एकल-लूप फीडबैक नियंत्रण प्रणाली में होने वाली खराबियों का विश्लेषण

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लेख “सिंगल-लूप फीडबैक कंट्रोल सिस्टम में खराबियों का निवारण: चरण एवं विधियाँ” में खराबियों के निवारण हेतु आवश्यक चरणों एवं विधियों का वर्णन किया गया है। इस लेख में, चांगहुई इंस्ट्रूमेंट्स ने 16 वास्तविक खराबी-उदाहरण दिए हैं; इन उदाहरणों के विश्लेषण से इंस्ट्रूमेंट ऑपरेटरों की व्यावहारिक क्षमताओं में सुधार होता है। चांगहुई इंस्ट्रूमेंट्स: http%3a//www%2eyunrun%2ecom%2cn
1. वायु-विभाजन उपकरणों में तरल स्तर नियंत्रण प्रणाली होती है; तरल स्तर को मापने हेतु डिफरेंशियल प्रेशर ट्रांसमीटर, DCS एवं पनडुब्बी-प्रकार के नियंत्रण वाल्वों का उपयोग किया जाता है। उपकरण शुरू करने के दौरान, स्वचालित तरल स्तर नियंत्रण प्रणाली के कारण तरल स्तर में बहुत अधिक उतार-चढ़ाव होता है, जिससे उत्पादन की आवश्यकताओं को पूरा नहीं किया जा सकता।
खराबी की जाँच/विश्लेषण: उपकरण शुरू करने के दौरान, चूँकि सिस्टम में ठंडक की मात्रा संतुलित नहीं होती, इसलिए तरल स्तर मापन हेतु उपयोग किए गए उपकरणों में ठंडा एवं गर्म तरल पदार्थ मिल जाते हैं; इस कारण मापन मानों में बहुत अधिक उतार-चढ़ाव होता है। स्वचालित नियंत्रण प्रणाली लगाने के बाद यह समस्या और भी बढ़ जाती है। खराबी सुधारने हेतु: सबसे पहले इसे मैनुअल मोड में लाएं, मैनुअल रूप से नियंत्रण करें। तरल पदार्थ के स्तर में होने वाले अंतर को ठीक करें। पॉजिटिव एवं नेगेटिव प्रेशर पाइपों को टावर की दीवार से बाहर निकालें, फिर मीटर को चालू करें। जब यह मैनुअल रूप से कुछ समय तक स्थिर रह जाए, तब ही इसे स्वचालित मोड में लाया जाए। उपरोक्त प्रक्रियाओं के बाद, मूल रूप से प्रक्रिया संबंधी आवश्यकताएँ पूरी हो जाती हैं, जिससे उतार-चढ़ाव कम हो जाता है। 2. यहाँ एक सरल नियंत्रण प्रणाली है; नियंत्रक में कोई त्रुटि नहीं है, एवं नियंत्रक का आउटपुट भी सामान्य है। लेकिन जब भी कोई त्रुटि होती है, तो PID नियंत्रक फिर भी पुराने नियंत्रण नियमों के अनुसार ही कार्य करता है। परिणामस्वरूप, नियंत्रित पैरामीटर मानदंड मान तक नहीं पहुँच पाता, एवं कभी-कभी यह विपरीत दिशा में भी कार्य करता है।
**दोष की जाँच/विश्लेषण:** दोष के लक्षणों से ऐसा लगता है कि सिस्टम के मापन घटक, नियंत्रण घटक एवं संकेत संचरण प्रणाली में कोई समस्या नहीं है। दोष संभवतः नियंत्रण वाल्व संबंधी घटकों (वाल्व स्ट्रक्चर में विसंरचना, मेम्ब्रेन में अवरोध, वाल्व पोजिशनर में खराबी) या PID नियंत्रक से वाल्व पोजिशनर तक संकेत पहुँचाने वाली लाइनों में हो सकता है। PID नियंत्रक से नियंत्रण वाल्व तक जाने वाले संकेतों की जाँच की गई; यह सब ठीक पाया गया। हालाँकि, नियंत्रण वाल्व के डायाफ्राम हेड की जाँच करने पर पता चला कि डायाफ्राम हेड के कनेक्शन में मिट्टी के कण जम गए थे, जिसके कारण नियंत्रक सही ढंग से काम नहीं कर पा रहा था। खराबी का समाधान: जाम हटने के बाद, सिस्टम पुनः सामान्य हो जाता है। 