轻松找到故障的根源

作者:Sabine Mühlenkamp PR 发布时间:2011-06-14

测量仪表通常比人更了解生产过程。例如流量计可以准确地知道生产流程中部分充填的管道、不均匀的介质和管道中出现污垢等。如何把这些信息传递给用户是企业关注的重点。

目前,在流程设备工作过程中有三种方式进行实时的故障诊断,即仪器设备的故障诊断,对仪器设备的精确性进行检验和工艺过程的故障诊断。而仪器设备的故障诊断已经采用了标准的技术。“电磁感应流量计可以检测仪器设备是否在规定的技术范围内工作。”Krohne公司市场部经理Günter Pinkowski先生介绍说。就检测过程中存在错误的原因如何归类的问题,西门子过程仪表生产经理Jens Niemann Gobel先生举例说道:“例如在科里奥利质量流量计中空气和可燃气体可以有类似的频率,或者有类似的频率模式,就像一个脉冲式的流量或者震动系统那样。”过滤和识别时使用的新的、筛选性的算法语言能够帮助人们划清不同的故障原因,并提供更多的故障诊断数据信息。

不同的测量设备生产企业采用了不同的过程监控的故障诊断功能以及不同的故障原因分析方法。例如,市场上很多仪器设备都有空管道或者部分充填的管道识别功能,但没有气泡识别、导电性识别或者温度监控等功能。为此,ABB公司研发生产了一种可以对气泡含量为1.5%~2%的流体进行测量的流量计。“其他市场上常见的流量计只能对介质中气泡含量约10%及其以上的流体进行检测和识别。”ABB公司的流量检测技术专家Cornelia Giebenhain-Wagner女士说道。这样,就使用户能够及早的对流程工艺的临界状态做出反应,例如对流程泵的干运行采取措施。


图1 “用户对过程诊断分析设备有很强的需求。”
——Peter Dietrich先生, Endress+Hauser公司

以Namur推荐技术标准为指导

目前,几乎市场上的每一款新型流量计都参照执行了Namur NE 107的推荐技术标准。在流量计中引进了Namur信号,包括除故障报警信号、功能监控信号、维护保养需求信号和技术规范以外的其他信号。

2010年Yokogawa公司推出的2线AXR电磁感应流量计未来还要加入F、C、S和M等故障报警分类信号,从而使这一新研发的仪器满足NE 107标准的要求。

Endress+Hauser公司的产品符合NE 107规定,能够满足大多数用户的需求。最高层次的目标是“预防性的维护保养”,其次是“使用安全性和设备的可用性”。对于Endress+Hauser公司流量计市场负责人Peter Dietrich先生来讲,他的重点任务不是了解分析市场变化的情况,而是清楚地阐述这些变化信息。Namur协会提出:不分析诊断比错误的分析诊断要好。

准确的诊断数据

今天,已经有许多方法能够帮助维护保养人员和设备操作者在故障发生时识别故障和明确故障的原因。“流程设备管道的腐蚀或者污垢沉积等都能够改变最终产品质量,现在能够利用科里奥利质量流量计识别出这些故障原因,发出相应的信号。另外,涡街流量计也具有识别腐蚀和污垢积淀的能力。”

Yokogawa公司流量仪表商务拓展经理Walter Staudt先生说道。Yokogawa公司在其生产的金属浮子流量计Rotametern RAMC中采用了具有自主专利技术的悬浮物阻滞技术,在电磁感应式流量计ADMAG中能够识别出沉积物的积淀、或者在涡流流量计中进行生产控制数据检测。

在那些密度较大的(剥离的、腐蚀的、沉积的)原材料介质输送中,可以利用故障诊断分析功能及时地发现测量系统的变化。在Endress+Hauser公司的测量仪表中,这些功能都可在仪器设备扩展的(高级故障诊断分析)故障分析功能中实现。另外,以辅助软件形式出现的扩展功能可以在每一个仪器设备中补充安装。所记录的流程工艺参数和测量数据,例如:质量、密度、温度或者阻尼管检测到的阻尼,都可以与规定的参考值进行比较。每一个比较的数据都可以独立的调节其最大和最小极限值,供上下极限报警提示用。“这样的极限值功能不仅方便了维护保养周期的计划编制,而且能够在临界应用状况下及时的更换测量仪表,或者在必要的清洁维护周期对仪表进行清洁维护。”


图2 “流程工艺诊断分析技术,例如,气泡识别、各种液体介质中的杂质识别或者流体介质干扰的识别等等,尽管对于流程工艺过程的干扰有很好的早期识别能力,但是它们只在少数用户中有所要求和使用。”
——Günter Pinkowski先生 ,Krohne公司

在对流程设备进行调整试车时,用户会得到大量的设备诊断分析数据。例如ABB公司的流量测量技术就有接地检验功能,对接地的质量好坏进行测评,并显示出可能出现的错误。

另外,管道上的隔热层或者具有导电性能的污垢层也能够影响检测的准确性。这种污垢程度的显示功能能够更好的在规定周期内对沉积物进行监控。Giebenhain-Wagner女士说:“这样就可以有计划的进行流程设备的检修,能够避免因突发事故而停机。”

简单的信息处理

简单的信息处理是ABB公司测量仪表的重要特点之一。无论是何种类型的故障诊断功能,用户都能得到易于理解的文字性报警提示,包括可能的错误根源以及如何处理的提示。

为此,西门子公司设计了新的算法语言。Niemann Goebel先生对其中的重要步骤进行了介绍:“通过在实验室和现场设备中的大量试验使我们成功地完成了不同模式信号的汇总和定义。”西门子未来的科里奥利质量流量计将在空气/天然气领域中使用。这样,用户就可以确定空气和天然气的体积极限值,使得测量仪表能够在适当的时候转换到安全模式下工作。另外,由于仪表还能够测定测量误差,因此可以按照用户的特殊要求编制具有故障诊断功能的控制程序。

