden (Block 136). Dieser Prozess des Überprüfens und Analysierens der gesammelten Daten kann fortlaufend vor sich gehen, wenn das System 10 in Betrieb ist, oder kann in eingestellten Intervallen vor sich gehen (beispielsweise jede Sekunde, 1, 10 oder 30 Minuten). Auf Grundlage der analysierten Daten und vordefinierten Verhältnisse oder Korrelationen kann die Steuerung 26 oder ein anderer Rechner mit Prozessor einen Voraussagewert auf Grundlage der laufenden Daten ableiten (beispielsweise einen laufenden Prozessvoraussagestand für jeden Prozessparameter) (Block 138). Die Verhältnisse oder Korrelationen können mathematische Gleichungen, Nachschlagtabellen, Softwaremodelle oder eine Kombination davon enthalten. Beispielsweise können die vordefinierten Verhältnisse (beispielsweise mathematische Gleichungen) in manchen Ausführungsformen auf Grundlage der Schwere einer Abweichung von normalen Betriebsparametern abgewogen werden.

[0031] Die Steuerung 26 oder ein anderer Rechner mit Prozessor kann dann jegliche gespeicherten historischen Daten abrufen und einen endgültigen Voraussagestand auf Grundlage des laufenden Prozessvoraussagestands und der historischen Daten 100 ableiten (Block 140). Beispielsweise können die historischen Daten 140 einen historischen Fehlerstand enthalten, der direkt auf den laufenden Prozessvoraussagestand angewendet werden kann, um den endgültigen Stand zu erhalten. Beispielsweise kann eine Anzahl von Malen und/oder eine Schwere, in der ein Parameter von normalen Betriebs-Parametern abgewichen ist, beim Voraussagen eines zukünftigen Fehlers nützlich sein. Je öfter und/oder schwerwiegender die Abweichung vorkommt, desto unbeständiger ist das System. Daher kann der Endstand zunehmen, wenn die Anzahl der Male und/oder die Grössenordnung der Schwere von einem oder mehr Parametern innerhalb der Abweichung des Systems 10 von normalen Bereichen zunimmt.

[0032] In manchen Ausführungsformen kann der endgültige Voraussagestand auf mehreren unabhängigen Berechnungen basieren. Anders gesagt können hohe Voraussagestände, die aus Anomalien (beispielsweise Sensorversatz oder anderen Sensorproblemen) resultieren, unter Benutzung mehrerer unabhängiger Mittel zum Erstellen von verifizierbaren Ständen ausgefiltert werden. Wenn die mehreren unabhängigen Berechnungen einander verifizieren, kann ein Voraussagestand zunehmen, während der Stand in Fällen verhältnismässig niedriger sein kann, in denen die unabhängigen Berechnungen einander nicht verifizieren.

[0033] In manchen Ausführungsformen können die historischen Daten Ereignisse und Parameter des Systems 10 mit vorhergehenden Leistungseinbrüchen, Abschaltungen und/oder Absteuerungen innerhalb des Turbinensystems 38 korrelieren. Ferner ist zu beachten, dass es von Zeit zu Zeit wünschenswert ist, die historischen Daten rückzustellen, sodass zumindest ein Anteil der historischen Daten den endgültigen Voraussagestand nicht beeinflusst. In manchen Ausführungsformen kann die Bedienungsperson dazu imstande sein, zumindest einen Anteil der historischen Daten rückzustellen, sodass die historischen Daten bei künftigen Voraussagen nicht benutzt werden. In bestimmten Ausführungsformen ist es der Bedienungsperson durch die HMI-Software 14 ermöglicht, historische Daten bezüglich eines spezifischen Parameters oder Komponente des Systems 10 zu archivieren oder zu entfernen. Beispielsweise kann die Bedienungsperson eine Option in der HMI-Software 14 zum Archivieren der historischen Daten bezüglich des versagenden Motors auswählen. Nach dem Ausgeben einer Anforderung zum Archivieren der historischen Daten kann ein Prozessor innerhalb des Rechners 12 bewirken, dass die historischen Daten des versagenden Motors zur archivierten Speicherung (beispielsweise eine dedizierte Archivdatei oder Speichersystem) verschoben werden. In manchen Ausführungsformen kann die Bedienungsperson einfach anfordern, dass die Daten entfernt werden, wodurch bewirkt wird, dass der Prozessor die historischen Daten, die zum versagenden Motor gehören, löscht. Da die historischen Daten beim Voraussagen von Fehlern auf Systemebene sehr nützlich sind, kann es vorteilhaft sein, nicht autorisierte Rücksetzungen der historischen Daten zu verhindern. Daher kann eine derartige Funktionalität, ob in der HMI 14 oder anderswo, Passwortalgorithmen zum Gewährleisten enthalten, dass die historischen Daten nur von autorisierten Personen rückgestellt werden.

