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随时保持正常运行,仪表中的预测性维护

供稿:ABB(中国)有限公司自动化产品部--仪器仪表部 2007/10/16 9:12:00

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在需要24小时不停运转的工业中,突发的停机事件是不可忍受的。人们正在采取新的方法,来避免设备故障造成的生产损失和材料浪费。最佳的方式是预测性维护,它可以通过对重要资产(如仪器仪表、驱动器、机器人)的健康监测来实现。作为领先的服务供应商,ABB处于生命周期支持的最前沿。ABB为用户提供种类齐全的仪器生命周期服务。通过把这些服务与公司现有的应用和流程知识结合起来,客户可以受益,并实现可测量和可持续的性能改善。与仪器仪表有关的生命周期服务
安装与调试
支持与维护服务
搬迁规划与升级项目
仪器咨询与流程分析
培训服务
检验服务
零件与维修服务避免突发停机
这些服务的一个重要方面是协助客户避免由于信号完整性不足或仪器或执行器的全面故障而引起突发停机。突发停机会带来严重后果,造成数千甚至数百万美元的生产损失和资源浪费。当然,ABB提供的一项服务便是紧急维修协助,旨在缩短突发停机(如果确实发生)的长度。不过,目标是完全避免这类情况。为此,之前一直把维护服务用作预防性维护计划的一部分。在这种情况下,客户要求仪器供应商进行拜访或签署合同,在预定的停工时间内进行定期维护。缺点则是,直到最近,人们都无法知道在不加大突发停机风险的情况下,这些预定停机之间的间隔可以被拉到多大。另一项复杂因素是,控制或感测回路中任何部分的缺陷都可能影响到信号的完整性。不过,最为常见的原因往往与这些和流程接触的仪器有关。如果有一种方法可以仅仅在必要的时候检验并保养这些装置,就能减少直接和间接的故障排除成本。预测性维护计划
为了确保工厂中的仪器发挥最大的性能,同时减少停机时间,许多公司都在采用预测性维护(PDM)计划,作为一种单独的服务,或作为全面资产管理或优化计划的一部分。如果得到ABB这样的专业服务机构的管理,这些计划的成本可以显著低于传统的预防性维护服务。
PDM的目标是预测仪器装置何时会发生故障,不能提供具有完整性的信号(硬件故障或检验漂移)。拥有对这类信息的访问权,可以减少突发停机时间,从而在不影响质量的情况下提高生产率。为了实现这一目标,采用具有机载监测、高级算法和通知技术的智能化装置。通过在仪器内添加由微处理器驱动的诊断和应用软件,这些新型“灵巧”装置能够对自身进行监测。借助现场总线通信(HART,PROFIBUS,或Foundation Fieldbus),这些装置能够提供“健康状态”。然后,这种状态信息可以由资产监测应用加以利用,后者是现代自动化系统(如ABB的800xA扩展自动化系统)的一部分。这些资产监视器可探测到性能的下降,通知相应的人员开展进一步调查,并在适当的情况下提供关于补救措施的建议。通知的形式有好几种,包括寻呼机和电子邮件。无论是作为简单的显示或报警信息执行、或是作为完整控制系统的一部分,这些功能都可以让ABB的客户主动地对资产使用情况进行优化,而非被动地对突发事件做出反应。总体质量管理(TQM)与ISO9000的实施也推动了对PDM计划的需求。TQM与ISO9000包括对维护计划程序的一项要求,以保证流程及其所有组成部分都能连续地发挥出高性能。其依据是,如果流程运行正常,则产品会达到所需的质量。ABB的仪器仪表产品和有关服务均围绕这一理念设计。在这一期的ABB评论中,详细说明了新型ABB AW600二氧化硅及磷酸盐分析仪,这是目前市场上最先进的水质分析仪。有许多功能使得这款分析仪与众不同,它们都与其高级维护功能有关。下面说明了“灵巧”装置的另外两个例子,它们有利于预测性维护计划的采用。了解仪器对维护的要求,可以在“传统”维护范围的两端为客户带来显著的节省。在一端,是维护不足的仪器。下面叙述的CalMaster说明,难以接近或维护费用高昂的装置常常得不到维护。这种做法通常会引起业务实践配额的“假设”或推断错误,造成收费遗失与/或资产浪费。PDM消除了猜测,允许业主/运营商根据可以验证的数据来进行可靠的业务判断。另一个极端则是维护过度的装置。在这种情况中,业主/运营商极力希望避免由于装置故障而引起停机。为了减少这种可能性,这些装置按照一定的间隔接受“预约”保养,而与它们是否需要无关。虽然这种做法的确减少了突发停机的发生,它的成本极高,而如果感测装置足够“聪明”、能够采纳PDM作法,那么就能避免或显著减少。ABB2600T压力变送器的例子(在本文末尾讨论)说明了如何实现这一点。CalMaster-实现预测性维护
“灵巧”仪器(以及向客户提供真实价值的预测性维护服务)的一个极好例子便是ABB的CalMaster流量计认证系统。CalMaster的开发目的是帮助客户检查已安装的电磁流量计的精度与状况。这些流量计广泛用于多种工业,因为它们具有大体积容量和高精度。在水业市场中,能够测量数百万加仑/天的大容量磁性流量计被市政部门普遍采用,为监管权移交和收费提供准确的数据。准确的测量还保证了水处理过程只使用必要数量的化学品和能源,从而节省资源并保护环境。如果这一精度遭到怀疑,“展示测量有效性”会成为一项非常昂贵的任务。
在这种情况下,仪器被用于具有直接经济影响的功能;产品的监管权或“拥有权”转移被发现的问题使征费的合理性受到怀疑。买入一方的市政部门会质疑,为什么他们的供应商的流量计与其自身流量计的测量结果不同,从而引发争议。之前,征费公司没有简便的办法可以证明它们的流量计仍然准确有效。大多数解决方案都十分昂贵并会中断运行,因此很少得到采用。供应一方的市政部门一般都会小心翼翼,调整它们的测量结果并降低所征收的费用。
在类似的情景中,考虑一个例子,其中用于确定所需处理的水质的电磁流量计的精度遭到怀疑。不良的精度会引起处理费用增加(即化学品与能源的浪费),并带来负面环境影响。如上例所述,需要进行水处理的市政部门或工业用户业主为了检测到测量误差,必须停止流程,挖出流量计并将其送回工厂。这种精度验证方式极为昂贵,因此在流量计的使用寿命内很少(或完全不)采用。
然而,提供预测性维护服务的ABB CalMaster改变了这一切。与MagMaster电磁流量计一道使用时,CalMaster技术使得服务工程师能够用短短几分钟的时间来检查50种不同性能和装置健康状态参数,而不需中断流量测量。CalMaster检验流量计是否按照与出厂规格相同的状态运行,或找出已经发生的任何问题,如衬里磨损、水渗透进入电子装置或传感器、腐蚀等等。此外,它还能提供有关信息,说明这些问题是否影响到了目前的性能,或还有多长时间才会发生,从而预测需要对流量计进行保养的时间。
1 典型的工厂中可能安装了数以百计的压力变送器