3. मध्यम दबाव वाली भाप के दबाव को नियंत्रित करने हेतु PV108 का उपयोग किया जाता है; यह एक सरल नियंत्रण प्रणाली है। एक दिन, ऑपरेटर को पता चला कि दबाव कम हो रहा है। PID नियंत्रक द्वारा आउटपुट वाल्व की स्थिति सही थी, लेकिन फिर भी दबाव में सुधार नहीं हो रहा था। त्रुटि की जाँच/विश्लेषण: त्रुटि के लक्षणों से पता चला कि PID नियंत्रक से सुरक्षा उपकरण तक कोई समस्या नहीं है; संभवतः समस्या सुरक्षा उपकरण से वाल्व पोजिशनर/नियंत्रण वाल्व तक है। पहले वाल्व पोजिशनर एवं नियंत्रण वाल्वों की जाँच की गई; उनमें कोई समस्या नहीं थी। इसके बाद मल्टीमीटर का उपयोग करके सुरक्षा उपकरण से आने वाले सिग्नलों की जाँच की गई, लेकिन कोई सिग्नल ही नहीं मिला खराबी का समाधान: आउटपुट सुरक्षा उपकरण को बदलने पर, सिस्टम तुरंत सामान्य हो जाता है। 4. किसी उपकरण में एक सरल नियंत्रण प्रणाली होती है (DCS नियंत्रण प्रणाली, PID नियंत्रक)। ऑटोमेटिक मोड में आने के बाद भी यदि नियंत्रक कार्य नहीं करता, तो इसकी जाँच एवं विश्लेषण आवश्यक है। नियंत्रक के कार्य न करने के कारण हो सकते हैं – DCS सिस्टम में कोई समस्या होना, या नियंत्रक के स्वचालित समायोजन पैरामीटर सही न होना। डीसीएस कॉन्फ़िगरेशन सही पाया गया, लेकिन कंट्रोलर के P, I, D पैरामीटरों की जाँच करने पर पता चला कि वे सही नहीं हैं। खराबी सुधारना: PID पैरामीटरों को सही तरीके से सेट करने के बाद, सिस्टम सामान्य रूप से काम करने लगता है। http://www.yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201511/2015111714330696.jpg
कृत्रिम बुद्धिमत्ता आधारित नियंत्रक – YR-GAD सीरीज़; 5. योकोगावा DCS सिस्टम में एकल परिपथ में OOP त्रुटि आ रही है।
त्रुटि का विश्लेषण: OOP का अर्थ है “इनपुट ओपन सर्किट”; ऐसा तब होता है जब ट्रांसमीटर की लाइन टूट जाती है, या फिर ट्रांसमीटर का इनपुट सिग्नल 4mA से कम या 20mA से अधिक हो जाता है। 6. योकोगावा DCS सिस्टम में एकल परिपथ है; OOP त्रुटियों का विश्लेषण किया जाता है। ； OOP का अर्थ है “आउटपुट ओपन सर्किट”; यह समस्या कनेक्शनों में ढीलेपन के कारण हो सकती है। 7. यहाँ एक सिंगल-लूप नियंत्रण प्रणाली है; ऑटोमेटिक मोड में आने के बाद भी इसे स्थिर रूप से कार्यरत नहीं किया जा सकता। निर्धारित मानों में बदलाव करने पर भी इस प्रणाली में कोई सुधार नहीं होता। नियंत्रण चक्र एवं नियंत्रण सीमाएँ तो सामान्य ही हैं, फिर भी यह प्रणाली स्थिर नहीं रह पाती।