[0034] Nach der Besprechung von bestimmten Merkmalen des Fehlervoraussage-/-Schutzsystems 62 wendet sich die Besprechung nun bestimmten Datenmustern zu, die einen potentiellen Fehler eines Turbinensystems 38 anzeigen können. FIG. 6 ist eine Diagrammansicht, die Tendenzen von Daten, welche zum Voraussagen eines Fehlers verwendet werden können, gemäss einer Ausführungsform darstellt. Die Diagrammansicht 150 enthält sechs Diagramme: ein Hochdruckverdichtereffizienzdiagramm 152, ein Abgastemperaturdiagramm 154 (beispielsweise an der Niederdruckturbine 98), ein Leistungsturbineneinlassdruckdiagramm 156, ein Hochdruckverdichterablassdruckdiagramm 157, ein Leistungsabgabediagramm 158 und ein Turbinenkoeffizientendiagramm 159, das eine Messung = 15.0*(T48-1100)/PS48 darstellt, wobei T48 die Leistungsturbineneinlasstemperatur ist und PS48 der Leistungsturbineneinlassdruck ist.

[0035] Das Hochdruckverdichtereffizienzdiagramm 152 stellt eine Grafik von Verdichtereffizienz im Zeitablauf dar. Die X-Achse 160 stellt einen Verdichtereffizienzprozentsatz dar, und die Y-Achse stellt Zeit dar (beispielsweise in Sekunden oder Minuten). Das Einlasstemperaturdiagramm 154 stellt eine Grafik von Temperaturmessungen (beispielsweise in Grad Fahrenheit) an einem Leistungsturbineneinlass 164 im Zeitverlauf 162 dar. Das Hochdruckverdichterablassdruckdiagramm stellt Druckmessungen 169 im Zeitverlauf 162 dar. Das Leistungsabgabediagramm 158 stellt Leistungsabgabe (beispielsweise in Megawatt) 172 im Zeitverlauf 162 dar. Das Turbinenkoeffizientendiagramm stellt 15.0*(T48-1100)/PS48173 im Zeitverlauf 162 dar.

[0036] Die Druck-, Temperatur-, Effizienz- und/oder Leistungsabgabedaten können allein oder in Bezug zueinander beim Voraussagen eines Fehlers nützlich sein. Beispielsweise kann eine Analyse von einer Datenmessung im Zeitverlauf nützlich bei der Fehlervoraussage sein. In einer Ausführungsform kann eine ausgeprägte Abnahme der Hochdruckverdichtereffizienz 160, des Drucks 168 und/oder der Leistungsabgabe 172, die eine eingerichtete Schwelle (beispielsweise entweder voreingestellt oder dynamisch veränderlich) übertritt, die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers anzeigen. Ferner kann eine ausgeprägte Zunahme von Temperatur 164, die eine eingerichtete Schwelle übertritt, ebenfalls eine Wahrscheinlichkeit eines Fehlers anzeigen. In manchen Ausführungsformen (beispielsweise bei einer LM6000 Gasturbine von General Electric™) kann die Schwelle auf 1% Änderung oder einem Datenmesswert eingestellt sein, der eine Änderungsrate von 1% anzeigt. In Ausführungsformen, in denen eine Rahmenmaschine überwacht wird, kann die Schwelle auf 0,5% Änderung oder einem Datenmesswert eingestellt sein, der eine Änderungsrate von 0,5% anzeigt. Anders gesagt kann die Schwelle abhängig von den Maschinen, die überwacht werden, variieren. Jedes Maschinenstück/jede Maschinenart, das/die überwacht wird, kann seine/ihre eigenen Schwellenwerte beinhalten (beispielsweise 5% Änderung, 1% Änderung, 15% Änderung usw.), der derselbe wie die Schwellenwerte von anderen Stücken/Arten von Maschinen sein kann oder nicht. Beispielsweise können Maschinen, die auf höheren Temperaturen/Drücken arbeiten, Ausprägungen einer höheren Grössenordnung erfahren, wenn es wahrscheinlich ist, dass ein Fehler auftritt. Die Schwellen können entsprechend modifiziert werden.

