图1 带有对整个控制调节回路模拟功能的执行机构试验台

智能化的执行机构能够明显地减少流程工业生产过程中的日常工作量，降低维护保养费用。但这种执行机构并不是能够解决所有问题的灵丹妙药。

目前，流程设备的操作者需要在计划外的流程设备停产检修和高成本的调节阀周期性维护保养之间做出选择。智能化、带有故障诊断系统的执行机构能够帮助操作者解决这一选择难题。Arca Regler公司的Andreas Pomsel先生说：“Partial Stroke测试仪具有非常好的在线检测性能，例如能够实现误差调节、零点漂移，能够检测高于或者低于允许的工作温度，阀门摩擦阻力的改变以及使用寿命等。同时它还可以检测一些很少使用的仪器仪表，从而提高了流程设备的SIL安全等级。”

目前，故障诊断主要是对位置调节本身和控制阀的基本功能的故障诊断。但Samson公司的Stefan Erben先生，工业电子研发的负责人说道：“现在，越来越多地需要对全部的调整装置及其直接有关的环境进行监控。”现代化执行机构的设备仪器管理功能已经远远超出采集位置调节装置、阀门和驱动装置的数据信息。调节机构结构的检测记录和准确的数据采集也是非常重要的。

除了标准功能之外，调整装置的所有主要工作状态，例如摩擦阻力或者滞后的提高、驱动装置或者输入装置中弹簧力的变化、或工作范围的偏移和限制等，都能直接检测出来。Erben先生又列举了另外一个例子：“统计学的功能，例如数量和负载变化量信息的采集等都可通过动态负载和包装的磨损情况来采集。”

另一个应用领域就是在开关控制元器件中的应用。Erben先生说：“通过故障诊断功能的应用，能够准确地测定开关控制元器件的状态信息，通过识别摩擦和磨损，并应用统计学分析，完成驱动时间、运行时间的测定。”

故障诊断系统具有很大的应用潜力，无论是制造商还是用户都认同这一点。故障诊断系统最重要的特点是能够对流程设备维护保养的需求进行识别。Auma公司的Joachim Rist先生说：“故障诊断系统能够提供扭矩负荷率、运行时间或者开关频率等方面的信息。另外，环境因素对流程设备维护保养的需求有很大的影响。因此，根据现场实际应用环境确定有意义的维护保养周期是非常重要的。通过诊断数据的分析可以避免过长或者过短的维护保养周期。” 他还提出了故障诊断系统一种新的应用可能性，以前很难证明流程设备仪器仪表因不正常的使用条件和使用环境而失效，例如较高的开关频次、较高的环境温度、或者强烈的震动等；而现在则可以在现代化震动系统的帮助下及时发现这些问题。

只要人们能够正确的理解诊断数据提供的信息，就可以准确地判断出是阀门出现了问题还是驱动装置或者调节回路本身出了问题。Metso公司的Michael Schmitz先生解释说道：“诊断系统提供的数据与所使用的仪器仪表的质量，以及这些仪表使用的环境有关。”例如，其他生产过程以及环境影响（大气压力、温度），仪器仪表安装的位置等带来的影响（紊流、气蚀）或者上一级工作不正常的控制调节器的影响等。Schmitz先生坚信：“利用性能扩展的诊断系统还可以优化流程设备的工艺技术，提高流程设备的生产能力。”

图2 “利用以状态为主导的流程设备维护保养不仅能够降低流程设备的故障发生率，而且可以保证流程设备高效生产。”
——Michael Schmitz先生，Metso公司

很高的认可度

Pomsel先生说：“用户对故障诊断系统的认可度是很高的，尤其是大型的化工企业都知道诊断系统有着多方面的用途。但把流程设备的状态信号纳入到PLC可编程序控制器系统中却常常出现无法实现诊断系统的应用。虽然按照NE 107标准对诊断系统设定的极限值测定数据已经做的非常实用了，但是“这里的极限值都是用户特殊设备特有的。”例如，密封填料设备的维护保养需求与运动方向转换的次数和行程密切相关。而且，密封包装材料、工作压力、工作温度也对维护保养的周期有着重要的影响——许多因素是制造商无法预料的。因此，诊断系统潜在的用户应努力搜集诊断系统应用的不同可能性，积累诊断系统使用的经验，在此基础上再确定与设备和生产实际有关的极限值。

西门子工业自动化技术公司负责压力、温度和位置控制调节技术的负责人Ralf Huck博士认为还有另外一种趋势：“因为所有的用户和供应商都想做好适应未来发展要求的准备，因此延长投资周期、采用产品寿命周期管理提供和尽可能采用预防性维护保养。”