दोष विश्लेषण: दोषों के लक्षणों से पता चलता है कि इस प्रणाली के समायोजन पैरामीटर उचित हैं; इसलिए इसे स्थिर रूप से कार्यरत न कर पाने का कारण पैरामीटरों में नहीं है। खराबी सुधारना: सर्किट का पुनः विश्लेषण करके PID नियंत्रक की सकारात्मक/नकारात्मक क्रियाओं को सही ढंग से सेट किया जाता है; इससे सिस्टम में ऋणात्मक फीडबैक उत्पन्न होता है, एवं सिस्टम सामान्य रूप से कार्य करने लगता है। 8. एक नियंत्रण परिपथ है, जिसका उपयोग कई वर्षों से सामान्य रूप से किया जा रहा है; लेकिन नियंत्रण की गुणवत्ता धीरे-धीरे खराब होती जा रही है। त्रुटि की जाँच/विश्लेषण: चूँकि इस परिपथ का उपयोग पहले सामान्य रूप से हो पा रहा था, इसलिए इसके पैरामीटर सामान्य ही रहे। लेकिन धीरे-धीरे नियंत्रण की गुणवत्ता में गिरावट आना, इस बात का संकेत है कि कुछ ऐसी परिस्थितियाँ हैं जो नियंत्रण प्रक्रिया को प्रभावित कर र नियंत्रण वाल्व की जाँच करने पर पता चला कि वाल्व का भीतरी हिस्सा गंभीर रूप से क्षतिग्रस खराबी का समाधान: वाल्व की मरम्मत के बाद यह सामान्य रूप से काम करने लगा। 9. DCS सिस्टम में एक नियंत्रण परिपथ था, जो पहले तो सही ढंग से काम कर रहा था। लेकिन बाद में डेटा संचार चैनल खराब हो गया। AO पॉइंट का चैनल बदलने के बाद, स्थल पर मौजूद वाल्वों को नियंत्रित करना संभव नहीं रहा।
समस्या की जाँच/विश्लेषण: चूँकि समस्या चैनल बदलने के कारण ही हुई, इसलिए समस्या का विश्लेषण उसी बदलाव से शुरू किया गया। क्योंकि AO कार्ड के चैनलों को बदला गया है, एवं उन्हें पुनः इंस्टॉल किया गया है; इसलिए कंट्रोल पॉइंट्स को मूल चैनलों तक पहुँचने में समस्या हो रही है, जिसके कारण उन्हें नियंत्रित नहीं किया ज खराबी का समाधान: संबंधित नियंत्रण बिंदुओं को पुनः स्थापित करने के बाद, उस उपकरण को सामान्य रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। 10. एक बॉयलर की वाष्प-भंडारण टैंक में तरल पदार्थ के स्तर को नियंत्रित करने वाली प्रणाली पहले तो सही ढंग से काम कर रही थी; लेकिन अचानक ही इसमें बड़े उतार-चढ़ाव आने लगे। ऐसी स्थिति में सिस्टम को मैनुअल नियंत्रण मोड में लाया गया। तरल पदार्थ के स्तर में होने वाले इन उतार-चढ़ावों की जाँच/विश्लेषण करने पर पता चला कि प्रक्रिया संचालन हेतु आवश्यक परिस्थितियाँ पहले वाली स्थितियों से अलग हो गई हैं; इसलिए पैरामीटरों को पुनः सेट करने की आवश्यकता है। खराबी सुधारना: नियंत्रण प्रणाली को मजबूत बनाकर, हस्तक्षेपों/अव्यवस्थाओं को दूर करने के बाद सब कुछ सामान्य हो गया। 