转载：智能仪表故障在线自诊断技术的发展和应用
日期：2011-8-16 16:06:54 点击：
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摘 要] 随着生产过程自动化水平的提高，过程仪表的维护技术发展到了一个新的阶段，如何在线对过程仪表进行故障检测并诊断故障，减少甚至防止事故的产生是仪器仪表智能化要解决的一个重要问题。本文将阐述部分智能仪表故障在线自诊断的原理、功能及其应用。
[关键词] 智能仪表 故障在线自诊断 预测性维护
Intelligent Instrument Inline Fault Self-Diagnosis Technology and Applications
FANG Yuan-bai
Abstract: Along with the production process automation levels enhancement, the maintenance technology of the process instrument development into a new stage, how online carried on the failure detection and diagnoses to the process instrument, reduce or even prevent the accident is an important problem for a intelligent instrument needs to solve. This article describes inline fault self-diagnosis information of partial intelligent instrument from principles, functions and its application.
Key words: Intelligent instrument Inline fault self-diagnosis Predictive maintenance
1 概述
生产过程通常要求长期连续进行，但生产过程所涉及到的设备（包括工艺设备、机械设备、电气设备、仪表及控制系统等）有可能在使用过程中出现故障，使生产过程中断。在需要24小时不停运转的工业生产过程中，如果由于仪表故障引发突然的停机事件是不可容忍的，对过程仪表的维护人员来说这是非常重大的失职。人们正在不断地摸索新的维修方法和新的维修体制，来避免仪表设备故障造成的生产损失和材料浪费，其中预测性维护就是发展非常迅速的一项技术。
预测性维护技术包括设备状态监测、故障诊断、故障预测、维护决策支持和维护活动，首先要根据设备状态监测作出故障诊断，然后针对故障给出：问题描述、预测信息、维修建议。由此可见，其中关键的一环是设备状态监测、故障诊断的在线自诊断技术。
针对各类自动化仪表，多个生产厂家陆续推出一些带故障在线自诊断功能的智能仪表，本文将选择性地以几个产品为例介绍带故障在线自诊断功能的数字式阀门控制器、质量流量计、变送器、pH分析仪和电子皮带秤。
2 数字式阀门控制器
阀门目前是故障在线自诊断最热门的产品，他通过智能型阀门定位器对控制阀进行故障诊断。定位器内部的微处理器定时采集各种传感器的数据并进行运算、比较、分析、组态，将出现异常的信息以报警信号形式输出。智能型阀门定位器对调节阀的诊断可分为在线诊断、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小时数、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。
美国沃夫克里克（Wolf Creek） 核电厂通过使用艾默生过程管理的 Fisher? FIELDVUE? DVC6000数字式阀门控制器（见图1）替代老式气动定位器，FIELDVUE ?DVC6000系列仪表具有阀门性能诊断功能，与AMS? ValveLink? 软件配套使用，可以监控该核电厂用于给水系统的关键阀门。该仪表和软件可提供在线、实时的阀门位置和运行状况数据，包括一些变量，如阀门填料摩擦状况等。这些性能数据易于保存和历时追踪，可确保工厂的操作人员预先进行阀门诊断及维护。
通过阀门诊断技术，操作人员发现给水调节阀的填料法兰上聚集了石墨灰尘，这说明为了稳定阀门并防止阀芯震动，填料在不断摩擦，摩损加大，而这样持续下去将因填料失效致使阀门故障，导致工厂随时意外停工。当时工厂需要保持阀门正常运行到下一个用来补给燃料的计划停工时间还有18个月，他们决定在阀门正常运作时，在填料中注入密封剂，加密封剂可以延长填料的使用寿命并确保阀门继续正常运作。但注入工艺需要仔细监控，因为密封剂有可能会影响填料的摩擦力。摩擦力太小，阀门仍然会泄漏和振动；摩擦力太大，阀门将会停止工作。 在注入密封剂的过程中， FIELDVUE? DVC6000定位器在线阀门诊断功能可以记录驱动信号、阀门位置及填料摩擦力等参数，通过精确的测试和监控，维持了系统的稳定性并使阀门一直保持运作，避免了工厂停工的巨额损失，而该工厂停工一天即会损失1百万美元[1]。
