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　　涉及到安全生產(chǎn)、生產(chǎn)，用戶越來越關(guān)心怎樣將設(shè)備維護(hù)工作由被動維護(hù)改變成主動維護(hù)。本文介紹了維護(hù)工作的大體分類、預(yù)測維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)并以控制閥門、變送器和pH分析儀為例介紹了智能儀表的預(yù)測維護(hù)功能，zui后介紹了預(yù)測維護(hù)信息的顯示和改造實(shí)例。
　　
　　生產(chǎn)過程往往要求連續(xù)進(jìn)行，但生產(chǎn)過程所涉及到的設(shè)備（包括工藝設(shè)備、機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、儀表及控制系統(tǒng)等）有可能在使用過程中出現(xiàn)故障，使生產(chǎn)過程中斷。為了減少過程中斷造成的損失CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，在企業(yè)里少不了有一批人專門從事維修工作。維護(hù)工作通常分成三類：
　　
　　●事后維護(hù)。事后維護(hù)，即設(shè)備出現(xiàn)故障時才對它進(jìn)行維修CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，屬被動維護(hù)CONTROLENGINEERINGChina版權(quán)所有，這種“不出故障就不維修”的維護(hù)方式，是zui簡單也是目前用戶采用zui多的維護(hù)運(yùn)行手段。帶來的問題是：出故障造成的設(shè)備停機(jī)時間長，損失大；高備件庫存成本；高超時勞動力成本。
　　
　　●預(yù)防維護(hù)。預(yù)防性維護(hù)通常是一種按計劃提前進(jìn)行的維護(hù)工作，他要求在設(shè)備損壞之前就進(jìn)行維護(hù)工作，如基于時間的維護(hù)計劃、基于條件的維護(hù)計劃等。像某種泵設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)12個月后就要更換其磨損部件，可看成是基于時間的維護(hù)計劃；像某冶金爐每隔50爐次就進(jìn)行維護(hù)可看成是基于條件的維護(hù)計劃。通常他可避免設(shè)備出現(xiàn)故障時才對它進(jìn)行維修所造成的設(shè)備停機(jī)問題，但按計劃維修也會造成設(shè)備*也要維修的“過度維修”問題。
　　
　　●預(yù)測維護(hù)。預(yù)測維護(hù)他包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障預(yù)測、維護(hù)決策支持和維護(hù)活動，屬主動維護(hù)，也稱前瞻性維護(hù)，他根據(jù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測作出故障診斷并針對故障給出：問題描述、預(yù)測信息、維修建議。
　　
　　其中，預(yù)測維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)有：減少事后維護(hù)所造成的停運(yùn)時間長的問題，提高設(shè)備可靠性和可用系數(shù)，延長設(shè)備使用壽命，更好地貫徹“安全*，預(yù)防為主”的方針；克服預(yù)防維護(hù)的盲目性，具有很強(qiáng)的針對性，根據(jù)狀態(tài)的不同采取不同的處理方法，降低運(yùn)行檢修費(fèi)用；減少維護(hù)工作量，降低勞動強(qiáng)度，有利于減員增效，提高經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　針對自動化儀表，多個生產(chǎn)廠家陸續(xù)推出帶預(yù)測維護(hù)功能的智能儀表，本文將選擇性地以幾個產(chǎn)品為例介紹控制閥門、變送器和pH分析儀的預(yù)測維護(hù)功能。　　控制閥門
　　
