VDI VDE 2650 Blatt 1-2006 Requirements regarding self-monitoring and diagnosis in field instrumentation - General requirements.pdf

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 Allgemeine Anforderungen Requirements regarding self-monitoring and diagnosis in field instru

2、mentation General requirements VDI/VDE 2650 Blatt 1 / Part 1 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. V

3、DI/VDE-Gesellschaft Mess- 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: Automatisierung

4、stechnik Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet/Reproduction evenfor internaluse notpermittedFrhere Ausgabe:11.04Entwurf, deutsch Formeredition: 11/04 Draft,inGerman onlyZubeziehen durch/ Available at BeuthVerlag GmbH, 10772 BerlinAlleRechte vorbehalten /AllrightsreservedVerei

5、nDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf 2006Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung. 2 1 Zweck und Geltungsbereich 2 2 Begriffe. 3 3 Gewnschter Nutzen von Selbstberwachung 5 4 Selbstberwachung und Diagnose von Feldgerten. 5 4.1 Arten der Diagnose von Feldgerten . 5 4.2 Fehlerquellen 5 4.3 berblick ber di

6、e Selbstberwachung von Feldgerten . 6 4.4 Anforderungen an die Selbstberwach-ung und Diagnose von Feldgerten. 6 4.5 Rckschlsse aus der Diagnose. 9 5 Statussignale 9 Schrifttum . 12 Preliminary note 2 1 Purpose and scope 2 2 Terminology . 3 3 Desired benefit of self-monitoring . 5 4 Self-monitoring a

7、nd diagnosis of field devices 5 2.1 Types of diagnosis of field devices 5 2.2 Sources of faults. 5 2.3 Overview of self-monitoring of field devieces. 6 2.4 Requirements for self-monitoring and diagnosis of field devices . 6 2.5 Conclusions from diagnosis 9 5 Status signals. 9 Bibliography 12 B55EB1B

8、3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI/VDE 2650 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 Vorbemerkung Die Richtlinie VDI/VDE 2650 Blatt 1 und die NAMUR-Empfehlung NE 107 wurden erarbeitet vom Fachausschuss berwachung und D

9、iagnose von Sensorsystemen in der Verfahrenstechnik“ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisie-rungstechnik (GMA), Obleuten des NAMUR Ar-beitsfeldes 3 Feldgerte“ und von Mitgliedern der International Instrument Users Association (WIB). 1 Zweck und Geltungsbereich In dieser Richtlinie werden die

10、 Vorstellungen von Herstellern und Anwendern bezglich der Nut-zung von Diagnosemglichkeiten in Feldgerten zusammengestellt. Feldgerte im Sinne dieser Richtlinie sind ausschlielich Sensoren und Akto-ren. Mess- und Stellsignale sind die wichtigsten In-formationen von Feldgerten. Darber hinaus sind wei

11、tere Informationen von Interesse, die Aussagen ber ihren Zustand ermglichen und entsprechen-de Manahmen des Anlagenfahrers, des Prozess-leitsystems oder der Instandhaltung einleiten kn-nen. Diese Richtlinie fasst wesentliche Begriffe zusammen, gibt dem Anwender Nutzungshinweise fr die Diagnosefunkti

12、onalitt von Feldgerten, beschreibt Statussignale und ihre Bedeutung und gibt den Feldgerte-Herstellern Entwicklungs-ziele fr die Diagnosefunktionalitt von Feld-gerten durch Auflistung von Fehlfunktionen. Die Anforderungen an den Datenaustausch mit Asset-Management-Systemen sind ausfhrlich in der NAM

13、UR-Empfehlung NE 91 beschrieben und somit nicht Gegenstand dieser Richtlinie. Ebenso wird die Softwareebene, auf der die Ergebnisse der gerteinternen Diagnose ausgewertet werden sollen, nicht behandelt. Das vorliegende Blatt 1 formuliert grundlegende Aspekte der Selbstberwachung und Diagnose in Feld

14、gerten. Gertespezifische Anforderungen siehe Blatt 2 Allgemeine Fehler und Fehlerzustnde von Feldgerten Blatt 3 Durchflussmessung Blatt 4 Fllstandsmessung Blatt 5 Temperaturmessung Blatt 6 Druckmessung Blatt 7 Stellgerte Preliminary note The guideline VDI/VDE 2650 Part 1 and the NAMUR recommendation

15、 NE 107 were worked out by the technical committee “Monitoring and Diagnosis of Sensor-Systems for Process Engi-neering” of VDI/VDE Society for Measurement and Automatic Control (GMA), experts of the NAMUR Working Field 3 “Devices” und mem-bers of the International Instrument Users Asso-ciation (WIB

16、). 1 Purpose and scope This guideline brings together manufacturers and users expectations with regard to making use of the potential for diagnosis of field devices. Field devices in the meaning of this guideline are sen-sors and actuators only. Measurement and actuating signals are the most importa

