自動化儀表的原理及故障維護

馬英武

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引言

當前我國科學技術的不斷進步，使得我國的各個行業(yè)中的技術設備也逐漸趨于自動化。自動化儀表是工業(yè)生產中重要的組成部分，其主要是通過自動化的優(yōu)勢可以對生產工藝過程進行自動檢查、控制等，但其在自動化儀表應用的過程中還存在了一些問題，為此文章對如何有效解決到其中存在的問題展開了研究和探討。

1 自動化儀表的原理

自動化儀表是一種自動化技術工具，包括許多自動化組件，其中諸如傳感器，傳輸和顯示器等組件可以實現(xiàn)測量記錄，顯示控制，方便安裝，簡單的操作和準確性，有著很大的優(yōu)勢，所以它受到工業(yè)領域許多公司的青睞，可以有效提高工作效率，以及在工業(yè)領域的自動化儀器的使用主要是溫度儀器、壓力儀器、物體儀器、流量計等工藝分析儀器。自動化儀表中使用過程中的自動化元件不可避免地會出現(xiàn)故障問題，由于自動化儀表中的各個元件和控制電路都比較復雜，維護起來也比較困難，因此在工業(yè)領域，對自動化儀表的原理進行了研究，并對失效原因進行了分析。因此，實施故障排除和日常維護對于降低自動化儀表的故障，保證工業(yè)企業(yè)在生產過程中的正常運行有著十分重要的意義。

2 自動化儀表的常見故障

2.1 溫度儀表

常見儀器故障主要原因是電阻或補償線的問題，系統(tǒng)故障反映在溫度控制儀器的數(shù)據(jù)偏差中。因此，如果想知道溫度儀器是否存在故障，它可以確定指示值的變化。有兩種情況的溫度控制器的指示值，第一，由于不合理的PID參數(shù)，調整儀器的指示值不穩(wěn)定。第二，儀器本身問題，或由于操作期間的非標準操作，儀器的指令值波動巨大和緩慢。若儀表指示值變動較大，一直顯示最小或最大值，多為系統(tǒng)故障。原因可能是變送器的放大器失靈，或熱電阻、補償導線斷線。若儀表指示值快速振蕩，極有可能是控制參數(shù)PID調整不當。 工業(yè)自動化儀表溫度指示系統(tǒng)多由熱電阻、熱電偶等測溫元件組成，采集完信號之后，借助變送器將其轉為標準信號，然后發(fā)送至DCS系統(tǒng)顯示出來。當DCS系統(tǒng)出現(xiàn)故障，溫度顯示為零時，首先應對輸入DCS模塊信號進行檢查，輸入信號為4mA則變送器發(fā)出的信號與其一致。然后應分析儀表故障，測量熱電偶的信號，信號正常說明變送器極有可能是故障的發(fā)生處，由于變送器故障造成變送器輸出信號一直為4mA，導致DCS系統(tǒng)中溫度指示值在零位置處。遇此故障，應及時對變送器進行檢修處理，若依舊不能恢復，則應考慮更換變送器。

2.2 壓力儀表

壓力儀器包括指針，表示指針不會移動，主要原因可能是旋塞未打開，或者純水管被阻擋到壓力表。指針抖動的原因可能指針被損壞，或中央柱的兩端彎曲，軸的兩部分的旋轉是不同的，主要反映在允許的誤差范圍內，并且主要原因是由于高溫或過載，旋塞泄漏引起的彈簧管變形器。因此，當確定壓力儀器中是否存在故障時，按照儀器上的指針確定故障范圍，然后排除故障和維護。①當壓力傳感器接口發(fā)生漏氣時，很可能就會出現(xiàn)實際壓力很高，但變送器顯示數(shù)據(jù)卻變化不大的現(xiàn)象。引發(fā)此故障的原因也有可能是接線錯誤或電源沒有插接好，以及傳感器的損壞。②對變送器加壓，輸出沒有變化，再次加壓則有變化，泄壓后，變送器回不到零位。造成此故障極有可能是傳感器的密封圈出現(xiàn)問題，如傳感器擰得過緊，致使密封圈進入引壓口，導致傳感器堵塞，此時若加壓的壓力不足，則輸出不會變化；當壓力超過時，密封圈被沖開，傳感器受到壓力，則會出現(xiàn)變化。③發(fā)生此故障時，可拆下傳感器，觀察零位是否正常，若不正常加以調整，若正常應更換密封圈。出現(xiàn)不穩(wěn)定，原因可能是傳感器本身出現(xiàn)故障或抗干擾能力較弱。④變送器和指針式壓力表出現(xiàn)較大偏差，此現(xiàn)象較為正常，只要將偏差范圍控制在規(guī)定標準以內即可。

