Diagnostica tramite strumentazione in Foundation Fieldbus

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1 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia Diagnostica tramite strumentazione in Foundation Fieldbus Relatore: Ing. Alessandro Galmuzzi

2 I costi di un impianto I costi operativi sono molto superiori ai costi sostenuti sino allo start-up La tecnologia FF intende ridurre il total cost of ownership 100 % 75 % 50 % 25 % 0 % Project Costs Total Costs of Operation Percent Total Cost of Ownership (TCO) Startup Time Source: ARC Advisory Group

3 Ottimizzazione della manutenzione 1. Ottimizzare i risultati della manutenzione riducendone I costi 2. diminuire i Total Operational Costs 3. aumentare la Plant Availability Source : ARC Advisory Group 100 % 75 % Total Operational Costs Total Operational Costs Production Costs Maintenance Costs 50 % 25 % % 0 % 25 % 50 % 75 % % Plant Availability

4 Cause di mancata produzione Mechanical Failure Operational Error Unknown Equipment failure is the #1 contributor to Refinery production losses Process Upset Natural Hazard Design Error 12 Source: HPI Market Data Gulf Publishing Company Cause of Large Losses (by percent) Mechanical and Process Equipment are the major sources of unscheduled shutdown in Oil & Gas Source: OREDA Failure Data Avg. # of Failures per Year Gas Turbines Compressors Motors and pumps Electric generators Turboexpanders Combustion engines Heaters and boilers KEY: Mechanical Equipment Process Equipment Instruments & Valves Vessels Heat exchangers Instruments and valves

5 Profilo di spesa di manutenzione KEY: Mechanical Equipment Process Equipment Instruments & Valves Electrical Equipment Materials Handling 2% Tools Insulation 2% 2% Paints/Coatings 3% Piping 5% Other 4% Instruments 20% Why? Electricals 7% Furnaces / Boilers 6% Source: HPI Market Data 2003 Gulf Publishing Company Vessels 8% Heat Exchangers 10% Drives 7% Mixers/Agitators 2% Valves 7% Pumps 8% Compressors 7%

6 Perchè il 27% della manutenzione è speso nella strumentazione e valvole? Perchè gli strumenti sono. i cinque sensi dell impianto Forniscono informazioni sulle prestazioni delle apparecchiature meccaniche e di processo

7 Aree di intervento della manutenzione Il costo di manutenzione della strumentazione è il più alto tra i diversi assets Occorre ottimizzare la manutenzione della strumentazione! Source: ARC Advisory Group

8 Tipologie di manutenzione Manutenzione Correttiva Un dispositivo viene manutenuto quando si guasta -> shut down incontrollati di impianto Manutenzione Preventiva Un dispositivo è manutenuto periodicamente per prevenire malfunzionamenti -> controllato ma con lunghi intervalli tra i controlli Manutenzione Predittiva La manutenzione è ottimizzata sulla base di datistatistici -> ottimizzata con con lunghi intervalli tra i controlli Manutenzione Proattiva Il dispositivo rileva automaticamente quando la manutenzione è necessaria e informa in anticipo -> controllata e ottimizzata con brevi intervalli di controllo

9 Tipologie di manutenzione La manutenzione predittiva è il modo per ridurre la gran parte di attività di manutenzione non necessaria: di cui 60% non necessaria! % 30 % 5 % corrective preventive predictive

10 Potenziale per manutenzione predittiva con P transmitters 35% 30% 35% Shell Global Solutions 25% 28% 20% 15% 20% 10% 5% 0% Routine check No Problem Calibration shift 6% 6% 4% Zero Off Plugged lines Failed 63% della manutenzione sugli strumenti sfocia in nessuna attività -> spreco di risorse

11 Aspetti manutentivi Ottimizzare la manutenzione della strumentazione focalizzando su 1. eliminazione di shutdown non previsti (manutenzione correttiva) 2. riduzione delle fermate programmate (manutenzione preventiva) 3. riduzione della durata delle fermate (manutenzione predittiva) capacity Plant limit profit Target Break even 2. not used capacity shutdown 3. loss scheduled 1. unscheduled time