2 极易发生堵塞的恶劣环境



3 2600T压力变送器,有堵塞补偿功能



2006T压力变送器-通过堵塞引压管检测实现节省
差压变送器遍布多种工业及市政应用,用于感测流程中两点之间的压力差。其主要应用是计算管道内的流速。在典型的工厂中可能安装数以百计的这类压力变送器,其中许多位于难以接近、进行维护的地方。因此,检查这些装置的隐患非常耗时而昂贵,公司纷纷希望尽量减少,前提是不降低安全性。差压变送器通过测量由传感元件(如文氏管、楔形计或孔板)引起的压力下降来确定流速。根据这一测量结果,并结合对传感元件几何形状的了解,可以计算出流速。传感元件通常通过两条被称作引压管的管道与流程连接。这些管道的口径一般较小(低于1cm(0.390英寸)),并可以很长。在装置的寿命期间,其引压管可能会被部分或全部堵塞。这一问题最常见的原因是:
流程中的固体物质堵住了接头。
发生沉积,并逐渐堵塞引压管(例如石灰石结垢)。
引压管内的液体冻结。
被堵塞的引压管可能成为一个危险而代价高昂的问题。它对装置硬件没有明显影响,而传送给控制室的流程值看起来也正常。这是由于引压管的堵塞把当前的压力状态限制起来,使其与真实的流程状态脱离。控制系统继续使用控制回路中的压力值,而并不知道它已被“冻结”。
流程操作员能够了解这一事件的唯一线索是有关控制回路的错误进行表现。错误的压力和流量测量结果如果没能得到纠正,会造成严重的、甚至灾难性的故障。因此,旨在发现被堵塞的引压管并予以疏通的维护工作十分重要,但同时代价高昂。为了避免中断发生,一般在时间预定的预防性维护计划中记入差压变送器,后者相当昂贵。此外,某些流程液体横加容易造成堵塞,因此预定时间间隔更短,费用更高。ABB的2600T有内置的诊断功能,叫做“堵塞引压管检测”(PILD)。它能迅速发现被堵塞的引压管,并将这一信息转发给控制室,而无需采用昂贵的预防性维护计划。
PILD功能可以测量未被堵塞的引压管(参比相)中压差信号的噪音水平。在装置正常运行过程中,它把噪音水平与用参比相存储的数值进行统计对比。如统计根系表明,当前数值与参比值之间有显著差异,则发出报警,表示一条或两条引压管均被堵塞。最近,这一功能被集中在ABB2600T压差变送器的最新型号(采用Foundation Fieldbus界面)中。Dane Maisel
Robert Mapleston
Bob Hausler
ABB仪器仪表
美国宾夕法尼亚州Warminster
Dane.maisel@us.abb.com
Robert.mapleston@us.abb.com
Robert.hausler@us.abb.com
Andrea Andenna
ABB公司研究部,
瑞士Baden
Andrea.andenna@ch.abb.com

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