2.3 流量儀表

在流量計進行故障排除時，判斷與上述兩種方法相同，兩者都被指示值判斷，但故障判斷比上述兩種方法更復雜。在排除流量計時，如果指示值是最小的，首先判斷它是由異常顯示儀器引起的。如果顯示儀器上的所有數(shù)據(jù)是正常的，則下一步是檢查控制閥的開口。如果兩者都正常，那么工作人員需要檢查系統(tǒng)的壓力和逐個管道的平滑度。如果流量計本身存在故障，則主要原因可以是差壓發(fā)射器或過濾器堵塞的正壓泄漏。如果流量計顯示指示值，則主要原因可能是由錯誤操作或調節(jié)閥的不合理開關引起的故障。

2.4 液位儀表

因為儀器本身引起的液位計的指示值不正常，在故障排除過程中，如果儀器本身沒有故障，則操作員可以判斷其出現(xiàn)故障的情況，如果由控制系統(tǒng)問題確定儀器表示該值異常。確定是否存在液位控制系統(tǒng)問題，是否會在操作員的遙控器中更改。如果液位不穩(wěn)定，則可能是過程故障。①液位儀表值達最高或最低時，根據(jù)現(xiàn)場檢測儀表進行判斷，若現(xiàn)場儀表正常，則將系統(tǒng)改為手動調控，查看液位是否變動，若液位能夠在某一范圍內保持穩(wěn)定，說明是液位控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，反之則是工藝方面的原因。②對于差壓式液位儀表，當控制儀表與現(xiàn)場檢測儀表的顯示數(shù)據(jù)不符，且現(xiàn)場儀表不存在明顯異常時，檢查導壓管液封是否正常，若存在泄漏現(xiàn)象，補充密封液，儀表歸零；若不存在泄漏情況，初步推斷是儀表負遷移量出錯，需進行校正。③液位控制儀表的數(shù)據(jù)異常波動時，要根據(jù)設備容量分情況進行判斷，設備容量大的，通常是儀表出現(xiàn)問題；設備容量小的，要先檢查工藝操作，若工藝操作有所變動，極有可能是工藝原因導致的波動，反之就是儀表方面的問題。

2.5 數(shù)字溫度（K型）儀顯示隨室溫變化

補償回路故障是導致數(shù)字儀表隨控制室溫度變化而變化的主要原因，當出現(xiàn)這一現(xiàn)象時，首先要將儀表通入標準信號判斷是否時數(shù)顯儀出現(xiàn)故障，如數(shù)顯儀顯示與標準信號存在較大誤差，可以判定數(shù)顯儀存在故障。對數(shù)顯儀進行維修排除故障后，如數(shù)顯儀顯示依舊隨室內溫度發(fā)生變化，則此時需要檢測補償導線是否存在故障。如通過測試現(xiàn)場冷端和控制室溫差發(fā)現(xiàn)與儀表顯示誤差相當，則可初步判斷補償導線沒有補償作用，此時需要更換補償進行故障排除。

3 自動化儀表故障診斷方法

3.1 定義

自動化儀表是指由傳感元件組成、具有測量及顯示等功能的器具設備，通常由傳感器、變送器和顯示器構成。因操作簡單、精確度和清晰度高，在眾多行業(yè)被廣泛應用。按照用途可分為流量儀表、壓力儀表、溫度儀表、物料儀表等。

3.2 故障診斷方法

在使用過程中，自動化儀表可能會出現(xiàn)各種故障，為盡快恢復正常，降低損失，需掌握幾種基本的故障判斷方法。

3.2.1 外觀檢查。對儀表的表盤、外殼、指針、旋鈕等進行檢查，然后檢查各種插件和連線，另外還有保險絲、繼電器、元件焊點、零部件排列等，觀察這些部位是否處于正常狀態(tài)。

3.2.2 開機檢查。觀察機內的各發(fā)光元件是否正常發(fā)光；是否發(fā)出異常聲音，是否出現(xiàn)冒煙、放電等異常現(xiàn)象，或有焦糊等異味散發(fā)；電機等發(fā)熱元件的溫度是否在規(guī)定范圍內；機械傳動部分、齒輪是否整齊嚙合，有無變形、磨損或卡死的情況。