12 Livelli di diagnostica Tipologia e livelli di diagnostica Diagnostica su Field Performance Step 4 Diagnostica di processo/impianto Diagnostica del device Step 3 process and equipment Diagnostica di Communicazione Step 1 Step 2 Elettronica Actuators, elements valves, connections Fisher Device Management Asset Management FF Device Status Communicazione Fisher Control System

13 Diagnostica Trends per l integrazione PROCESSO PROCESSO MANUTENZIONE 4.20mA MANUTENZIONE T Diagnosi Diagnosi

14 Categorie di diagnostica Italia Uno strumento Foundation Fieldbus è in grado di fornire: Allarmi relativi a superamento di valori di soglia nel processo (Es. HI_ALM) Allarmi relativi al dispositivo stesso (Es. BLOCK_ALM)

15 Diagnostica dei dispositivi Categorie Informazioni relative allo strumento Informazioni relative all intervento umano (durante commissioning, setup,verifiche e attività di Service) Informazioni relative all applicazione o a condizioni di processo che influenzano la misura

16 Misuratori massici Coriolis Dopo 5 mesi di lavoro con un prodotto adesivo, si verifica una deriva del 14% nel tube damping, evidenziando la presenza di un deposito interno al tubo dello strumento.

17 Misuratori Coriolis : condition monitoring Coriolis Condition Monitoring

18 Misuratori Coriolis : condition monitoring Italia Esempio di un caso di rilevamento di cavitazione Integrazione con Honeywell Experion PKS Cavitation Effects 14 MASS FLOW (t/h) DENSITY (kg/l) EXCITER CURR. (ma) Correlato alla misura di pressione a monte del misuratore Time (millisec.)

19 Diagnostica processo induce malfunzionamenti Italia Malfunzionamenti dovuti al processo Build up su misuratore di portata elettromagnetico Quando il dispositivo non può più funzionare? Voglio manutenzione preventiva o reattiva? Build up su controllo di livello a vibrazione Quando è tempo di fare manutenzione?

20 Categorie Diagnostiche - NAMUR Manutenzione richiesta M Anche se il dispositivo è in grado di fornire valori di misura validi, il dispositivo sta per perdere alcune funzionalità o capacità a causa di condizioni esterne. La manutenzione può essere necessaria a breve-medio termine. Failure F Il dispositivo fornisce valori di misura in uscita non validi a causa di qualche malfunzionamento del dispositivo stesso. Check function C Il dispositivo è momentaneamente non valido a causa di qualche attività o manutenzione sul dispositivo stesso Off-specification S Il dispositivo lavora fuori dal range di misura Diagnosi interna indica deriva nella misura: problemi interni al dispositivo o a causa di condizioni di processo (cavitazione, tubo vuoto,...).

21 Diagnostica urgenza di manutenzione Logoramento

22 Trasmettitori di Temperatura Rilevamento corrosione e.g. TC Rilevamento della corrosione dei terminali/cavi di collegamento e.g. TC Rilevamento rottura sensore (sensore aperto) T = T1 T2 Monitoraggio deriva Deriva di un sensore Rilevabile confrontando due sensori Monitoraggio temperatura ambiente al trasmettitore

23 Misure di livello Time of Flight Consumo di corrente < 15 ma Tempo di Esecuzione di una function block AI <= 30ms Funzionalità Link Active Scheduler (LAS) Diagnostica Rilevamento rottura sensore tramite modulo HF Qualità dell eco Valori di processo Livello, Volume, Distanza

24 Validazione delle misure analitiche ph ad esempio

25 Validazione della misura di ph Informazioni diagnostiche disponibili in tempo reale Sporcamento del sensore Sensore di vetro guasto Circuito aperto (Isfet) Temperatura al limite del range ammesso Conteggio dei cicli di sterilizzazione (SIP<50) Aspettativa di vita del sensore Sostituzione richiesta

26 Software di Condition Monitoring Altri esempi d applicazione Conteggio degli shock di pressione su un PT e segnale di warning; rilevazione preventiva di ostruzioni nel piping; Stato di sporcamento dei rebbi di un sistema a vibrazione LSH...

