Älykkäästä MeterVerification -toiminnosta MITTAAKO VIRTAUSMITTARISI OIKEIN? Oletko kuullut tätä aikaisemmin? Prosessin korkeampi käyttöaste edellyttää tuotantokatkosten vähentämistä. Rajallista työaikaani haaskaantuu tarpeettomiin äkkihälytyksiin. Tuotanto haluaa nopeita vastauksia, mistä lopputuotteen laatuvirheet johtuvat. Joudun nousemaan ylös keskellä yötä ja ajamaan tehtaalle tarkistamaan mittalaitetta. Meitä on kunnossapito-osastolla vähemmän kuin aikaisemmin. Tietoruutu Älykäs, koko virtausmittarin kattava diagnostiikka Kalibrointitesti, joka tarkistaa koko virtausmittarin, siis lähettimen, kaapeloinnin ja virtausanturin. Meter Verification On Demand Voidaan aktivoida haluttaessa Voidaan aktivoida etukäteen asetettuina määräaikoina Ei häiritse laitteen normaalia mittausta Välitön vastaus Vastaus kahdessa minuutissa Ei virtausmittarin manuaalista käsittelyä Ei tarvetta mittarin irrottamiseen Helpottaa ennaltaehkäisevää ylläpitoa
TEHOSTA YLLÄPITOASI edistyneen laitediagnostiikan avulla. Katso, mitä Micro Motion voi tehdä hyväksesi! Onko aika kalibroida virtausmittarisi? Tarvitseeko Coriolis-virtausmittarisi uudelleenkalibrointia? Kerromme jatkossa, miten edistynyt diagnostiikka voi auttaa ratkaisemaan, tarvitseeko virtausmittari irrottaa prosessista vai onko se kunnossa. Coriolis-virtausmittari koostuu yhdestä tai kahdesta mittausputkesta, joiden läpi neste tai kaasu kulkee. Sähköinen ohjauskäämi aiheuttaa putkiin voiman, minkä johdosta ne alkavat värähdellä omalla resonanssitaajuudellaan. Kun mitattava aine kulkee putkien läpi, ne taipuvat Coriolisvoiman johdosta. Putkien taipuminen on suoraan verrannollinen massavirtaan ja se havaitaan vaihesiirtymänä. Massavirta voidaan laskea mittaamalla vaihesiirtymä. Coriolis-mittari mittaa myös tiheyttä, sillä sen värähtelytaajuus on verrannollinen mitattavan aineen tiheyteen. Mittaamalla värähtelytaajuus voidaan laskea tiheys. Coriolis-virtausmittari mittaa massavirtaa. Coriolis-mittarien asentaminen on yksinkertaista. Laitteet eivät edellytä suoria putkiosuuksia tuloja lähtöpuolelle. Lisäksi virtausprofiili ei aiheuta rajoituksia. Massavirtaan ei vaikuta mitattavan aineen lämpötilan tai paineen muutos, on se sitten neste tai kaasu. Jos tavoitteena on hyvä mittaustarkkuus, valitaan yleensä Coriolis-virtausmittari. Jos mittarin mittausputkien paksuus muuttuu korroosion, eroosion tai pinnoittumisen vuoksi, myös putkien jäykkyys muuttuu. Jäykkyys voi muuttua myös siitä syystä, että putkien materiaalissa on tapahtunut muutoksia tai putkien muoto on vääristynyt. Käyttöolosuhteiden johdosta jokin näistä asioista voi tapahtua Coriolis-mittarissa. Jos niin tapahtuu ja putkien jäykkyys muuttuu, mittarin massavirran ja tiheyden peruskalibrointi myös muuttuu. Normaali virtausmittarin kalibroinnin tarkistus on vaikea suorittaa ja se häiritsee prosessia. Vaikka tarkistus ja kalibrointi on kallis toimenpide, se on monissa käyttökohteissa toistettava usein lopputuotteen laadun varmistamiseksi. Ohjauskela Mittausputki Kun virtausta ei ole, Coriolis-voiman vaikutusta ei ole ja sinikäyrät ovat samassa vaiheessa. Magneettinen mittauskela Vastuslämpötilaanturi Magneettinen mittauskela Suojakotelo Kun aine virtaa putkien läpi, syntyy Coriolis-voima ja se saa virtausputket kääntymään toistensa suhteen. Sinikäyrien vaihesiirto mitataan ja sitä nimitetään Delta-T :ksi, joka on suoraan verrannollinen massavirtaan. Ei virtausta = Coriolisvoima Haaroitus Haaroitus Tulo Coriolisvoima Tulo Lähtö Lähtö Kuva 1. Coriolis-anturin rakenne Kuva 2. Coriolis-mittauksen periaate: voima vaikuttaa putkiin 2 HYVÄ TIETÄÄ - Älykkäästä MeterVerification -toiminnosta