11. किसी टॉवर में तरल स्तर को नियंत्रित करने हेतु एकल-लूप नियंत्रण प्रणाली का उपयोग किया जाता है। लोड में परिवर्तन के दौरान तरल स्तर में अस्थिरता पाई गई, एवं इसमें बहुत अधिक उतार-चढ़ाव हो रहा था। खराबी की जाँच/विश्लेषण करने पर पता चला कि लेवल नियंत्रण वाल्व LV0405 की खुलने की दर केवल 7% ही थी; वाल्व की स्थिति लगातार बदल रही थी। कम खुलने की स्थिति में वाल्व में “स्टर्टरिंग” समस्या उत्पन्न हो जाती है, एवं पोजिशनर से प्राप्त संकेत भी अस्थिर रहते हैं; इसी कारण वाल्व स्थिर नहीं रह पाता। खराबी का समाधान: नियंत्रण वाल्व को 15% तक खोलने पर वह सामान्य हो जाता है; लेकिन अधिक मात्रा में ऐसा करने से तरल पदार्थ का स्तर नियंत्रित नहीं रह पाता। इसलिए, उपयोग से पहले एवं बाद में हैंड वाल्व का उपयोग करके ही सामान्य नियंत्रण संभव है। 12. किसी पेट्रोकेमिकल संयंत्र में, तरल स्तर नियंत्रण हेतु एक एकल-लूप नियंत्रण प्रणाली है। भार कम होने के कारण, LV402 वाल्व का खुलने का स्तर केवल 5% ही रह गया। इसके परिणामस्वरूप कंपन होने लगा, एवं तरल स्तर अस्थिर हो गया।
दोष विश्लेषण: जब नियंत्रण वाल्व कम स्तर पर होता है, तो उसमें कंपन होने की संभावना बढ़ जाती है। कंपन होने पर वाल्व का स्थान निर्धारण करने वाला उपकरण भी प्रभावित हो जाता है, जिससे आउटपुट अस्थिर हो जाता है। इसी कारण स्वचालित नियंत्रण भी अस्थिर हो जाता है। खराबी का समाधान: आगे या पीछे स्थित वाल्वों को थोड़ा सा बंद कर दें, ताकि प्रवाह की मात्रा कम हो जाए। जब वाल्व 15% स्तर पर पहुँच जाता है, तो कंपन बंद हो जाता है, वाल्व पोजिशनर भी स्थिर हो जाता है, एवं सिस्टम स्वचालित रूप से सही ढंग से काम करने लगता है। 13. एक सरल लेवल-नियंत्रण प्रणाली (DCS प्रणाली में PID नियंत्रक, एवं नियंत्रण वाल्व गैस-चालित होता है) को स्वचालित नियंत्रण मोड में उपयोग में नहीं लाया जा सकता।
खराबी की जाँच/विश्लेषण: स्वचालित नियंत्रण मोड में इस प्रणाली को उपयोग में न ला पाने के मुख्य कारण हैं – नियंत्रक के पैरामीटरों में त्रुटि, नियंत्रित उपकरण में समस्या, या नियंत्रण वाल्व में कोई खराबी। उपरोक्त सभी संभावित कारणों की जाँच की गई; नियंत्रण वाल्व की जाँच करने पर पता चला कि वाल्व से बहुत अधिक मात्रा में लीकेज हो रहा है। जैसे ही वाल्व थोड़ा खुलता है, बहुत अधिक मात्रा में तरल पदार्थ बाहर निकल जाता है। खराबी का समाधान: नियंत्रण वाल्व के आंतरिक घटकों की मरम्मत करने के बाद, समस्या दूर हो गई। 14. वाष्प दबाव नियंत्रण प्रणाली से संबंधित एक त्रुटि: कागज-रहित रिकॉर्डर पर वाष्प पाइपलाइनों में दबाव का मान अचानक शून्य हो गया; साथ ही सुरक्षा वाल्व भी सक्रिय हो गया। यह समस्या उपकरणों की खराबी के कारण हुई। जब दबाव मापन पाइप एवं रिकॉर्डिंग उपकरणों के बीच कोई खराबी आ जाती है, तो नियंत्रण वाल्व का खुलने का स्तर अचानक बदल जाता है, जिससे भाप का दबाव तेजी से बढ़ जाता है। ऐसी स्थिति में पेपर-रहित रिकॉर्डिंग