27 Device Diagnostic Location Informazioni diagnostiche per un dispositivo Nel modo standard Parametro BLOCK_ERR, in ciascuna function block (block error parameter) Parametro XD_ERROR parameter, in ciascun trasduttore (Extended block error parameter) Tramite Status information Device Failure Sensor Failure (Input / Output Failure) Out of service High limited, Low Limited

28 Device Diagnostic Location Italia Informazioni diagnostiche per un dispositivo: Secondo modalità specifiche definite dal costruttore: Parametro di allarme ADVICE_ALM, FAILUEW_ALM Manufacturer specific Error Code or Fault Indication Ex for Endress+Hauser, the parameter Diag_Act_Sys_Condition

29 Diagnostica dispositivo specifico costruttore Italia Endress+Hauser Diagnostic/Error Code Riflette informazioni di errore specifiche per componenti HW o SW associati a function block Example TMT162 (Endress+Hauser)

30 Diagnostica Attuatore Condition Monitoring Posizionatore valvola Trend View

31 Diagnostica Attuatore Condition Monitoring Posizionatore valvola Manutenzione predittiva dal Trends Alarm Warning Predizione del tempo Prima che influenzi Il processo

32 Diagnostica Dispositivo Manufacturer Specific Rappresentazione a diamante come sintesi generale della situazione di salute del posizionatore

33 Diagnostica dispositivo FF Standard Block Error (BLOCK_ERR) & Extended Block Error (XD_ERROR) Riflette le informazioni di errore standard per componenti hardware o software associati con una function block 0 = Other (LSB) 1 = Block Configuration Error 2 = Link Configuration Error 3 = Simulate Active 4 = Local Override 5 = Device Fault State Set 6 = Device Needs Maintenance Soon 7 = Sensor Failure detected by this block/process variable has a status of BAD, Sensor Failure 8 = Output Failure detected by this block/back calculation input has a status of BAD, Device Failure 9 = Memory Failure 10 = Lost Static Data 11 = Lost NV Data 12 = Readback Check Failed 13 = Device Needs Maintenance Now 14 = Power-up 15 = Out-of-Service (MSB) *

34 Diagnostica Valori nel contesto Plant operators Process Control Engineering Station Asset Management Maintenance Station Plant maintenance engineering Control Network H1

35 Manutenzione per valvole di controllo Le informazioni diagnostiche disponibili permettono la riparazione In-line di circa il 60% delle valvole 31% 5% o.k. Rip. in officina 37% Ricalibrazione (in-line) 27% -Riparaz Riparaz-In In-line Source: Study by Fisher-Rosemount, 230 valves

36 Diagnostica Valori nel contesto Console Operatore Console Manutentore Configurazione di sistema, Monitoraggio e Operation H1 Prestazioni e Condition Management dei dispositivi Fieldbus

37 Diagnostica Valori nel contesto Console Operatore Console Manutentore Process Configuration, Monitoring and Operation H1 Performance and Condition Management of Fieldbus devices

38 Visualizzazione diagnostica Italia Informazioni di allarme sul dispositivo Condition monitor automatico e intelligente per il dispositivo specifico Il meccanismo di distribuzione allarmi FF permette di fornire allarmi direttamente al DCS La maggior parte di soluzioni di Plant Asset Monitor offrono le seguenti possibilità: Condizioni e sotto condizioni Descrizione testuale e possibile motivo Azioni suggerite Severità dell allarme In ogni caso tali funzioni non vengono utilizzate o implementate.

39 Visualizzazione diagnostica Honeywell Experion Asset Manager

40 Visualizzazione diagnostica Yokogawa Centum CS3000 DeviceViewer

41 Visualizzazione diagnostica Yokogawa Centum CS3000 DeviceViewer

42 Visualizzazione diagnostica Endress+Hauser FieldCare

43 Visualizzazione diagnostica Endress+Hauser FieldCare

44 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia Diagnostica tramite strumentazione in Foundation Fieldbus Relatore: Ing. Roberto Gusulfino