Kuva 3. Erilaiset syyt voivat vaikuttaa Coriolis-mittarin putkiin Eroosio Halkeamat Korroosio Pinnoittuminen Micro Motion -diagnostiikka 1: Meter Verification Perinteiset menetelmät virtausmittarin kalibroimiseksi edellyttävät kalliita erityislaitteita, kuten ainoastaan kalibroinneissa käytettäviä vertailumittareita, siirrettäviä kalibrointilaitteistoja tai erittäin tarkkoja punnituslaitteistoja. Lisäksi henkilökunta on koulutettava suorittamaan kalibroinnit oikein. Tällainen tarkistus edellyttää myös prosessin keskeyttämistä ja mittarin irrottamista. Parhaassa tapauksessa se tarkoittaa, että tarkastuksen aikana toimitaan ilman virtausmittausta. Menettely on kallis, vie aikaa ja häiritsee tuotantoa. Parempi ratkaisu on Micro Motionin käytönaikainen Meter Verification -toiminto Se on diagnostiikkatoiminto, jolla testataan koko virtausmittari, siis elektroniikka, kaapelointi ja anturi. Diagnostiikan avulla havaitaan, onko putkien jäykkyydessä tapahtunut muutoksia korroosion, eroosion, materiaalimuutosten tai putkiston vääntöjen johdosta. Coriolis-virtausmittarin putkien rakenteellinen jäykkyys mitataan ensimmäisen kerran tehtaalla tapahtuvan kalibroinnin yhteydessä. Tämä tieto tallentuu mittalaitteen Core processor -anturielektroniikkaan vertailuarvoksi. Kun käytönaikainen Meter Verification -testi käynnistetään, se vertaa alkuperäistä arvoa arvoon, jonka laite itse mittaa testausvaiheessa. Mittalaite tekee tämän tarkistuksen niin, että ohjauskela synnyttää eritaajuusia ääniä, jotka mittarin mittauskelat vuorostaan tarkistavat. Tämän menetelmän avulla mittari määrittää, onko sen putkissa tapahtunut rakenteellisia jäykkyysmuutoksia vai ei. Jos poikkeama havaitaan, nähdään myös, kuinka suuri se on. Tarkistus voi tapahtua riippumatta siitä, mitä nestettä tai kaasua putkistossa on. Tarkistukseen ei myöskään vaikuta Meter Verification toiminto Jäykkyys Ääni Antaa äänisignaalin Anturin paluuviesti Taajuus Kuva 4. Erilaiset ääntaajuudet jäljittävät muutoksia putkissa. HYVÄ TIETÄÄ - Älykkäästä MeterVerification -toiminnosta 3
se, onko mittari tyhjä vai täysi tai onko virtausta vai ei. Meter Verification -testi voidaan suorittaa mittalaitetta irrottamatta. Myös mittaussignaali on aktiivinen koko testin ajan, joten prosessia ei häiritä ollenkaan. Jos prosessissa on ollut häiriö ja virtausmittarin toiminta on tarkistettava, käytönaikainen Meter Verification -testi pystyy määrittämään laitteen kunnon 2 minuutissa. Meter Verification -testi ilmoittaa, onko mittarin kalibrointi kunnossa. Jos se on, ylläpitohenkilöstö voi keskittyä muun syyn etsimiseen prosessista ja muista mittalaitteista kuluttamatta kallisarvoista työaikaa virtausmittarin toimivuuden tarkistamiseen. Mittaritestiä tulee kuitenkin jatkaa, jos putkissa on tapahtunut voimakasta jäykkyyden muuttumista. Tällä