CBM 传感器和系统

基于状态的维护 (CBM) 有望根据过程性能测量预测机器维护要求。 CBM 系统可以在不影响系统可用性或可靠性的情况下最大限度地减少对设备的维护操作。煤层气利用传感技术、信号处理和软件技术提供了一种高效、经济的维护方法。

基于状态的维护允许您在检测和识别机器性能退化后采取计划的纠正措施。 CBM 系统的主要好处是提高工厂机械和设备的可用性（正常运行时间）。其他好处包括通过减少预防性和纠正性维护时间来降低维护成本，以及通过检测潜在的机械故障来防止二次损坏。

从历史上看，由于涉及成本，基于状态的维护已应用于大型旋转机械，例如电机、泵、发电机、压缩机和类似机器。传感器是成功实施状态维护系统的第一环节。

煤层气的传感技术
煤层气大规模应用中使用的传统传感器可能包括以下类型的设备：

振动传感器（加速度计）测量机器的运动并识别正在发展的机械故障，例如驱动设备未对准或电机安装故障。

磁通线圈和电流读数监控电气状况。电流水平增加可能表明传送系统或粘性（胶粘）带中的轴承磨损。

温度传感器，例如热敏电阻、电阻温度检测器 (RTD) 和热电偶，可监控环境温度和电机表面温度。它们可以确定电机过热情况并指示因轴承过度磨损引起的高框架温度。

热像仪 - 手持式非接触式装置 - 是用于扫描和保存生产设备的温度和红外图像的设备。此数据可用于比较异常操作和正常操作。热量可能是机器损坏或故障的早期指标。

超声波换能器检测泄漏并检查机械和电气部件。

扩大 CBM 的应用
随着传感器成本的降低和当今可用的嵌入式处理能力的增强，CBM 的更多应用现在变得可行且具有成本效益。许多电气设备现在都集成了传感器，这些传感器可以提供性能数据及其基本控制功能。例如，伺服系统和其他驱动系统的用户可以实施预测性维护算法，通过感测驱动器的电流输出来监控电机的输出扭矩（见图 1）。

照片1. 带有伺服驱动系统的百叶窗生产机器。
（照片由 G &L Technologies 提供）

一旦知道“正常”机器周期的每个点所需的扭矩，监控此扭矩曲线并提醒维护人员任何异常情况就相当简单。扭矩输出增加可能表明轴承开始出现故障或其他即将发生的机械问题。有了这些知识，您就可以在下一个预定的维护期间修理机械设备，而不是在意外故障后进行修理。没有扭矩感应功能的不太复杂的运动控制类型（即步进系统）无法提供此类信息。从长远来看，仅根据其辅助预测性维护的能力来安装功能更强大的驱动器可能会更有效。

用于监控机器或过程条件的传感器可以报告数据，但最终是它们所连接的系统提供智能来解释数据并采取行动。

使用逻辑平台的基于状态的维护示例是 pH 测量管理系统。一个应用程序是一个集成的自动清洁、自动校准、自动诊断系统，用于安装在实时过程中的 pH 传感器。可编程逻辑控制器 (PLC) 在探头暴露于磨损或腐蚀性条件的应用中自动测试、清洁和校准 pH 探头。为了测量漂移和效率，PLC 从过程中收回 pH 探针，注入已知的 pH 缓冲液并读取 4-20 毫安 (mA) 输入。 PLC 能够随着时间的推移补偿漂移（偏差/偏移）和降低的效率（斜率），以记录和报告准确的 pH 测量值。根据性能退化曲线，系统还可以预测何时需要完全更换探头。

开放式连接 CBM 系统
今天的分布式监控系统已经转向基于硬件和软件开放标准的架构。基于 PLC 和 PC 的平台通过各种公认的现场总线网络与分布式输入/输出 (I/O) 设备和传感器进行通信，已进入 CBM 应用程序。

用于过程控制的 OPC 或 OLE（对象链接和嵌入）是由许多领先的硬件和软件供应商与 Microsoft 合作创建的行业标准。使用开放式连接技术，无需编程即可将来自工业设备的实时数据传送到上游系统或网页。然后，数据可用于在任何计算机上或任何可访问 Internet 或公司内联网的地方查看、打印或存档。 OPC 技术允许简单且廉价的数据收集和显示，因为它受到众多不同设备的支持。作为额外的好处，OPC 软件能够为使用多个 PLC 品牌的工厂提供更统一的数据显示和记录方法（见图 1）。

图 1. 来自控制系统的基于 OPC 的数据收集提供了有用的数据维护决策。

OPC 软件提供了许多有用的功能，旨在使监控数据更易于访问和使用。例如，动态颜色允许用户一目了然地确定其过程操作的状态。将这些用作预警系统，以提醒操作人员注意操作中的异常情况。数学函数可以在原始数据显示或进一步处理之前对其进行计算。许多现成的基于 OPC 的 CBM 程序现在可用于管理维护工作。

结论
如果实施得当，基于状态的维护系统将有助于降低维护成本、提高机器可用性和可靠性、提高安全性、提高产品质量，并且在许多情况下延长设备的使用寿命。 Carl Hamilton 是 AutomationDirect 的技术专家，AutomationDirect 是自动化和工业控制产品的直销商。如需更多信息，请致电 800-633-0405 或访问 www.automationdirect.com。了解有关自动化的更多信息。常见自动化术语表可通过电子邮件发送给 Reliable Plant 编辑 Paul V. Arnold，邮箱为 [email protected]。