工廠的生產(chǎn)好壞很大程度上依賴于過程儀表的狀況，這些儀表除了流量、液位、壓力及溫度等參數(shù)的傳感器和變送器，還包括分析儀及控制閥。我們需要做好哪些工作，才能在不耗費其它資源的情況下，將現(xiàn)場儀表維持在健康狀態(tài)并且正常的運行呢？這里，現(xiàn)場專家將給出如下幾條可以采取的措施，同時討論了用于描述閥門參數(shù)的EDDL和FDTDTM各自的優(yōu)缺點。
**＃1：正確的選型
做好過程儀表維護的**步工作就是：首先要進行正確的選型。這里的“正確”意味著“適用于實際的應(yīng)用場合”。例如，不必選用一臺復(fù)雜的智能儀表用于低優(yōu)先級的工作。然而，對于關(guān)鍵的過程應(yīng)用，就應(yīng)該選用帶有FOUNDATION現(xiàn)場總線、Profibus或HART通訊的智能儀表。PlantWebEmerson Process Management公司全球營銷經(jīng)理TomWallace說，在對控制精度要求嚴格的地方，選擇合適的儀表類型就顯得極為重要，原因很簡單，因為在傳統(tǒng)4－20mA的信號體系中，變送器部分一定會包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，而控制系統(tǒng)部分也一定會包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，而上述兩種器件都會產(chǎn)生偏差和漂移。他還補充說，除此以外數(shù)字變送器能夠提供并傳輸大量的信息。
其次，使用隔離變送器；雖然絕大多數(shù)DCS及PLC的輸入都是被隔離的，但是某些設(shè)備及其它噪聲源，仍然常常會將大量的電氣噪聲引入系統(tǒng)，并且導(dǎo)致誤差。使用隔離變送器將有助于將此類噪聲的干擾降到*低。
另外，我們建議不要過分依賴于壓力、溫度及液位開關(guān)來單獨進行相關(guān)參數(shù)的控制，因為其故障難于被及時檢測到。比較合理的配置應(yīng)該是將開關(guān)信號作為連續(xù)模擬信號的后備，因為模擬信號的連續(xù)輸出可以很容易被監(jiān)視。
**＃2：正確的安裝設(shè)備
即便是世界上*好的儀表，如果沒有進行正確的安裝，那么也無法發(fā)揮出應(yīng)有的功效，甚至可能被長久損壞。因此，在安裝中一定要注意以下幾點：
·設(shè)備的位置。例如，不能將壓力變送器安裝在蒸汽管道或連續(xù)排水的冷凝器頂部，因為這種情況下，傳感器會在100％的時間內(nèi)暴露在流通蒸汽的環(huán)境中。
· 管道安排。一定要確保流量計的上游具有足夠長的直管段，或者安裝有流量調(diào)節(jié)器。
· 安裝。以適當(dāng)?shù)姆较虬惭b儀表：氣體的朝上，液體的朝下。
· 布線。仔細安排脈沖發(fā)射管的布線。如果實際可行的話，盡量取消它。
· 電源輸入。確保儀表電源的可靠性，沒有電氣噪聲、電涌及尖峰。
· 接地。某些儀表如直讀式頻率計，必須正確接地。要確保屏蔽系統(tǒng)僅在一點接地。
· 環(huán)境溫度。如果傳感器或變送器運行在額定溫度的范圍以外，將大大縮短其壽命。
· 腐蝕性氣體。按照MooreIndustries-International公司市場與銷售副總裁ScottSaunders的說法，化工領(lǐng)域常常出現(xiàn)下述情況：“當(dāng)工人把RTD（電阻溫度計）的測量接到變送器時，經(jīng)常按如下方法操作。維修人員把RTD安裝在一個新的應(yīng)用場合，而且看起來所有運行都很正常。六個月后，維修人員按照預(yù)防性維護計劃對該儀表進行檢查，首先移除RTD的導(dǎo)線，然后接上RTD信號模擬器，把它打在某個溫度檔，再與控制室進行聯(lián)調(diào)，確保信號檢查走完全量程，在4、12、20mA這些檢查點上讀數(shù)一致。一旦檢查完畢，再恢復(fù)RTD與變送器的接線。然而，*大的測量誤差此時再次被引入到整個測量系統(tǒng)，即三線制RTD的導(dǎo)線受到了腐蝕?！碑?dāng)我們使用三線制RTD時，其前提是導(dǎo)線的阻抗值不會改變。然而當(dāng)RTD處于腐蝕性氣體的環(huán)境時，導(dǎo)線阻抗會隨時間而增加。這種情況下，選用四線制的安裝方案將使這一問題引起的誤差降低到*小。