jäykkyysmuutoksella voi olla yhteys prosessissa tapahtuneeseen muutokseen, joka on myös tutkittava. Kun nämä kysymykset on selvitetty, mittari voidaan kalibroida uudelleen ja ottaa käyttöön uusi arvo, jolla putkien jäykkyysmuutokset voidaan havaita taas myöhemmin. ÄLYKÄS käytönaikainen Meter Verification Kun käyttöön otetaan älykäs Meter Verification -toiminto, se voidaan aktivoida toimimaan automaattisesti. Tarkistus voidaan asettaa aktivoitumaan 1 1 000 tunnin välein. Tarkistus ei vaikuta mittarin lähtöviesteihin. Mittalaite hälyttää, jos tarkistus havaitsee putkissa jäykkyysmuutoksia. Meter Verification -toiminto voidaan aktivoida myös manuaalisesti, jos tarve on äkillinen. Digitaalisten tiedonsiirtoprotokollien kuten HART, Foundation kenttäväylä, Modbus tai WirelessHART avulla Meter Verification -testi voidaan käynnistää esimerkiksi valvomosta tai laitehallinnan työasemalta. Silloin huoltoteknikon ei tarvitse lähteä paikan päälle kytkeytymään laitteistoon tai aktivoimaan toimintoa lähettimen paikalliselta näytöltä. Älykäs Meter Verification -toiminto voidaan käynnistää kaikista ohjaus- ja ylläpitojärjestelmistä, joilla on EDDL-tuki (www.eddl.org), kuten kaikilla johtavilla järjestelmillä on. Virtausmittarin valmistajan laatimat EDDL-näytöt kertovat käyttäjälle selkeästi, miten tarkistus etenee. Yksinkertaisten ja informatiivisten näyttöjen ansiosta henkilökuntaa ei tarvitse kouluttaa erikseen Meter Verification -testin käyttöön. Jos testi antaa tulokseksi hylätty, huoltoteknikon on suoritettava lisätarkistukset ja yleensä kalibroitava mittari uudelleen. Jos mittari on vahingoittunut, se on vaihdettava. Jos tulokseksi saadaan hyväksytty, uudelleenkalibrointia ei tarvitse suorittaa. Tarkistus on huomattavasti nopeampi toimenpide kuin uudelleenkalibrointi. Tarkistuksen ansiosta vältetään tarpeettomat kalibroinnit, mikä tarkoittaa suuria kustannussäätöjä. Mittari on siis kalibroitava uudelleen vain, jos kalibrointi on todella tarpeen. Kun Coriolis-mittarin putkien rakenteellisia muutoksia valvotaan jatkuvasti, ylläpitoseisokkien ja määräaikaiskalibrointien välejä voidaan pidentää, mikä lisää käytettävyyttä. Tämän käytönaikaisen tarkistuksen avulla ongelmat voidaan tunnistaa, ennen kuin ne vaikututtavat prosessiin tai lopputuotteen laatuun. Oikea-aikaiset kalibroinnit parantavat laatua ja vähentävät ylläpitokustannuksia. Myös laitoksen tuottavuus paranee, kun käytetään aina oikea-aikaisesti kalibroituja virtausmittareita. Micro Motion -diagnostiikka 2: Kaksifaasisen virtauksen havaitseminen ja toimiminen niissä olosuhteissa Kaikilla virtaustekniikoilla on rajoituksia ja useimmat eivät toimi ollenkaan tai ainakaan riittävän hyvin kaksifaasisten virtauksien tilanteessa. Nesteiden dynaamiset ominaisuudet kaksifaasisissa virtauksissa ovat äärimmäisen monimutkaisia, eivätkä nykyiset dynaamiset mallit ole vielä määrittäneet niitä riittävän hyvin. Ei ole yllättävää, että sellaisen ennakoimattoman virtauksen mittaaminen on suuri haaste kaikille virtausmittarityypeille, myös Coriolios-mittareille. Ilma nesteessä voi johtua siitä, että pumpun tiiviste tai venttiili alkaa vuotaa, jolloin nesteeseen tulee ilmakuplia. 4 HYVÄ TIETÄÄ - Älykkäästä MeterVerification -toiminnosta