　　通過智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥故障診斷。定位器內(nèi)部的微處理器定時采集各種傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)算、比較、分析、組態(tài)，將出現(xiàn)異常的信息以報警信號形式輸出。智能型閥門定位器對調(diào)節(jié)閥的診斷可分為在線診斷、離線診斷。在線診斷包括：行程累積、行程方向改變次數(shù)、報警次數(shù)、死區(qū)自調(diào)整、閥門基線位置（比如：閥座的磨損）、zui高zui低溫度下運(yùn)行小時數(shù)、閥門定位時間、執(zhí)行機(jī)構(gòu)泄漏、噪聲診斷等。離線診斷包括：執(zhí)行機(jī)構(gòu)及氣路的密封性、靜特性、階躍過渡及頻率響應(yīng)特性。
　　
　　西門子公司的智能電氣閥門定位器SIPARTPS2可提供較多的額外監(jiān)測功能，狀態(tài)顯示源自故障信號的監(jiān)測。這使用戶在閥門或執(zhí)行器發(fā)生重大故障前能提前檢測到，可避免系統(tǒng)因故障中斷。通過故障信號的指示，例如執(zhí)行器隔膜的損壞、動作滯后等，用戶可利用適當(dāng)?shù)木S護(hù)策略保證系統(tǒng)可靠。
　　
　　變送器
　　
　　一般來說，通過智能變送器的故障診斷能實(shí)現(xiàn)預(yù)測維護(hù)功能，智能變送器的故障診斷功能包括：導(dǎo)壓管堵塞功能診斷、壓力傳感器失效、溫度傳感器失效、傳感器模塊內(nèi)存故障、環(huán)境溫度超限、壓力超限。
　　
　　艾默生過程管理（EmersonProcessManagement）公司推出的3051S變送器采用統(tǒng)計過程監(jiān)控技術(shù)，在過程環(huán)境中它可以對異常情況進(jìn)行檢測，它利用高精度的快速采樣傳感器（每秒20次以上）來測量壓力，將壓力的細(xì)微變化（過程噪聲）轉(zhuǎn)化為統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如：平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、標(biāo)準(zhǔn)差變化率，以及相互間的比例。這一技術(shù)的基本原理是：當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時，各個動態(tài)過程環(huán)節(jié)的噪音特性或變化特性如有改變則意味著過程、過程設(shè)備、變送器發(fā)生或?qū)l(fā)生顯著變化。例如，在流量測量應(yīng)用中，如果差壓變送器一根或兩根引壓管發(fā)生堵塞，特定流量下的標(biāo)準(zhǔn)差值就會發(fā)生顯著變化，由此可檢測出引壓管線堵塞。而以往只有當(dāng)堵塞一段時間以后，變送器輸出始終未隨實(shí)際流量變化而變時，用戶才有可能發(fā)現(xiàn)管線堵塞問題。在另外一些具體應(yīng)用中，還可以檢測出濕氣體中的液體含量的顯著變化及冶金爐內(nèi)火焰熄火前不穩(wěn)定的異常現(xiàn)象。
　　
　　pH分析儀
　　
　　pH分析儀的預(yù)測維護(hù)功能包括狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障預(yù)測、信息顯示和傳輸?shù)裙δ?。在狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上進(jìn)行故障診斷，它所包含的內(nèi)容很多，主要有接線自診斷功能，被測溶液自診斷功能、傳感器自診斷功能等等。接線自診斷功能主要是相關(guān)接線的開路、短路診斷，被測溶液自診斷功能主要是溫度、pH值超限診斷，而zui重要而且zui復(fù)雜的是傳感器自診斷功能，這項(xiàng)功能的診斷重點(diǎn)有以下四項(xiàng)：
　　
　　●玻璃電極阻抗的測定；
　　
　　●參比電極阻抗的測定；
　　
　　●pH傳感器靈敏度的測定；
　　
　　●pH傳感器響應(yīng)時間的測定。　　圖1為半值恢復(fù)時間測定方法示意圖，橫河公司TM20BG型pH計采用這種方法，圖中所示為pH傳感器用清洗劑清洗后再放入過程被測溶液進(jìn)行測試的記錄曲線，pH2是清洗劑的pH值，pH1是過程被測溶液的pH值。AB時間段pH傳感器用清洗劑清洗，其顯示的pH值為pH2；從時間B開始控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，pH傳感器再放入過程被測溶液，此時顯示的pH值不斷上升，直到顯示的pH值穩(wěn)定在pH1，當(dāng)顯示pH值增加了1/2（pH1-pH2）時所用的時間可稱為半值恢復(fù)時間t1，我們可預(yù)先設(shè)定一個時間限制（設(shè)定范圍0.1~10min），當(dāng)檢測到的半值恢復(fù)時間t1超過這個時間限制時，可判斷pH傳感器反應(yīng)遲鈍。
