計測器エンジニアリングでは計測器ループと制御システム ループを分解するため、トラブルシューティングについて心配する必要はありません。

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計器ループ図がない場合は、現場の実際の状況に応じて計器検出または制御システムの回路を分解し、計器ループ図を作成できます。このようなループ図は、機器や制御システムのメンテナンスが容易であれば、その形式に限定される必要はありません。システムループは、電気ループ、計器用空気源ループ、プロセス媒体検出用の圧力誘導管ループの 3 種類に分類できます。 1. 温度制御システムのループ分解 図 1 は一般的なスチームヒータの温度制御システムです。TT熱抵抗内蔵温度発信器で測定した湯温はTC調整器に送られ、所定の温度と比較されます。水温が所定の温度より低い場合、調整器の出力信号により調整弁が開き、蒸気流量が増加して水温が上昇します。水温が所定の温度より高い場合、調整器の出力信号により調整弁が閉じ、蒸気流量が減少し、水温が低下します。 http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211952355357.png 図1 蒸気ヒーター温度制御システム計器ループの概略図yunrun.com.cn/tech/2045.html この制御システムのさまざまなコンポーネント間の相互影響と信号接続を直観的に理解するために、図 2 のブロック図を使用して制御システムの構成を表すことができます。図内の各ブロックは、システムを構成するリンクを表します。 http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211953324921.png 図2 蒸気加熱温度制御システムのブロック図。より直観的にするために、図 3 に示すように、電気信号ループに従って描画します。図3では：A は温度検知素子の熱抵抗器の出力信号ループであり、 は温度トランスミッタの入力信号ループです。熱水の温度変化に比例した抵抗信号を出力します。抵抗値は温度が上昇すると増加し、温度が低下すると減少します。B は温度トランスミッターの出力信号ループとレギュレーターの入力信号ループです。熱水の温度変化に比例した電流信号を出力します。温度が上昇すると電流値は増加し、温度が下降すると電流値は減少します。C はレギュレータの出力信号ループとアクチュエータの入力信号ループです。出力は、温度偏差信号の大きさと所定の制御ルールに基づいた電流信号です。湯温の変化とは逆効果の電流信号です。湯温が上昇すると電流値は減少します。調整弁を絞ると蒸気の流量が減り、湯温が下がります。；湯温が低くなると電流値は大きくなります。調整弁を開けると蒸気流量が増加し、湯温が上昇します。 http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211954183201.png 図3 蒸気加熱温度制御システムの電気回路の概略図。各回路がどのように動作するかを知っていれば、この回路に障害が発生したときに次の回路にどのような影響を与えるかを知ることができます。この分析を通じて、システム障害を判断する考え方が明確になります。この図では、電源ループ、バルブ位置フィードバック ループ、手動オペレーター ループは省略されています。 2. DCS 液面制御・連動系統回路分解 図 4 に反応器液位制御・連動系統図を示す。液面調整機能と低液面連動制御機能を搭載しています。作業工程は、：液面発信器ＬＴは、液面信号をＤＣＳに送信する。 DCSのLICレギュレータは液面変化に応じた電流信号を出力し、電気変換器を介して空圧調整弁の開度を制御し、液面の安定を保ちます。プロセス内の液供給が不足し、液面が規定値まで低下すると、低液面スイッチLEが作動し、LS低液面インターロックの出力が圧力を失い、2位置三方電磁弁が電源を遮断し、空圧調整弁を閉じて生産の安全を確保します。 http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211957390187.png 図4 反応器液面制御と連動システムの図。