Kuva 7. Coriolis-mittarin EDDL-valikko sisältää havainnollista kuvagrafiikkaa. Kuva 8. Ennen kuin Meter Verification -toiminto käynnistyy, tarkistetaan, onko laitteistoa muutettu. Näin tarkistetaan myös mittarin nollapisteen. Kuva 9. Meter Verification on aktivoitu ja Coriolismittarin on havaittu toimivan oikein. Kuva 10. AMS- tai ProLink-ohjelmistoja käyttämällä voidaan laatia Meter Verification -raportteja arkistointia varten. HYVÄ TIETÄÄ - Älykkäästä MeterVerification -toiminnosta 5
Esimerkkejä Micro Motionin käyttäjistä THE ABSOLUT COMPANY Laitteisto: Micro Motionin Coriolis- ja Rosemountin magneettiset virtausmittarit Meter Verification -toiminnolla. Pär Björklund Instrumentointi THE ABSOLUT COMPANY (Absolut Vodkan valmistaja) on investoinut Micro Motionin Coriolis- ja Rosemountin magneettisiin virtausmittareihin sekä Meter Verification -toimintoon. Mittalaitevastaava Pär Björklund on erittäin tyytyväinen Meter Verificationin toimintaan. Pär kertoo myös, että heidän viimeisimmän laatuauditointinsa yhteydessä tarkastaja oli erittäin tyytyväinen siihen, että virtausmittarien toiminta voidaan nyt testata helposti. Nyt voimme varmistua siitä, että mittarit toimivat teknisten tietojen mukaisesti, että mittaustulokset ovat oikeita, että noudatamme sisäisiä ylläpitorutiinivaatimuksia ja että voimme testata mittarit lyhyellä varoitusajalla vian etsimiseksi, jos prosessinohjauksessa on ongelmia. PERSTORP SPECIALTY CHEMICALS AB Laitteisto: Micro Motionin Coriolis- ja Rosemountin magneettiset virtausmittarit Meter Verification -toiminnolla. Christer Sjunnesson Instrumentointi PERSTORP SPECIALTY CHEMICALS AB on investoinut useisiin Micro Motionin Coriolis- ja Rosemountin magneettisiin virtausmittareihin sekä Meter Verification -toimintoon. Perstorp Specialty Chemicalsin mittalaitevastaava Christer Sjunnesson kertoo, että he ovat pitkään toivoneet ratkaisua, jonka avulla mittalaitteen kalibrointi voidaan testata nopeasti ja helposti paikan päällä. Tämän Meter Verification -toiminnon ansiosta ylimääräistä mittauskalustoa ei tarvita, ja kun toiminto aktivoidaan, mittalaite käynnistää testin ja antaa vastauksen 4 minuutissa. Ei voisi olla yksinkertaisempaa. PREEMRAFF Laitteisto: Micro Motionin Coriolis-virtausmittarit ja Meter Verification -toiminto. Olof Olsson Johtaja, sähköistys ja automaatio PREEMRAFF Göteborgissa on investoinut useisiin Micro Motionin kookkaimpiin HC-3 tyypin Coriolis-mittareihin. Mittarit on asennettu Göteborgin satamaan, ja niitä käytetään öljytuotteiden purkamiseen jalostamolle. On tärkeää, että nämä mittarit ovat tarkkoja, sillä vuosittain toimitettava öljymäärä on valtava. Pienikin virtausvirhe voi aiheuttaa suuria kustannuksia. Preemraff tilasi nämä mittarit Meter Verification -toiminnolla. Tämän toiminnon avulla he voivat nyt yksinkertaisella tavalla jäljittää mahdolliset kalibrointipoikkeamat mittalaitteista. Projektinjohtajana toimivalla Lars Axelssonilla on myös kaikki HC3-mittarit kytkettyinä seurantaohjelmistoon (ProLink), jonka he hankkivat samassa yhteydessä Emersonilta. Ohjelmistolla voidaan tulostaa kirjallinen raportti jokaisesta laitetestauksesta. Kaasukuplia syntyy nesteeseen, jos pumppu pääsee haukkaamaan ilmaa. Myös