　　
　　預(yù)測信息的顯示
　　
　　一般來說，預(yù)測信息的顯示有兩類方式：直接在智能儀表的面板顯示或在控制系統(tǒng)操作站顯示。
　　
　　1.在智能儀表的面板顯示
　　
　　前面介紹的西門子公司智能電氣閥門定位器SIPARTPS2的故障信號按“交通燈”的方式進(jìn)行分類，用綠色、黃色和紅色扳手顯示在其操作面板上（見圖2）：　　●完好，無維護(hù)請求（無扳手）
　　
　　●需要維修（綠色扳手）
　　
　　●急需維修（黃色扳手）
　　
　　●臨近故障或故障（紅色扳手）
　　
　　另一個例子是霍尼韋爾（Honeywell）公司的APT400系列pH計，在他的LCD顯示面板上，除了主顯示器和輔助顯示器是數(shù)字顯示外（比如主顯示器顯示pH值、輔助顯示器顯示溶液溫度值），其余采用的是象形符號，如圖3中的1，包含的3個帶面部表情的人臉可以分別表示電極的好、中、差三種狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行電極不對稱電位、斜率校驗(yàn)時，如顯示上面的笑臉，則說明電極狀況好（OK）；如顯示中間的無表情面孔，則說明電極狀況尚可；如顯示下面的哭臉，則說明電極狀況差，達(dá)不到校驗(yàn)的度，需要更換電極了。　　第三個例子是梅特勒•托利多（Mettler•Toledo）公司近年來推出的ISM®（InligentSensorManagement，智能傳感器管理）系統(tǒng)，在具有ISM功能的pH傳感器的上部裝有智能芯片，它可存儲傳感器所有相關(guān)參數(shù)和傳感器診斷及預(yù)測維護(hù)功能的算法，通過IEEE數(shù)字式通訊協(xié)議可將pH傳感器的制造廠、傳感器類型、型號、系列號、訂貨號和zui后一次校驗(yàn)數(shù)據(jù)傳送到M700變送器等設(shè)備。M700變送器等設(shè)備在監(jiān)測玻璃電極、參比電極阻抗等參數(shù)的同時，可根據(jù)這些過程歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷并給出預(yù)測維護(hù)的數(shù)據(jù)。上述所有檢測、診斷、預(yù)測數(shù)據(jù)可以在M700變送器顯示面板上顯示，該顯示面板采用LC顯示器，分辨率為240×160。圖4所示為在該面板上顯示的傳感器壽命顯示畫面，這樣的畫面已經(jīng)是與計算機(jī)顯示畫面接近的顯示內(nèi)容詳盡的畫面。在傳感器壽命顯示方框的下方，*行顯示的是傳感器壽命棒狀圖，這個棒狀圖可以形象地看到傳感器壽命大致還有5/6；第二行顯示的是傳感器已工作時間（預(yù)計300天的壽命已經(jīng)使用了48天）；當(dāng)棒狀圖黑色部分填滿時或工作時間達(dá)到300天時，表示pH傳感器壽命已到，應(yīng)予更換；第4行中的CIP、第5行中的SIP分別表示在線清洗、在線滅菌，是醫(yī)藥、食品行業(yè)批量生產(chǎn)中加熱過程的兩個術(shù)語，由于CIP/SIP循環(huán)經(jīng)歷時間較長，且每一循環(huán)要承受一段時間高溫消毒或滅菌，對電極壽命影響較大，所以通常不允許超過預(yù)先規(guī)定的循環(huán)次數(shù)（如本例中規(guī)定的10次），系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對CIP/SIP循環(huán)次數(shù)的自動計數(shù)。　　2.在控制系統(tǒng)操作站顯示
　　
　　智能儀表還可以通過HART、FF等通信協(xié)議將統(tǒng)計參數(shù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。使用這些統(tǒng)計參數(shù)，系統(tǒng)可以檢測或顯示過程環(huán)境下的變化。如果發(fā)生過程異常情況，系統(tǒng)將檢查這些數(shù)值，作出預(yù)測維護(hù)診斷，系統(tǒng)將把這些數(shù)值及診斷結(jié)果送控制系統(tǒng)操作站顯示。
　　