· Class I Div.1區(qū)域的安裝。Saunders說：“我非常吃驚的發(fā)現(xiàn)，大量屬于Class I Div.1的儀表外殼——防爆等級外殼，竟然在其連接螺紋的下方根本沒有很好地密封。我甚至發(fā)現(xiàn)，該等級的儀表在開始投用、校驗及接線期間，雖然也設(shè)置了玻璃蓋，但卻沒有將其連接螺紋旋壓到底，且自始自終壓緊墊圈。這些螺紋存在于那里只有一個原因：在那些氣體碰到空氣之前就先將其冷卻?！薄?br>
一旦儀表安裝就位，那此后的首要任務(wù)就是驗證設(shè)置及安裝的合理性。我們可以使用設(shè)備的自診斷工具來檢查安裝錯誤。如果儀表具有仿真模式，那么還可以利用這一功能檢查并確保所有事項運行正常，Emerson公司的Wallace補充道。
**＃3：順其自然
儀表一旦安裝到位且運行正常，那么*好的方式就是順其自然，直到它發(fā)出故障報警?！案叩燃墐x表都非?？煽亢蜏?zhǔn)確，在將其安裝于工廠以后，基本不需要再進行校驗。你可以直接應(yīng)用儀表廠家的校驗數(shù)據(jù)，然后僅僅需要在儀表安裝在正確的方位并且工藝介質(zhì)都已充滿脈沖發(fā)射管后，進行一次零點校正。你下次再對其進行零點校正，沒準(zhǔn)已經(jīng)是十年以后的事了。Wallace還指出，除非需要重新改變量程，否則，對儀表進行重復(fù)校驗往往適得其反。大家應(yīng)該學(xué)會如何查閱儀表制造商提供的文檔。他還補充說：“儀表廠家進行的校驗，其效果往往好于用戶在自己工廠或現(xiàn)場所進行的校驗。” 
如Emerson ProcessManagement公司提供的示意圖所示，確保流量計上游要么有足夠長的直管段長度（a），要么安裝有流量調(diào)節(jié)器（b）。
圖1
按照Emerson ProcessManagement公司說法，如圖1所示，脈沖發(fā)射管的布線必須仔細，可能的話，盡量縮短其長度。
MooreIndustries公司的Saunders說，上述實際應(yīng)用方案之所以行之有效，主要基于以下兩個原因：“首先，這些設(shè)備本身非?？煽?，而其價格又不太昂貴，因此一旦發(fā)現(xiàn)重大故障，我們完全可以立即更換一臺新的。”其次，數(shù)字儀表都具有內(nèi)置的自診斷工具，如果硬件或軟件發(fā)生故障，基于在線狀態(tài)監(jiān)視就能及時進行報警。
有些維護人員是在很不情愿的情況下，才放棄了原來定期對儀表進行重復(fù)校驗的習(xí)慣。要使其相信重復(fù)校驗儀表確實是不必要的，那么*好的辦法就是建立一套數(shù)據(jù)庫。一臺能夠進行數(shù)據(jù)歸檔的校驗儀器會對此有所幫助，但是有時也正是這么一套數(shù)據(jù)庫，往往會誤導(dǎo)大家。Saunders說，“有些人常常愿意投資于新技術(shù)，如FOUNDATION現(xiàn)場總線或Profibus，但卻沒有建立相應(yīng)的中間層，例如資產(chǎn)管理優(yōu)化包用以充分利用如狀態(tài)位，校驗及漂移等數(shù)字數(shù)據(jù)?！?br>
Moore Industries-International公司建議，對于那些在Class I,Div.1防爆區(qū)域內(nèi)使用的儀表，例如一臺現(xiàn)場安裝的、用于測量天然氣管線表面溫度的變送器，必須向下擰緊外殼螺絲并且壓緊墊片，從而保證相應(yīng)的防爆等級。如圖2所示。
圖2
這樣一個“設(shè)置，然后遺忘”的理念，對于那些要對過程設(shè)備進行驗證的**場合及關(guān)鍵應(yīng)用的測量，并不適用；同樣，對于那些應(yīng)用于苛刻場合，或者可能受到污染或磨損的設(shè)備，也不適用。分析設(shè)備和閥門也屬于此類。如果安裝在腐蝕性、磨損、嚴重振動或極高溫的環(huán)境，那么也需要特別的維護。此外，對某些具有移動部件、且特性隨時間和應(yīng)用場合不同而改變的閥門的維護，上述理念也不適用。