Huck先生认为，这一趋势说明在流程设备的位置调节中，诊断系统具有很大的应用潜力，用户要求有越来越多更加可靠的诊断功能——尤其是在金砖四国的绿色项目中或者在有着很高技术水平的流程设备中，因为这些流程设备的维护保养费用很高。Huck先生说：“诊断系统在这些设备中具有很大的应用潜力。会得到数字化执行机构的支持和帮助。”

图3 “最好的诊断系统结合了显示仪器仪表制造商和用户操作流程设备的专业技术知识。”
——Stefan Erben先生，Samson公司

良好的显示功能

用户对诊断系统数据也有一些研发要求和经验要求。Pomsel先生在他的总结中说道：“许多用户要求诊断系统能够准确地指出有问题的零部件。但在这方面的技术还没有太多的突破。”

为了能够最佳地利用诊断系统，工程师应按照执行机构的任务来设计这些系统。同样，诊断系统应能够及时发现一些实时的状态情况，例如工作范围的偏移、运行时间的变化等，不允许在显示仪器仪表中出现错误的状态数据，这些错误的数据可能是因流程设备的误操作而导致的。Erben先生说：“因此，在许多情况下都要求流程设备的操作者具有判断诊断系统提示信息的能力。而最好的诊断系统则需要结合显示仪器仪表制造商和用户操作流程设备的专业技术知识。”

显示仪器仪表安装调试和操作使用的便捷性在未来的生产应用有着决定性意义。Huck先生指出：“即插即用，实现了安装调试的简单化，符号化的状态显示和诊断数据以及简单的数据存储，实现维修管理系统、设备资产管理系统中进一步的数据处理能力。”同时，不降低使用性能也是非常重要的。“传感器和诊断系统的算法语言应是非常可靠的。”Huck先生说。

Rist先生说：“诊断系统给流程设备供应商带来的经济效应是非常明显的。对于设备供应商来说，流程设备的规划设计是关键。作为流程设备仪器仪表的制造商，我们建议流程设备的设计师和使用者在使用我们的仪器仪表时使用诊断系统。”

Schmitz先生说道：“故障诊断应是流程设备仪器仪表的一个固定组成部分，并且不应给用户带来更多的附加费用。同时应使用通用的接口，例如：OPC和FDT/DTM等开放的技术。我们的用户越来越多采用了这些技术，并利用这些技术诠释诊断数据。”但Schmitz先生认为，要实现正确地利用这些诊断数据需要一定的时间，并投入较多的资金进行人员培训。将来，诊断数据应实现可视化且易于理解，为用户提供可能的错误原因信息和排除错误、故障的措施。

图4 “诊断系统给流程设备运营商带来的经济效应是非常明显的。对于设备供应商来说，流程设备的规划设计是关键。”
——Joachim Rist先生，Auma公司

无缝的集成

使用诊断系统的前提条件是在用户的主控系统和设备维护管理系统中无漏洞的集成故障诊断功能。

Samson公司利用EDDL、FDT/DTM技术可以把全部的诊断功能都集成到系统之中。Erben先生说：“但更多的用户要求能够方便地读取，并能够方便地与流程设备仪器仪表有关的历史数据进行比较，这就要求系统还应具有一定的数据处理能力。”最终实现自动读取大量的检测点数据，按照时间控制方式自动的输送数据以及按照标准化的格式提供数据。目前，这些还只能在用户手动控制和操作下才能完成。Erben先生对FDI规定的OPC-UA接口寄予了很大的希望。

具有潜力的智能化执行器

下一届的Namur大会的重要议题是“执行器——从手动调节到智能化调节”。2012年度Namur大会的主要内容涉及故障诊断、功能的安全性以及执行器的能源供应。目前，数字化的执行器已经得到了应用。智能化的执行器能够自动安装调试、自动的识别终点位置，具有可调节的密封性能。

根据用户的反馈意见，智能化的执行器的应用潜力还没有充分挖掘出来。Namur工作组3.4工作组完成了一系列的执行器试验和测试，得到了调节行程-时间柱状图。这一柱状图说明在流程设备控制阀0%~100%的行程调节范围内控制阀的使用寿命还可以大幅提高。这与控制阀的工作点和最佳的调节行程有关，调节阀大多数时间的调节行程为20%~30%，而不是在理想的调节行程80%~100%的范围内。

目前，集成在执行器中的故障诊断系统提供了更多的可能性，能够更好地满足人们的应用要求。部分行程的测试是安全测试和功能测试必不可少的测试。

目前，故障诊断系统应用的最大障碍是缺乏与上一级主控系统之间的数据传输接口。另外，如何对故障诊断系统得到的数据进行分析也是一个难题。Namur协会认为，目前正在研发，能够说明问题原因的文字式显示方法是最有发展潜力的。在出现调节偏差时，应能直接在显示屏上给出导致调节偏差的原因，例如丝杠弯曲等。这样，大大有利于用户了解避免一些误操作。