単回路フィードバック制御システムの故障事例分析

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記事「単回路フィードバック制御システムの故障診断手順と対処法」では、故障対処の手順や方法について解説されており、昌晖計器は本稿で16件の現場での故障事例をまとめ、これらの事例を分析することで計装技術者の実践的なスキル向上を図っています。 昌晖計器 http%3a//www%2eyunrun%2ecom%2cn
1. 空気分離装置の液面自動制御システムにおいて、液面の測定には差圧変換器、DCS、および空気駆動式薄膜調節弁からなる制御システムが使用されている。運転開始時には自動制御を適用しても液面の変動が非常に大きく、生産要件を満たすことができなかった。
故障の検査・分析：運転開始時、システムの冷却能力がバランスを取れておらず、また液面測定用の圧力導管内での冷温の不均一さにより、圧力導管内で気体と液体が混在し、測定値自体の変動も大きくなっていた。自動制御を適用した後は、その変動がさらに悪化した。 故障処理：まず手動状態に切り替え、手動で制御し、液面差の変動を調整する。正負の圧力導管をタワー壁から結露部まで移動させた後、計器を起動する。手動でしばらく安定させた後、自動モードに切り替えます。上記の処理を経ることで、基本的に工程要件を満たし、変動を小さくすることができる。 2、シンプルな制御システムがあり、コントローラの偏差や出力は正常だが、偏差が生じてもPID調整器は元の制御則に従って動作し続け、制御対象パラメータは所定値に戻らず、時には逆方向に動作する。故障の検査・分析：故障現象から判断すると、システム内の計測部、制御部、信号伝達に問題はなく、故障は調整弁部分（バルブステムの変位、ダイアフラムの詰まり、バルブポジショナーの故障）またはPID調整器からバルブポジショナーへの信号伝達線部分にある可能性が高い。PID調節器の出力信号から調節弁までの配線が正常であることを確認し、調節弁のダイアフラムヘッドを点検したところ、ダイアフラムヘッドの接続部の空気通路が砂粒によって塞がれており、そのためコントローラーが正常に動作しないことが判明した。 障害処理：詰まりを解消すると、システムは正常に復帰します。 3、中圧蒸気圧力をPV108の放散によって制御するシンプルな制御システムがあり、ある日、オペレーターは圧力が低下していることに気づいた。PID調節器の出力値は正しく、しかし偏差が解消されなかった。故障の検査・分析：故障の様子から判断すると、PID調節器からセーフガードへの出力には問題がないため、おそらくセーフガードからバルブポジショナー、調節弁への問題である。まずバルブポジショナーと調節弁をチェックし、どちらにも問題はなかった。次にマルチメーターでセーフガードの出力信号を測定したが、出力はなかった。 障害対処：出力セーフティデバイスを交換すると、システムが正常に復帰する。 4、ある装置の簡易制御回路（DCS制御システム、PIDコントローラ）において、自動運転に切り替えた後、コントローラが動作しない。故障の検査・分析：コントローラが動作しない原因としては、DCSの設定に問題があるか、コントローラの自己調整パラメータが正しいかどうかが考えられる。DCSの設定はすべて正しいことが確認されましたが、コントローラーのP、I、Dパラメータをチェックしたところ、不正確であることが判明しました。 障害対処：PIDパラメータを正しく設定すると、正常に動作する。 http://www.yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201511/2015111714330696.jpg 人工知能調節器YR-GADシリーズ 5、横河DCSシステムの単回路でOOP故障警報が発生 ダメージ分析：OOPは入力開路を意味し、トランスミッターの配線が切断されているか、またはトランスミッターの入力信号が4mA未満または20mAを超えている可能性があります。 