ABB 364DS系列實(shí)現(xiàn)壓力儀表“可靠性的”
2008/4/3 11:33:35
當(dāng)今的傳感器裝置當(dāng)然是高科技產(chǎn)品，但近年來傳感器技術(shù)的創(chuàng)新速度卻令人沮喪地緩慢。這是因?yàn)椋蠖鄶?shù)用戶寧可堅(jiān)持使用久經(jīng)考驗(yàn)的技術(shù)，而不愿采用不穩(wěn)定的新型儀表并危及流程。如果儀表出現(xiàn)問題，一天的生產(chǎn)損失（即使在一家中型工廠中）也能輕易地超過整個(gè)儀表系統(tǒng)的成本。因此，可靠性是儀器儀表用戶的頭等大事，然后才是精度和成本。在確定新型ABB壓力變送器系列的規(guī)格時(shí)，ABB決定根據(jù)這些輕重次序，提供可靠的技術(shù)和常識性的解決方案。其成果便是364DS壓力變送器。
在過去幾年中，人們愈發(fā)關(guān)注產(chǎn)品規(guī)格中的“基礎(chǔ)”精度。精度已被顯著改善（從90年代末的0.1％到目前的0.025％），但這對客戶價(jià)值意味著什么呢？出于降低成本的需要，一些著名的制造商建議不采用冗余設(shè)計(jì)，聲稱它是問題的來源，而不是一項(xiàng)安全功能。這就像建議采用單引擎飛機(jī)，而非雙引擎飛機(jī)：兩種飛機(jī)都能飛得很好，但第二種較不受歡迎，因?yàn)樗袃膳_（而不是僅僅一臺）容易出事的引擎。
盡管客戶需求千變?nèi)f化，有些功能特點(diǎn)能夠使所有人受益。ABB一直致力于這些方面，使其新型壓力變送器364DS系列成為可靠、堅(jiān)固、緊湊而簡單（見上圖）的產(chǎn)品。
可靠–零件更少，更不容易發(fā)生故障由ABB公司研發(fā)部對現(xiàn)有ABB裝置及競爭對手裝置的零件功能詳細(xì)分析表明，每種裝置都包含120個(gè)以上的零件、15個(gè)子組合件和50種操作。分析認(rèn)為最小零件數(shù)目為24，表明有很大的空間，可以進(jìn)行簡化和改善可靠性。新型傳感器的設(shè)計(jì)理念圍繞ABB及其競爭對手在過去3年中向客戶提供的、最受歡迎的裝置。裝置的零件數(shù)目及材料種類被降到最低。外殼與法蘭得到簡化，尺寸縮小。材料規(guī)格被提高（如用不銹鋼作為標(biāo)準(zhǔn)儀器外殼，而哈氏合金C用作密封膜片）。
最為重要的是，通過取消墊圈、并引入一種新穎的“全焊接”體（ABB已為此技術(shù)申請專利），消除了所有可能的泄漏源。新型壓力變送器的制造過程采用了最為先進(jìn)的工藝，例如激光焊接、大功率CO2源、高真空技術(shù)、以及高品質(zhì)材料處理。
堅(jiān)固–全不銹鋼外殼
在壓力變送器上采用全不銹鋼外殼是一種誘人的、但通常比較昂貴的選項(xiàng)。鋁制外殼常常用來削減成本，但如果有價(jià)格類似的其他解決方案，很少有人會選擇這一材料。借助ABB的新設(shè)計(jì)，全不銹鋼外殼的成本得以降低，其價(jià)格可以普遍接受。新型外殼 的設(shè)計(jì)和組裝方式使其能夠在所需防爆應(yīng)力的4倍以上條件下運(yùn)行。測試表明，它可以承受約100巴（100 kg/cm2）的內(nèi)部壓力，而機(jī)械結(jié)構(gòu)不致顯著變形。外殼還可保護(hù)傳感器不受振動和物理沖擊的影響。外殼的安全 規(guī)格更高，限制了所需生產(chǎn)測試的次數(shù)，從而降低成本。
緊湊 – 內(nèi)部寬大，外形節(jié)省空間
縮小傳感器相當(dāng)容易，但減小尺 寸卻常常造成可及性下降。ABB的一些競爭對手正在生產(chǎn)
非常小的單元，某些儀器被縮小 到了一半，但沒有一種比得上364DS系列的可及性。后者小于 其競爭產(chǎn)品，但同時(shí)可及性更好。這是由于“全焊接”體包含 了電子器件的外殼以及一個(gè)易于使用的大型接線板 1 。
簡單 – 364DS系列采用了簡單的四按鈕式菜單系統(tǒng)
任何新型電子裝置的主要問題之一便是設(shè)置，這通常涉及復(fù)雜的程序和含混不清的說明書。364DS的HMI（人機(jī)界面）以四個(gè)按鈕為中心，便于用戶通過一目了然的菜單（與目前手機(jī)上采用的類似）方便地瀏覽。“方便設(shè)置”功能允許用戶在變送器調(diào)試期間進(jìn)行操作。HMI還提供關(guān)于操作語言的選擇（將于2006年12月起提供中文版）。
設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)最大的人身安全
