低压集成电机控制系统(IMCS)的资产监测

发布时间：2009-09-30 来源：ABB评论

        提及工厂运营，没有操作人员希望 发生意外事件。然而，在如今快节 奏、昼夜不停的全球生产模式下， 怎样才能避免突发事件呢？
        将工厂设备的使用状况置于连续的监测之下成为避免突发事件的关 键，同时也是公司成功的秘诀。
        采用预测性和前瞻性维护，或者是基于设备使用状况的维护，可以持续地节约成本和提高生产率。包含资产监测技术的 ABB MNS iS 系 统已在芬兰一家化学公司成功运行，帮助他们改善了维护，并且大大节约了成本。
        芬兰OMG Kokkola 公司是一家 世界领先的以钴为基础的特种化学品生产厂商，产品主要用于电池和硬金属切割工具。由于这些产品的应用极为敏感，公司的钴粉必须满足非常高的质量标准。试想 如果一台笔记本电脑的电池在飞机 上发生爆炸，那么带来的灾难无法想象！
        为了保持系统的先进水平，OMG公司2006 年升级改造了钴化学制品生产线的自动化系统。这次升级改造 的一个重要部分是使低压电机控制中心(MCC) 现代化。为了尽可能改进维护探测手段，OMG 公司选用了 ABB 的MNS iS，这是一种装备了 智能传感器的集成电机控制系统，这种传感器能够测量电流、电压和温度，提供丰富的信息。最有意义的是，它使得基于设备使用状况的 维护方式使用这些信息成为可能。在 OMG 公司，采用先进技术的智能仪器和智能型 MCCs 系统十分平常。现有许多可用的信息，然而却没有 如预期地改进维护工作中。主要区别在于：
        ■信息途径。由智能设备取得的信 息要经过分散控制系统 (DCS) 的 控制器发送， 而不考虑对系统 产生的影响， 因此降低了控制 器的性能， 而且对工厂控制的关键应用会产生负面影响。因 此，DCS 控制器的任务必须着重 于过程控制 (而不是信息管理)。
        ■信息相关性。与工艺操作过程不相关的信息发送给了不需要使用到这些信息的操作人员界面。
        ■信息使用。现场操作人员缺乏确切的指示该采取何种行动，更不能独立地理解信息并转化为必要而正确的执行措施。
        只有当信息传送到受到重视、理解并加以使用时，才有意义。一个统一的环境能够把正确的信息在正 确的时间传送给合适的操作人员，这是现场能实际使用信息的根本 条件。
        装备了智能测量传感器的MNS iS 能够测量电流、电压和温度，提供丰富的信息。
        OMG 公司的维护实践
        OMG 的维护广义上大致可分为两 类：预防式维护和改进式维护。
        预防式维护
        预防式维护是指对所有设备定期进 行全面维护检查，不论是否真正需 要。这是对现场仪器、电机、阀 门、泵等设备进行维护的最普遍做法，并且可以有效防止运行中出现 潜在的费用高昂的停机事故。采用这种低效维修方法的普遍原因是，缺乏实际的数据资料来确定车间机 械、设备和系统是否确有维修的实 际需要。OMG 公司维修计划根据 以往经验或设备发生实际故障而制 定。令人烦恼的是：虽然定期进行了维修，但仍不能保证设备在两次 检查之间不出现停机故障。
        改进式维护
        改进式维护 (或响应式维护) 是指在故障发生后进行的修复过程。在 动态工艺流程下，出现保护脱扣或 过载而影响生产是正常的，但这些 故障可以得到解决。问题是当设 备本身出现故障时， 却不能立刻 更换部件。
        IMCS 系统维护的资产监测传统而言，低压定速电机不会对整 个工厂的运行产生很大的影响， 然而大多数工厂停工却和它们有 关。MCC 系统中任何一台电机出现 跳闸或电机起动器的任何一次故障 都足以中断生产流程。OMG 使用 ABB MNS iS 的资产监测技术旨在探 索低压集成电机控制系统 (IMCS) 领 域内提高维修效率的可能性。 资产监测是一个软件组件，用于将 各个渠道收集到的数据输入到资产文件并对信息进行评估 (见图 1 )。 对状态进行评估，预测可能出现的设备性能降低，并提出补救方案。随后还将故障报告传送给信息负责 人员。

        资产监测器在已安装在工厂中的ABB 系统 800xA 的 DCS 平台上直接运 行。信息收集和显示如图 2 所示。 MNS iS 系统提供一个现场总线接口， 用于与工艺流程相关的数据交换 和控制 DCS 控制器。其它电气信 息和具体的维修详细信息直接通 过 OPC1 ) 服务器传递， 直接安装 在 DCS 操作站的 PC 服务器。资产监 测工作站提供一个专用于维护的单 独工作区：维护人员可以根据自身 工作性质 (例如技术员) 联机并浏览 相关的信息。

