现代化仪器简化维护

内置诊断和状态监控提高了维护,进程的可靠性
和工厂的可用性

今天的现代世界正在稳步地将我们的日常生活数字化,但大多数化学和石油精炼行业仍然远远落后于当前的技术。由于老旧的操作系统,缺乏接触新技术和仪器维护方面的传统思维,维护过程特别滞后。

一个典型的维护策略在一个化工厂包括执行计划的例行维护,只有在设备失败到引入可靠性或安全问题的点时才反应。然后,如果有备用设备,维修人员就会迅速更换,或者加快从制造商发货的速度。与此同时,这个过程被关闭了。

尽管现在的仪器仪表越来越“智能化”,具有诸如自我诊断和状态监控(图1)等功能,但大多数工厂并没有利用这些功能。不幸的是,97%的智能仪器数据没有被使用。

本文讨论了现代仪器和支持软件如何取代传统的计划和反应性维护策略,这些策略消耗了太多的时间,在人工和不必要的校准方面花费了太多的金钱。现代仪器还通过在工艺必须关闭之前诊断和预测设备故障,极大地提高了设备的可靠性和可用性。

由于诊断信息随时可用,维护人员可以了解所有设备的确切健康状况。这使他们能够在最佳时间执行正确的维护,避免过度维护不需要它的设备。

图1所示。现代仪器,如科里奥利流量计,有内置诊断和状态监测

图1所示。现代仪器,如科里奥利流量计,有内置诊断和状态监测

智能仪器

NAMUR NE 107(图2)是每个仪器制造商在设计和制造设备时都要遵循的标准。它提供了具有明确信息和补救措施的诊断代码,包括所需的维护、功能检查、超出规格和故障。有了这些信息,维护人员就可以获得关于如何进行故障排除和在设备恶化到完全故障之前修复问题的明确指导。

绿色的诊断代码表示仪器运行正常。橙色表示仪器正在进行功能检查,信号无效。蓝色表示仪器信号有效,但需要尽快维护。黄色标识可能导致了不规范的情况,因此是一个不确定的信号。最后,红色表示故障仪表,提供无效信号,需要立即维护。

NAMUR 107数据通过现场总线、以太网/IP、4-20 mA HART、无线HART或其他连接方法作为报警信息(当条件适用时)或由控制系统询问时发送。

现代仪器可以很容易地提供这些数据,因为主要供应商的几乎所有仪器都采用自诊断。自诊断是指当仪器出现问题时,通过持续监测其机械、机电和电子元件的相关内部参数,能够检测出问题。

通常,在仪器的设计阶段,要进行故障模式效应和诊断分析,以识别信号链中的关键部件,从工艺润湿部件开始,然后是机电部件、放大器板、主电子模块和输出。然后将适当的安全裕度分配给每个关键路径或组件。

发送器中的固件持续监控整个信号链的偏差。例如,如果诊断检测到错误,它将发送一个符合NAMUR 107的事件消息。该事件显示在仪器的前面板上,并可用于自动化系统。有些仪器还会发送故障排除提示和补救说明。

图2。几乎所有今天制造的仪器都提供NAMUR 107数据

图2。几乎所有今天制造的仪器都提供NAMUR 107数据

校准和验证

根据行业的不同,仪器必须定期校准。例如,化学工业要求根据IEC 61508和IEC 61511进行验证测试。

在过去的维护实践中,每六个月左右就要进行一次校准,当流量计或压力变送器被绕过或从管道中移除时,过程就会被关闭,可能会被带到实验室进行校准,然后重新安装或放入备用设备中。

在某些情况下,仪器被发现远未校准,一直在给出错误的读数。问题是,超出校准的时间有多久了,生产了多少超出规格的产品?植物不可能知道。

另一方面,许多仪器被发现是完美的校准,所以整个校准过程是浪费时间和金钱。自我验证避免了这种无用的努力。

根据自动化系统的命令或仪器本身启动自验证(图3)。在自验证过程中,诊断程序执行检查并生成一份报告,该报告可用于验证设备是否仍然正常工作。

例如,根据DIN EN ISO 9001:2008第7.6a节“监视和测量设备的控制”,完全符合可追溯验证要求的商用系统是可用的。仪器提供了一个自诊断覆盖率94%或更高(按照IEC 61508),和非常低的未检测的故障率。

