VDI VDE 2650 Blatt 7-2006 Requirements regarding self-monitoring and diagnosis in field instrumentation - Actuators.pdf

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1、ICS 35.240.50 VDI/VDE-RICHTLINIEN August 2006 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Anforderungen an Selbstberwachung und Diagnose in der Feldinstrumentierung Stellgerte Requirements regarding self-monitoring and diagnosis in field instrumentation Actu

2、ators VDI/VDE 2650 Blatt 7 / Part 7 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken as authoritative. VDI/VDE-Gesellschaft Mess-

3、 und Automatisierungstechnik Fachausschuss berwachung und Diagnose von Sensorsystemen in der Verfahrenstechnik VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 1: Verfahrenstechnisches Messen VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 3: Automatisierungstechnik Vervielfltigung

4、auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet/Reproduction evenfor internaluse notpermittedFrhere Ausgabe:02.05Entwurf, deutsch Formeredition: 02/05 Draft,inGerman onlyZubeziehen durch/ Available atBeuth Verlag GmbH, 10772 Berlin AlleRechte vorbehalten /AllrightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.

5、,Dsseldorf 2006Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung. 2 1 Zweck und Geltungsbereich 2 2 Anwendungsspezifische Fehler und Fehlzustnde von Stellgerten. 3 2.1 Pneumatische Antriebe . 4 2.2 Elektrische Antrieb. 4 2.3 Hydraulische Antriebe 8 2.4 Armatur 8 2.5 Stellungsregler 8 2.6 Magnetventil 8 2.7 En

6、dlagen-Rckmeldung 8 2.8 Gesamtsystem 8 3 Tools und Methoden . 9 Schrifttum . 9 Preliminary note 2 1 Purpose and scope 2 2 Application-specific faults and fault conditions for actuators . 3 2.1 Pneumatic drives 4 2.2 Electric drives. 4 2.3 Hydraulic drives . 8 2.4 Valves 8 2.5 Positioners 8 2.6 Solen

7、oid valve 8 2.7 Limit-position feedback 8 2.8 Complete assembly. 8 3 Tools und methods 9 Bibliography 9 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI/VDE 2650 Blatt 7 / Part 7 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 Vorbemerkung Die vorli

8、egende Richtlinie ergnzt die Richtlinie VDI/VDE 2650 Blatt 1 fr Stellgerte. Sie wurde erarbeitet von den Fachausschssen Stellgerte fr strmende Stoffe“ und berwachung und Diagnose von Sensorsystemen in der Verfahrenstechnik“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA), in denen V

9、ertreter der herstellenden und der anwendenden Industrie sowie von den Hochschulen mitgewirkt haben. VDI/VDE 2650 Blatt 7 ist nur gltig in Verbind-ung mit der Richtlinie VDI/VDE 2650 Blatt 1. Preliminary note This guideline supplements the guideline VDI/VDE 2650 Part 1 to cover actuators. It was wor

10、ked out by the technical committee “Monitoring and Diagnosis of Sensor-Systems for Process Engineering“ and the technical committee “Actuators for Streaming Materials” of VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control(GMA) and representatives of manufacturers, users industries and universitie

11、s. VDI/VDE 2650 Part 7 is only valid in context with the guideline VDI/VDE 2650 Part 1. 1 Zweck und Geltungsbereich VDI/VDE 2650 Blatt 7 listet fr Stellgerte (elekt-rische, pneumatische und hydraulische Antriebe, Stellungsregler, Magnetventile und Ventile sowie deren Gesamtaufbau) die wichtigsten an

12、wend-ungsspezifischen Fehler und Fehlzustnde sowie deren Prioritt aus Sicht der Anwender auf. Prioritt 1 bedeutet vordringlich fr die Entwicklung von Diagnose, Prioritt 4 weniger erforderlich. Unter anwendungsspezifischen Fehlern werden keine Gertefehler verstanden. Fehlzustnde bezeichnen Abweichung

13、en von den geplanten Betriebszustnden. Die technische Realisierbarkeit einer Diagnose wurde bei der unten stehenden Liste nicht bercksichtigt. ber eine Kosten-/Nutzenrelation wird hier keine Aussage getroffen. Es werden hier auch Werkzeuge und Verfahren aufgefhrt, die dem Anwender Rckschlsse auf den

14、 Zustand seines Stellgertes erlauben, auch wenn diese Werkzeuge und Verfahren nicht nur einem bestimmten Fehler zugeordnet sind. Vorrangig vor einer Diagnose von Fehlern im laufenden Betrieb ist die Vermeidung von Fehlern durch richtige Auswahl und Dimensionierung des Stellgertes entsprechend dem je

15、weiligen Prozess. Je nach gewhltem Typ oder gewhlter Konstruktion treten einige der unten genannten Fehler nicht auf. Weiterhin sollten korrekter Einbau und berprfung vor und whrend der ersten Inbetriebnahme zur Vermeidung von weiteren Fehlzustnden eine hohe Prioritt genieen. Diagnosemglichkeiten si

16、nd auch fr die Optimierung der Anlagenfhrung von Bedeutung. 1 Purpose and scope VDI/VDE 2650 Part 7 lists the most important application-specific faults and fault conditions for actuators (electric, pneumatic and hydraulic drives, positioners, solenoid valves and valves as well as their complete ass

17、embly) and their priority from the users point of view. Priority 1 means essential for the development of diagnosis measures, Priority 4 means less required. In this context application-specific faults may not be understood as device failures. Fault conditions indicate deviations from the intended o

18、perating modes. The technical feasibility of a diagnosis method has not been taken into consideration in the list of faults/fault conditions. No statements are made here about the cost-value ratio of a specific diagnosis method. Tools and methods which can be used to draw conclusions about the condi

19、tion of an actuator are listed here also albeit these tools and methods cannot be assigned to a certain fault. Prior to a diagnosis of faults in operating mode is the prevention of faults by a proper selection and dimensioning of the actuator suitable for the particular process. Depending on chosen

20、type of actuator or chosen construction some of the listed faults dont arise. Moreover accurate installation and verification before and during the commissioning should obtain a top priority to avoid further fault conditions. For optimisation of the plant operating the feasibility of diagnosis is of

21、 importance also. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 VDI/VDE 2650 Blatt 7 / Part 7 3 2 Anwendungsspezifische Fehler und Fehlzustnde von Stellgerten 2.1 Pneumatische Antriebe Anwendungsspezifisch

22、er Fehler oder Fehlzustand Prioritt Geringfgige Antriebsleckage (Stellungsregler kann die Leckage ausregeln) 1 Erhhte Reibung 1 Zuluftdruck auerhalb Spezifikation 1 Entlftung blockiert 2 Membranschaden 2 Federbruch 3 Federraum mit feuchter/korrosiver Luft beaufschlagt 4 Antrieb blockiert 4 Antriebsl

23、eckage nicht ausregelbar 4 2.2 Elektrische Antriebe Anwendungsspezifischer Fehler oder Fehlzustand Prioritt Drehmomentberwachung fehlerhaft 1 Verschleiss Zahnrad/Spindel 1 Antriebsmoment auerhalb Spezifikation 2 Zu hohe Gertetemperatur 2 Endlagenberwachung fehlerhaft 3 Motorberlast 3 lqualitt auerha

24、lb Spezifikation 3 lverlust 3 Antriebsblockade 4 2.3 Hydraulische Antriebe Anwendungsspezifischer Fehler oder Fehlzustand Prioritt Antriebsleckage nicht ausregelbar 1 ldruck auerhalb Spezifikation 1 Erhhte Reibung 1 Verschlei O-Ringe 1 lverlust 1 Verformte Spindel 2 lqualitt auerhalb Spezifikation 2