新的可能性

Niemann Goebel先生相信,下一代科里奥利质量流量计、超声流量计将会提供更多的故障诊断分析功能。改进的傅立叶算法语言结合功能强大的信号处理程序能够识别多相气体在干扰情况下的状态。“经过长期的研究,已经有利用科里奥利质量流量计对多相气体进行识别的案例了,但识别质量的波动还较大。”Niemann Goebel先生解释说道。利用新的算法语言能够大幅度的提高识别质量,从而得到更加准确的检测结果。“利用新的算法语言,就可以在测量仪表很少的情况下得到精度很高的测量结果、保障了检测的可靠性,提高了生产效率,改善了生产过程的管理水平。”

Krohne公司研发生产的Optiflux电磁流量计已经能够完成所有Namur技术规范要求的流程工艺诊断分析,并且还补充增加了流程介质转换识别功能。Pinkowski先生说:“我们认为气体、沉积物、剥蚀和材料腐蚀的识别将会是下一代流程诊断分析技术中的重点。”


图3 “我们早期的诊断分析功能是作为集成设备的辅助功能提供给用户的。今天越来越多的用户向ABB公司提出了自己在特殊应用中的诊断分析要求。”
——Cornelia Giebenhain-Wagner女士,ABB公司

故障诊断分析技术的发展

用户对故障诊断分析技术集成的认识还不足。“流程工艺诊断分析技术,例如,气泡识别、各种液体介质中的杂质识别或者流体介质干扰的识别等等,尽管对于流程工艺过程的干扰有很好的早期识别能力,但是它们只在少数用户中有所要求和使用。”Pinkowski先生说道。Krohne公司对于NE 107技术规范的贯彻落实能够促进测量仪表中诊断功能的集成。

但是在整个市场范围内贯彻落实测量仪表的功能集成还仅仅处于起步阶段。在仪表的可用性和故障诊断分析集成技术贯彻落实中的最大问题是如何与控制系统和主控系统集成。通过NE 107技术规范首先要解决的是现场总线仪器设备中故障状态信号表达方式的统一。

Dietrich先生坚信:“用户对实用的流程工艺诊断分析设备在故障诊断分析中的功能有很高的需求,因为这些技术能够明显地提高流程工艺设备的可用性。”基于这一原因,Endress+Hauser公司新的2线制流量和液位计很好地贯彻落实了NE 107技术规范的要求。

仪表设备的生产企业已经感受到新的变化了。Giebenhain-Wagner女士说:“我们早期的诊断分析功能是作为集成仪表的辅助功能提供给用户的。目前越来越多的用户向ABB公司提出了在特殊应用中的诊断分析需求。”NE 107技术规范对状态信号做出了标准化的规定,其定义的分类方法使得故障诊断分析更加简化。过程仪表的生产企业完成了自己的“家庭作业”,落实了用户提出的希望和要求。

专家的建议

关键过程仪表的参数设置是生产企业的事情,那为什么用户还都如此关心参数设置和赋值任务呢?巴斯夫公司的高级技术顾问,Namur AK 3.2流量测量技术委员会主席Armin Brucker先生做了如下解释。

“大多数现场总线仪表的应用都以到货后可以直接安装使用,无需大量的调整设置为前提。最开始的时候,科里奥利质量流量计有几百个参数需要设置,其中的许多参数几年来一直是由生产企业利用专用的仪器设备进行设置,用户购得这种仪表后对只需自己特殊要求的参数进行配置。这时,也许就有人会问仪表的参数是否都是正确的?可检测范围的大小是否合适?例如,输出电流最大达20.5mA时(饱和值)的测量范围超差问题。若输出流量超差则检测到的流量将偏小,或者收到达到最小流量的信号的时间将延迟。上述各种情况都可造成流程设备不能安全可靠地运行,影响流程设备的可用性。


图4 “过程仪表的参数设置对于测量的准确性和生产过程的安全稳定至关重要。”
——Armin Brucker先生,巴斯夫公司高级技术顾问,Namur AK 3.2流量测量技术委员会主席

人们对是否真的需要这么多的参数还存在疑问,例如:流体介质在不同的工艺中对低压的规定是完全不同的,处理方式也完全不同。在某些现场总线设备中,不良的介质流量有着完全不同的数值,而在某些现场总线仪器设备中则没有这一功能。因此,我们会问:“流体介质的低压是否真的是一个必不可少的参数?在sSPS应用程序中对这一参数进行匹配是否真的有意义?”

另外,也无需对不同系列的测量仪表规定不同的调整参数,并且在该系列不同规格的产品中都设定这些参数。因为有SIL认证要求仪器设备的参数与无SIL认证要求的仪器设备之间不需要有可追朔性。根据仪器设备所使用的通信方式的不同(模拟式和现场总线),仪器设备不同的参数值是一个值得注意的问题。

上述几个实例表明:在设置仪表的参数问题上需要进行说明。这也就要求生产企业和用户在未来的合作中,把精力集中到关键设备的参数问题上。在新成立的ad-hoc Namur-AK中就设备的参数问题进行讨论,定义了统一的参数标准。他们的工作成果将纳入到新的Namur 推荐技术标准中。”

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