图3。无线局域网、蓝牙和网络服务器接口允许技术人员通过智能手机应用程序监控、诊断和配置仪器

图3。无线局域网、蓝牙和网络服务器接口允许技术人员通过智能手机应用程序监控、诊断和配置仪器

支持软件

有了智能仪器,数据不再只是主要的过程变量。它们还包括辅助过程变量、传感器运行状况、传感器性能特征、校准信息和实时诊断。所有这些扩展的信息可以用来改进过程,优化仪器性能,延长仪器寿命和最大限度地提高维护人员的生产力。

但它必须获得,然后通过支持软件进行处理。幸运的是,所有主要的仪器制造商都提供了必要的软件。

通常,解决方案是一个独立的系统,不干扰控制系统的操作。它持续监视和记录仪器运行状况,并使相关人员可以看到该信息,以便他们可以根据需要采取行动。与智能传感器相结合,它可以进行在线自检和验证,延长校准间隔,提供关于安装基础的信息,并帮助识别关键设备(图4)。

处理来自工厂仪器的所有数据可能是具有挑战性的。例如,德国根多夫的一家化工厂,拥有4000多台仪器,测量液位、流量、温度、压力等主要工艺参数。尝试使用控制系统从所有4,000个设备中读取所有扩展诊断信息,分析其问题,并向维护部门发出指示,将是一个令人生畏的问题。

因此,仪器制造商开发了特定的软件包来执行所有这些功能。这些包主要分为两个基本类别:仪表管理程序,它分析来自仪表的实时信息;还有资产管理软件,它可以跟踪工厂里的每一台仪器,并存储重要数据,如手册和部件清单。

当一个特定的仪器制造商可以为它自己的仪器提供信息时,那么工厂中来自不同制造商的所有其他仪器呢?幸运的是,整个仪器仪表行业的标准化使这些信息成为可能。

设备描述(DD)、增强设备描述语言(EDDL)、设备类型管理器(DTM)、HART和现场总线配置文件均可从所有制造商获得,并可从各种网站轻松访问,然后加载到仪器管理程序中。这些定义文件支持各种自动化系统和仪表供应商之间的互操作性。

当一个工厂拥有数千台仪器时,跟踪手册、零件清单、审计报告、维护计划和其他信息可能是一场噩梦。维护资产管理解决方案收集所有这些信息,将其数字化,并通过手持设备或控制系统的人机界面(HMI;图5)。

除了显示仪器手册、零件清单和合规信息外,资产管理软件还跟踪所有仪器活动,包括为满足各种行业和政府规定而进行的校准、验证和维护。该软件还可以生成符合政府和行业标准的审计和监管报告。

资产管理软件还提供维护管理功能。也就是说,它决定什么时候需要维护、校准或验证仪器,并通知维护人员。该软件可以与其他维护管理程序、历史学家和电子表格共享数据。

图4。在状态监视器的HMI上显示每个NAMUR NE107的设备运行状况状态

图4。在状态监视器的HMI上显示每个NAMUR NE107的设备运行状况状态

图5。可以从工作站或手持设备访问资产管理软件中的仪器数据

图5。可以从工作站或手持设备访问资产管理软件中的仪器数据

关于作者

萧豪(Howard Siew)是美国Endress+Hauser (Endress Place, Greenwood, 46143;电话:888-363-7377;电子邮件:howard.siew@endress.com)。他负责与化学工业相关的公司职位的整体业务发展和增长。功能安全、技术创新和应用解决方案是重点。作为他的角色的一部分,他是全球SIG(战略工业集团)的美国代表,这有助于发展长期愿景,品牌,产品方向和教育的公司在行业方向。萧万长毕业于路易斯安十博10吧那州立大学化学工程专业。