        工作区内有四个不同的树形结构， 可用于浏览。每个树形结构都可以 充当助手，而其用途取决于操作人 员的需要。
        ■控制结构：所有子电气站的 IMCS 系统都按照其通信传递结构显示 并浏览。
        ■位置结构：表示工厂中各 IMCS 系 统所在位置。
        ■ 资产结构： IMC S 的结构按照 IMC S 名称分组， 之后按照控 制结构对电机起动器分组 ( 如 DOL, RDOL)。
        ■文件结构：通过树形结构可以访 问所有相关的 IMCS 文件。 在各个不同的浏览结构内，都有几 个以维护为导向的操作面板，显示 所有 IMCS 电机起动器的结构。从四 个树形结构都可进入这些显示屏幕 。
        OMG 使用 ABB 的 MNS iS 资 产监测技术旨在探索低压集成 电机控制系统领域有效维护的 可能性。
        IMCS 电机起动器资产监测系统 这种电机起动器资产监测系统能收 集电机、电流接触器和电机起动器 触头的实际使用数据，用以监测设 备状态，预测设备维修的必要性。 资产监测系统可识别出不同的设备 状况，如：
        ■ 设备可以连续运行， 无需切换 开关
        ■设备在某段时间内很少操作或者 不使用
        ■设备容量设计过大或不够，可作 相应的维修
        资产监测系统还能连续记录和评估 所有事件、警报和跳闸，以确定确 切的维护行动指导。它把这些状况 归纳为电气、机械、操作和工艺流 程几类。这种分类使其有可能来鉴 别并直接把信息传输给合适的操作 或维修人员，由他们采取必要的行 动。这些状况还可进一步分为严重 程度不同的子状况，用来表示资产 性能降低的程度，以便操作人员迅 速做出决定，采取相应措施。这些 状况、子状况以及严重程度的描述 如图 3 所示。

        右键单击资产监测系统状态图标 可打开一个新的窗口，显示出经过 分析的问题或状态，并回答了下列 问题：
        ■问题是什么，问题在那里？
        ■问题的类型和严重程度？
        ■问题是如何引起的？
        ■最先采取行动的操作员是谁 (例 如：与操作还是与维修相关) ？
        ■需要采取什么具体行动解决问题 ? 如果有 E-mail 或 SMS 服务器，故障 报告可以直接传输给相关的操作人 员来着手解决问题。
        电机起动器维护面板
        为了支持电气操作员，电机起动器 面板有一张电机起动器的单线图 (见 图 4 )。面板包含有各种在线测量值 和监测的状况信息。此外它还能复 位与维修相关的故障状态。这些状 态包括：
        ■过多热过载 (TOL) 警报
        ■过多热过载 (TOL) 跳闸
        ■过多启动限制警报
        ■过多启动限制跳闸
        ■抽屉插拔次数

