Der Instrumentenbauer weiß, wie man die Instrumentenschaltungen sowie die Steuerungsschaltungen zerlegt – damit ist das Fehlerbeheben kein Problem

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Ohne Schaltpläne der Messgeräte kann man anhand der tatsächlichen Gegebenheiten vor Ort die Messgeräte oder Steuerungssysteme zerlegen und anschließend Schaltpläne erstellen. Solche Schaltpläne müssen nicht einer bestimmten Form folgen – es geht lediglich darum, die Wartung der Messgeräte und Steuerungssysteme zu erleichtern. Die Systemkreise können in elektrische Kreise, Kreise für die Versorgung mit Messtechnikgas sowie Druckleitungskreise zur Überwachung der Prozessmedien unterteilt werden. 1. Zerlegung der Schleifen des Temperaturregelsystems Abbildung 1 zeigt ein gängiges Temperaturregelsystem für Dampfheizer. Die mit dem integrierten TT-Thermowiderstandstemperatursender gemessene Temperatur des Warmwassers wird an den TC-Regler übermittelt, wo sie mit der vorgegebenen Temperatur verglichen wird. Wenn die Wassertemperatur unter der vorgegebenen Temperatur liegt, erhöht das Ausgangssignal des Reglers den Durchfluss des Dampfs, wodurch die Wassertemperatur ansteigt. Wenn die Wassertemperatur über der festgelegten Temperatur liegt, reduziert das Ausgangssignal des Reglers den Durchfluss des Regelventils, wodurch der Dampfstrom verringert wird und die Wassertemperatur sinkt. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211952355357.png Abbildung 1: Schematische Darstellung des Temperatursteuerungssystems für Dampfheizer. Informationen zum Messkreis finden Sie unter yunrun.com.cn/tech/2045.html. Um die gegenseitigen Einflüsse sowie die Signalverbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten dieses Steuerungssystems anschaulich darzustellen, kann man das Schema in Abbildung 2 verwenden. Jedes Quadrat in diesem Schema stellt eine Komponente des Systems dar. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211953324921.png Abbildung 2: Blockdiagramm des Steuerungssystems für die Dampftemperatur. Zur besseren Übersichtlichkeit ist es sinnvoll, das System nach den elektrischen Signalwegen darzustellen – wie in Abbildung 3 zu sehen ist. In Abbildung 3: A ist der Ausgangssignalkreis des Widerstands des Temperatursensors und zugleich der Eingangssignalkreis des Temperaturwandlers. Es wird ein Widerstandssignal ausgegeben, das proportional zur Temperatur des Warmwassers variiert: Bei steigender Temperatur erhöht sich der Widerstandswert, bei fallender Temperatur sinkt er. B ist der Ausgangssignalkreis des Temperaturübertragers und zugleich der Eingangssignalkreis des Reglers. Es wird ein Stromsignal ausgegeben, das proportional zur Temperaturänderung des Warmwassers ist: Bei steigender Temperatur nimmt der Stromwert zu, bei fallender Temperatur sinkt er. C ist der Ausgangssignalkreis des Reglers und zugleich der Eingangssignalkreis des Aktuators. Ausgegeben wird ein Stromsignal, das auf der Größe des Temperaturabweichungssignals sowie nach einem vorgegebenen Steuerprinzip erzeugt wird. Es handelt sich dabei um ein Stromsignal, das entgegengesetzt zur Temperaturänderung des Warmwassers reagiert: Wenn die Temperatur des Warmwassers ansteigt, sinkt der Stromwert. Dadurch wird der Regulierungsventil geschlossen, wodurch der Dampffluss verringert wird und somit die Temperatur des Warmwassers sinkt ； Wenn die Temperatur des Warmwassers sinkt, steigt der Stromwert. Um den Dampffluss zu erhöhen und so die Temperatur des Warmwassers wieder ansteigen zu lassen, muss der Regelventil geöffnet werden. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211954183201.png Abbildung 3: Schematische Darstellung des elektrischen Schaltkreises des Dampfheizungskontrollsystems. Wenn man weiß, wie die einzelnen Schaltkreise funktionieren, kann man erkennen, welche Auswirkungen ein Defekt in einem Schaltkreis auf den nächsten Schaltkreis hat. Auf diese Weise wird die Analyse von Systemfehlern klarer. In dieser Zeichnung sind der Stromversorgungskreis, der Rückkopplungskreis für die Ventilposition sowie der Manuellbediengerät-Kreis weggelassen. 