在364DS變送器的設(shè)計(jì)及開發(fā)過程中，安全性始終頭等重要。在經(jīng)過1百萬次過量程壓力循環(huán)后，量程較低的儀器可以承受超過1500巴（150 MPa或21，750si）的壓力。在Politecnico diMilano進(jìn)行的裂縫及應(yīng)力侵蝕效果測試中，密封膜片的性能得到了驗(yàn)證。裝置采用了由國家腐蝕工程師協(xié)會（NACE）批準(zhǔn)的材料，來保證最大的抗腐蝕性。裝置符合幾種危險(xiǎn)區(qū)域認(rèn)證要求，這可由最終用戶選擇（如FM，CSA與ATEX），并具有EC61508安全集成等級2。儀器標(biāo)配包括一個(gè)4kV1.2/20微秒電涌保護(hù)器，以及一個(gè)能夠提供0V/m電磁場抗擾度的高性能濾波器。
其他主要特點(diǎn)
儀器外殼具有抗侵入保護(hù)等級P67（NEMA 4X），但儀器本身可以在拆除外殼、濕度為100％的情況下工作。屏幕（2英寸表頭），是所有新型ABB儀器儀表產(chǎn)品的標(biāo)配，即使在最極端的溫度（– 20°C至60°C）下也便于讀數(shù)。364DS是一種典型的“現(xiàn)貨”產(chǎn)品。它可以在定購后立即發(fā)貨，盡管以不銹鋼制成，它的重量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采用鋁制外殼的競爭產(chǎn)品。裝置還配有可更換、可升級的電子器件、自動修復(fù)數(shù)據(jù)庫、遠(yuǎn)程指示器選項(xiàng)、流量累加器、可編程的報(bào)警飽和限制、高級內(nèi)部診斷以及平方根取舍功能。
性能提高
現(xiàn)場測量裝置的實(shí)際性能往往低于制造商聲稱的數(shù)字（“基礎(chǔ)”精度）3-5倍。這是由于衰減、安裝、靜態(tài)壓力、溫度、振動、電磁相容性等因素的影響。這種性能下降是促使我們設(shè)計(jì)364系列的主要?jiǎng)恿χ弧Ｍㄟ^滿足對儀器的四項(xiàng)主要要求（即可靠、堅(jiān)固、緊湊而簡單），新型儀器的基礎(chǔ)精度提高到了0.06％（量程上限，URL）。更為重要的是，溫度的影響被限制在最大0.15％（范圍–40°C至+85°C），而穩(wěn)定性也得到改善，使變送器10年使用壽命內(nèi)的誤差保持在URL的0.15％以下。
結(jié)論
ABB的“可靠性”設(shè)計(jì)與開發(fā)方法加上它的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生了一系列新的變送器，這些產(chǎn)品可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)最大的投資回報(bào)，同時(shí)具有最高的安全性能。
Aurelio Fanoni
Andrea Moroni
ABB儀器儀表有限公司
意大利Lenno
urelio.fanoni@it.abb.com
ndrea.moroni@it.abb.com
在過去幾年中，人們愈發(fā)關(guān)注產(chǎn)品規(guī)格中的“基礎(chǔ)”精度。精度已被顯著改善（從90年代末的0.1％到目前的0.025％），但這對客戶價(jià)值意味著什么呢？出于降低成本的需要，一些著名的制造商建議不采用冗余設(shè)計(jì)，聲稱它是問題的來源，而不是一項(xiàng)安全功能。這就像建議采用單引擎飛機(jī)，而非雙引擎飛機(jī)：兩種飛機(jī)都能飛得很好，但第二種較不受歡迎，因?yàn)樗袃膳_（而不是僅僅一臺）容易出事的引擎。
盡管客戶需求千變?nèi)f化，有些功能特點(diǎn)能夠使所有人受益。ABB一直致力于這些方面，使其新型壓力變送器364DS系列成為可靠、堅(jiān)固、緊湊而簡單（見上圖）的產(chǎn)品。
可靠–零件更少，更不容易發(fā)生故障由ABB公司研發(fā)部對現(xiàn)有ABB裝置及競爭對手裝置的零件功能詳細(xì)分析表明，每種裝置都包含120個(gè)以上的零件、15個(gè)子組合件和50種操作。分析認(rèn)為最小零件數(shù)目為24，表明有很大的空間，可以進(jìn)行簡化和改善可靠性。新型傳感器的設(shè)計(jì)理念圍繞ABB及其競爭對手在過去3年中向客戶提供的、最受歡迎的裝置。裝置的零件數(shù)目及材料種類被降到最低。外殼與法蘭得到簡化，尺寸縮小。材料規(guī)格被提高（如用不銹鋼作為標(biāo)準(zhǔn)儀器外殼，而哈氏合金C用作密封膜片）。
最為重要的是，通過取消墊圈、并引入一種新穎的“全焊接”體（ABB已為此技術(shù)申請專利），消除了所有可能的泄漏源。新型壓力變送器的制造過程采用了最為先進(jìn)的工藝，例如激光焊接、大功率CO2源、高真空技術(shù)、以及高品質(zhì)材料處理。
堅(jiān)固–全不銹鋼外殼