17、nt information from field devices. Further information about the status of the devices is use-ful and can help the plant operator, DCS system or maintenance staff to take action as required. This guideline summarizes the essential terminology, gives the user some pointers to the use of diag-nosis fu

18、nctionality in field devices, describes status signals and what they mean, and lists malfunctions which can be used to set out development goals for device manufacturers with regard to diagnosis functionality of field devices. As the NAMUR recommendation NE 91 already describes the requirements for

19、data exchange with asset management systems in detail, this guideline will not focus on them. Nor does it deal in depth with the software level, where internal device diagnosis results are evaluated. This Part 1 formulates some fundamental aspects of self-monitoring and diagnosis in field devices. F

20、or device-specific requirements, please refer to Part 2 General faults and fault conditions of field devices Part 3 Flow measurement Part 4 Level measurement Part 5 Temperature measurement Part 6 Pressure measurement Part 7 Actuators B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-

21、08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 VDI/VDE 2650 Blatt 1 / Part 1 3 2 Begriffe Begriffe, die in Zusammenhang mit der Selbst-berwachung und Diagnose von Feldgerten ge-bruchlich sind, werden hier zusammengefasst und gegebenenfalls definiert. Abnutzungsvorrat Vorr

22、at der mglichen Funktionserfllungen, der einer Betrachtungseinheit bei bestimmungs-gemem Einsatz innewohnt (DIN 31051). Aktor Gert, das den Prozess gezielt beeinflusst. Diagnose Analysiert Zustandsinformationen, z. B. aus der berwachung, mit dem Ziel, Ursachen von Fehl-funktionen zu ermitteln. Fehle

23、r Zustand einer Einheit, in dem sie unfhig ist, eine geforderte Funktion zu erfllen, ausgenommen die Unfhigkeit whrend der Wartung oder anderer geplanter Manahmen oder infolge des Fehlens uerer Mittel (DIN EN 13306). Fehlererkennung Feststellung einer unzulssigen Abweichung vom Soll-Zustand bei dem

24、Vergleich gerteinterner Information mit einer Referenz, die z. B. aus Er-fahrungswissen oder physikalischen Gesetzm-igkeiten besteht. Fehlfunktion Anwendungsspezifischer Fehler oder Fehlzustand des Gertes. Feldgerte Ausschlielich Sensoren und Aktoren. Inspektion Manahmen zur Feststellung und Beurtei

25、lung des Ist-Zustandes (DIN 31051). Instandhaltung Manahmen zur Erhaltung und Wiederherstellung des Soll-Zustandes sowie zur Feststellung und Beurteilung des Ist-Zustandes (DIN 31051). Man unterscheidet zwischen geplanter und zustandsori-entierter Instandhaltung sowie anderen Instandhal-tungsstrateg

26、ien (DIN EN 13306). Die Manahmen beinhalten Wartung, Inspektion und Instandset-zung sowie die Schwachstellenbeseitigung. Instandsetzung Manahmen zur Wiederherstellung des Soll-Zustandes (DIN 31051). 2 Terminology Some of the terms commonly used in the context of self-monitoring and diagnosis of fiel

27、d devices are set out below with their definitions where ap-propriate Wear Reserve The remaining capability of a device to perform its function in normal use (DIN 31051). Actuator Device with a purposive influence on the process. Diagnosis Analysis of status information e.g. from monitor-ing, for th

28、e purpose of identifying the causes of malfunction. Fault Status of a unit in which the unit is incapable of performing the function demanded of it, with the exception of disablement during maintenance or other scheduled intervention or due to absence of external input (DIN EN 13306). Fault detectio

29、n Identification of an inadmissible deviation from the specified status when comparing internal de-vice information with a reference consisting of e. g. empirical knowledge or the laws of physics. Malfuncion Application-specific fault or defective status of the device. Field Devices Sensors and actu

30、ators only. Inspection Measures to identify and assess the actual condi-tion of the technical equipment (DIN 31051). Maintenance All measures for maintaining and restoring the target condition as well as determining and assess-ing the actual condition of the technical equipment (DIN 31051). A distin

31、ction is made between scheduled or periodic maintenance and status-oriented or corrective maintenance and other maintenance strategies (DIN EN 13306). These measures may comprise preventive maintenance, inspection and repairs and elimination of weak points. Corrective maintenance Measures to restore

32、 the specified status (DIN 31051). B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI/VDE 2650 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 Interne Gre Im Feldgert ermittelte Hilfsgre oder sonstige Information, die nicht die primre

33、 Gre darstellt, sondern fr interne Zwecke zur Verfgung steht, z. B. Elektrodenpotenzial des MID oder Tempera-tur des Sensorelements. Sensor Gert, das physikalische Messgren aufnimmt und in standardisierte Ausgangssignale umsetzt. Sensorelement Primrer Teil des Sensors, der eine physikalische Messgre