3.3.3 電壓法。借助萬用表測量可能出現(xiàn)故障部分的電壓，包括：直流電壓測量，如電子管、直流供電電壓、集成塊各引出角對地電壓；交流電壓測量，如交流穩(wěn)壓器輸出電壓。

3.3.4 斷路法。在初步判定后，將可能出現(xiàn)故障的部分與整個電路切斷，觀察故障是否會消失。

4 自動化儀表的日常維護

4.1 科學化管理制度

對自動儀器的日常維護，首先，應當開發(fā)出一套維護管理系統(tǒng)，以便公司的儀器維護工作可以正常進行。企業(yè)可以按照自己的方式制定巡邏檢驗系統(tǒng)實際情況，檢查儀器，制定檢查周期和負責人，并在特定時間內進行有針對性的檢查和記錄，以便通過檢查儀器，找到潛在的問題，采用相應的解決方案，使儀器維護工作能夠起到實際效果，在檢查系統(tǒng)中，我們還應制定相關要求，以提高維護工作的效率和質量[1]。企業(yè)可以制定儀器和設備的分層管理的工作內容，在日常檢查的基礎上實施儀器和設備的分層管理，提高儀器維護的焦點，減少維護的工作量，有效提高儀器維護效率。為維護好儀器，有必要在每個負責領域重要儀器和設備故障排除做好管理。如果發(fā)現(xiàn)問題，應該科學有效地處理。如果發(fā)生故障，相關管理員應該能夠承擔維護的責任，并采取及時的補救措施，才可以有效減少故障造成的損失。

4.2 提高儀表使用年限

科學合理的管理系統(tǒng)可以有效提高儀器的年度利用率，降低企業(yè)的維護成本，然后在進行日常維護儀器的過程中，應采取科學合理的措施提高儀器的利用率[2]。在此期間，從環(huán)境、材料、壓力等方面分析了儀器的環(huán)境，與儀器的材料相結合。在維護儀器期間，儀表檢驗法規(guī)應按照不同儀器的使用程度進行維護，提高儀器的使用效率，在對故障的根本原因進行科學合理的判斷后，并充分發(fā)揮出了維護工作的實際作用。

5 自動化儀表維護策略

在自動化儀表的維修中，首先維修人員必須以嚴謹?shù)膽B(tài)度做好儀表的維修工作，使維修工作更有成效。然后，公司首先需要對員工進行相關的培訓，提高儀器檢測技術和員工的業(yè)務素質，對儀器的故障做出科學的判斷，對故障進行分析的能力，沒有遺漏任何細節(jié)，故障也沒有藏身之處，當儀器崩潰時，員工還可以通過自己的專業(yè)技能來采取科學合理的故障排除措施或解決方案，以減少企業(yè)的財產損失。

5.1 溫度低時的維護工作

外部因素的溫度對儀器的維護產生了很大影響，特別是在寒冷的天氣。為防止溫度升起，儀表是日常維護人員需要專注于檢測保溫的儀器，自動儀表的溫度和熱量跟蹤功能通常取決于其絕緣材料的狀況，在日常維護中，應定期檢查儀表絕緣的完整性和儀表的適用性，檢查儀表的絕緣功能，判斷后，應采取合理的措施對儀器進行維護，以減少低溫對儀器的損壞，使儀器失去正常的絕緣功能。

5.2 儀表的防雷維護

儀器的防雷維護主要是為防止閃電在自然環(huán)境中所造成的損害，這導致儀器失效。為可以防止避風造成的損壞，應在儀器維護期間采取防雷措施。例如，屏蔽可用于保護儀器[3]。屏蔽本身可以防止閃電造成的損壞，有效地防止電磁脈沖能量的傳輸情況，才可以有效保護到儀器。接下來，將儀器連接到金屬。當儀器連接了避雷裝置后，它可以有效地避免閃電引起的儀器的損壞，或者它們都可以應用于儀器的防雷維護，可以大大降低到了閃電對儀器所造成的影響。

6 結束語

由上可知，自動化儀表已被廣泛應用在工業(yè)企業(yè)中，其儀表的故障維護對企業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義，為此有關人員應當制定出相關的措施，確保到儀表的使用壽命，且在一定程度上降低到發(fā)生故障的概率，才能夠為企業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎。