预测性维护扩大了其接受度

通过Frank J. Bartos,控制工程 一九九九年七月一日

预测性维护是最复杂的工业维护和资产管理技术。这是一种不断发展的前瞻性方法,它将硬件元素(用于感知和收集设备运行信息)与软件元素(用于分析和管理数据)相结合。实际上,预测性维护采用了一系列非破坏性方法来完成其工作;例如:振动分析、油磨损颗粒分析、红外热成像、各种电机电路分析、电机参数监测等。

预测,而不是预防
然后使用历史数据和运行数据进行复杂的数值分析,以估计机器的健康状况并预测设备的剩余寿命。这带来了两个好处。用户可以最大限度地延长机器的使用寿命,并计划现实,具有成本效益的设备更换或维护计划。因此,预测性维护比预防性维护要超前一步。

预防性维护还与全面的历史数据库一起工作,并可以将工厂停机时间转移到非关键时期。然而,这样的维护工作本质上是保守的。设备确实在故障(或相关过程的故障)之前被更换,但更换通常是过早的或不必要的。

从历史上看,预测性维护系统吸引了加工厂或制造设施中更关键的机器,因为这些维护系统的业务风险和高昂的初始成本。“关键设备”通常指的是大型、昂贵的机器,比如涡轮机、发电机和大型电动机。

如今,预测性维护系统的成本呈下降趋势。因此,随着更多类型的工业设备受益,预测方法将得到更广泛的应用。

更多关于供应商、产品
在预测性和预防性维护领域存在着许多供应商。产品和系统的供应也在增加。这里是产品和公司的扩展,超出了主要文章的范围。

除了旋转动力学产品(见主要文章),本特利内华达(明登,内华达州)提供机械热力学评估工具。其Performance Manager 2000 (PM2000)是一款集成了机械和空气/热工况的软件,符合这一类别。PM2000使用微软的Windows NT和95操作系统,就像该公司所有的软件一样。

在本特利3500系列机械保护系统家族的成员中,有3500/92以太网通信网关,它使3500系列设备能够通过用户专用的机械信息网络或共享工厂局域网进行TCP/IP以太网通信。该网关通过Modbus/TCP (Modbus over Ethernet)协议与分布式控制系统、机器控制系统、plc和其他工厂计算机进行通信。

机器关键参数,如油压、温度和流量,通常可以从变送器获得成比例的电压或电流(即4-20 mA)。这些测量可用于保护机械,并为操作人员提供关键指示。过程变量监视器3500/62将这些测量纳入3500系统,作为所有关键参数的简化集成机械保护平台。

本特利公司的主要通信处理器TDIX已经通过TDXnet进行了增强,可以通过以太网更快地处理信息。通过TDXnet以太网扩展,通信处理器可以与Data Manager 2000软件一起快速工作,以支持在机器启动或停机条件下实时查看数据。据说使用TDXnet从DM2000下载和从DM2000下载要快20倍。

Bently Balance是一款用于现场或试验台旋转设备复杂平衡的软件产品,是Bently Nevada的最新产品之一,上市时间为1999年3月。该公司表示,它将具有用于平衡单个或多个转子系统的复杂工具,以及一个高度图形化的用户界面,除其他外,允许“假设”查看不同平衡重量放置的预测转子系统响应。

本利内华达提供全球技术,以保护和管理旋转和往复式机械。应用领域包括涡轮机、发电机、大型电动机等,但是,正如在主要文章中所指出的,这些方法正开始延伸到更小、更多样化的机器上。

美国国家仪器公司(NI, Austin, Tex)提供用于机器状态监测的基于计算机的仪器和软件工具。NI强调基于pc的系统在预测性和预防性维护应用中的积极作用。

凭借其不断增强的功能和连接性,PC为预测性维护操作提供了首选平台。事实上,pc彻底改变了工业测量与现有和未来自动化系统的连接方式,”NI自动化软件营销经理Ryan McDonald评论道。

用于机器监控的仪器不断发展。国家仪器公司提到的一个例子是使用新型光纤传感器连续测量大口径固定式发动机的燃烧压力。在这里,个人电脑面临着将新传感器与现有的老式发动机监视器和控制系统集成在一起的几个挑战。个人电脑还简化了从网络站点获取数据的过程。

Liberty Technologies(宾夕法尼亚州Conshohocken)是Crane Nuclear Inc.的一个分支,提供无损评估系统/服务、状态监测和诊断,以优化设备和工厂的性能。其专有产品通过收集和解释阀门、涡轮机、发动机、压缩机、电机、电机驱动设备、泵和风扇的运行数据来监测状态和性能。先进的诊断技术加上全面的软件分析,使工厂操作员能够避免计划外停机,改善资产利用率,提高工厂安全性。

阀门测试设备包括Liberty的主要解决方案领域。这里的一个产品示例是ValveVision,这是一种便携式仪器,可以测试过程控制阀的性能,而无需昂贵的拆卸。ValveVision精确测量阀杆和填料之间的摩擦力,以及阀门的阀座和非阀座力。该仪器通过串行端口或PCMCIA插槽连接到PC机。

电机管理解决方案代表了Liberty Technologies的另一个产品领域。产品包括永久安装和便携式设备。电机性能跟踪器是安装在电机控制中心的在线设备,可以持续监测关键交流电机的性能和效率,并预测潜在的故障。“跟踪器”连续采样电机状态,性能和电能质量,同时进行40次诊断检查。电机数据很容易下载到分析软件趋势和报告。电机性能分析仪是一种紧凑的便携式现场仪器,可在大型三相电机运行时提供电气和机械性能分析。