उपकरण कोई प्रतिक्रिया नहीं देता। ऐसी स्थिति में पहले नियंत्रण वाल्व को मैनुअल मोड में स्विच कर देना चाहिए, उसके बाद ही खराबी को ठीक ख. पेपरलेस रिकॉर्डर पर स्टीम पाइपलाइनों में दबाव का मान, निर्धारित मान से अधिक नहीं है; इसलिए सुरक्षा वाल्व सक्रिय नहीं होता। यदि विभिन्न बिंदुओं पर तापमान सामान्य है, तो सुरक्षा वाल्व ठीक से सेट नहीं किया गया है। ； यदि विभिन्न बिंदुओं पर तापमान के मान बढ़ जाते हैं, तो दबाव संबंधी मापन मान वास्तविक दबाव से कम हो जाते हैं। ग. दबाव में उतार-चढ़ाव तो होता है, लेकिन वह धीरे-धीरे ही होता है; इसके कारणों का पता आमतौर पर प्रक्रिया संबंधी कारणों से ही लग घ. दबाव में होने वाले उतार-चढ़ाव, तेज़ कंपनों के रूप में प्रकट होते हैं; इसके कारणों का पता लेने हेतु पैरामीटरों की समायोजन प्रक्रिया एवं उपकरणों की ई. लोड, इनपुट/रिफ्लक्स प्रक्रियाएँ, तापमान आदि में होने वाले परिवर्तन, साथ ही गलत संचालन, इन सभी के कारण उपकरण के अंदर दबाव में परिवर्तन हो सकता है। ऐसी स्थितियों के कारणों का पता लेने हेतु प्रक्रियाओं की जाँच आवश्यक है। घ. प्रत्येक उपकरण में होने वाले दबाव-परिवर्तनों के बारे में जानकारी होना आवश्यक है; यह पता लगाना आवश्यक है कि यह स्थिति सामान्य है या असामान्य। इसके लिए अन्य प्रक्रिया-संबंधी मापदंडों का भी उपयोग किया जा सकता है। 15. लीवल कंट्रोल सिस्टम से संबंधित एक खराबी – ऐसी स्थिति में, लाइट कॉलम रेगुलेटर पर दर्शाया गया तरल पदार्थ का स्तर अधिकतम या न्यूनतम स्तर तक पहुँच जाता है; ऐसी स्थिति में पहले चार्ट की जाँच करना आवश्यक है। यदि प्राथमिक मीटर सही है, तो यह द्वितीयक मीटर में हुई खराबी के कारण है। यदि पहले एवं दूसरे मापक उपकरणों के मान समान हैं, तो हैंडल वाले नियंत्रण वाल्व की जाँच करें, ताकि पता चल सके कि तरल का स्तर में यदि कोई परिवर्तन होता है, तो आमतौर पर यह प्रक्रियागत कारणों से होता है; जबकि यदि कोई परिवर्तन नहीं होता, तो आमतौर पर यह म ख. ऋणात्मक माइग्रेशन वाले उपकरणों में मापन मान अधिकतम स्तर तक पहुँच जाता है; ऐसी स्थिति में ऋणात्मक दबाव वाले हिस्से में लीकेज ह जिन उपकरणों में गैसीय दबाव सीधे नकारात्मक दबाव वाली ओर जाता है, उनमें प्रदर्शित मान न्यूनतम स्तर पर चले जाते हैं। ऐसी स्थिति में नकारात्मक दबाव वाली ओर स्थित तरल पदार्थ भरने वाले टैंक ग. रिकॉर्ड किए गए मानों में उतार-चढ़ाव की आवृत्ति अधिक होने का कारण, आम तौर पर, पैरामीटरों का अनुचित सेटिंग होना, या फिर प्राथमिक मापन उपकरणों में कंपन होना हो सकता है। यदि उतार-चढ़ाव धीमा हो, तो आमतौर पर यह संचालन स्थितियों के कारण होता घ. यदि संदेह हो कि मापन उपकरण गलत स्तर-सूचना दे रहा है, तो आम तौर पर सिस्टम को मैनुअल मोड में लाया जा सकता है। इसके बाद, प्रक्रिया-प्रबंधन एवं मापन-उपकरण संबंधी विशेषज्ञ मिलकर कैलिब्रेटेड प्रेशर गेज का उपयोग करके गैस-चरण का दबाव मापकर विश्लेषण कर सकते हैं। 