[0037] Eine Kombination von Zeitdatenmessungen kann die Zuverlässigkeit einer Fehlervoraussage erhöhen. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen ein Verhältnis von Temperatur 164 zu Druck 168 periodisch und/oder häufig berechnet werden. Wie oben angegeben können kurz vor einem Fehler Temperaturwerte nach oben ausschlagen und Druckwerte nach unten ausschlagen. Dementsprechend können diese Datenpunkte divergieren, wenn die Ausschläge auftreten. Daher kann ein Quotient des Verhältnisses von Temperatur 164Lzu_ Druck 168 einen Fehler anzeigen. Wenn sich beispielsweise ein Quotient über einen bestimmten Schwellenwert oder Änderungsprozentsatz hinaus verändert, kann das System eine Voraussage vorsehen, dass ein Fehler auftreten wird. Gleicherweise kann der Quotient eines Verhältnisses von Temperatur 164 zu Leistungsabgabe 172 gleichartig zum Voraussagen des Fehlers benutzt werden.

[0038] Es können ausserdem verschiedene Datenmessungen zum Validieren einer Voraussage auf Grundlage von einem oder mehr Indikatoren benutzt werden. Beispielsweise kann das System, wenn die Verdichtereffizienz 160 nach unten ausschlägt, wodurch angezeigt ist, dass ein Fehler auftreten kann, diese Fehleranzeige durch Suchen einer Zunahme der Temperatur 164, Abnahme eines Drucks 168 und/oder Abnahme einer Leistungsabgabe 172 validieren. In einer Ausführungsform kann ein Verhältnis von Abgastemperaturen zu einem Leistungsturbineneinlassdruck (beispielsweise Abgastemperatur – 1100/Leistungsturbineneinlassdruck) zum Validieren einer Voraussage benutzt werden.

[0039] Es ist wichtig zu beachten, dass, während bestimmte Verhältnisses zwischen Datenmessungen besprochen wurden, die Besprechung die Voraussage nicht auf diese spezifischen Datenmessungsverhältnisse beschränken soll. Tatsächlich können vielerlei Datenpunktmuster, Datenmessungsverhältnisse usw. zum Voraussagen eines Fehlers benutzt werden. Beispielsweise können Verhältnisse zwischen einem oder mehr von Verdichtereffizienz 160, Temperatur 164, Druck 168 und/oder Leistungsabgabe 172 (beispielsweise mit einer Änderungsschwelle) zum Voraussagen eines Fehlers benutzt werden.

[0040] In manchen Ausführungsformen können Datenmuster, Verhältnisse usw., die zum Voraussagen von potentiellen Maschinenfehlern nützlich sind, von alternativen Steuersystemen erkannt werden. Fig. 7 stellt eine schematische Ansicht eines cloudbasierten Fehlervoraussage-/-Schutzsystems 200 gemäss einer Ausführungsform dar. Das cloudbasierte Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 200 kann zum Kommunizieren von Fehlervoraussagekorrelationen zwischen unabhängigen Steuersystemen 10 benutzt werden.