**＃4：觀察傾聽各種征兆
判斷一臺儀表是否運行正常的方法之一是：檢查過程的噪聲。如果一臺儀表的讀數(shù)幾周內(nèi)都沒有變化，那么有兩種可能：一種可能是工藝生產(chǎn)過程非常穩(wěn)定，另一種可能是該儀表已經(jīng)損壞。Emerson公司的Wallace說道，“我想起一次安裝分析儀的時候，一個技術(shù)人員說，‘這臺PH儀已經(jīng)定在7.2這個數(shù)值上18個月了’，后來發(fā)現(xiàn)，其原因是過去的18個月內(nèi)該分析儀的探頭已經(jīng)完全被污垢包住了，結(jié)果是探頭根本沒有辦法測量到當(dāng)前的實際參數(shù)。有時，信號中存在一定的過程噪聲，恰恰說明這臺儀表處于正常工作狀態(tài)，沒有‘死掉’?！?br>
有些變送器內(nèi)置了阻尼系數(shù)為幾秒的功能模塊，通過它可以減小過程噪聲，而正是噪聲信號可以反映儀表是否處于正常工作狀態(tài)。不過，如果我們使用的是FOUNDATION現(xiàn)場總線或Profibus儀表的話，那么即使噪聲在過程變量的信號中并不顯著，儀表也能夠以數(shù)字信號的形式將其顯示出來。該功能對于跟蹤過程噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差是非常有用的。Wallace說，“噪聲的增大意味著以下幾種可能：過程蒸汽中夾帶了空氣、出現(xiàn)了節(jié)涌流、或插入了脈沖線等?！比绻鲜銮闆r發(fā)生在油氣領(lǐng)域，那么就反映了流體里可能含有沙子。
**＃5：關(guān)注次要變量
很多現(xiàn)代儀表都會采集一個以上的變量數(shù)據(jù)，雖然通常情況并不會顯示所有的。例如，很多壓力和流量儀表也同時測量溫度——過程溫度，或者儀表本身的溫度——并且在儀表內(nèi)部還保留了一份相關(guān)記錄，以便日后查閱。EmersonProcess Management公司的壓力產(chǎn)品營銷經(jīng)理PaulSchmeling說，“電子器件都有其*佳的工作環(huán)境溫度，例如，通過內(nèi)置于電路中的鉑電阻溫度計（PRT）可以判斷出相關(guān)電子器件的溫度是否已經(jīng)超出其額定范圍。
**＃6：認真處理必要的報警
一臺儀表能夠通過合理設(shè)置，記錄下它所承受過的壓力變化范圍。有些異常狀況可能會縮短儀表的使用壽命，也可能會導(dǎo)致儀表的零點漂移等動作。我們可以對儀表設(shè)置這么一種信號，用以通知用戶如下一些信息：現(xiàn)在應(yīng)該對該儀表進行檢查；本該關(guān)閉的伴熱輸送卻仍然打開的情形，或相反的情形。
如果我們打算對系統(tǒng)的數(shù)字儀表中所有可能獲取的數(shù)據(jù)都進行監(jiān)視的話，那*大的問題就是所謂的“報警洪流”。當(dāng)過程受到擾動時，往往會從很多地方發(fā)出層出不窮的報警信號，而可憐的操作人員就可能完全被淹沒在“報警洪流”中，而對于那些可能引起潛在可怕后果的報警，卻無法做出及時有效的反應(yīng)。大家*熟悉的，也許就是1979年發(fā)生在美國三哩島的核電站事故，幾乎釀成核災(zāi)難，除此以外，在美國和其它國家都曾發(fā)生過一些類似的事故。
預(yù)防上述情形*有效的方法就是，將所有報警都納入報警管理系統(tǒng)（例如某工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求：每小時只進行六次報警），當(dāng)前的DCS系統(tǒng)都有一些智能化的軟件工具，能夠協(xié)助完成此項功能。如果沒有緊急情況，*好忽略掉一些次要的、不大可能導(dǎo)致重大問題的報警。
Invensys Foxboro公司的現(xiàn)場總線產(chǎn)品經(jīng)理CharliePiper說：“許多設(shè)備都有警戒限和報警限兩類，并且通過高限報警、高高限報警等分類來表明問題的緊急程度。某些設(shè)備可能有多達20－30個警戒限或報警限，因此系統(tǒng)能夠考慮到這些界限的區(qū)別，并且視具體情況而定，觸發(fā)不同的動作序列?！?br>
