控制阀细节分析之十-控制阀预测性维护
李宝华
摘要:以数字式阀门定位器为核心的控制阀数字解决方案旨在控制阀预测性维护,并实现执行机构自
校准、自适应、状态监测、在线动态特性分析和设备故障诊断,使之成为流程工业现场的智能
设备。本文试对控制阀预测性维护技术及部分厂家相关产品进行探讨和细节分析。
关键词:控制阀;预测性维护;状态监测和诊断;细节分析
引言
控制阀是流程工业中采用最多的终端控制元件,决定着过程控制是否及时有效,在整个控制回路
中较为重要但又是长期以来技术比较薄弱的环节。如果控制阀出现故障,控制回路将被迫中断控制操
作,有可能引发更大的系统故障和造成难以估量的经济损失。用户迫切需要对运行中的控制阀状态进
行监测和评估(诊断),希望有较长的运行周期和高可靠性。
以数字式阀门定位器为核心的控制阀数字解决方案旨在控制阀预测性维护,并实现执行机构自校
准、自适应、状态监测、在线动态特性分析和设备故障诊断,使之成为流程工业现场的智能设备。
国内外控制阀的生产厂家众多,造成控制阀品种多、规格多、参数多,质量参差不齐;可配置的
数字式阀门定位器品牌型号也比较多,集成的自诊断软件和实现方式各有特点。这些不同都是关注的
热点。本文试对控制阀诊断-预测性维护技术以及部分厂家产品进行探讨和细节分析。
控制阀典型维护方式
控制阀需要按照厂家要求、设备维护规程和运行状态进行正常使用和有效维护,典型维护方式有:
·被动性维护(ReactiveMaintenance)—计划外随机维护方式。当控制阀出现故障后才采取行动,
根据发生问题大小,进行维修或更换。这种维护方式时间不确定,无计划的维护常常增大维护成本和
生产成本。而故障的误判断,更会扩大检维修工作量和影响正常使用时间。
·预防性维护(PreventiveMaintenance)—计划性周期维护方式。根据技术管理经验制定检维修
实施计划,安排定期维修和状态维修,力求防止控制阀在使用中发生问题。这种维护方式简单地给控
制阀一个检修周期,问题是没有人能确切地掌握哪台控制阀需要检修,以致全部解体检修或轮换解体
检修,常会造成不必要的检修或遗漏有故障隐患的控制阀。若是由非厂家技术人员或未经过厂家技术
培训的人员解体检修控制阀,也常出现检修后还不如检修前的尴尬情况。ARC咨询机构1999年的一份研
究成果中得出“多达60%的计划性控制阀维修是不必要的”的结论。这也从一个侧面说明预防性维护
的不足。
·预测性维护(PredictiveMaintenance)—也称为预见性维护,是使用计算机辅助故障识别和诊
断技术(诊断专家系统)进行超前监测和诊断预警的维护方式。采用新技术的实时在线监测和离线测
试以及专家型诊断软件,在控制阀还没有产生故障前就通过状态参数预测可能出现的情况和预期的时
间,通过预测控制阀设备的功能安全和时间依存性来进行维护。预测性维护注重动态管理和监测以及
设备良好运行的可持续性,从应用上位机诊断软件到数字式阀门定位器集成诊断软件,从传统的计算
机基于模型的数据处理到广义专家系统模拟逻辑思维实现判断和推理,使状态监测和诊断技术得到细
化和延伸,完成高层次的报警和预测,使控制阀预测性维护得以实施。同时数字式阀门定位器也成为
基于故障识别和诊断技术的预测性维护体系的现场智能设备。
计算机辅助故障识别和诊断技术分类(图1)和系统(图2)
计算机辅助故障识别和诊断
基于过程模型基于历史数据
定量方法定性方法定性方法
定量方法
CEQQTA
动态机理仿真神经元网络法
SDQ
定性趋势分析
观测器法概率分类法
FRT-SDQ
基于规则的专
奇偶校验法
家系统
图1分类
控制阀故障识别和诊断
性能监测和故障识别
阀位咬卡气路泄漏弹簧老化本机故障
摩擦力增大
气源故障
阀位卡咬故障
密封填料和输出气路和执执行机构弹簧定位器硬件
气源压力下降
填料函的摩行机构气室泄老化刚度变化电/气转换环
或中断故障识
识别子模块
擦力增大故漏故障识别子故障识别子模节故障识别
别子模块
障识别子模
模块块子模块
块
故障诊断和状态报警
图2典型系统
控制阀预测性维护的发展
早期的控制阀预测性维护是使用智能仪表和专用诊断设
备,如FISHER在1990年推出的便携式控制阀诊断系统