[0041] In der Ausführungsform von Fig. 7 übertragen drei unabhängige Steuersysteme 10A, 10B und 10C Fehlerdaten 202 (beispielsweise Prozessparameter vor einem Maschinenfehler) an eine Cloudrecheneinheit 204. Die cloudbasierte Recheneinheit 204 kann einen oder mehr Prozessoren enthalten, die die Fehlerdaten 202 zum Erkennen von Mustern unter den empfangenen Daten empfangen und analysieren. Diese Datenmuster können zum Voraussagen von anschliessenden potentiellen Fehlern innerhalb von einem der Steuersysteme 10A, 10B und IOC nützlich sein. Beispielsweise kann, wenn das Steuersystem 10A einen Fehler hervorbringt, ein Auszug von Prozessdaten vor dem Vorfall (beispielsweise 1 Minute, 1 Stunde, 1 Tag usw. vor dem Vorfall) erfasst und der Cloud 204 übermittelt werden. Die Cloud 204 kann die Daten 202 zum Bestimmen von potentiellen Mustern und/oder Anomalien der Daten vor dem Fehler ausschöpfen. Auf Grundlage dieser Ausschöpfung kann die Cloud eine potentielle Fehleranalyse 206 an die Ansammlung von unabhängigen Steuersystemen 10A, 10B und 10C rundsenden oder die potentielle Fehleranalyse 206 an eine Teilmenge der Steuersysteme 10A, 10B und 10C (beispielsweise teilnehmende Steuersystemen usw.) senden.

[0042] In einigen Ausführungsformen kann eines oder mehr der Steuersysteme 10 die Datenanalyse lokal ausführen. Beispielsweise kann das Steuersystem 10A nach dem Erfahren eines Fehlers eine lokale Analyse von Prozessdaten ausführen, die vor dem Fehler aufgezeichnet wurden. Die Analyseergebnisse 208 können der Cloud 204 zugeführt werden, wobei die potentielle Fehleranalyse wie oben besprochen rundgesendet und/oder gesendet werden kann.

[0043] Durch Eingliedern dieses cloudbasierten Ansatzes können zusätzliche Datenpunkte im Fehlervoraussage-/-Schutzsystem 62 benutzt werden. Ferner kann durch Bestimmen, ob die Datenanalyse eines Steuersystems 10 der Datenanalyse eines zweiten Steuersystems 10 gleicht, Voraussagevertrauen gemessen werden. Wenn die Datenanalyse zwischen Steuersystemen 10 gleichartige Ergebnisse unterstützt und/oder die Ergebnisse an einem oder mehr der Steuersysteme wiederholbar sind, kann das Voraussagevertrauen steigen.

[0044] Durch Nutzen der Datenmessungen zum Voraussagen von Fehlern können Korrekturmassnahmen vor dem Fehler getroffen werden. Dies kann zu erhöhter Systemleistung führen und Kosten senken. Beispielsweise kann ein Fremdkörper in Maschinerie eindringen und einen Teilverlust von Flügeln verursachen. Im Verlauf der Zeit können grössere Flügelstücke verloren gehen, wodurch Beschädigung des Systems verursacht ist. Unter Nutzung der hierin beschriebenen Voraussagetechniken kann in Fehler vorausgesagt werden, bevor die grösseren Flügelstücke Beschädigung verursachen. Dies kann zu verringerten Reparaturkosten und gesteigerter Systemnutzung führen.

