小议西门子仪表的预测性维护工作

背景知识：

当今的过程工业，对现场的可靠性要求越来越高，一般都要求仪表设备能满足7/24的连续可靠工作，突发的故障停机会造成极大的损失。因此，也对设备的维护提出了较高的要求，以最大程度的避免生产的损失和材料的浪费。根据统计，在 1981 年，美国的工厂花费在维护其关键装置系统上的成本超过了 6000 亿美元。在 1991 年，这种成本已经升至 8000 多亿美元，而在 2000 年更是破记录地达到 12000 亿美元。这些数据表明，这些成本的三分之一到二分之一由于采用无效的维护管理方法而被浪费掉。虽然在中国没有这方面的数据统计，但是相信中国目前在这方面的情况和美国当时差不多。

    选择错误和原始的维护手段和落后的维护观念是这种无效使用维护支出的主要原因。在强调经济效益的今天，也有越来越多的用户开始意识到过去那种单纯依靠人的直觉和经验来执行设备维护计划的方式已经不能再满足过程工业的生产需求了。

预测性维护在概念的内涵和外延上有狭义和广义之分。

狭义的预测性维护立足于“状态监测”，强调的是“故障诊断”是指不定期或连续地对设备进行状态监测，根据其结果．查明装备有无状态异常或故障趋势，再适时地安排维护；广义的预测性维护将状态监测、故障诊断、状态预测和维修决策多位合一体，状态监测和故障诊断是基础，状态预测是重点，维护决策得出最终的维护活动要求。是一个系统的过程。它将维护管理纳入了预测性维护的范畴。通盘考虑整个维护过程，直至得出与维护活动相关的内容。

 西门子仪表实现预测性维护

近年来，西门子公司围绕预测性维护这一理念设计和研发了很多智能化程度较高的仪表产品。

1、Sitrans DA400泵诊断系统

 如前例所述，对于大多数运输磨损性很强的浆料泵来说，如果进行有效的低成本的维护一直是个难题。西门子公司推出的基于声敏诊断和Profibus技术仪表Sitrans DA400就能有效地实现针对泵提供预测性维护的解决方案。

泵的泄漏通常发生在湍流区域，尤其在高压条件下出现气蚀时，这时会产生声波或超声波，可以在阀门外安装传感器进行探测。声级是泄漏的测量单位。

 在线诊断系统Sitrans DA400能完全满足这些要求。声波发射传感器安装在阀门的外面，对泄漏信号高度敏感，而对泵的运行信号不敏感。对信号的适当处理使测量结果自动适应负荷条件的变化，如压力或冲程数。操作工只需要设定报警值。

SITRANS DA400声敏检测系统为往复式隔膜煤浆泵检测吸入阀、排放阀的运行状况提供了优秀的解决方案。

SITRANS DA400利用探测到是否存在空穴现象和相应的泵的操作噪音的声音级别，来诊断阀的开和关动作是完好的。相反的，如果有缺陷的阀门中存在空穴现象，那么能够通过周期性的声音级别增加识别出来；被检测的阀门通过 SITRANS DA400将这种声音的级别的增加检测出来；这种检测能够在专用的超声波范围内完成。这能过滤掉那些由泵的操作和阀门的关闭动作产生的噪声。

   Sitrans DA400基于状况的维护要求监测装置或者操作单元的工况，其优点是：

Ø         装置出现故障前发现损坏，

Ø         可以制定停车维修计划，

Ø         成本高昂的损坏出现之前已得到维修，

Ø         延长零部件的使用寿命，

Ø         装置或单元的自动检查    

       根据通过现场半年多的实验观察，安装了Sitrans DA400的隔膜泵相对未安装的两组隔膜泵的平均检修时间要减少2/3左右，也就是减少了相当于2/3的维修成本（如图3），同时大大延长了设备的使用寿命。

2、Sipart PS2智能阀门定位器

由于智能型阀门定位器是安装在气动调节阀上，其工作环境相对恶劣，如环境温度、管道振动等因素都会对智能型阀门定位器正常工作带来不利影响。智能型阀门定位器在设计过程中，考虑到这些不利因素，设计了一些自身的诊断功能。同时，气动阀门本身长期工作在恶劣的环境中，也会存在腐蚀、磨损等问题。因此，如果通过智能型阀门定位器的诊断功能实现对阀门的预测性维护，也是现在很多用户所关注的问题。

智能型阀门定位器对调节阀的故障诊断是通过附加传感器来完成的。定位器内部的微处器通过定时采集各种传感器的数据，并对各种数据进行运算、比较、分析、组态，将出现异常的信息通过组态软件输出报警信号。智能型阀门定位器对调节阀的诊断分为在线诊断、离线诊断。

在线诊断包括：行程累积、行程方向改变次数、报警次数、死区自调整、阀门基线位置（比如：阀座的磨损）、最高最低温度下运行的小时数、压电阀的运行次数、阀门定位时间、执行机构泄漏、噪声诊断等。离线诊断包括：执行机构及气路的密封性、静特性、阶跃过渡及频率响应特性。

另外，智能电气阀门定位器SIPART PS2 有提供更多的额外监测功能，状态显示源自故障信号的监测。故障信号按“交通灯”的方式进行分类，用绿色、黄色和红色扳手表示（PDM 软件），如图4：

Ø      需要维修（绿色扳手）

Ø      急需维修（黄色扳手）

Ø        临近故障或故障（红色扳手）         这使用户在阀门或执行器在产生重大故障前能够提前检测到，可避免系统停车。通过故障信号的指示，例如执行器隔膜的损坏、动作滞后等，用户可利用适当的维护策略保证系统可靠。

3、Sitrans CLS300电容式物位开关

        在诸如制药、化肥、有色、石化等行业，由于很多测量介质本身具有很强的黏附、磨损等原因，因而增加了大量额外的维护成本。

        西门子因此推出了一种带Profibus总线的电容式物位计，对现场探头的挂料量（零点电容的变化），探头的磨损（累计电容的变化）等关键性数据进行分析，通过现场总线传输大量诊断信息至上位机，帮助用户指定预测性维护计划（如图5），大大节约用户的维护成本，同时由于减少的更换部件的次数，也等于延长了设备的实际使用寿命。而这种功能对于只能输出开关信号的仪表来说，是很难实现的。

4、Siwarex称重系统

不同于传统意义上的称重系统，Siwarex称重系统实际上一套全集成在Simatic系统的数字化称重解决方案。相对于传统的称重系统而言，Siwarex系统突破了通讯和系统结构的限制，在系统测量精度、控制速度、施工周期、长期维护量等方面体现出了巨大的技术优势。

由于称重系统相对结构比较复杂，维护量比较大，长期以来技术领先的称重技术厂家一直在考虑如何设计一种既能减少成本，简化称重系统结构，又能提高称重系统整体性能的解决方案，而西门子这种基于Simatic的称重解决方案，无疑是一种满足新要求的一种可行的解决方案。

新型的Siwarex系统提供一种对于大部分用户来说，是非常概念化和理想的工具。通过事件记录功能来实时记录称重的进程和状态，并且对于不正常的事件进行分析。同时诊断缓冲器将会记录保存最后的100条诊断信息。通过对称重传感器和电缆的关键性参数进行长期的连续的监控，我们可以得以得到关于称重系统的预诊断信息（如图6），以避免突发性的昂贵的设备停车故障，减少了维护维修成本。 Siwarex所带的这些功能对于过程数据的评估和诊断来说，无疑是一个理想的补充。