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圖八、動態誤差帶測試圖 機械問題。 圖十一、控制閥診斷系統架構圖
由圖九所繪出的曲線，算出每一實際開度的摩擦
DEB圖形，可看出整個控制閥的作動性能是否良好。 力，再分析平均值、最大值、最小值。平均值與閥
150 DEB資料分析可知控制閥作動平均DEB如果大於5%， 預知保養透過 on-line ValveLink軟體 ValveLink
1st
則需要對閥做維修。作動的線性如果大於1%，則需要 填充物packing有關，不同材質的packing（如石墨、 Controller VL2030
2nd 對閥做重新校正。 Workstation
100 Best Fit 鐵夫龍PTFE等）有不同標準摩擦力，保養人員換裝
packing之後，到底鎖得太鬆或太緊，除了靠壓力鈑 Multiplexer RS-485 RS-232
Travel (%) 50 Closed 手以外，就只有靠經驗判斷，如果鎖得太鬆，就會 Operator

0 外漏；如果鎖鎖太緊，不只閥作動力被摩擦力抵消， Interface I/O Card RS232 / 485
有內漏的可能性，packing也會因過度磨耗而減損壽
File
Converter
X: 152.93
Y: 12.97 命。在這個診斷圖，除了平均摩擦力是否妥當，也 不影響原來DCS的
-50 接線及控制功能 網路化透過多工器
-50 0 50 100 150 可看最大摩擦力與最小摩擦力的比值，也可看閥關
Input (%)
PWB 斷力(Valve Seat Load)，如果關斷力不夠，就會內
I/P HART Filter (Depending on DCS)
漏。除此之外，膜片是否有裂縫，彈簧彈力是否老
Relay
Marshalling
化，……，相當多的閥機械問題都可在這個診斷圖與 Wiring DVC-AD
有分析數據提供維護保養的參考。 分析數字判斷，當年度歲修APM時先對控制閥進行 Field Wiring
參考圖八，由所繪出的曲線，可以看出哪個部分 診斷，由診斷圖形與分析數字判斷是否需要拆修，或 FI ELDV UE ® I nstrument s
有問題，例如當訊號逐步增加時，開度並不呈直線 者現場維修而不需拆卸。藉由診斷圖的幫助，讓保養 主要原元件：DVC-AD
定位器可以適用於各個廠牌之控制閥 Termination
上升，表示控制閥實際開度不呈線性變化，可能需重 工作對症下藥，在有限的停俥時間，能對控制閥進行 Panels
新校正，也可由分析資料的線性數值判斷(Linearity > 必要的維護保養工作。
1%)。至於DEB（動態誤差帶）數值，每一開度都計
● 性能診斷(Performance Diagnostics)
算出一組DEB，把所有的DEB數值計算最大值、最小
由於控制閥在線上使用，由控制系統控制，不容
值、平均值，就可提供非常有用的訊息，例如平均值 壓輸出因此而修改使實際開度伴隨設定開度移動，此 儀錶監督管理與維護保養工作，省卻人員現場
許測試命令對它任意開關，所以前述三種診斷都是
過大(Average DEB > 5%)，表示控制閥整體內阻力 時定位器依據開度值的變化及氣壓的變化計算當時 往返的時間。
歲修期間或製程有(By-pass)管路設計才能夠進行診
過大，控制性不佳，需要拆修。假如最大值與最小值 的摩擦力，所以控制閥的真實工作性能用摩擦力等數 4. 故障維修及定期保養為主
斷命令，稱為離線診斷(Off-process Diagnostics)。
差異過大，表示控制閥開度某些位置內阻力差異過 值量化並記錄。由於性能是長期趨勢變化，把這些摩  事實上：大部份儀錶工作都是事後的故障維修
在線上生產中(On-process)把診斷命令當成監督與
大，也是有檢修的必要。 擦力進行長期趨勢圖追蹤，就會很容易察覺控制閥性 與定期保養，但因智能儀錶資訊充足，在還沒
資料收集，檢測控制閥內部或元件狀態，此為線上 發生故障之前就能針對問題進行預知保養。
● 閥特性曲線測試(Valve Signature Test)：參考圖九 能變化，在還沒歲修前就先警覺控制閥的性能是否衰
診斷(On-process Diagnostics)。一般常見定位器自 5. 公司網路管理，難納入生產及維護的即時資訊
減，必要時可先請購必須的備品或零件，以避免至歲
把控制閥由關到開，由開到關，進行一次全行程 我診斷，診斷定位器內部是否有問題，並用警報方 管理
修時才發現，受限於有限的歲修時間來不及請購必要
