Emerson Process Management opracował unikalną technologię SPM (Statistical Process Monitoring), która umożliwia wczesne wykrywanie niepożądanych sytuacji w procesie produkcyjnym.
Rys. 1. Przetwornik ciśnienia 3051S z zaawansowaną diagnostyką
Technologia wykorzystuje fakt, że wszystkie procesy dynamiczne charakteryzują się unikalnym szumem procesowym lub unikalną zmiennością szumu w normalnych warunkach pracy. Odchylenia poziomu szumu procesowego mogą oznaczać, że nastąpiła lub nastąpi niepożądana zmiana w procesie lub związanych z procesem urządzeniach.
Śledzenie zmian w poziomie szumu jest możliwe dzięki tak szybkiemu urządzeniu, jakim jest przetwornik ciśnienia Rosemount 3051S. Opatentowane oprogramowanie w elektronice przetwornika (rysunek 1.) służy do wyliczania statystycznych parametrów charakteryzujących i określających poziom szumu procesowego i jego zmienność (wartość średnia i odchylenie standardowe mierzonego ciśnienia). Proces filtrowania pozwala odróżnić powolne zmiany w procesie (spowodowane zmianami punktu pracy) od rzeczywistego szumu procesowego. Na rysunku 2. pokazano na przykładzie, jak zmiany poziomu szumu procesowego wpływają na wartość standardowego odchylenia, podczas gdy wartość średnia pozostaje stała.
Oprogramowanie przetwornika 3051S oblicza parametry statystyczne równolegle z obliczeniami wartości procesowej sygnału wyjściowego (ciśnienia). Wartości procesowe sygnału wyjściowego nie są w żaden sposób zakłócone przez dodatkowe obliczenia.
Rys. 2. Wpływ zmian poziomu szumu procesowego na średnią wartość i ochylenie standardowe zmiennej procesowej
Urządzenie może na dwa sposoby przekazywać informacje diagnostyczne. Po pierwsze, parametry statystyczne mogą być przesyłane do systemu sterowania poprzez protokół HART. System może wykorzystać parametry statystyczne do zlokalizowania lub wykrycia zmian parametrów procesowych. Po drugie, sam przetwornik wyposażonyjest w wewnętrzne oprogramowanie, które można wykorzystać do określenia normalnego poziomu szumów procesowych. Po zakończeniu procesu uczenia się, przetwornik jest w stanie sam wykrywać istotne zmiany w poziomie lub odchyleniu szumu procesowego i pokazywać je w postaci informacji na wyświetlaczu lokalnym, jako alarm na wyjściu 4-20 mA i/lub poprzez protokół HART.
Działanie
Schemat blokowy diagnostyki SPM przedstawiony jest na rysunku 3.
Rys. 3. Schemat blokowy SPM
Dostęp do wyliczonych wartości statystycznych możliwy jest poprzez protokół HART i komunikator polowy 375 lub oprogramowanie do zarządzania aparaturą polową AMS? Device Manager firmy Emerson Process Management. Wartości te mogą być także w postaci sygnałów analogowych o ile użyjemy konwertera HART.
Przetwornik ciśnienia 3051S HART z zaawansowaną diagnostyką w pełni wykorzystuje zaawansowaną technologię EDDL, która rozszerza możliwości interfejsu użytkownika zarówno w komunikatorach polowych, jak i oprogramowaniu do konfiguracji (np. AMS? Device Manager). Odpowiedni ekran programu AMS? Device Manager dla diagnostyki SPM przedstawiony jest na rysunku 4. Aktualne wartości średniej i odchylenia standardowego, pokazane są linią czerwoną, poziom odniesienia niebieską, a dopuszczalne poziomy linią szarą ? wszystko na jednym wykresie. Na ekranie znajdują się również informacje o ustawionych alertach procesowych, aktualnym trybie diagnostyki oraz znacznik czasowy zdarzenia. Ekran umożliwia włączenie / wyłączenie diagnostyki oraz potwierdzenie zdarzenia. Konfigurowalne parametry przedstawione są na kolejnych ekranach i dokładnie opisane w instrukcji obsługi.
Rys. 4.
Przykłady aplikacji SPM
Diagnostyka SPM może być stosowana dla pomiaru ciśnienia w dowolnej aplikacji. Największe jednak korzyści przynosi w procesach stabilnych lub wolnozmiennych.
Rys. 5.
Wykrywanie niedrożności rurek impulsowych
Przetworniki ciśnienia zwykle są połączone z procesem przez rurki impulsowe o małej średnicy. W niektórych aplikacjach rurki impulsowe są zatykane przez ciała stałe lub zamarzają, skutecznie blokując sygnały ciśnieniowe. Użytkownik z reguły nie wie o niedrożności rurek, ponieważ przetwornik może cały czas pokazywać ostatnią wartość ciśnienia, jaka była w momencie zatkania rurki.
Diagnostyka SPM może zostać skonfigurowana do wykrywania niedrożności rurek impulsowych. Stwierdzono, że w typowych aplikacjach standardowe odchylenie przy danej prędkości przepływu znacznie się zmienia, o ile jedna lub obie rurki impulsowe stają się niedrożne (rysunek 6.).
Rys. 6.
Wykrywanie zmiany składu cieczy
Badania pokazują, że poziom szumu procesowego przy pomiarze przepływu cieczy dwu- i wielofazowych różni się od poziomu szumu dla przepływu cieczyjednorodnych. W takich przypadkach odchylenie standardowe sygnału z przetwornika różnicowego jest większe. Diagnostyka SPM może być zatem stosowana do wykrywania zawilgocenia gazu.
Wykrywanie niestabilności płomienia w piecu w rafinerii
Kolejnym przykładem zastosowania diagnostyki SPM jest wykrywanie niestabilności płomienia w piecu. Piece w rafineriach często spalają gazy odpadowe o różnej wartości opałowej. Powoduje to niestabilność płomienia i w konsekwencji może doprowadzić do jego zgaszenia. Odpowiednio wczesne ostrzeżenie daje użytkownikowi możliwość podjęcia odpowiednich działań.
Wnioski
Dzisiejsi inżynierowie stają przed wyzwaniem zmniejszenia kosztów utrzymania ruchu, kosztów operacyjnych, poprawy jakości produktu i zwiększenia wydajności instalacji. Dla przetworników Rosemount 3051S HART Emerson oferuje oprogramowanie diagnostyczne SPM?, które daje szerokie możliwości śledzenia parametrów, włącznie ze statystycznym monitorowaniem procesu. Umożliwia ono zidentyfikowanie urządzeń wymagających konserwacji lub działających nieprawidłowo. Dzięki zaawansowanym możliwościom diagnostycznym można znacznie ograniczyć czas przestoju instalacji.
www.emersonprocess.pl