[0045] In manchen Ausführungsformen können Steuervorgänge auf Grundlage von Fehlervoraussagen auf Grundlage einer Dringlichkeit der Voraussage und/oder einer Vertrauensebene der Voraussage gewählt werden. Fig. 8 stellt einen Prozess 250 zum Steuern der Maschinen nach dem Voraussagen eines Fehlers (Block 252) vor dem Auftreten des Fehlers dar. Wie oben angegeben können ein oder mehr abgestufte Ansätze auf Grundlage einer Bestimmung einer Dringlichkeit und/oder einer Vertrauensebene (beispielsweise Entscheidungsblock 254) benutzt werden. Beispielsweise kann das Steuersystem 10 bestimmen, wie wahrscheinlich (beispielsweise Vertrauen) und/oder wie bevorstehend (beispielsweise Dringlichkeit) ein vorausgesagter Fehler sein kann. Beispielsweise könnte Dringlichkeit auf Grundlage einer Anzahl von Datenausschlägen und/oder der Grössenordnung von einem oder mehr Datenausschlägen erkannt werden. Wenn Datenmuster vorliegen, die andeuten, dass ein Fehler auftreten könnte, das Vertrauen der Voraussage jedoch niedrig ist, oder die Daten andeuten, dass es wahrscheinlich ist, dass der Fehler zu einem erheblich späteren Zeitraum auftritt, kann die Dringlichkeitsebene als «niedrig» bestimmt werden. Unter Umständen, in denen etwas Vertrauen in die Voraussage besteht (beispielsweise ein Datenmuster mit einem Fehler in der Vergangenheit korreliert wurde) und/oder die Daten andeuten, dass der Fehler wahrscheinlich in naher Zukunft auftritt, jedoch genug Zeit für einen Maschinenleerlaufzeitraum lässt, kann die Dringlichkeit auf «mittel» eingestellt werden. In Situationen, in denen die Vertrauensebene hoch ist (beispielsweise zahlreiche ähnliche Datenmuster mit einem Fehler korreliert wurden) und/oder die Daten andeuten, dass der Fehler wahrscheinlich in naher Zukunft ohne genügend Zeit für einen Maschinenleerlaufzeitraum auftritt, kann die Dringlichkeit auf «hoch» eingestellt werden. In alternativen Ausführungsformen könnte eine Dringlichkeitsebenenbestimmung nicht benutzt werden.

[0046] Auf Grundlage des Vertrauens und/oder der Dringlichkeit kann ein bestimmter Steuervorgang ausgeführt werden. Beispielsweise kann es, wenn die Dringlichkeits- und/oder Vertrauensebene «niedrig» ist, erwünscht sein, eine Meldung (beispielsweise einen Alarm) vorzusehen (Block 256), ohne den Betrieb der Maschinen zu ändern. In manchen Ausführungsformen kann ein Alarm an der HMI 14 (beispielsweise von FIG. 1 ) ausgelöst werden. Ein Remote-Alarmüberwachungssystem kann Bedienungspersonen des Steuersystems und/oder Herstellern der Maschinen E-Mail, SMS oder andere Meldungen zuleiten. In manchen Ausführungsformen kann, wenn die Vertrauensebene «niedrig» ist, ein Hersteller benachrichtigt werden, während ein Kunde nicht über den vorausgesagten Fehler benachrichtigt wird. Dies kann gewährleisten, dass die Voraussage vermittelt wird, während falsche positive Ergebnisse verringert werden, die den Bedienungspersonen vorgelegt werden.

[0047] Unter Umständen, in denen die Dringlichkeits- und/oder Vertrauensebene «mittel» ist, kann das Steuersystem 10 die Maschinen zum Eintreten in eine Leerlaufphase steuern (Block 258). Die Leerlaufphase kann die Maschinen auf das anschliessende Abschalten (Block 260) vorbereiten, beispielsweise durch Herabsetzen der Betriebsgeschwindigkeiten der Maschinen. Durch stufenweises Herabsetzen der Geschwindigkeit der Maschinen kann die Unversehrtheit von bestimmten Komponenten (Beispielsweise Flügeln) der Maschinen erhalten bleiben. Sobald das Ende der Leerlaufphase erreicht wird, können die Maschinen abgeschaltet werden (Block 260).

[0048] Unter Umständen, in denen die Dinglichkeits- und/oder Vertrauensebene «hoch» ist, kann das Steuersystem 10 die Maschinen zum Abschalten steuern (Block 260), ohne in die Leerlaufphase einzutreten (Block 258). Dies kann beim schnellen Abschalten der Maschinen helfen, um dabei zu helfen, einen Fehler zu vermeiden, der sich schnell annähert.

[0049] In Ausführungsformen, in denen keine Dringlichkeitsebenenbestimmung benutzt wird, kann jegliche Kombination der Steuervorgänge ausgeführt werden, wie von einer Bedienungsperson und/oder einem Hersteller des Steuersystems 10 gewünscht. Beispielsweise kann das Steuersystem 10 in derartigen Ausführungsformen zum Alarmieren (Block 256) und/oder Abschalten der Maschinen (Block 260) auf das Voraussagen eines Fehlers hin ausgelegt sein.