開關測試，並把實際開度當橫軸，輸出氣壓當縱軸畫 式通知，所以on-line連接讀取警報變得非常重要。 事實上 ：生產與儀錶的即時資料透過OPC
的零件物料，歲修保養工作與時程就受影響。
成一個分析圖，這就是閥特性曲線測試圖，只看閥體 部份定位器廠家利用壓力值計算閥作動特性，算出 (OLE for Process Control)的技術，加上歷史
及驅動器的機械相關性能與問題。因為在定位器的微 當時閥工作摩擦力，此摩擦力是當時控制閥的工作 資料庫的ODBC/SQL等格式，很容易跟公司網
控制閥診斷對製程效能的影響
處理器電路板有裝設輸入與輸出氣壓訊號感應元件， 性能指標，此為線上性能診斷(On-line Performance 管系統ISO/CMMS/ERP等結合。
診斷命令會將氣壓訊號逐步送至最大，再反向減少訊 Diagnostics)。再運用長期趨勢圖與上下限方式進行 ● 一般製程工廠對維護保養的謎思(Myths)
號，來檢測機械閥桿實際的位置及氣壓的相關性。同 性能監督，以供保養人員對此控制閥的工作性能得以 ● 控制閥診斷系統架構
在一般製程工廠，由於生產至上，其他單位是輔
一開度有兩個壓力值，一個是由關到開，另一個是由 監督，在性能衰退但還沒嚴重影響製程時就事先發 控制閥的診斷功能，在定位器上的微處理器進
助單位，因此維護保養單位相對比較易被忽視，而且
開到關，因為開與關的方向有著各別不同方向的動摩 覺，並採取必要措施，這就是預知保養。 行，接受診斷命令之後，將控制的輸入信號與輸出信
受限於儀錶資訊的取得困難，大部份的工作是on-call
擦阻力。由於壓力乘以膜片面積就是力，由此確實的 參考圖十，控制閥在線上由控制系統控制，閥設 號送給診斷工具收集記錄，繪成圖表，並計算成控制
（有問題再叫修）與現場作業（人員必須要到現場儀
力去計算摩擦力、關斷力等，才能確實分析控制閥的 定開度伴隨控制系統的控制需求而變化，定位器的氣 閥的物理量，如線性(Linearity)、摩擦力(Friction)、
錶所在地工作）。綜觀一般工廠對維護保養的謎思有
關斷力(Seat Load)、......等，提供給維護保養人員很
五大類：
圖九、閥特性曲線測試圖 圖十、控制閥線上性能診斷摩擦力值 好的分析工具，以便對控制閥進行必要的保養工作。
1. 操作為主，維護為輔
在此以Fisher DVC (Digital Valve Controller)控制閥定
Able to diagnose Packing condition（診斷packing問題） 事實上：儀錶故障，工廠停擺，所以生產操作
Able to diagnose Seat & Plug wear（診斷閥座/塞磨損問題） 性能診斷 位器以及ValveLink診斷工具配合，其架構如圖十一。
25
1st Able to determine Actuator leakage（診斷驅動器洩漏問題） 將現場控制閥性能顯 與維護保養兩者應並重，不應該輕維護，重生 此架構圖的優點是不影響現有生產控制系統，就可架
示到您的管理工具
2nd
產。
20
Actuator Pressure (psi) 15 Closed Valve Signature 圖形，可看出控制閥機械 • View multiple plots 2. 儀錶資訊不足，以人員經驗為主 ● 控制閥診斷功能與診斷圖表
構on-line & real-time控制閥診斷系統。
Best Fit
事實上：智能儀錶功能較完備，資訊充足，可

10
• Pause/FF/Reverse
• Time Slide-bar
控制閥的診斷功能與圖表有很多種，在此利用
輔助人員經驗及能力不足的問題。
• Avg. Friction
0 5 問題 (Valve Body and Actuator)。 X: 1.05 • Avg. Dead Band 3. 儀錶資訊必須在現場取得 Dynamic Error Band (DEB)圖表展示診斷功能的功
效。在現有的控制閥定位器，先利用FlowScanner產

事實上：利用多工器(Multiplexer)連接，把
Y: 10.12
-5 品對控制閥的執行效能進行診斷，之後將定位器改裝
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 HART儀錶資訊傳到維修室，即可遠端進行所
Travel (in) 有HART儀錶即時(Real-time)與在線(On-line)的 為Fisher DVC，透過ValveLink進行相同的診斷測試
控制閥在DCS控制下的工作摩擦力及DeadBand
NEW FAB TECHNOLOGY JOURNAL http://nfjournal/ July 2011