25、 Antriebsblockade 2 Federbruch 3 2.4 Armatur Anwendungsspezifischer Fehler oder Fehlzustand Prioritt Leckage Sitz/Kegel auerhalb Spezifikation 1 Leckage Spindel- und Wellenabdichtung auerhalb Spezifikation 1 Vernderung und Verschlei der Spindel (Abtrag, Auftrag durch Verunreinigung) 1 Vernderte Reib

26、ung 1 Korrosion, Abrasion, Abnutzung in der Armatur 1 Blockade der Armatur 2 Vernderung des Bewegungsverhaltens der Armatur 2 Verndertes Losbrechmoment 2 Verformte Spindel 3 Abgerissener Kegel 3 Temperatur der Armatur auerhalb der Spezifikation 4 Kennlinie auerhalb Spezifikation 4 B55EB1B3E14C22109E

27、918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI/VDE 2650 Blatt 7 / Part 7 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 2 Application-specific faults and fault conditions for actuators 2.1 Pneumatic drives Application-specific fault or fault condition Priority Min

28、or drive leakage (position controller is able to compensate for leakage) 1 High friction 1 Feed air pressure off-spec 1 Vent blockage 2 Diaphragm damage 2 Broken spring 3 Spring chamber pressurized with moist/corrosive air 4 Blocked drive 4 Controller unable to make up for drive leakage 4 2.2 Electr

29、ic drives Application-specific fault or fault condition Priority Faulty torque monitoring 1 Abrasion gear/spindle 1 Drive torque off-spec 2 Device temperature too high 2 Faulty limit position monitoring 3 Motor overload 3 Oil quality off-spec 3 Oil loss 3 Blocked drive 4 2.3 Hydraulic drives Applica

30、tion-specific fault or fault condition Priority Drive leakage not controllable 1 Oil pressure off-spec 1 High friction 1 Worn O-rings 1 Oil loss 1 Spindle deformation 2 Oil quality off-spec 2 Blocked drive 2 Broken spring 3 2.4 Valves Application-specific fault or fault condition Priority Off-spec s

31、eat/plug leakage 1 Off-spec spindle and shaft seal leakage 1 Alteration and wear on spindle (abrasion, enlargement through fouling) 1 Altered friction 1 Corrosion, abrasion, wear in the valve 1 Blocked valve 2 Change in valve movement performance 2 Changed breakaway moment 2 Spindle deformation 3 Pl

32、ug torn off 3 Off-spec valve temperature 4 Off-spec characteristic line 4 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 VDI/VDE 2650 Blatt 7 / Part 7 5 2.5 Stellungsregler Anwendungsspezifischer Fehler ode

33、r Fehlzustand Prioritt Fehler in der pneumatischen Einheit des Stellungsreglers 1 Fehlerhafte Wegerfassung 1 Eingangssignal auerhalb Spezifikation 1 Vibration auerhalb Spezifikation 2 Temperatur im Stellungsregler zu hoch/zu niedrig 2 Feuchtigkeit im Stellungsregler 3 Zustzliche Ein-/Ausgabe-Module

34、defekt 3 2.6 Magnetventil Anwendungsspezifischer Fehler oder Fehlzustand Prioritt Nichterreichen der sicheren Stellung 1 Nichterreichen der Betriebsstellung 1 Erhhte Temperatur der Spule 3 Feuchtigkeit 4 2.7 Endlagen-Rckmeldung Anwendungsspezifischer Fehler oder Fehlzustand Prioritt Signalisierung o

35、hne Erreichen der Endlage 1 Keine Signalisierung bei Erreichen der Endlage 3 2.8 Gesamtsystem Anwendungsspezifischer Fehler oder Fehlzustand Prioritt Regelkreisschwingungen 1 Hysterese 1 Vernderte Reibung 1 Spiel zwischen Antrieb und Armatur 1 Bleibende Regelabweichung 1 Unzulssige dynamische Belast

