Beispiele für die Reparatur von Fehlern in komplexen Steuerungssystemen

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yunrun am 27.02.2016 um 21:22 geändert. Ein automatisches Steuerungssystem, das aus mehreren Parametern besteht – also aus zwei oder mehr Transmittern, zwei oder mehr Controllern oder zwei oder mehr Regelventilen – wird als komplexes Steuerungssystem bezeichnet. Natürlich sind die Analyse, der Entwurf, die Parametereinstellung sowie der Betrieb solcher Systeme im Vergleich zu einfachen Steuerungssystemen entsprechend komplexer. Zu den derzeit gebräuchlichen komplexen Steuerungssystemen gehören: Kaskadenschaltung, gleichmäßige Steuerung, Verhältnissteuerung, Vorsteuerung, Selektivsteuerung sowie Stufensteuerung. Lernen Sie anhand dieser von den Ingenieuren von Changhui Instruments zusammengestellten Beispiele für die Fehlerbehebung, wie man Fehler in komplexen Steuerungssystemen behebt und welche Ansätze dabei verwendet werden. 1. Beispiele für die Wartung von Schaltregelsystemen: Ein Schaltregelsystem verfügt über zwei geschlossene Schleifen. Der Hauptsteuerer und der Nebensteuerer sind in Reihe geschaltet. Die Ausgabe des Hauptsteuerers (einem PID-Regler mit einzelliger Regelung) dient als Eingangswert für den Nebensteuerer (einen Regler mit externer Eingabe). Das System steuert die Ventile über die Ausgabe des Nebensteuerers, um eine konstante Regelung der Hauptgröße zu erreichen – siehe Abbildung 1. Daher ist im seriellen Regelungssystem: der Hauptkreis ein Regelkreis mit konstanter Größe, während der Nebenkreis ein Folgerelierungssystem ist. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718375215.jpg Analyse eines Störungsfalls: ① In einer petrochemischen Anlage gibt es ein seriell geschaltetes Steuerungssystem für den Flüssigkeitsstand und den Durchfluss (der Flüssigkeitsstand ist der Hauptkreis, der Durchfluss der Nebenkreis; es handelt sich um ein DCS-System). Die Steuerqualität ist schlecht. Ursachen für die Störung sind unter anderem: Falsche Einstellungen der Steuerparameter des Reglers, das Steuerobjekt befindet sich nicht im normalen Betriebszustand, es besteht eine große Verzögerung beim Steuerobjekt, sowie eine nicht lineare Regelung durch die Regelventile. Die Steuerparameter des Controllers werden neu eingestellt, die Regelventile werden erneut überprüft und die Verzögerungszeiten bei den Tests werden geprüft. Fehlerbehebung: Nach umfassenden Anpassungsprüfungen stellte sich heraus, dass die Verzögerung bei der Steuerung des Flüssigkeitsniveaus zu groß ist, wodurch eine Kaskadeneinstellung nicht möglich ist. ②Die Anlagen für Butylcyclohexanol LIC_0406 und FIC_0411 sind Teil eines seriellen Steuerungssystems, das die Ausbeute aus dem Reaktor mit 400 A steuert. Der Nebenkreis dieses Steuerungssystems kann in den Automatikmodus geschaltet werden, doch der serielle Modus lässt sich nicht aktivieren. Bei Aktivierung des seriellen Modus treten große Schwankungen auf. Fehlerprüfung und Analyse: Tests zeigten, dass aufgrund einer unangemessenen Einstellung der PID-Parameter der seriellen Steuerung sowie aufgrund der tatsächlichen Prozessbedingungen eine Aktivierung des seriellen Modus nicht möglich ist. Fehlerbehebung: Nach der Neuregelung der PID-Parameter wird die Kaskadenschaltung erst in Betrieb genommen. ③Der Hauptsteuerer eines mehrstufigen Regelungssystems ist der Dampfdruckregler, dessen Ausgangswert normal ist. Sein Ausgangssignal sowie das Durchflusssignal aus den Druckleitungen werden über einen Differentialaddierer an den Eingang des sekundären Durchflussschalters weitergeleitet. Es wurde festgestellt, dass die äußere Eingangsgröße plötzlich abfiel, während die Ausgabe des Hauptcontrollers normal blieb. Fehlerprüfung und Analyse: In diesem System wird die Ausgabe des