**＃7：把數(shù)據(jù)變?yōu)樾畔?/strong>
所有從智能傳感器或變送器中獲取的數(shù)據(jù)，如果沒有進行相關(guān)性分析，那么這些原始數(shù)據(jù)并沒有什么太大作用。MooreIndustries公司的Saunders說道，“很多用戶安裝了幾乎所有的獲取數(shù)據(jù)的工具，但是卻缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和報告過程，同時也沒有能夠切實提供預(yù)測性維護的相關(guān)軟件，而這正是獲取投資回報或?qū)x表進行合理校驗所必需的。資產(chǎn)管理系統(tǒng)之所以能夠節(jié)省可觀的維護成本，就是因為它能夠產(chǎn)生某些有用信息，促進設(shè)備維護工作由預(yù)防性維護變?yōu)轭A(yù)測性維護。
資產(chǎn)管理系統(tǒng)對于閥門定位器也很有幫助，F(xiàn)oxboro公司的Piper說，“你可以跟蹤定位器反向的次數(shù)。通常，還能用來跟蹤計算閥桿的累加行程。”而且你還可以判斷出在什么時間某些部件正在變差，他解釋道，“在大多數(shù)閥門定位器中，都有不少設(shè)備參數(shù)。例如能反映閥桿所受到阻力變大的‘過度偏差’，此時控制命令可能是要將閥門開到某個開度，但實際卻無法到達相應(yīng)位置。”然而，通過觀察這些設(shè)備提供的20或30種相關(guān)參數(shù)，就有可能按需要來觸發(fā)動作序列，以解決上述問題，他說。
“如果你能很好地應(yīng)用資產(chǎn)管理系統(tǒng)及適當(dāng)?shù)能浖盨aunders補充道，“那你就可以頻繁測試閥門特性的各項指標(biāo)，觀察元件有無發(fā)生漂移，或者給出有關(guān)預(yù)測性維修（PM）的日程表。”他提到曾經(jīng)有個用戶，通過計算某閥門到達閥座位置的頻繁程度，發(fā)現(xiàn)其頻率并不是很高，尚不需要安排預(yù)測性維修的計劃。這里讓人感興趣的是，該用戶做出上述判斷并非基于資產(chǎn)管理系統(tǒng)，而僅僅是通過一個簡單的HART接口模塊，該模塊每當(dāng)閥桿位置小于1％時都會觸發(fā)一個信號輸入到DCS系統(tǒng)。
而基于資產(chǎn)管理系統(tǒng)采集并進行相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)，就有可能給出一套預(yù)測性維護的策略。但是某些場合，采用老式的預(yù)防性維護、甚至是出現(xiàn)故障再維護的策略，也許是更好的選擇。例如，對于一個需要一周時間才能灌滿或倒空的大儲罐，如果其液位變送器發(fā)生故障，則并不是很緊急。 “*明智的做法往往是無為而治” 總之，如果采用了*新的技術(shù)，或者該設(shè)備不是關(guān)鍵元件，那么通常*明智的做法是：無為而治。Wallace說，“如果儀表或終端元件的某一部分容易磨損或易被污染，且其測量參數(shù)涉及到**、環(huán)境、或重大經(jīng)濟影響，那么預(yù)防性維護或預(yù)測性維修就是必要的。絕大多數(shù)情況下，大家需要把預(yù)防性維護或預(yù)測性維護的觀念，從‘出門干活’轉(zhuǎn)變到‘實時監(jiān)測，如果有需要則進行自動化的診斷’上來。事實上，導(dǎo)致儀表故障的*大原因之一就是：不分青紅皂白，不做嚴謹分析，上去就對儀表進行操作或維修。因此，如果儀表故障可能引發(fā)的后果并不太嚴重時，*好的做法就是別管它，直到徹底壞了再更換它。 描述閥門參數(shù)：EDDL還是FDTDTM 有關(guān)現(xiàn)場設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的*佳通訊方式，各個廠商可謂見仁見智，爭論激烈。目前，在“現(xiàn)場總線戰(zhàn)爭”中，就包括有FOUNDATION現(xiàn)場總線、Profibus、以及其它試圖爭奪支配地位的眾多協(xié)議的支持者們。而對于如何*優(yōu)地處理現(xiàn)場設(shè)備中的可設(shè)置參數(shù)及其呈現(xiàn)給用戶的方式，也尚未達成共識。一方面，某些廠商支持設(shè)備描述語言（DDL）這種方式，并且現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為電子設(shè)備描述語言（EDDL）；另一方面，某些廠商更加傾向于現(xiàn)場設(shè)備工具設(shè)備類型管理（FDTDTM）技術(shù)。