6、横河DCSシステム単回路におけるOOP故障の解析；OOPは出力オープンを意味し、接続が緩んでいることが原因かもしれません。 7、単回路制御系があり、自動運転に切り替えても長時間の調整を経ても安定して動作しない。目標値に干渉を加えると戻る傾向が見られ、調整周期や調整幅は正常だが、安定しない。故障分析：故障現象から判断すると、このシステムの調整パラメータは適切であり、安定しない原因はパラメータにあるわけではない。 故障処理：回路を再分析し、PID調節器の正逆作用を正しく設定してシステムを負帰還状態にし、運用開始後は正常に動作した。 8、運転開始から長年にわたり正常に使用されてきた制御回路があり、運用条件は変わっていないにもかかわらず、制御性能が次第に悪化している。故障の検査・分析：元々正常に動作していたことからパラメータに問題はなく、性能が徐々に低下していることから、何らかの徐々に変化する条件が制御に影響を与えていると考えられる。調整弁を点検したところ、バルブシートの侵食がひどいことがわかりました。 障害対応：バルブを修理した後、正常に稼働しました。 9、DCSシステムのある制御ループは、以前は正常に動作していたが、後に入力ポイントのチャネルが壊れたためAOポイントのチャネルを交換したところ、現場のバルブ開度を制御できなくなった。故障の検査・分析：チャネルの交換が原因で故障が発生したため、変更された部分から問題の分析を行った。AOカードのチャネルが交換され、再インストールされたため、制御ポイントが元のチャネルを見つけられず、制御できない状態です。 障害対処：対応する制御点を再ダウンロードすることで、正常に制御できるようになります。 10、あるボイラーのドラム液面制御システムは元々正常に動作していたが、突然大きな変動が生じ、手動制御に切り替えられた。液面の変動による故障の点検・分析：故障の様子から、プロセスの運転条件が元の設定条件と異なっていることがわかり、パラメータを再設定する必要がある。 障害対応：制御強度を強化し、干渉による変動を克服した結果、正常に復帰しました。 11、あるタワーの液面制御は単回路制御システムであり、負荷調整の過程で液面が不安定で大きく変動することが判明した。故障の検査・分析：検査の結果、液面調節弁LV0405の開度はわずか7％で、弁の位置が絶えず変化していた。調節弁は小開度の状態ではサージングを起こしやすく、ポジショナーの出力も不安定であったため、調節弁が安定しなかった。 トラブル対処：調節弁を15％まで開いた後、調節弁が正常に復帰したが、開度が大きすぎて液面を維持できなかった。そのため、前後のマニュアルバルブで流量を制限することで、正常な制御が可能となった。 12、ある石油化学プラントの液面単回路制御システムにおいて、負荷が低下したためLV402バルブの開度はわずか5％となり、その結果振動が発生し液面が不安定になった。故障分析：調節バルブは低開度状態では非常に振動しやすく、振動するとバルブポジショナーにも影響を与えて出力が不安定になるため、自己調整が不安定になる。 故障処理：前方または後方の遮断弁を少し絞って流量を制限し、弁の開度を15％にすると振動がなくなり、バルブポジショナーも安定し、自動運転も正常に動作する。 13、単純な液位制御システム（DCSシステムのPIDコントローラ、調節弁はエアオープン型）では自動制御を導入できない。不具合の検査・分析：自動制御が導入できない主な原因は、コントローラのパラメータ設定の不備、制御対象の問題、または調節弁に問題があることである。上記の各不具合箇所をチェックしたところ、調節弁の内部漏れ量が非常に多く、わずかに開度を上げただけで大量の流量が流れ出ていることが判明した。 障害対応：調節弁の内部部品を処理した後、問題は解消されました。 14、蒸気圧力制御システムの故障事例 a、ペーパーレスレコーダー上の蒸気配管圧力記録値が突然ゼロに下がり、安全弁が作動した。