[0050] Beim Bestimmen von Vorgängen für potentielle Fehler innerhalb des Steuersystems 10 kann das Steuersystem 10 das Voraussagevertrauen zum Bestimmen eines bestimmten Schutz-Vorgangs benutzen. Beispielsweise kann das Steuersystem 10 für eine Voraussageanalyse mit einer niedrigeren Vertrauensebene lediglich der Bedienungsperson des Steuersystems 10 eine Warnung übermitteln, während das Steuersystem 10 den Betrieb des Turbinensystems 38 unter Nutzung einer Voraussageanalyse mit einer hohen Vertrauensebene ändern kann, wenn ein Fehler vorausgesagt ist.

[0051] Zu technischen Auswirkungen der Erfindung gehört ein Steuersystem, das dazu imstande ist, Turbinenfehler durch Voraussage von Fehlern vor ihrem Auftreten zu verhindern. Auf Grundlage dieser Voraussage können die Bedienungspersonen des Steuersystems vor dem potentiellen Problem gewarnt werden, und/oder das Steuersystem kann automatisch eine Betriebsänderung innerhalb des Steuersystems bewegen. Durch präventives Melden und Verhindern von Turbinenfehlern können Reparatur- und zugehörige Kosten gesenkt werden.

[0052] Diese schriftliche Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, darunter die beste Ausführungsweise, und um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung praktisch umzusetzen, einschliesslich der Herstellung und Benutzung jeglicher Geräte oder Systeme und der Ausführung jeglicher eingegliederter Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die dem Fachmann in den Sinn kommen. Derartige andere Beispiele sollen unter den Schutzumfang der Ansprüche fallen, wenn sie bauliche Elemente aufweisen, die nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche abweichen, oder wenn sie äquivalente bauliche Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zur wörtlichen Sprache der Ansprüche enthalten.

Claims (20)

1. System, umfassend: Maschinen; und ein Schutzüberwachungssystem, umfassend einen Prozessor, der zu Folgendem konfiguriert ist: Analysieren einer Tendenz von einer oder mehr Datenmessungen der Maschinen auf ein oder mehr Muster, die einen potentiellen zukünftigen Fehler innerhalb der Maschinen in der Tendenz anzeigen; und Vorsehen einer Fehlervoraussage auf Grundlage der Analyse der Tendenz.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Maschinen eine Gasturbine umfassen.

3. System nach Anspruch 1, wobei sich die Datenmessungen auf Folgendes beziehen: Hochdruckverdichtereffizienz, Leistungsturbineneinlasstemperatur, Leistungsabgabe oder jegliche Kombination davon.

4. System nach Anspruch 3, wobei der Prozessor zum Berechnen eines Verhältnisses von Tendenzen von zumindest zwei Datenmessungen konfiguriert ist.

5. System nach Anspruch 4, wobei ein Quotient des Verhältnisses in der Analyse benutzt wird.

6. System nach Anspruch 1, umfassend eine Steuerung, die zum Aufrufen von einem oder mehr Steuervorgängen auf Grundlage der Fehlervoraussage konfiguriert ist.

7. System nach Anspruch 1, wobei der Prozessor zum Bestimmen einer Vertrauensebene der Fehlervoraussage auf Grundlage einer Häufigkeit von vorherigen Auftreten der einen oder mehr Muster, die einem nachfolgenden Fehler zugeordnet sind, konfiguriert ist.

8. System nach Anspruch 1, wobei der Prozessor zum Bestimmen einer Dringlichkeitsebene bezüglich der Fehlervoraussage konfiguriert ist.