2. Aufbau des DCS-Systemes zur Steuerung des Füllstands sowie der Sicherheitsvorkehrungen. Abbildung 4 zeigt das System zur Steuerung des Füllstands in einem Reaktor sowie die dazugehörigen Sicherheitsvorkehrungen. Das System verfügt über eine Regelung der Flüssigkeitsebene sowie eine Schaltfunktion bei niedriger Flüssigkeitsebene. Der Arbeitsablauf ist folgender: Der Pegelsensor LT übermittelt das Pegelsignal an den DCS. Der Regler LIC im DCS gibt aufgrund der Änderungen des Pegels ein Stromsignal aus. Dieses Signal wird anschließend durch einen elektrischen Wandler genutzt, um die Öffnungsgrad der pneumatischen Regelventile zu steuern – damit der Pegel konstant bleibt. Wenn bei dem Prozess eine unzureichende Flüssigkeitszufuhr auftritt und der Flüssigkeitsspiegel auf den festgelegten Wert sinkt, tritt der Niedrigstandsschalter LE in Aktion. Dadurch wird die Ausgangsspannung des LS-Niedrigstandsschalters unterbrochen, wodurch der zweistufige Drehrhebelventil abgeschaltet wird und das pneumatische Regulierventil geschlossen wird – damit die Sicherheit in der Produktion gewährleistet bleibt. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211957390187.png Abbildung 4: Diagramm der Reaktorflüssigkeitshöhensteuerung und des Interlocksystems. Zur Fehlerdiagnose wurden in Abbildung 5 die elektrischen Schaltkreise, die Schaltkreise für die Messgeräte sowie die Schaltkreise zur Überwachung der Prozessparameter dargestellt. In Abbildung 5 gehören die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse der DCS-Karte sowie die Steuerung und Interlocks der DCS zu den flexiblen Verbindungen. Die Signalbeziehungen können anhand der Konfigurationsgrafiken abgeleitet werden; die Schaltkreissignale können jedoch weiterhin wie bei festen Verbindungen verstanden und überprüft werden. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211958516321.png Abbildung 5: Schema des Kontrollsystems für den Flüssigkeitsspiegel im Reaktor sowie des Schaltkreises ① Der elektrische Schaltkreis A ist sowohl der Ausgangssignalkreis des Flüssigkeitsspiegelmessers als auch der Eingangssignalkreis des DCS. Es wird ein Stromsignal ausgegeben, das proportional zur Änderung des Flüssigkeitsspiegels ist: Wenn der Flüssigkeitsspiegel ansteigt, nimmt der Stromwert zu; wenn der Flüssigkeitsspiegel fällt, sinkt der Stromwert ； B ist sowohl der Ausgangssignalkreis zur Erkennung eines niedrigen Flüssigkeitsspiegels als auch der Eingangssignalkreis des DCS – es handelt sich dabei um ein Schaltsignal ； C ist der Steuerausgangssignalkreis des DCS und zugleich der Signaleingangskreis des I/P-Wandlers. Ausgegeben wird ein Stromsignal, das auf der Größe des Signals zur Messung der Höhenabweichung sowie nach einem vorgegebenen Steuerprinzip erzeugt wird. Es handelt sich dabei um ein Stromsignal, das proportional zu den Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels ist: Wenn der Flüssigkeitsspiegel ansteigt, nimmt auch der Wert des Steuerstroms zu; wenn der Flüssigkeitsspiegel fällt, sinkt der Wert des Steuerstroms ； D ist der Ausgangskreis für das Schaltsignal bei niedrigem Flüssigkeitsspiegel im DCS und zugleich der Eingangskreis für das Signal der zweistufigen Drehrührventile; ausgegeben und eingehend werden Schaltsignale. ②Anlagendruckkreislauf Der für Instrumente verwendete Druck wird als Instrumentdruckkreislauf bezeichnet; pneumatische Instrumente haben Anforderungen an komprimierte Luft. Die Luftzufuhr für die Instrumente beruht darauf, dass das komprimierte Luft nach dem Eintreten in die Instrumente wieder in die Atmosphäre abgeleitet wird. Wenn der Kreislauf des komprimierten Luftes nicht reibungslos funktioniert, treten bei den Instrumenten weiterhin Störungen auf. E ist die Versorgungsleitung des I/P-Wandlers ； F ist die Luftzufuhrschleife der zweistufigen Drehrundventile; ein I/P-Wandler wandelt den von dem DCS-Regler ausgegebenen Strom in die entsprechende Luftdruckstärke um, wodurch über G die Öffnungsgrad des pneumatischen Regelventils gesteuert wird. Wenn die zweistufigen Drehrhebelventile mit Strom versorgt werden, tritt keine Interlockschaltung ein. Der Ausgangsdruck des I/P-Wandlers steuert das Regulierventil von F bis G. Wenn die Interlockschaltung aufgrund