FlowScanner,有较强大的诊断功能,可进行动态扫描、静态点
扫描、阶跃测试和斜坡测试等,但需要专门人员花费一定的时
间来安装各种传感器、运行测试系统并解读诊断结果,而且诊
断常在中断控制阀过程使用时进行。
上世纪九十年代以来,随着数字式阀门定位器的开发使
用,控制阀预测性维护所需的状态监测和诊断功能逐渐转移到
以数字式阀门定位器为中心的诊断体系。数字式阀门定位器配
置安装到控制阀,其自带阀位(行程)、输出、气源等参量传
感器可以直接进行状态监测,内部集成的自诊断功能也日益强
大,并具有通信功能(HART、PROFIBUS、FF等),支持
图3FlowScanner便携式诊断仪
FDT/DTM、DD/EDDL,使用专家诊断软件和开放架构,使控
制阀通过数字式阀门定位器在线自诊断的预测性维护,提升并维持了设备性能,减少了运行故障和提
高了使用寿命,降低了维护成本和工厂运行成本,有显著的经济效益。
目前,各主要控制阀厂商都在着力开发数字式阀门定位器及完善各自的诊断软件,主要有:
FISHER最早推出FIELDVUEDVC(DigitalValveControllers数字阀门控制器)的数字式阀门定位
器和AMSValveLink控制阀诊断软件
Masoneilan有SVIII/SVIIIAP数字式阀门定位器和Valvue控制阀诊断软件
Foxboro有SRD960/991数字式阀门定位器和VALcareTM控制阀诊断软件
SAMSO有3730/3731系列数字式阀门定位器和本机EXPERT/EXPERT+控制阀专家诊断软件及
TROVIS-VIEW监控软件及本机LCD状态和参数显示
azbil(山武Yamatake)有SVP3000alphaplus数字式阀门定位器和Valstaff控制阀诊断软件
FISHERAMSValveLink
FISHER于1992年推出FIELDVUEDVC(DigitalValveControllers数字阀门控制器)系列的数字
式阀门定位器和使用上位机的AMSValveLinkVL1000版控制阀诊断软件,2000年ValveLink提升为
4.0版,现在ValveLink为7.3版,适用DVC2000、DVC5000和DVC5000f、DVC6000和DVC6000f。
初期的DVC只进行参数测量供上位数据采集,此后定位器软件版本先后有AC、HC、AD、PD、SIS、
ODV,其中的PD、ODV版具有本机在线性能诊断功能。DVC系列支持HART通信协议和FF现场总
线,但不支持FDT/DTM。
AMSVaIveLink是基于Windows的应用软件,可以让用户随意访问由DVC系列(尤其是DVC6000
系列数字式阀门控制器)得到的信息。AMSVaIveLink软件有单机版和集成到控制/管理系统(如DeltaV
)
的版本,也能插入其他厂商系统(如横河的PRM)。一般都要在系统中设立单独的VaIveLink/AMS工
作站,故障识别和诊断及其数据都只能存储在上位机中,工作站与控制系统通过Modbus通信。
可利用AMSValveLink软件监视控制阀状态和使用性能,采集重要信息。可在线诊断I/P和气动
放大器的一致性、行程偏差和摩擦力死区和趋势分析,可直观显示特性曲线(ValveSignature)、动态
死区(DynamicErrorBand)与阶跃响应(StepResponse)及其数据。AMSValveLink还有记录跟踪(Audit
Trail)程序和批处理运行(BatchRunner)以及观察控制阀性能的趋势(Trending)。在AMSValveLink
画面上有红/黄/绿的故障、报警、正常状态指示,直接反映问题严重的程度,可组态分类,非常实用。
AMSValveLink可实现的控制阀预测性维护的示意画面举例于图4-图10。
图5AMSValveLink插入在DeltaV控制系统
图4AMSValveLink软件画面
图6AMSValveLink阶跃测试及分析数据
图7AMSValveLink摩擦力测试及分析数据
图9AMSValveLink动态死区测试
图8AMSValveLink摩擦力分析数据
故障
(红)
报警
(黄)
正常
(绿)