34、 in eine auswertbare Gre umsetzt. Statussignale Statussignale liefern Aussagen ber den Zustand und die Verlsslichkeit des Gertes. Folgende Signale sind festgelegt: Ausfall Auf Grund einer Funktionsstrung im Feldge-rt oder an seiner Peripherie ist das Ausgangs-signal ungltig. Wartungsbedarf Das Ausga

35、ngssignal ist zwar noch gltig, aber der Abnutzungsvorrat wird demnchst er-schpft oder auf Grund von Einsatzbedingun-gen eine Funktion in Krze eingeschrnkt sein, z. B. Alterung der pH-Elektrode. Funktionskontrolle Am Feldgert wird gearbeitet, das Ausgangs-signal ist daher vorbergehend ungltig. Auerha

36、lb der Spezifikation Vom Gert durch Selbstberwachung ermittel-te Abweichungen von den zulssigen Umge-bungs- oder Prozessbedingungen oder Strun-gen im Gert selbst weisen darauf hin, dass die Messunsicherheit bei Sensoren oder Sollwert-abweichung bei Aktoren wahrscheinlich grer ist als unter Betriebsb

37、edingungen zu erwarten. berwachung Erzeugt Zustandsinformationen. Sie gliedert sich in: Selbstberwachung Verwendet gerteinterne und applikationsab-hngige Informationen. Hierzu werden aber keine Informationen anderer Feldgerte heran-gezogen. bergreifende berwachung Verwendet Informationen von mehrere

38、n Feld-gerten und ist nicht Gegenstand dieser Richt-linie. Wartung Manahmen zur Bewahrung des Soll-Zustandes (DIN 31051). Internal variable An auxiliary parameter or information other than the primary variable that is available for internal purposes e. g. electrode potential of the electro-magnetic

39、flowmeter (EMF) or the temperature of the sensor element. Sensor Device that picks up physical measurement vari-ables and converts them to standardized output signals. Sensor element Primary part of the sensor that converts a physical signal into a variable capable of evaluation. Status signals Stat

40、us signals supply information about the condi-tion and reliability of the device. The defined sig-nals are: Failure Output signal invalid due to malfunction in the field device or its peripherals. Maintenance required Although the output signal is valid, the wear reserve is nearly exhausted or a fun

41、ction will soon be restricted due to operational conditions e. g. aging of a pH-electrode. Function check Output signal temporarily invalid (e. g. frozen) due to ongoing work on the device. Out of specification Deviations from the permissible ambient or process conditions determined by the device it

42、self through self-monitoring or faults in the de-vice itself indicate that the measuring uncer-tainty of sensors or deviations from the set value in actuators is probably greater than ex-pected under operating conditions. Monitoring Generates status information, broken down into: Self-monitoring Us

43、es internal and application dependent device information. However, information from other field devices is not used for this purpose. Overlapping monitoring Uses information from several field devices and is not the subject of this guideline. Preventive maintenance Measures for maintaining the targe

44、t condition of the technical equipment (DIN 31051). B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2006 VDI/VDE 2650 Blatt 1 / Part 1 5 3 Gewnschter Nutzen von Selbstber-wachung Mit Hilfe von Selbstberwachung kn

45、nen Feldge-rte Informationen ber ihren Zustand liefern. Sie dient primr dazu, den Messwert des Sensors und die Funktionsfhigkeit des Aktors zu plausibilisie-ren und negative Einflsse auf die Produktqualitt oder gar Anlagenstillstnde durch Ausfall von Feldinstrumentierung zu vermeiden. Wenn die Besti

46、mmung des Abnutzungsvorrats eines Gertes mglich ist, kann diese Information sinnvoll bei der Planung von Anlagenabstellungen verwendet werden. Darber hinaus ist es mglich, Teile der Instandhaltung von der geplanten in die zustands-orientierte Instandhaltung zu verschieben. 4 Selbstberwachung und Dia

47、gnose von Feldgerten 4.1 Arten der Diagnose von Feldgerten Bei der Diagnose von Fehlfunktionen, die in Feld-gerten auftreten knnen, ist prinzipiell zu unter-scheiden zwischen Diagnose im Gert selbst mit Hilfe der Selbst-berwachung (nur diese ist Gegenstand der vorliegenden Richtlinie) und Diagnose d

48、es Feldgerts unter Zuhilfenahme von Informationen anderer Feldgerte, der bergreifenden berwachung. Beispiele fr die Selbstberwachung sind eine Selbstberprfung der Elektronik oder die Fest-stellung der Stromstrke durch die Spulen eines MID. Die bergreifende berwachung erkennt beispielsweise die konst

49、ante Minimal-Fllstandsanzeige infolge undichter Schwimmer- oder Verdrngerkrper als unplausibel, da andere Feldgerte einen Nettozu- oder Abfluss melden 1. 4.2 Fehlerquellen Fehler knnen beispielsweise auftreten: in der Elektronik am Sensor- oder Aktorelement beim Einbau bei der Inbetriebnahme durch Nichteinhalten der spezifi