eines niedrigen Flüssigkeitsspiegels ausgelöst wird, wird das Ventil vom Strom getrennt. Dadurch wird der Kompressionsluftstrom zum Regulierventil in Richtung F unterbrochen. Die Membran des Regulierventils entlädt sich über G in Richtung H. Unter dem Einfluss der Federkraft bleibt das Regulierventil in einem vollständig geschlossenen Zustand. ③In den meisten Prozessüberwachungsschleifen ist Schleife I sowohl eine Sensorschleife zur Messung des Füllstands als auch die Eingangssignalschleife des Füllstandswandlers. Ob das Ausgangssignal des Sensors zur Überwachung des Flüssigkeitsstands ein Differenzdruck oder die Schwerekraft ist, hängt vollständig von der Art des verwendeten Messgeräts ab. Doch es erzeugt ein Stromsignal, das proportional zur Flüssigkeitsstandänderung ist. Bei der Fehlerdiagnose des Flüssigkeitsstandmesskreises muss man auf das Problem des Nullpunktverschiebungen achten. J ist sowohl der Schaltkreis zur Erkennung eines niedrigen Flüssigkeitsniveaus als auch der Eingangssignalkreis für den Flüssigkeitspegelschalter – es handelt sich dabei um ein Schaltsignal. 3. Aufteilung der DCS-Konfigurationsschaltungen: Die DCS-Konfiguration besteht eigentlich aus einer Kombination verschiedener Steueralgorithmen. Da diese Algorithmen mit Software umgesetzt werden, ist ihr Verständnis etwas abstrakt. Dennoch kann man sie auch durch physisch verbundene Schaltungen verstehen. Abbildung 6 zeigt die Konfiguration einer seriellen Steuerung: Die Ausgabe OUT des Hauptsteuerers TIC100 ist mit der Eingangsgröße SET des Hilfsreglers FIC100 verbunden. %Z011101-%Z011103 sind die Hardware-Verbindungsnummern der Steuerungsschleifen. %Z011103 bedeutet: Das Signal stammt vom ersten Knoten, der ersten Einheit, dem ersten Slot sowie dem dritten Kanal. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212000597872.png Abbildung 6: Konfigurationsdiagramm der seriellen Steuerung. Wenn wir das Konfigurationsdiagramm in ein herkömmliches Blockdiagramm eines Steuerungssystems umwandeln, wie in Abbildung 7 dargestellt, wird es viel übersichtlicher und leichter verständlich. Ein geschalteter Regelkreis nutzt zwei miteinander verbundene PID-Regler, um einen Prozessparameter zu stabilisieren. Draußen befindet sich der Hauptkreis, der aus dem Hauptsender, dem Hauptregler und dem Hauptobjekt besteht und somit einen geschlossenen Kreis bildet. Im Inneren befindet sich der Nebenkreislauf, der aus einem Nebensender, einem Nebenregler, einer Regulierventil sowie dem Nebenobjekt einen geschlossenen Kreislauf bildet. Die Ausgabe des Hauptreglers dient als Eingabewert für den Nebenregler. Das System steuert die Öffnungsweite der Regulierventile über die Ausgabe des Sekundärreglers, um so die Hauptparameter zu kontrollieren. Die Aufgaben der Haupt- und Nebenschleifen sind klar voneinander getrennt: Die Hauptschleife übernimmt die Aufgabe der „Feinabstimmung“, während die Nebenschleife für die „Grobabstimmung“ zuständig ist. Die Nebenschleife fungiert somit als Vorstufe bei der Abstimmung. Man kann es so verstehen: Der Hauptkreis ist ein Regelungssystem mit konstanter Größe, während der Nebenkreis ein folgendes Regelungssystem ist. Aus der oben genannten Analyse geht hervor, dass der Hauptregler Befehle gibt und der Nebenregler die Anpassungen vornimmt. Kleine Störungen werden vom Nebenregler beseitigt, während größere Störungen zunächst vom Nebenregler bearbeitet werden. Den Rest regulieren dann gemeinsam der Hauptregler und der Nebenregler. Wenn man weiß, dass ein bestimmter Schaltkreis defekt ist und welche Auswirkungen das auf einen anderen Schaltkreis hat, kann man eine grobe Analyse und Beurteilung vornehmen. Abbildung 7: Blockdiagramm eines seriellen Steuerungssystems. Zunächst muss festgestellt werden, ob der Fehler im DCS selbst auftritt oder in den peripheren Geräten oder Verbindungen. Falls innerhalb des DCS verfügbar, können die Fehlermeldungen sowie die Anzeigekurven des übergeordneten Systems genutzt werden, um Fehler zu analysieren und zu beurteilen. Zudem kann auf den manuellen Betrieb umgeschaltet werden, um die Situation zu beobachten und aufgrund der Fehlererscheinungen Untersuchungen durchzuführen. Der