Hauptcontrollers zusammen mit dem Signal der äußeren Eingangsgröße des Nebencontrollers durch einen differenziellen Addierer mit Feedforward-Funktion addiert; das Ergebnis dient anschließend als äußere Eingangsgröße für den Nebencontroller. Die Überprüfung ergab, dass der Fehler auf einen schlechten Kontakt des Sicherungsschalters des Differentialaddierers zurückzuführen ist. Dadurch kam es zu einem Stromausfall; die Ausgabe des Addierers lag bei null. Dies führte wiederum dazu, dass die externe Eingangsspannung des Hilfscontrollers sank. Fehlerbehebung: Der Sicherung wird ausgetauscht, damit eine gute Kontaktaufnahme gewährleistet ist, und der Fehler verschwindet. ④Ein serieller Regelungssystem mit einer einzigen Pegel- und Durchflussregelung – die serielle Regulierung weist große Schwankungen auf, wodurch die vorgesehenen Kontrollziele nicht erreicht werden. Fehlerprüfung und Analyse: Es wird festgestellt, dass der Fehler auf eine falsche Einstellung der Steuerparameter des Sekundärreglers zurückzuführen ist. Die integrierende Wirkung des Sekundärreglers ist zu stark, wodurch es schwierig ist, den Kreislauf zu steuern. Kaskadierte Steuerungssysteme haben hohe Anforderungen an die Hauptparameter – Fehler sind nicht zulässig. Als Steuerregel wird in der Regel eine Proportional-Integral-Regelung verwendet. Wenn das zu steuernde System stark verzögert reagiert, kann eine angemessene Differentielle Wirkung hinzugefügt werden. An die Nebenparameter werden jedoch keine strengen Anforderungen gestellt, da sie sich mit den Ausgaben des Hauptsteuerers ändern. Deshalb reicht in der Regel eine proportionale Steuerung für die Nebenparameter aus; bei Bedarf kann eine integrierende Wirkung hinzugefügt werden. Fehlerbehebung: Nebenparameter neu einstellen. 2. Beispiele für die Wartung von Verhältnisschaltungen: Bei der Justierung des Synthesegas in dem Verdampfer stellte man fest, dass bei einem niedrigen Wert von 10% für das Benzin-Betriebsverhältnis die Ofentemperatur normal blieb und das Gas als geeignet galt. Fehlerprüfung und Analyse: Im Prozess der Zerkleinerung von Schweröl im Verdampfer wird die Menge an Dampf durch ein Verhältnissystem (Dampf/Benzin-Verhältnis) gesteuert. Wenn das Benzin-Betriebsverhältnis sinkt, verringert sich auch die Menge an Dampf. Dennoch bleibt die Ofentemperatur normal und das Gas ist weiterhin geeignet – das zeigt, dass die tatsächliche Menge an Dampf nicht abnimmt. Zunächst wurde überprüft, ob die Signalübertragung im Schaltkreis ordnungsgemäß funktioniert. Durch Messungen stellte sich heraus, dass es keine Probleme bei der Signalübertragung gibt. Außerdem wurde der Primär-Differenztransformator überprüft – auch hier gab es keine Probleme. Außerdem wurden die Ventile der Dampfleitungen überprüft, die in den Verdampfer führen. Dabei stellte sich heraus, dass das Notfallventil zum Abschalten des Dampflieflusses geöffnet war – der Dampf gelangte somit auf diesem Weg in den Verdampfer. Fehlerbehebung: Schließen Sie die Notdampfhandventile, dann kehrt das Benzinverhältnis allmählich zur Normalität zurück. Dann wurde die Schaltventil überprüft. Es stellte sich heraus, dass ein Verstopfung im Luftweg des Elektromagneten zu einer Fehlstellung geführt hatte. Nach dem Austausch des Elektromagneten kehrte alles wieder in Ordnung. 3. Beispiel für die Wartung eines gleichmäßig steuernden Systems: Bei Inbetriebnahme des in Abbildung 2 dargestellten seriellen, gleichmäßig steuernden Systems stellte sich heraus, dass der Hauptparameter – nämlich der Flüssigkeitsspiegel – konstant blieb, während der Nebenparameter stark schwankte. Dies führte zu erheblichen Störungen in den nachfolgenden Prozessen. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718383430.jpg Abbildung 2: Seriell gesteuertes Gleichmäßigkeitskontrollsystem – Fehleranalyse: Ein Gleichmäßigkeitskontrollsystem berücksichtigt in der Regel sowohl den Flüssigkeitsspiegel als auch den Durchfluss. Durch gezielte Anpassungen werden diese beiden, miteinander im Widerspruch stehenden Parameter dazu gebracht, sich innerhalb zulässiger Grenzen zu bewegen. Das bedeutet, dass beide Parameter während des Anpassungsprozesses langsam variieren sollten – sie sollten nicht bei einem konstanten Wert verharren. Die oben beschriebenen Probleme entstehen offensichtlich aufgrund einer falschen Vorgehensweise sowie Methodik bei der Einstellung der Parameter der Steuergeräte. Die Parameter des Pegelsteuerers und des Durchflusssteuerers sollten daher wie folgt eingestellt werden: ① Zunächst wird das Proportionalitätsverhältnis des Pegelsteuerers auf einen geeigneten Wert eingestellt. Anschließend wird das Proportionalitätsverhältnis des Durchflusssteuerers schrittweise erhöht, wobei während des Anpassungsprozesses darauf geachtet werden muss, dass ein langsames Abklingen des Signals eintritt. ②Man fixiert den Proportionalitätsfaktor des Durchflussreglers auf dem eingestellten Wert. Anschließend wird der Proportionalitätsfaktor des Pegelreglers von klein nach groß angepasst. Dabei werden die Kurven beobachtet, um einen langsameren Zerfall der Amplitude zu erzielen. ③Je nach Situation des Objekts wird dem Pegelregler gegebenenfalls eine Integralfunktion hinzugefügt, um die durch Störungen entstehenden Restfehler zu beseitigen. ④Beobachten Sie den Regelungsprozess und justieren Sie die Parameter des Reglers, bis sowohl der Flüssigkeitsspiegel als auch die Durchflussrate einen langsameren zyklischen Abnahmeprozess aufweisen. 4. Auswahl eines Beispiels für die Wartung eines Steuerungssystems: In dem Energieeinsparungssteuerungssystem einer Ammoniaksynthesefabrik trat plötzlich ein Alarm wegen zu hohem Drucks im automatischen Steuerungssystem für das Synthesegas auf. Dieses System ist ein selektives Steuerungssystem, das aus dem Drucksteuerungssystem PIC des Synthesesystems sowie dem Steuerungssystem AIC für die Gaskomponenten des Synthesegases besteht. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718390217.jpg Abbildung 3: Automatisches Steuersystem für den Ablass von Synthesegas. Fehleranalyse: Wenn dieses System im automatischen Betrieb ist, misst der Transmitter AT die Gesamtmenge an inerten Gasen CH4 und Ar im Zirkulationsgas. Der AIC sorgt dafür, dass der Anteil dieser inerten Gase im Synthesesystem auf einem bestimmten Wert bleibt. Dadurch können die Verluste durch den Ablass von Synthesegas auf ein Minimum reduziert werden – was wiederum zu Energieeinsparungen führt. Wenn der Druck im Synthesesystem den zulässigen Wert überschreitet, erhöht der Druckregler PTC aufgrund der Signale des Drucksensors PT kontinuierlich seine Ausgangsspannung. Über den PIS-Selektor ersetzt er dabei den AIC-Regler und übernimmt so die Steuerung des Drucks, um ein Überdrücken des Synthesesystems zu verhindern. Wenn ein Alarm wegen hohem Systemdrucks ausgelöst wird, muss sofort vor Ort mit dem Handrad eingegriffen werden. Zunächst muss überprüft werden, ob der Drucksender sowie der Alarmgeber keine Fehler aufweisen. Anschließend sollte geprüft werden, ob die Ausgabe des Druckreglers die Ausgabe des Komponentenreglers ersetzt. Wenn der Druckregler ordnungsgemäß funktioniert und der Ausgangswert bereits den normalen Wert erreicht hat, ohne dass der Komponentenregler durch den Hochwahlschalter ersetzt wird, liegt ein Defekt am Hochwahlschalter vor. Falls es sich um einen Defekt des Druckreglers handelt, muss dieser schnell in den Manuellmodus geschaltet werden, damit der Ausgangswert ständig erhöht werden kann und so der Druck im Synthesesystem kontrolliert werden kann. Quelle: http://bbs.hcbbs.com/?274320