silloin syntyy yleensä kaksifaasinen virtaus. Se on haaste kaikille virtausmittausteknologioille ja voi aiheuttaa suuria ongelmia tuotantoprosesseissa epävakaiden mittaussignaalien, virheellisten virtausmäärätietojen ym. vuoksi. Micro Motionin ELITE-sarja on jo pitkään ollut paras markkinoilla oleva Coriolis-virtausmittari kaksifaasisten virtausten mittaamiseen. Tämä perustuu siihen, että se toimii erittäin matalalla putkien värähtelytaajuudella. Mitä matalampi taajuus on, sitä vähemmän ilma kulkee nesteessä edestakaisin. Nyt Micro Motion on kehittänyt ELITE-sarjaansa edelleen parantamalla Core Processor (800) -anturielektroniikan näytteenkäsittelytaajuutta yhdessä käytettävien anturien mekaniikan kanssa, minkä ansiosta mittaustarkkuus kaksifaasisissa virtauksissa on edelleen parantunut. Vaikka Micro Motion pystyy nykyisin mittaamaan kaksifaasista virtausta, tarvitaan tieto siitä, milloin sitä esiintyy. Tieto tarvitaan sen vuoksi, että kaksifaasinen virtaus aiheutuu yleensä joko laiteviasta tai virheellisestä prosessin ajotavasta. Tämän johdosta vian etsiminen prosessista voidaan aloittaa varhaisessa vaiheessa ja välttää mahdollinen pitkäaikainen ennakoimaton seisokki. Micro Motion -mittari varoittaa, kun laitteen läpi kulkee kaksifaasista virtausta. EDDL (Electronic Device Description Language) -määrittelyyn perustuva valikkorakenne, joka koostuu tekstigrafiikasta ja kuvista, tekee virtausmittarin diagnostiikasta helppokäyttöistä ja tukee sen kaikkia toimintoja. Koska diagnostiikka havaitsee varhaisessa vaiheessa kaksifaasisen virtauksen aiheuttamat ongelmat, prosessin hallinta paranee ja hylyn määrä sekä korjaustoimenpiteet vähenevät. 6 HYVÄ TIETÄÄ - Älykkäästä MeterVerification -toiminnosta
Missä muodossa kaasu on Kaksifaasinen virtaus Ominaisuudet Jaksottaiset, yhdistyvät kaasukuplat Prosessihäiriöt, säiliöalueen mittaukset Kupliva virtaus Jatkuvia, hyvin sekoittuneita kaasukuplia Ilman annostelut, flashing Tyhjä-täysi-tyhjä Selvät neste-kaasu rajakohdat Annostelut, useiden tuotteiden siirrot Kuva 12. Millaisia kaksifaasivirtauksia teillä on? LASTAUS Anturi puhalletaan tyhjäksi käytön jälkeen TUOTE 2 TUOTE 1 Täyttö aiheuttaa kuplimisen Sekoitin aiheuttaa kuplimisen PAINEILMA Anturi tyhjenee ja mitattava aine poistuu PURKU TUOTE 2 Vuotava pumppu haukkaa ilmaa Vuotava venttiili imee ilmaa Pumppu haukkaa ilmaa säiliön tyhjetessä Kuva 13. Useissa prosessitilanteissa syntyy kaksifaasisia virtauksia. Tärkeää tietää On-Line-diagnostiikasta Useimmissa tuotantolaitoksissa on satoja tai tuhansia kenttälaitteita. Monet niistä on asennettu vaikeapääsyisiin kohteisiin tai räjähdysvaaralliselle alueelle. Useat laiteviat, jos niitä ei riittävän nopeasti havaita, voivat vaikuttaa lopputuotteen laatuun, prosessin käytettävyyteen tai aiheuttaa jopa tuotantokatkoksen. Vaikka laitteiden toimintaa pyritään mahdollisuuksien mukaan seuraamaan, kaikkia ongelmia ei havaita ajoissa. Aikaisemmin oli normaalia, ettei Coriolis-virtausmittareita tai muita kenttälaitteita testattu, ellei mitään vikaa epäilty. Vaikka laitteissa oli sisäänrakennettu itsediagnostiikka, huoltoteknikko jouduttiin kuitenkin lähettämään kenttälaitteen luokse tarkistamaan toiminto laitteen näytöltä tai kytkemään