9. System nach Anspruch 1, wobei das System Folgendes umfasst: mehrere unabhängige industrielle Steuersysteme; und eine Cloudrechenumgebung, die zu Folgendem konfiguriert ist: Empfangen von Datenmessungen und Fehlerdaten von zumindest einem der unabhängigen industriellen Steuersystemen; Analysieren der Datenmessungen des zumindest einen unabhängigen industriellen Steuersystems zum Zuordnen von zumindest einem Datenmuster der Datenmessungen zum zukünftigen potentiellen Fehler; und Zuführen des zumindest einen Datenmusters zu den anderen industriellen Steuersystemen, sodass die anderen unabhängigen Steuersysteme wissen, dass das zumindest eine Datenmuster dem zukünftigen potentiellen Fehler zugeordnet ist.

10. Greifbares, nichtflüchtiges, maschinenlesbares Medium, das Anweisungen für Folgendes umfasst: Erhalten der Datenmessungstendenzen bezüglich eines oder mehr Kennzeichen eines Maschinenstücks; Analysieren der Datenmessungstendenzen zum Identifizieren von einem oder mehr Mustern, die einen potentiellen zukünftigen Fehler innerhalb der Maschinen anzeigen; und Vorsehen einer Fehlervoraussage auf Grundlage der Analyse der Tendenz.

11. Greifbares, nichtflüchtiges, maschinenlesbares Medium nach Anspruch 10, das Anweisungen für Folgendes umfasst: Empfangen von historischen Fehlerdaten; und Identifizieren des einen oder mehr Muster, die einen potentiellen zukünftigen Fehler anzeigen, auf Grundlage zumindest zum Teil auf den historischen Fehlerdaten.

12. Greifbares, nichtflüchtiges, maschinenlesbares Medium nach Anspruch 10, wobei die Maschinen eine Gasturbine umfassen.

13. Greifbares, nichtflüchtiges, maschinenlesbares Medium nach Anspruch 12, wobei die Kennzeichen des Maschinenstücks Folgendes umfassen: Hochdruckverdichtereffizienz, Niederdruckeinlasstemperatur, Brennkammereinlassdruck oder Leistungsabgäbe der Gasturbine.

14. Greifbares, nichtflüchtiges, maschinenlesbares Medium nach Anspruch 10, wobei die Anweisungen zum Analysieren der Datenmessungstendenzen zum Identifizieren von einem oder mehr Mustern Anweisungen für Folgendes umfassen: Identifizieren von Datenausschlägen in den Datenmessungstendenzen über eine bestimmte Änderungsschwelle.

15. Greifbares, nichtflüchtiges, maschinenlesbares Medium nach Anspruch 10, wobei die bestimmte Änderungsschwelle grösser als 0,5% ist.

16. Verfahren, umfassend: Voraussagen über einen Rechnerprozessor eines potentiellen Maschinenfehlers durch: Erhalten der Datenmessungstendenzen bezüglich eines oder mehr Kennzeichen eines Maschinenstücks; Analysieren der Datenmessungstendenzen zum Identifizieren von einem oder mehr Mustern, die einen potentiellen zukünftigen Fehler innerhalb der Maschinen anzeigen; und Vorsehen einer Fehlervoraussage auf Grundlage der Analyse der Tendenz.

17. Verfahren nach Anspruch 16, umfassend: Bestimmen über den Rechnerprozessor einer Vertrauensebene der Fehlervoraussage; und Auswählen eines bestimmten Steuervorgangs aus einem Satz von Steuervorgängen auf Grundlage der Vertrauensebene der Fehlervoraussage.

18. Verfahren nach Anspruch 16, umfassend: Bestimmen über den Rechnerprozessor einer Dringlichkeitsebene der Fehlervoraussage; und Auswählen eines bestimmten Steuervorgangs aus einem Satz von Steuervorgängen auf Grundlage der Dringlichkeitsebene der Fehlervoraussage.

19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die einen oder mehr Kennzeichen Folgendes umfassen: eine Hochdruckverdichtereffizienz, einen Brennkammereinlassdruck, eine Niederdruckeinlasstemperatur, eine Leistungsabgäbe oder jegliche Kombination davon.

20. Verfahren nach Anspruch 16, umfassend: Berechnen eines Verhältnisses von zwei oder mehr der einen oder mehr Kennzeichen und Verwenden des Verhältnisses zum Identifizieren der einen oder mehr Muster, die den potentiellen zukünftigen Fehler anzeigen.