Fehler tritt außerhalb des DCS auf. Es müssen die drei Schaltkreise %Z011101-%Z011103 überprüft werden: Erstens muss geprüft werden, ob der Stromfluss vom Transmitter zum Kartenmodul normal ist. Zweitens muss überprüft werden, ob der Transmitter selbst in Ordnung ist. Drittens muss geprüft werden, ob der Ausgangsstrom des Hilfsreglers normal ist. Anhand der Analyse des Signalzustands wird ermittelt, in welchem Schaltkreis ein Fehler aufgetreten ist, anschließend werden die entsprechenden Transmitter, Verbindungen und die Stromversorgung überprüft. Die oben beschriebenen Prüfmethoden für externe Schaltungen gelten auch für den seriellen Regelungsmodul CPID. Dieses Modul integriert zwei herkömmliche PID-Steuerungsmodule miteinander und erzeugt so ein leistungsstarkes, einfach zu bedienendes kombiniertes Steuerungsmodul. Es verfügt weiterhin über zwei Eingangssignale – vom Hauptsender und vom Nebensender – sowie ein Ausgangssignal vom Nebenregler. 4. Schaltkreis zur Übertragung der Prozessparameter
Abbildung 8 zeigt einen schematischen Darstellung des Schaltkreises zur Messung des Durchflusses mittels Differenzdruck. Dieser Schaltkreis ist übersichtlicher als die elektrischen Schaltpläne. Es handelt sich dabei um einen Schaltkreis, der für das Messmedium in den Druckleitungen bestimmt ist – also um den Schaltkreis zur Übertragung des Differenzdrucks-Signals, wie es in der Abbildung durch die gestrichelten Linien dargestellt wird. In normalen Bedingungen besteht zwischen dem Vor- und Nachteil des Durchflussreglers ein Druckunterschied, der sich mit dem Durchfluss ändert. Der Druck im positiven Rohr ist stets höher als der Druck im negativen Rohr. Je größer der Durchfluss, desto größer ist auch der Druckunterschied – und entsprechend größer ist auch die Ausgangsspannung des Transmitters. In der Regel muss das Messgerät innerhalb des vorgeschriebenen Messbereichs funktionieren. Die Druckleitungen sowie die Ventile müssen frei sein. Das zu messende Medium sollte die Druckleitungen vollständig füllen, darf aber nicht darin fließen. Nur während der Entleerungsarbeiten ist ein Fluss des Messmediums zulässig. Ein Fluss im Messmedium deutet auf einen Leckfehler im Durchflussmesssystem hin, wie zum Beispiel ein Leck in der Ausgleichsventil, im Probenahmennetz, in der Entleerungsventil, in den Druckleitungen oder an den Anschlüssen. Ein Verstopfen der Ventile oder Leitungen sowie das Vorhandensein von Gasen oder Flüssigkeiten in den Messkammern der Leitungen oder Differenzdrucksensoren können dazu führen, dass der Differenzdruck nicht mehr richtig übertragen werden kann. Dadurch entstehen Verzerrungen bei der Übertragung des Differenzdrucksignals, was wiederum zu Störungen im Ausgangssignal des Sensors führt. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212004028210.png Abbildung 8: Schematische Darstellung des Differenzdruckübertragungssystems zur Messung des Durchflusses. Bei der Übertragung des Differenzdrucks wird dieser durch den Widerstand der Druckleitungskomponenten beeinflusst – dazu gehören Druckleitungen, Ventile, Kondensatoren sowie Trennvorrichtungen. Insbesondere bei der Messung des Dampfdurchflusses hat der Widerstand dieser Komponenten einen großen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung. In vielen Dampfdurchflussmesssystemen kommt es zu einem Gemisch aus Gas- und Flüssigkeitsphase. Die Dicke der Druckleitungen, die Art der Ventile, die Positionierung der Ventile, die Qualität der Verbindungen zwischen den Druckleitungen sowie die Positionierung des Transmitters können alle den Widerstand beeinflussen und somit die Genauigkeit der Übertragung des Differenzdrucks beeinträchtigen. Bei der Analyse und Beurteilung von Störungen sollte zunächst der Rohrleitungsteil überprüft werden. Erst wenn keine Probleme festgestellt werden, sollten die Anzeigegeräte des Transmitters untersucht werden. Die oben genannten Beispiele für die Aufteilung der 4 Messkreise sowie der Steuerungssysteme dienen lediglich dazu, Anregungen und Methoden zu bieten. Das Ziel von Changhui Instruments ist es, den Menschen Anreize zu geben, daraus Schlüsse zu ziehen und diese in der Praxis anzuwenden.