图1 DVC6000数字式阀门控制器
3 质量流量计
齐鲁石化储运厂的汽车装车系统担负着乙烯新区产品的汽运出厂任务，年出厂苯、环氧氯丙烷，对苯等产品70余万吨。该工号现有20套汽车装车系统，现场环境属于防爆Zone I ，质量流量计在选型时采用隔爆型。为了保证装车系统累计流量精确，需要定期对质量流量计进行调零，而现场的防爆要求不允许隔爆型仪表带电打开防爆箱操作。
储运厂于2000年通过国际ISO-9001的认证，要求所有计量器具的参数修改做到有文档记录。但是实际工作中，文档记录通常会不够完整及时，与规范管理有差距。
由于工艺原因，液体物料传输过程中会混入气泡，形成两相流，造成仪表的测量误差。两相流不易及时发现，尤其是不严重的两相流，往往要到装车结束后操作人员才会发现，从而影响装车效率和客户满意度。因此尽早发现故障、降低测量误差十分重要。
为了寻求解决方案，储运厂选用了艾默生过程管理下属高准公司CMF300 9701及CMF300 1700质量流量计，质量流量计具备两路输出接口，一路为脉冲输出，接入到传统的脉冲计数器，以进行质量累加运算；另外一个端口为HART通讯协议端口，HART指令中包括组态信息、诊断信息及仪表标定调零信息（见图2）。
图2 系统构成原理图
高准质量流量计内置在线诊断功能，可以检测管道内存在气泡的两相流、仪表断电及传感器的其他故障。系统还安装了AMS智能设备管理软件，实时采集质量流量计的在线诊断信息，实现了电子巡检，很多故障可以在控制室发现和解决。原来影响测量精度的两相流可以根据AMS的提示及时发现，并做出相应的检查和处理。还可以直接在上位机对质量流量计的组态进行修改，减少了操作人员出入防爆区域的次数[2]。
4 变送器
ABB公司2600T压力变送器（见图3）预先规定了一组诊断信息，以识别下面所列的设备故障：电路板硬件故障、机械装置硬件故障、电路板温度过高、存储器错误、测量错误、设备未初始化（未自校准）、自校准失败、零点误差、电源故障、组态无效、测量超限、温度超限、静态压力超限、传感器失灵。
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摘 要] 随着生产过程自动化水平的提高，过程仪表的维护技术发展到了一个新的阶段，如何在线对过程仪表进行故障检测并诊断故障，减少甚至防止事故的产生是仪器仪表智能化要解决的一个重要问题。本文将阐述部分智能仪表故障在线自诊断的原理、功能及其应用。
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Abstract: Along with the production process automation levels enhancement, the maintenance technology of the process instrument development into a new stage, how online carried on the failure detection and diagnoses to the process instrument, reduce or even prevent the accident is an important problem for a intelligent instrument needs to solve. This article describes inline fault self-diagnosis information of partial intelligent instrument from principles, functions and its application.
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1 概述
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预测性维护技术包括设备状态监测、故障诊断、故障预测、维护决策支持和维护活动，首先要根据设备状态监测作出故障诊断，然后针对故障给出：问题描述、预测信息、维修建议。由此可见，其中关键的一环是设备状态监测、故障诊断的在线自诊断技术。
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3 质量流量计
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由于工艺原因，液体物料传输过程中会混入气泡，形成两相流，造成仪表的测量误差。两相流不易及时发现，尤其是不严重的两相流，往往要到装车结束后操作人员才会发现，从而影响装车效率和客户满意度。因此尽早发现故障、降低测量误差十分重要。
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