siihen kenttäkäyttöliittymä laitteen toimintakunnon toteamiseksi. Tämä menettelytapa oli pikemminkin reaktiivinen kuin proaktiivinen, eikä ylläpito ollut sen vuoksi erityisen tehokasta. Jos luotetaan vain laitteen näyttöön, Coriolis-mittarin älykkyyttä ei käytetä hyväksi täysipainoisesti. Kun Coriolis-mittari kytketään digitaaliseen tiedonsiirtoverkkoon, kuten HART, Foundation kenttäväylä, Modbus tai WirelessHART, laitteen valvonta on jatkuvaa. Jos lisäksi käytetään keskitettyä laitehallinnan ohjelmistoa, paikan päällä suoritettavat manuaaliset tarkistukset voidaan jättää pois. Seuranta on automaattista ja tietoja voidaan seurata halutusta paikasta. Näin huoltoteknikot voivat keskittyä asioihin, jotka todella tarvitsevat heidän huomiotaan, kuten ennaltaehkäisevään ylläpitoon, jolloin odottamattomat prosessikatkokset vähenevät. Ei ole mitään syytä lähettää huoltoteknikkoa tarkistamaan mittalaitteen näytöstä, onko kohteessa esimerkiksi kaksifaasista virtausta tai muita ongelmia. HYVÄ TIETÄÄ - Älykkäästä MeterVerification -toiminnosta 7
Kuva 14. Prosessi- ja diagnostiikkatietojen langaton siirto Coriolis-mittarilta Diagnostiikkatiedot näkyvät laitehallintaohjelmiston (esim. AMS) näytöillä. Mittarin itsediagnostiikan havaitessa ongelman tulee siitä tieto välittömästi. Ohjelmisto ehdottaa korjaustoimenpiteitä teksti- ja kuvagrafiikan (EDDL) avulla, joka opastaa huoltoteknikkoa ratkaisemaan ongelman nopeasti. Myös nykyaikaiset ohjausjärjestelmät voivat käyttää uusien virtausmittareiden toimintoja Foundation kenttäväylän tai HART-protokollan avulla. Vaikka laitoksen nykyinen ohjausjärjestelmä ei tue avointa tiedonsiirtoprotokollaa, Meter Verification -toiminnon hyödyntäminen on silti mahdollista asentamalla WirelessHARTadapteri (THUM) Coriolis-virtausmittariin. Langaton tiedonsiirto ja ohjelmisto mahdollistavat Meter Verification -toiminnon suorittamisen ja prosessiarvojen sekä diagnostiikan seurannan erilliseltä työasemalta. Langattoman verkon Gateway -yksikkö voidaan liittää myös laitoksen automaatiojärjestelmään Modbus-protokollan avulla. Näin voidaan muut prosessimuuttujat, eli tilavuusvirtaus, tiheys ja lämpötila, siirtää langattomasti Coriolis-mittarilta. Yhteenveto: Koska virtausmittarin kalibrointi tulee tarkistaa säännöllisesti, Micro Motionin älykäs Meter Verification -toiminto on järkevä investointi. Hyödyntämällä Micro Motion -mittarin 800-sarjan Core Processor -anturielektroniikkaa voidaan myös kaksifaasinen virtaus havaita välittömästi. Tuottavuus paranee vähentyneiden tuotantokatkosten, pienempien laatuongelmien ja alempien käyttö- ja ylläpitokustannusten ansiosta, kun kalibrointi suoritetaan vain silloin, kun se on todella tarpeen, eikä ylläpitohenkilöstöä tarvitse lähettää paikan päälle suorittamaan tarpeettomia laitetarkistuksia. Tuotantolaitos, joka hyödyntää mittarin älykkyyttä digitaalisen verkon ja ylläpitoohjelmiston (AMS) välityksellä tuottavuuden parantamiseksi, on huomispäivän voittaja. Lisätietoja Smart Meter Verification -toiminnosta on osoitteessa www.emersonprocess.com/micro- Motion Lisätietoja Smart Meter Verification -toiminnosta on osoitteessa: www.emersonprocess.com/micromotion 8 HYVÄ TIETÄÄ - Älykkäästä MeterVerification -toiminnosta