16. तापमान संबंधी सिस्टम में हुई एक खराबी। यह एक हेवी ऑयल तापमान नियंत्रण प्रणाली है। हेवी ऑयल को हीट एक्सचेंजर के माध्यम से भाप से गर्म किया जाता है; भाप के फ्लो वाल्व को समायोजित करके हेवी ऑयल का तापमान नियंत्रित किया जाता है। लेकिन स्वचालित नियंत्रण प्रणाली में तापमान में बड़े उतार-चढ़ाव होते हैं।
दोष विश्लेषण: भाप के प्रवाह में परिवर्तन करने पर भी हेवी ऑयल का तापमान में कोई खास परिवर्तन नहीं होता; इससे पता चलता है कि संवेदन उपकरणों में कोई देरी है। थर्मोकपल सिस्टम की जाँच करने पर कोई समस्या नहीं मिली; इससे पता चलता है कि ऊष्मा संचरण प्रणाली में ही कोई समस्या हो सकती है। भाप की आंतरिक ऊष्मा का पूरा उपयोग करने हेतु, मध्यम दबाव वाली भाप को पानी में रूपांतरित करना आवश्यक है; इसके बाद ही उसे हाइड्रोस्टैटिक डिवाइस के माध्यम से नियमित रूप से भाप एवं भारी तेल, हीट एक्सचेंजर के माध्यम से ऊष्मा का आदान-प्रदान करते हैं; इस ऊष्मा-आदान प्रक्रिया में कुछ समय लगता है। मध्यम दबाव वाली भाप का तापमान 280℃ होता है; गर्म किए जाने के बाद भारी तेल का तापमान 150℃ हो जाता है। जब भाप का तापमान 280℃ से धीरे-धीरे कम होने लगता है, और यह 150℃ वाले भारी तेल के तापमान के बराबर हो जाता है, तब ऊष्मा-आदान-प्रदान लगभग संतुलित हो जाता है (हालाँकि ऊष्मा-प्रतिरोध के कारण थोड़ा अंतर तो रह जाता है)। इस स्थिति में भाप पूरी तरह से तरल रूप में नहीं बदली होती; वह अभी भी ऊष्मा-आदान-प्रदान उपकरण में ही मौजूद रहती है। भले ही नियंत्रण वाल्व को खोल दिया जाए, फिर भी नई भाप अंदर नहीं आ पाती; यदि कुछ भाप अंदर आ भी जाती है, तो वह बहुत ही कम मात्रा में होती है। इस कारण, ऊष्मा-आदान हेतु उपयोग में आने वाली भाप का तापमान 280℃ तक नहीं पहुँच पाता (हालाँकि बाहर से आने वाली भाप का तापमान 280℃ ही होता है); बल्कि यह तापमान 280℃ एवं भाप के पानी में रूपांतरित होने के तापमान के बीच ही रहता है। चूँकि ऊष्मा-आदान हेतु उपयोग में आने वाली भाप का तापमान डिज़ाइन मान से कम होता है, इसलिए ऊष्मा-आदान हेतु आवश्यक समय बढ़ जाता है। इसके कारण तापमान मापन में देरी हो जाती है, और अधिक देरी के कारण सिस्टम अस्थिर हो जाता है। खराबी सुधार: इस सिस्टम के लिए, इंटेलिजेंट थर्मोकंट्रोलर के PID पैरामीटरों को उचित रूप से सेट किया गया। डिफरेंशियल एक्शन को बढ़ाया गया, उचित मात्रा में इंटीग्रेशन एक्शन जोड़ा गया, एवं प्रोपोर्शनल एक्शन को भी बढ़ाया गया। P=50%, Ti=5 मिनट, Td≈1.5 मिनट। परिणाम काफी अच्छा रहा।