トラブルシューティングを容易にするために、図 5 は電気回路、計器ガス回路、およびプロセス パラメータ検出回路に従って描かれています。図 5 では、DCS カードの入出力端子、DCS 制御、およびインターロックはすべてソフト配線されています。信号の関係は構成図で見ることができ、ループ信号は配線の考え方に従って理解して確認することができます。 http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211958516321.png 図５ 原子炉液面制御と連動システムのループ模式図 ① 電気ループ A は液面発信器の出力信号ループと DCS の入力信号ループです。出力は、液面の変化に比例した電流信号です。液面が上昇すると電流値が増加し、液面が下降すると電流値が減少します。；Bは液面低下検出出力信号回路とスイッチ信号であるDCS入力信号回路です。；CはDCSの制御出力信号ループとI/Pコンバータの信号入力ループです。出力は、液面偏差信号の大きさと所定の制御則に基づいた電流信号です。液面の変化に比例した電流信号です。波形レベルが上昇すると電流値はオープンに制御され、波形レベルが下降すると電流値は減少するように制御されます。；DはDCSの低液面インターロック信号出力回路と2位置3方電磁弁の信号入力回路です。出力と入力はスイッチ信号です。 ②計器ガス回路とは、計器ガス源回路を指します。空気圧機器には圧縮空気の要件があります。計器用空気回路は、圧縮空気が計器に入った後も大気中に排気する必要があるという事実に基づいています。空気は圧縮されて装置内に入った後、大気に戻ります。圧縮空気回路がスムーズでないと、機器が誤動作する可能性があります。EはI/Pコンバータのエア供給回路です；Fは2位置3方電磁弁のエア供給回路です。 I/P コンバータは DCS レギュレータが出力する電流を対応する空気圧に変換し、G は空気圧調整バルブの開度を制御するために使用されます。2位置3方電磁弁は通電時はインターロックは動作しません。 I/Pコンバータの出力エア圧力により調整弁はFからGまで制御されます。 低液位インターロックが働くと電磁弁の電源がオフになり、調整弁への圧縮エアFが遮断され、調整弁ダイヤフラムはGからHを通じて空になります。調整弁はバネ力により全閉状態となります。 ③プロセスの多数決検出ループ I は、液面検出検知ループおよび液面トランスミッターの入力信号ループです。液面検出センシング回路の出力信号が差圧であるか浮力であるかは、使用する検出器の種類に完全に依存します。ただし、その出力は液面の変化に比例した電流信号です。液面検出回路の故障を判断する際には、ゼロ点マイグレーションの問題に注意する必要があります。Jは液面低下検出回路と液面スイッチの入力信号回路です。スイッチ信号です。 3. DCS 構成ループの分解 DCS 構成ループは、実際には制御アルゴリズムの組み合わせです。ソフトウェアで実装されているため、理解するのが少し抽象的ですが、配線されたループを使用しても理解できます。図６はカスケード制御の構成図である。メインコントローラＴＩＣ１００の出力ＯＵＴは、二次レギュレータＦＩＣ１００の所定の端子ＳＥＴに接続されている。%Z011101 ～ %Z011103 は、制御ループのハードウェア接続番号です。 %Z011103 は、信号が最初のノード、最初のユニット、最初のスロット、および 3 番目のチャネルから送信されることを意味します。 http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212000597872.png 図6 カスケード制御の構成図。この構成図を図 7 に示すような従来の制御システムのブロック図に変換します。これは非常に直観的で理解しやすいものです。カスケード制御システムは、プロセスパラメータを安定させるために直列に接続された 2 つの PID レギュレータを使用します。外側はメインループで、メイントランスミッタ、メインレギュレータ、および閉ループを形成するメインオブジェクトで構成されます。内部には補助ループがあり、補助送信機、補助レギュレーター、調整バルブ、および閉ループを形成する補助オブジェクトで構成されます。メインレギュレータの出力は、セカンダリレギュレータの所定の値として使用されます。