*早的、比較老的技術(shù)是制造商當(dāng)年開發(fā)的設(shè)備描述（DD）文件，包括了每種設(shè)備的基本數(shù)據(jù)。主機在獲取這些數(shù)據(jù)之后，然后呈現(xiàn)給用戶。EmersonProcess Management公司HART及現(xiàn)場總線技術(shù)主管MartinZielinski說，“現(xiàn)場設(shè)備制造商雖然描述了參數(shù)的關(guān)聯(lián)性以及該如何進行分組、該如何進行顯示，但是其準(zhǔn)確格式*終取決于主機?！盕DTDTM技術(shù)就是為現(xiàn)場設(shè)備的維護和組態(tài)而設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。DTM是一種用于設(shè)備維護和診斷的技術(shù)，它可以作為插件用于主機系統(tǒng)的工程和資產(chǎn)管理系統(tǒng)軟件之中。與設(shè)備描述語言不同，設(shè)備制造商提供的DTM插件包含了用于設(shè)備管理和維護的用戶界面，這種技術(shù)使得設(shè)備制造商能夠自己開發(fā)主機應(yīng)用程序，并且可以控制用戶如何瀏覽界面以及界面顯示哪些信息。
*新的技術(shù)進步已使上述兩種技術(shù)在某些方面的區(qū)別變得不明顯了。EDDL已經(jīng)增強了它的圖形功能，“用戶能夠畫出圖表和曲線圖。通過使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲方式，可以將相關(guān)信息存入系統(tǒng)硬盤，并且在將來需要時能夠取回數(shù)據(jù)。”Zielinski說。
Foxboro公司的Piper說：“上述增強功能已經(jīng)開始著手構(gòu)建組態(tài)畫面。不同于原有的簡單參數(shù)表格，如今用戶可以將各種參數(shù)放在不同的畫面，進行合理的分組，并且給定哪些參數(shù)要用下拉式菜單進行選擇。用戶顯示畫面經(jīng)過上述改進，從填空形式變得更像是表格形式?！?br>
但是設(shè)備描述（DD）技術(shù)不論如何增強，從主機制造商的視角來看，還是存在一些限制，Piper說，“由于每種閥門都互不相同，因此我們無法為每種閥門都開發(fā)一個用戶接口，那么，這項工作就不得不由閥門制造商來承擔(dān)。”他仍然主張，F(xiàn)DT相比之下就是解決這一問題的*佳技術(shù)。”
而另一方面，Emerson公司的Wallace卻相信，“EDDL技術(shù)具有很大的潛力，能夠以*小代價獲取*大利益?！彼€引用用戶的支持程度作為其觀點的佐證，“目前有大約有1200種現(xiàn)場設(shè)備使用EDDL，而只有大約110種設(shè)備使用DTM。”他還補充說，“EDDL是一種全球性標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的主機制造商都支持它?！?br>
對此，Piper表示了不同觀點，“目前除了個別廠商，幾乎每個系統(tǒng)制造商都已經(jīng)宣布支持FDT技術(shù)?！?br>
Wallace建議大家對兩種技術(shù)都給予一定的支持，他說“我的建議是盡量采用EDDL技術(shù)，并將其作為標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。只有當(dāng)EDDL、應(yīng)用軟件包、以及使用了EDDL的snap-inssnap-ons等技術(shù)統(tǒng)統(tǒng)都不適用于所需功能時，再考慮試試DTM。”
應(yīng)用DTM技術(shù)將使如下功能變?yōu)榭赡埽涸O(shè)備制造商能夠在其顯示畫面上，包含有例如微軟Windows幫助這樣的功能。就像InvensysFoxboro提供的此畫面所顯示的一樣。見圖3。 
圖3
|