36、ung (Dampfschlag, Joukowski-Sto) 2 Montagefehler 2 Defekt im Anbau zwischen Stellungsregler und Antrieb 2 Leckage der Verrohrung 2 Antriebskraft nicht ausreichend 2 Qualitt der Zuluft auerhalb der Spezifikation 2 Bedienfehler im laufenden Betrieb 3 Unzulssige statische Belastung (Prozessdruck, mecha

37、nische Einbauspannung) 4 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 6 VDI/VDE 2650 Blatt 7 / Part 7 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 2.5 Positioners Application-specific fault or fault condition Priority Fault in the pneumatic unit of

38、 the positioner 1 Incorrect position sensing 1 Input signal off-spec 1 Vibration off-spec 2 Temperature in positioner too high/low 2 Moisture in positioner 3 Additional input/output module defective 3 2.6 Solenoid valve Application-specific fault or fault condition Priority Failure to reach safe pos

39、ition 1 Failure to reach operating position 1 High temperature in coil 3 Moisture, humidity 4 2.7 Limit-position feedback Application-specific fault or fault condition Priority Signal without reaching end position 1 Absence of signal when end position reached 3 2.8 Complete assembly Application-spec

40、ific fault or fault condition Priority Control loop oscillation 1 Hysteresis 1 Changed friction 1 Backlash between drive and valve 1 Persistent deviation of control 1 Inadmissible dynamic stress (steam impact, Joukovsky impact) 2 Faulty mounting 2 Fault in mounting position controller to drive motor

41、 2 Leak in piping 2 Insufficient drive power 2 Quality of feed air off-spec 2 Operator error during operation 3 Inadmissible static stress (process pressure, mechanical installation stress) 4 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher

42、 Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 VDI/VDE 2650 Blatt 7 / Part 7 7 3 Tools und Methoden Tool/Methode Prioritt berwachung und Archivierung der bleibenden Regelabweichung 1 Plausibilittsprfung bei Parametrierung 1 Statusmeldung ber Betriebsart 1 Histogramm fr Ventilposition 1 Nullpunkt- und Endpunktvers

43、chiebung 1 Laufzeitberwachung 1 Auswertung interner Signale zur berwachung des Stellgertes 1 Betriebsstundenzhler 2 Druck-Wegdiagramm 2 Wegzhler 2 Sprungantwort-Diagnose 2 berwachung der internen Temperatur 2 Zhler fr Richtungsnderungen 2 Bedienarchiv 3 Meldearchiv 3 Statusmeldung ber Bedien-, Schre

44、ib-/Programmierschutz 3 Feststellung von Kavitation/Flashing spezifisch Teilhubtest spezifisch Differenzdruckmessung ber der Armatur spezifisch Schallpegelmessung spezifisch 3 Tools and methods Tool/Method Priority Monitoring and archiving of persistent control deviation 1 Plausibility check and par

45、ameter setting 1 Status report on operating mode 1 Histogram for valve positions 1 Zero point and endpoint shift 1 Running time monitoring 1 Evaluation of internal signals for monitoring actuator 1 Operating hours counter 2 Pressure-displacement diagram 2 Total valve travel 2 Step response diagnosti

46、cs 2 Internal temperature monitoring 2 Counter for direction changes 2 Operating archive 3 Report archive 3 Status reports on operator input, overwrite and programming interlock 3 Identification of cavitation/flashing specific Partial stroke test specific Measurement of differential pressure across

47、valve specific Noise level measurement specific B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 8 VDI/VDE 2650 Blatt 7 / Part 7 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 Schrifttum/Bibliography VDI/VDE 2650 Blatt 1 : 2006-08 Anforderungen an Selbst-berwachung und Diagnose in der Feldinstrumentierung; Allgemeine Anforderungen (Requirements regarding self-monitoring and diagnosis in field instrumentation; General requirements). Berlin: Beuth Verlag B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08