　　西門子公司SIWAREX稱重系統(tǒng)實(shí)際上是一套全集成在SIMATIC控制系統(tǒng)的數(shù)字化稱重解決方案，他突破了通訊和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，在系統(tǒng)測量精度、控制速度、施工周期、長期維護(hù)量等方面與采用常規(guī)儀表方式相比體現(xiàn)出了巨大的技術(shù)優(yōu)勢。
　　
　　由于稱重系統(tǒng)相對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，維護(hù)量比較大，而西門子這種基于SIMATIC的稱重解決方案，是一種滿足減少成本、簡化稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)且能提高稱重系統(tǒng)整體性能新要求的解決方案。
　　
　　SIWAREX系統(tǒng)通過事件記錄功能來實(shí)時記錄稱重的進(jìn)程和狀態(tài)，并且對于不正常的事件進(jìn)行分析，同時診斷緩沖器將會記錄保存zui后的100條診斷信息。通過對稱重傳感器和電纜的關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行長期的連續(xù)的監(jiān)控，我們可以得到關(guān)于稱重系統(tǒng)的預(yù)診斷信息（如圖5所示），以避免設(shè)備停車故障，減少了維護(hù)維修成本。
　　
　　艾默生過程管理公司的AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)中設(shè)置了電子巡檢功能，每隔五分鐘對現(xiàn)場儀表的狀態(tài)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)故障直接可以在報警列表中顯示，提示工人需要對現(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)。電子巡檢與傳統(tǒng)的人工巡檢形成互補(bǔ)（人工巡檢檢查設(shè)備及管線跑冒滴漏，而電子巡檢檢查設(shè)備內(nèi)部故障及組態(tài)的狀態(tài)更改）。　　當(dāng)現(xiàn)場儀表出現(xiàn)故障后，5分鐘之內(nèi)顯示在AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)的報警列表中（見圖6），以聲光方式提示維護(hù)人員，維護(hù)人員可以根據(jù)報警列表的提示信息及時進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)。縮短了故障存在的時間。　　采用增強(qiáng)型的EDDL（電子設(shè)備描述語言）可以用來顯示豐富的過程數(shù)據(jù)診斷信息，如圖7所示，壓力變送器的引壓管堵塞就可以在操作過程中顯示其診斷信息。　　改造實(shí)例
　　
　　有的朋友可能要說：帶預(yù)測功能的智能儀表雖然好，但我們用的都是普通儀表，如何讓他也有預(yù)測功能？
　　
　　換新的智能儀表當(dāng)然是一個辦法，但在某些情況下，改造或許也行，這里就舉一個例子：沙鋼集團(tuán)冷卻裝置有8臺水箱，水箱調(diào)節(jié)閥控制器為FISHER公司早期產(chǎn)品DVC6020HC定位器，由于電氣轉(zhuǎn)換器失控以及定位精度不理想造成水箱流量控制不穩(wěn)定等問題，調(diào)節(jié)閥控制性能不能很好地滿足工藝要求，雖多次修改、優(yōu)化控制程序都效果不佳。2008年進(jìn)行改造，將原有調(diào)節(jié)閥上的電氣轉(zhuǎn)換器（見圖8左）全部換成帶HART通訊協(xié)議的智能定位器FIELDVUEDVC6010PD（見圖8右），增加了閥門在線性能監(jiān)控系統(tǒng)，可以在閥門出現(xiàn)問題而未影響到工藝操作之前發(fā)現(xiàn)問題，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測維護(hù)功能。　　但由于目前使用的系統(tǒng)不支持HART通訊協(xié)議，因此采用HART多路轉(zhuǎn)換器來讀取/傳送HART信息，將裝置16臺閥門連到ValveLink工作站，由ValveLink軟件對閥門實(shí)現(xiàn)帶預(yù)測維護(hù)功能的在線管理（見圖9）。