これは計器の不具合によるものである。誘導管と記録計の間に故障が発生した場合、調整弁の開度が急変し蒸気圧が急上昇するが、ペーパーレス記録計は反応しない。このときはまず手動遠隔操作の調整弁に切り替えてから、故障の処理を行うことができる。 b、ペーパーレス記録計の蒸気配管圧力記録値が設定値を超えない場合、安全弁が作動する。計装担当者は関連する計器を確認し、各点の温度が正常であれば、安全弁の調整が不十分であることになる；各点の温度値が上昇する場合、圧力記録値は実際の圧力よりも低くなる。 c、圧力の変動は大きいものの緩やかであり、一般的には工程面で原因を探るべきである。 d. 圧力の変動が急速な振動状態にある場合は、パラメータ調整および計器自体から原因を探る必要がある。 e、負荷、投入物の還流、温度などの変化や不適切な操作により、装置内の圧力が変動するため、工程操作の面で原因を探る必要がある。 f、各計器の通常の圧力変動状況を把握し、異常か正常かを見極めるとともに、他の工程パラメータを参考にして判断ができるようにする。 15、液面制御システムの故障事例 a、光柱調整器に表示される液面値が最大または最小に向かっている場合は、まず一覧表で確認してください。一次計器が正常なら、二次計器の故障です。1と2の計器の値が一致していれば、手動調整弁で液面に変化がないかを確認する。変化がある場合は一般的に工程上の理由で、変化がない場合は一般的に計器の問題です。 b、負のマイグレーションを伴う計器の示値が最大値に向かう場合は、負圧側の漏れが疑われる。気相圧が直接負圧側に導かれると計器の示値は最小値に向かい、負圧側の集液タンク内の液面が過度に上昇しているのではないかと疑うべきである。 c、記録値の変動頻度が高い場合、一般的にはパラメータの設定不適切や一次計器の振動などが原因である可能性があります。変動が緩やかな場合、一般的には運転条件が原因です。 d、計器が誤った液面指示をしている疑いがある場合は、一般的にシステムを手動モードに切り替え、プロセス担当者と計器担当者が協力して校正用圧力計を用いて気相圧力を測定し、分析を行う。 16、温度システムの故障事例。 ある装置の重油温度制御システムにおいて、重油は熱交換器を通過し、蒸気によって加熱される。蒸気調節弁の開度を変えることで重油の温度がゆっくりと変化するが、自動制御に切り替えると温度が大きく変動する。故障分析の結果、蒸気流量を変えても重油温度に明確な変化が見られないことから、検出システムに遅れがあることがわかった。熱電対の測定システムをチェックしたところ問題はなかったため、伝熱システムに問題がある可能性が高い。蒸気の潜熱を十分に活用するため、中圧蒸気は水に凝縮させた後、ドレンコンベヤーを通じて定期的に排出される。蒸気と重油は熱交換器を通じて熱をやり取りし、その熱交換には一定の時間がかかる。中圧蒸気の温度は280℃で、加熱後の重油の温度は150℃となる。加熱用蒸気の温度が280℃から徐々に冷却され、熱交換後の重油の温度150℃に近づくと、熱交換はほぼ相対的な平衡に達する（熱抵抗のためわずかな温度差が残る）。この時点では加熱用蒸気はまだ完全に液体に凝縮しておらず、依然として熱交換器の空間を占めている。調整弁を開いても新しい蒸気は補充されず、補充されたとしてもごくわずかである。その結果、熱交換に用いられる蒸気の温度は、設計値である280℃（外部から供給される蒸気の温度は280℃であるにもかかわらず）には達せず、280℃と蒸気が水に凝縮する温度の間で変動することになる。実際に熱交換に使用される蒸気温度が設計値より低いため、熱交換時間が増加し、温度測定の遅れが生じる。この測定遅れが大きいとシステムが不安定になる。 障害対処：このシステムにおいて、スマート温度制御器のPIDパラメータを調整し、微分作用を強化し、適切な量の積分作用を加え、比例作用を大きくした。P=50％、Ti=5分、Td≈1.5分とすることで、結果はかなり良好であった。