在壓力變送器上采用全不銹鋼外殼是一種誘人的、但通常比較昂貴的選項(xiàng)。鋁制外殼常常用來削減成本，但如果有價(jià)格類似的其他解決方案，很少有人會選擇這一材料。借助ABB的新設(shè)計(jì)，全不銹鋼外殼的成本得以降低，其價(jià)格可以普遍接受。新型外殼 的設(shè)計(jì)和組裝方式使其能夠在所需防爆應(yīng)力的4倍以上條件下運(yùn)行。測試表明，它可以承受約100巴（100 kg/cm2）的內(nèi)部壓力，而機(jī)械結(jié)構(gòu)不致顯著變形。外殼還可保護(hù)傳感器不受振動和物理沖擊的影響。外殼的安全 規(guī)格更高，限制了所需生產(chǎn)測試的次數(shù)，從而降低成本。
緊湊 – 內(nèi)部寬大，外形節(jié)省空間
縮小傳感器相當(dāng)容易，但減小尺 寸卻常常造成可及性下降。ABB的一些競爭對手正在生產(chǎn)
非常小的單元，某些儀器被縮小 到了一半，但沒有一種比得上364DS系列的可及性。后者小于 其競爭產(chǎn)品，但同時(shí)可及性更好。這是由于“全焊接”體包含 了電子器件的外殼以及一個(gè)易于使用的大型接線板 1 。
簡單 – 364DS系列采用了簡單的四按鈕式菜單系統(tǒng)
任何新型電子裝置的主要問題之一便是設(shè)置，這通常涉及復(fù)雜的程序和含混不清的說明書。364DS的HMI（人機(jī)界面）以四個(gè)按鈕為中心，便于用戶通過一目了然的菜單（與目前手機(jī)上采用的類似）方便地瀏覽。“方便設(shè)置”功能允許用戶在變送器調(diào)試期間進(jìn)行操作。HMI還提供關(guān)于操作語言的選擇（將于2006年12月起提供中文版）。
設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)最大的人身安全
在364DS變送器的設(shè)計(jì)及開發(fā)過程中，安全性始終頭等重要。在經(jīng)過1百萬次過量程壓力循環(huán)后，量程較低的儀器可以承受超過1500巴（150 MPa或21，750si）的壓力。在Politecnico diMilano進(jìn)行的裂縫及應(yīng)力侵蝕效果測試中，密封膜片的性能得到了驗(yàn)證。裝置采用了由國家腐蝕工程師協(xié)會（NACE）批準(zhǔn)的材料，來保證最大的抗腐蝕性。裝置符合幾種危險(xiǎn)區(qū)域認(rèn)證要求，這可由最終用戶選擇（如FM，CSA與ATEX），并具有EC61508安全集成等級2。儀器標(biāo)配包括一個(gè)4kV1.2/20微秒電涌保護(hù)器，以及一個(gè)能夠提供0V/m電磁場抗擾度的高性能濾波器。
其他主要特點(diǎn)
儀器外殼具有抗侵入保護(hù)等級P67（NEMA 4X），但儀器本身可以在拆除外殼、濕度為100％的情況下工作。屏幕（2英寸表頭），是所有新型ABB儀器儀表產(chǎn)品的標(biāo)配，即使在最極端的溫度（– 20°C至60°C）下也便于讀數(shù)。364DS是一種典型的“現(xiàn)貨”產(chǎn)品。它可以在定購后立即發(fā)貨，盡管以不銹鋼制成，它的重量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采用鋁制外殼的競爭產(chǎn)品。裝置還配有可更換、可升級的電子器件、自動修復(fù)數(shù)據(jù)庫、遠(yuǎn)程指示器選項(xiàng)、流量累加器、可編程的報(bào)警飽和限制、高級內(nèi)部診斷以及平方根取舍功能。
性能提高
現(xiàn)場測量裝置的實(shí)際性能往往低于制造商聲稱的數(shù)字（“基礎(chǔ)”精度）3-5倍。這是由于衰減、安裝、靜態(tài)壓力、溫度、振動、電磁相容性等因素的影響。這種性能下降是促使我們設(shè)計(jì)364系列的主要?jiǎng)恿χ弧Ｍㄟ^滿足對儀器的四項(xiàng)主要要求（即可靠、堅(jiān)固、緊湊而簡單），新型儀器的基礎(chǔ)精度提高到了0.06％（量程上限，URL）。更為重要的是，溫度的影響被限制在最大0.15％（范圍–40°C至+85°C），而穩(wěn)定性也得到改善，使變送器10年使用壽命內(nèi)的誤差保持在URL的0.15％以下。
結(jié)論
ABB的“可靠性”設(shè)計(jì)與開發(fā)方法加上它的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生了一系列新的變送器，這些產(chǎn)品可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)最大的投資回報(bào)，同時(shí)具有最高的安全性能。
Aurelio Fanoni
Andrea Moroni
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