        此外，资产监测系统也支持多国语 言。资产监测系统软件包使用的 是 NAMUR2) 指南中规定的颜色、符 号、术语和布局。
        基于资产监测系统的维护
        MNS i S IMCS 系统提供大量的信息 和维修数据。资产监测软件将这些 数据输入维修操作器文本。例如： 基于模块化抽出式电机起动器的技 术的 IMCS 系统，起动器抽屉的插拔 次数很重要。当某一抽屉的插拔次 数达到设定的数值时，电气触头就需要维修，这样可以保证最佳的电 气触头连接和触头压力，从而也保 证电机起动器在生命期内处于最佳 运行状态。
        另一相似的基于状况测量监测的例 子，连续测量触头温度可以监测到 电缆连结不良。资产监测装置也可 进行运行监测，而且可以确定电机 或设备在连续运行中是否需要特殊 的维护，它也可以检查电机起动器 抽屉在维修之后是否插入到原来的 正确位置。此外，也可以对所有内 部零件损耗情况和剩余使用寿命进 行评估，并将其工作状况、维修或 更换计划通知操作人员。所有这些 状态都由资产监测系统连续监测 并作出评估。维修问题被分类为 与电气、机械、工艺过程和操作 等， 然后直接传送给相应的维修 团队。
        资产监测系统是一个软 件组件，可收集来自不 同渠道的数据资料，将 其输入到资产文件中并 对信息进行评估。
        正如操作人员在系统需要维 护时收到通知一样，在系统 状况需要更前瞻的响应时， 操作人员也应收到警告。每 一次故障、安全性或电机 保护功能方面的报警，跳闸前的延 时，以及跳闸的严重程度都可以事 先配置。最重要的是，资产监测系 统对所有电机的热容量都会连续跟 踪。如果电机处于过载状态，系统 就会动态地测算电机可能跳闸的准 确时间，通知监测操作人员并采取 校正行动。当故障即将发生时，所 有的测定值 (包括跳闸电流) 都会被 记录下来用于事后分析，并对故障 生成详细报告，这些在线工作或维 护问题都由 IMCS 系统根据所测得的 电流、电压和温度值进行计算。 IMCS 系统也能跟踪用户定义的整体 状况。例如，当监测与电机或流程 控制联锁相关的外部状态时，都可由用户确定状态细节、原因、严重 程度以及应对措施等具体事项。 电机起动器资产监测系统收集 电机、接触器和触点上的实际 使用数据，用以分析状态、监 测事故，预测维修必要性。
        OMG 公司的期望与评价资产监测系统为改善 OMG 公司现行 维护状态提供了一个机会。其实施 的目标和结果如下。
        添加、修改和使用
        建立资产监测项目主要考虑维持现 有的 DCS 结构和流程控制任务。 对 DCS 控制器不必另增加 编程，流程控制操作不受干 扰，即为了展开工作，系 统不必更改。资产监测计划 容易获得、易于操作、立时 可用。
        这一期望得到了满足。MNS i S 系统可实时收集信息，并 将数据直接传送操作人员而 无须经过 DCS 过程控制器。
        用户友好系统
        OMG 公司希望资产监测系统提供的 维护信息清楚且友好，使用该系统 无需特殊专门技能。
        为了熟悉使用系统，需要对维修技 术人员进行必要的培训。OMG 发现 该系统的技术人员界面易于操作。
        全厂范围的维修工作区
        OMG 要求对连接开关装置的各种维 修活动都能在同一平台上进行，不 用转换开关。该平台往后也可扩展 为一个统一的平台用于全厂范围的 维修。
        OMG 的现场 MNS iS 系统所有的开 关装置都与资产监测平台相连接。 以后，其它所有 ABB 提供的工厂 设备，流程仪表都能连接到同一平 台。ABB 提供的用于第三方设备的 资产监测器，OMG 的操作人员必须 能对其进行现场配置。
        建立资产监测项目主要考虑是 维护现有 DCS 结构和过程控 制任务。
        改进维护实践
        资产监测项目的最主要目的是大大 减少维修量，改善 IMCS 的性能。 资产监测不应该仅仅简单替代传统 的预防或响应式维修管理方法，而 应当把它融入全厂维修项目中，使 其更具价值。图 5 显示出资产监测如 何完善充实传统的例行维护。

        传统的预防式维修基于一定的时间 表， 按一定的时间间隔进行。而 预测式维修也必须定期进行， 但 时间间隔根据需要而定，时间可能 较长， 也可能较短， 维修时间也 长短不一。预防式维修因为要对全 部设备进行维修，因而时间相对长 一些；而预测式维修只在需要时进 行，因而维修时间可能较短。重要 的是，预防式维修是预防性的定期 进行，但在两次维修中间还是难以 防止发生灾难性停机事故。而资产 监测系统的在线状况监控正好避免 了这一缺陷，主要设备信息和设备 性能可以持续不断地处于维修人员 的无线监督之下。
        资产监测系统并不能排除响应式维 修或故障维修。但是它可以有效地 警示操作人员，根据状态发展情况，在事故发生前就能及时采取补救行 动。当发生跳闸或事故时，资产监 测系统可以帮助快速鉴定问题，指 导技术人员解决事故。虽然监测系 统不能完全消除跳闸或事故，但它 可以大大地减少进行响应式维修的 平均修理时间 (MTTR)。
        良好的预测器
        ABB 资产监测技术的前提是不间 断地监测资产实际状况以保证准确 预测维修间隔，从而减少了在维修 间隔期间所发生的故障，改善了设 备工况和提高其使用性，增加了设 备的整体利用率，同时减少了维修 费用。从某种意义上说，这使得取 决于使用情况的预防式维修成为可能。
        把资产监测系统融入全厂综 合全面维修项目中具有重要价值。

        资产监测系统可提供充分的时间去 订购更换部件，因而有助于减少零 备件库存。事故的预防，早期资产问题的预测可以增加工厂设备的使 用寿命。因为资产的消耗也可以得 到监测，这也有助于决定资产设备 的更换是否比修补更经济划算。
        与工艺流程相关的数据和控制联锁 提供给 DCS 控制器，使流程控制通 信更为快速和准确。控制器可以利 用这些数据使流程控制运行更加有 效，更为精确。不同的操作人员都 可以直接获取所需的信息并采取行 动。这些设置也可减少流程和维修 操作人员之间相互等待的时间。
        一套得到很好执行的和基于状况监 测的维护可以减少不必要的维修和 停工时间，提高设备使用性能并降 低维修成本，最重要的是它能使所 有设备的性能达到最优化。