浅谈DCS的预测性维护

刘建伟

摘 要：预测性维护是近几年发展比较快的一种设备维护模式。本文从讨论设备维护的三种模式比较以及预测性维护的现状开始，对DCS所实现的几种预测性维护解决方案作了介绍。

关键词：预测性维护;预防性维护;诊断

一、前言

当今的过程控制工业，对控制系统的可靠性要求越来越高，一般都要求控制系统能满足连续可靠的工作，突发的故障停机会造成极大的损失。因此，也对控制系统的维护提出了较高的要求，以最大程度的避免生产的损失和材料的浪费。根据统计，在 1981 年，美国的工厂花费在维护其关键装置系统上的成本超过了 6000 亿美元。在 1991 年，这种成本已经升至 8000 多亿美元，而在 2000 年更是破记录地达到 12000 亿美元。这些数据表明，这些成本的三分之一到二分之一由于采用无效的维护管理方法而被浪费掉。虽然在中国没有这方面的数据统计，但是相信中国目前在这方面的情况和美国当时差不多。

选择错误和原始的维护手段和落后的维护观念是这种无效使用维护支出的主要原因。在强调经济效益的今天，也有越来越多的用户开始意识到过去那种单纯依靠人的直觉和经验来执行控制系统维护计划的方式已经不能再满足过程工业的生产需求了。

二、控制系统维护的模式

控制系统维护一般有三种模式：事后维护、预防性维护和预测性维护。

事后维护，也有人称之为“补救性维护”，“故障后维护”，“运转至出现故障管理”，顾名思义，也就是说控制系统出现故障时对它进行维修。这是种“不出故障就不维修”的维护方式，也是最初级最简单也是目前在国内被用户采用最多的维护运行手段。采用运转至出现故障管理的工厂在机器或系统出现故障之前不会在维护上花费任何资金。运转至出现故障是一种反应性的管理技术，它会在采取任何维护行动之前等待机器或设备出现故障。确切地说，这是一种“无维护”管理方法。它也是最为昂贵的维护管理方法，分析表明，在反应性或事后维护模式下进行维修的成本是有计划或预防性维护模式下进行的相同维护的成本的 3 倍。对维修进行计划安排可使工厂将维修时间和有关的劳动力成本降到最低。它还提供了一种可减少快速交付和生产下降等负面影响的方法。

与这种维护管理相关的主要费用是：

高备件库存成本;

高超时劳动力成本;

机器停机时间长;

生产能力低。

预防性维护（Preventive Maintenance）和预测性维护（Predictive Maintenance）都属于事先维护。

一般地讲，预防性维护可以分为三种类型：

基于时间的维护计划

基于性能的维护计划

基于条件的维护计划

基于时间的维护计划：在特定周期中执行基于时间的维护计划的维护，例如，每隔两个月或每隔六个月。

基于性能的维护计划：可在控制系统设备间里安装的计数器读数来进行。某些设备要根据许多参数或状态来进行操作。这些参数或状态信息可能由控制系统设备间里安装的计数器读数提供。设备上的计数器到达一定读数时，系统就進行维护，例如，每隔 100 个小时的运行时间等。

基于条件的维护计划：控制系统将通过实时状态或操作参数如温度等进行控制。这些参数为实时读数，需要实时对其进行监控。

所有这些预防性维护计划的共同标志是它们都具有计划安排指南。所有预防性维护管理计划都假设，设备状况将在通常适用于该类特定设备的统计时间范围内恶化。例如，某种控制系统的主控单元和工程站、操作员站的计算机通常运转6个月后就要检查易损部件部件。使用预防性维护技术，这种方法的问题是，主控单元和计算机内部的风扇运转状况、灰尘的会直接影响机器的正常工作寿命。如果该计算机在6个月之后可能就不需要进行维护也能正常工作，采用预防性维护的第二种选择甚至更为麻烦。但是，这样可以延长设备的使用寿命  。

预测性维护（PM），也被称之为预知性维护或策略性维护。预测性维护集设备状态监测、故障诊断、故障（状态）预测、维护决策支持和维护活动于一体，足近年来新兴的一种先进维护方式。

预测性维护实际上是一种运转状况驱动的预防性维护程序。预测性维护不依赖于工业或工厂内平均寿命统计数据（即平均无故障时间）来计划安排维护活动。

克服预防性维护的盲目性，具有很强的针对性。根据状态的不同采取不同的处理方法，降低运行检修费用。

减少停运（总维护）时间，提高设备可靠性和可用系数，延长设备使用寿命，更好地贯彻“安全第一.预防为主”的方针。

减少维护工作量，降低劳动强度，有利于减员增效，提高经济效益。

三、预测性维护的现状

在过去的几年里，随着给予微处理器或计算机的仪器仪表的迅速发展，以及维护管理系统的不断完善，尤其是先进以现场总线和工业以太网等通讯技术的高速发展和普及，国内外各大厂家推出了各种先进的预测性维护技术。美国的FitCh博士更是在预测性维护的基本上创立了主动性维护的概念和理论。

总体质量管理（TQM）与lSO 9000的实施也使对PDM计划的需求倍增。TQM与lSO 9000都有维护计划程序的要求，以保证流程及所有组成部分都能连续发挥高性能。

预测性维护在概念的内涵和外延上有狭义和广义之分。

狭义的预测性维护立足于“状态监测”，强调的是“故障诊断”是指不定期或连续地对设备进行状态监测，根据其结果.查明装备有无状态异常或故障趋势，再适时地安排维护;广义的预测性维护将状态监测、故障诊断、状态预测和维修决策多位合一体，状态监测和故障诊断是基础，状态预测是重点，维护决策得出最终的维护活动要求。是一个系统的过程。它将维护管理纳入了预测性维护的范畴。通盘考虑整个维护过程，直至得出与维护活动相关的内容。

四、结束语

任何一种技术都一定会有它的局限性，选择和制定最合适的维护方案，必须是从现场工况和自身的实际情况来判断决定。随着电子技术、传感器技术和通讯技术方面不断突破，我们相信会有越来越多的预测性维护解决方案推向市场;我们也相信因为金融危机的影响，会有越来越多的用户开始考虑如何节约维护成本的问题，而不仅仅是减少投资成本。当然，预测性维护本身是个动态的可持续的管理过程，不可能仅仅依靠几个部门或供应商的努力就能实现，还需要更多人的关注和参与才能体现它的价值。

任何一种先进的技术都不能脱离人的因素，无论是哪一种维护技术都不能脱离人的参与，无论是预防性维护，还是预测性维护，甚至主动性维护，都需要根据实际情况来分析，制定最合适的维护方案，才是达到最理想的效果。

参考文献：

[1]ALF PüTTMER， HEINZ M. N？GEL， Optimization of pump maintenance， Process Worldwide， 4-2004

[2]Peter Cleaveland，.优化过程仪表的7点建议.Control Engineering China.2006，08

[3]任广宏.浅谈设备的预测性维护.建筑与工程.2006年第7期：P94