电机的重要性
电动机在工业设备中占有巨大的安装基础。监测电机的健康状况可以最大限度地提高运行过程和机器的生产率,并保护用户的电机投资。

罗克韦尔自动化/信实电气(南卡罗来纳州格林维尔)具有PreAlert技术的IQ智能电机是技术在监测机械健康领域取得多大进展的一个例子。电机的主要部件,如电气绕组,轴承和转子可以使用IQ PreAlert技术的嵌入式传感器,逻辑和板载微处理器进行“电子检查”。它通过软件对早期电机故障提供可靠的预警。IQ PreAlert(控制工程)1997年,第7页;1998年3月,第96页)可用于交流感应电机2至500马力(1.5-375千瓦)。数据存储和检索遵循MIMOSA关系数据模式的格式(请参阅本文的MIMOSA在线项目和侧边栏)。

然而,电机注定要在预测性维护中发挥更大的作用。下一代智能产品可能会提供预测和诊断信息。随着新出现的状态监测方法的出现,电机本身可以成为一个“传感器”,监测连接的过程,而不仅仅是电机。

IQ智能电机仍在探索其市场边界。例如,罗克韦尔自动化雅典汽车厂(Athens, Ga.)的客户服务经理Richard Schaefer提到,泵维护是IQ PreAlert技术的一个很有前途的应用。

如今,罗克韦尔自动化/Reliance正在与大学和领先的泵制造商密切合作,开发下一代智能电机/泵系统。“这项活动的关键是开发先进的算法,根据已知的设备设计特征分析收集到的数据。Schaefer先生说:“这种内在的机器设计标准和实际运行数据的集成将为理解复杂系统的运行条件打开大门。”

另一个值得注意的状态监测系统是艾默生电气(St. Louis, Mo.)旗下的计算系统公司(CSI)的MotorStatus。独立版本的MotorStatus安装到电机收集和存储电机操作和累积效应的信息。相关软件通过与预设阈值的比较显示条件和趋势。如果达到限制或需要更深入的诊断,警报会提醒用户。该产品版本已在主要文章中介绍。

MotorStatus的嵌入式版本将于2000年4月发布。该版本适用于40-200马力(30-150千瓦)范围内的交流电机,工作在严重的腐蚀性过程工业环境中。新的MotorStatus产品是CSI和美国电机公司的联合技术。它将嵌入北美市场的USEM电机和欧洲市场的Leroy Somer电机中。USEM和Leroy-Somer也是艾默生电气公司的分支。

最近,来自Framatome Technologies Inc.的EMPATH(电动马达性能分析和趋势硬件)系统进行了改进,包括用于电机测试的远程无人监控功能,以及在数据收集之前确定电机是否运行的触发功能。远程监控既适用于偶尔运行的电机,也适用于对关键电机的连续评估。

FTI表示,这些改进有助于增加EMPATH系统的销售。1998年,EMPATH系统的客户包括波音公司(其第九次EMPATH采购)、礼来制药、台湾电力和佛罗里达电力与照明公司,其中两次销售用于核电站。

FTI是一家为美国工业提供产品和服务的领先供应商,包括商业核能公用事业、美国能源部和其他行业。它提供各种先进的工程,检查,诊断和维修,化学和废物处理服务,以及先进的机器人和I&C系统。FTI是法国巴黎Framatome s.a.的一部分。

维护内裤
PdMA公司(Tampa, Fla)提供便携式电动机测试设备,以及预测性维护程序和相关培训工具。产品包括静态和动态测试仪,可以分析电机和电路条件。评估的典型领域包括转子,定子,气隙,电源电路,电机效率和输入电源质量。数据可以立即进行分析,也可以稍后进行趋势分析。

通用电气工业系统,大型汽车事业部(安大略省彼得伯勒)加拿大)将转子监测系统集成到其大型电机和发电机产品中。该系统被称为保护器II,可以防止由于过度启动或操作不当而导致的大型转子灾难性过热故障。它还提供转子接地故障保护。Rotector II通过机载发射器直接监测选定的转子温度,该发射器通过无线遥测与安装在电机上的接口/接收器模块通信。然后,该模块将数据(通过串行链路)发送到远程安装的GE Fanuc系列90/30 PLC,用于处理和数据分析。保护器II是兼容的GE感应电机和同步电机和发电机。

ECC公司的电源模块事业部(Rockford, Ill.)提供了一种相关技术,可以监测交流电机的功耗,作为传动系统、附加设备和电机上游工艺状况的指示器。基于单片机的功率传感器/瓦特传感器模块构成了功率模块负载与过程监控系统的核心。电机功率而不是电流被监测为电机负载(或扭矩)的更现实的测量。模块化系统据说足够敏感,可以指示流量、压力、粘度等的变化,而无需侵入过程。例如,它可以指示阀门的开启/关闭状态,泵中是否存在用于干运转或汽蚀保护的流体或材料,机床的磨损状况等。

如需更多信息,请输入以下读者服务号码:

本特利内华达 200
ECC Inc.,电源模块事业部。 243
艾默生电气公司/ CSI 201
金通公司技术 202
通用电气工业系统,大型电机事业部。 244
自由的技术 204
国家仪器 206
PdMA集团。 245
罗克韦尔自动化/信实电气 207