このシステムは、補助レギュレータの出力を通じて調整バルブの開度を制御し、主要パラメータを制御します。メインループと補助ループの間の役割分担は明確です。メインループは「微調整」タスクを完了し、補助ループは「粗調整」タスクを完了します。補助ループが主導的な役割を果たします。次のように理解できます：主ループは定値制御方式、補助ループは追従方式です。上記の分析から、メインレギュレータがコマンドを発行し、補助レギュレータが調整することがわかります。小さな干渉は補助レギュレータによって除去され、大きな干渉は最初に補助レギュレータによって調整され、残りの主レギュレータと補助レギュレータが一緒に調整されます。ある回路の故障が他の回路にどのような影響を与えるのかが分かれば、大まかに分析して判断することができます。 図 7 カスケード制御システムのブロック図 まず、障害が DCS 内で発生しているのか、周辺機器や接続で発生しているのかを判断する必要があります。DCS 内部の場合、ホストコンピュータの故障アラームと表示曲線を使用して故障を分析および判断できます。故障現象に応じて手動運転に切り替えて観察・確認することもできます。 障害は DCS の外部で発生します。 3 つの回路 %Z011101 ～ %Z011103 をチェックする必要があります。 1 つは、送信機からカードへの電流が正常かどうかを確認することです。 2 つ目は、送信機が正常かどうかを確認することです。 3つ目は、2次レギュレータの出力電流が正常かどうかを確認することです。信号状態の解析に基づいて、どの回路に障害が発生しているかを特定し、該当する送信機、配線、電源を確認します。 上記の外部ループ検査方法は、カスケード制御 CPID モジュールにも適用できます。このモジュールは、従来の 2 つの PID 制御モジュールを統合し、機能豊富で使いやすい複合制御モジュールを形成します。これには、メイン送信機と補助送信機の 2 つの入力信号と、補助レギュレーターの 1 つの出力信号があります。 4. プロセスパラメータ検出伝達ループ 図 8 は流量検出差圧伝達ループの概略図であり、電気回路図よりも直感的です。ここでのループは圧力管内の測定媒体のループであり、図の点線で示す差圧信号の伝達ループです。通常、絞り装置の前後には流量に応じて変化する圧力差が生じます。正のパイプの圧力は常に負のパイプの圧力よりも大きくなります。流量が大きくなると差圧も大きくなり、発信器の出力電流も大きくなります。通常、機器は指定された測定範囲内にあり、圧力誘導パイプやバルブに障害物がないことが必要です。測定媒体は圧力誘導パイプ内に充填する必要がありますが、流動させることはできません。測定媒体はブローダウン操作中にのみ流れることができます。測定媒体が流れる場合は、バランスバルブの内部漏れ、サンプリングネットワーク、ドレンバルブ、圧力パイプまたはジョイントの漏れなど、流量検出システムに漏れ故障があることを示します。バルブや圧力導管が詰まり、差圧伝送器の圧力導管や測定室内に気体や液体が存在すると、差圧伝送ループが遮断され、差圧信号の伝送が歪み、伝送器の出力電流に異常が発生します。 http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212004028210.png 図8 流量検出用差圧伝送回路の概略図。伝送プロセス中、差圧信号は、特に蒸気流量の測定の場合、圧力誘導パイプ継手 (圧力誘導パイプ、バルブ、凝縮器、アイソレーターを含む) の抵抗の影響を受けます。圧力誘導パイプ継手の抵抗は、測定に大きな影響を与えます。多くの蒸気流 定量システムには気体と液体の二相流が存在します。圧力導入管の太さ、バルブの種類、バルブの取り付け位置の変更、圧力配管継手の溶接品質、発信器の取り付け位置などによりキー抵抗の大きさが変化し、差圧信号の伝送精度に影響を与えます。故障の解析・判断の際は、まず配管継手を確認し問題がないことを確認し、次に発信器のメーター表示計器を確認してください。 機器ループと制御システム ループの上記 4 つの分解例は、いくつかのアイデアと方法を提供するだけです。 Changhui Instruments の目的は、誰もがインスピレーションを得て推論を導き、それを現場の実際の状況と組み合わせて適用できるようにすることです。