계측기 공학회는 계측기 회로와 제어 시스템 회로를 분해하여, 고장 진단에 걱정할 필요가 없습니다

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계측기 회로도가 없을 경우, 현장의 실제 상황에 따라 계측기나 제어 시스템의 회로를 분해한 뒤 계측기 회로도를 그릴 수 있습니다. 이러한 회로도는 형식에 얽매일 필요가 없으며, 계측기 및 제어 시스템의 수리에 편리하다면 그것으로 충분합니다.시스템 회로는 전기 회로, 계측용 가스 공급 회로, 공정 매체 검출을 위한 압력 전달관 회로의 세 가지로 나눌 수 있습니다. 1. 온도 제어 시스템의 회로 분해도 그림 1은 일반적인 증기 가열기 온도 제어 시스템입니다.TT형 열저항 일체형 온도 변환기로 측정된 뜨거운 물의 온도는 TC 조절기로 전송되어 설정된 온도와 비교됩니다. 물의 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우, 조절기의 출력 신호가 증가하여 조절 밸브가 열리고, 그 결과 증기의 흐름이 증가하여 물의 온도가 상승합니다.수온이 설정된 온도보다 높을 때, 조절기의 출력 신호는 조절 밸브를 닫아 증기 유량을 줄임으로써 수온을 낮춥니다. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211952355357.png 그림 1 증기 가열기 온도 제어 시스템의 구조도. 계측기 관련 내용은 yunrun.com.cn/tech/2045.html을 참조하십시오. 이 제어 시스템의 각 구성 요소들이 서로 어떻게 상호작용하고 신호를 주고받는지 직관적으로 파악하기 위해, 그림 2와 같은 블록 다이어그램을 사용할 수 있습니다. 그림에서 각 블록은 시스템의 하나의 구성 요소를 나타냅니다. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211953324921.png 그림 2 증기 가열 온도 제어 시스템 블록도 보다 직관적으로 보이도록, 전기 신호 회로에 따라 그렸으며 그림 3과 같습니다.그림 3에서: A는 온도 센서 소자의 열저항의 출력 신호 회로이며, 동시에 온도 변환기의 입력 신호 회로이기도 합니다.출력되는 것은 온수의 온도 변화에 비례하는 저항 신호로, 온도가 상승하면 저항값이 증가하고, 온도가 하강하면 저항값이 감소합니다.B는 온도 트랜스미터의 출력 신호 회로이면서, 조절기의 입력 신호 회로이기도 합니다.출력되는 것은 온수의 온도 변화에 비례하는 전류 신호로, 온도가 상승하면 전류 값이 증가하고, 온도가 하강하면 전류 값이 감소합니다.C는 레귤레이터의 출력 신호 회로이면서, 액추에이터의 입력 신호 회로이기도 합니다.출력되는 것은 온도 편차 신호의 크기와 사전에 정해진 제어 규칙에 따라 생성되는 전류 신호로, 이는 온수 온도의 변화와 반비례하는 전류 신호입니다. 온수 온도가 상승하면 전류 값이 감소하며, 이때 조절 밸브를 줄여 증기의 유량을 줄임으로써 온수 온도를 낮춥니다；온수 온도가 낮아지면 전류 값이 상승하므로, 증기 유량을 늘리기 위해 조절 밸브를 열어 온수 온도를 높입니다. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211954183201.png 그림 3 증기 가열 온도 제어 시스템의 전기 회로 구조도 각 회로가 어떻게 작동하는지 알면, 해당 회로에 문제가 생겼을 때 다음 회로에 어떤 영향을 미칠지 파악할 수 있습니다. 이러한 방식으로 분석하면 시스템의 고장을 판단하는 데 도움이 됩니다.이 그림에서는 전력 공급 회로, 밸브 위치 피드백 회로, 수동 조작기 회로는 생략되었습니다. 2、DCS 수위 제어 및 연동 시스템 회로 분해도 그림 4는 반응기 수위 제어 및 연동 시스템도입니다.이 시스템은 액위 조절 및 저액위 연동 제어 기능을 갖추고 있습니다.작동 과정은 다음과 같습니다: 액위 전송기 LT가 액위 신호를 DCS로 전송하고, DCS의 LIC 조절기는 액위 변화에 따라 전류 신호를 출력합니다. 이 전류 신호는 전기 변환기를 거쳐 공압 조절 밸브의 개도를 제어함으로써 액위를 안정적으로 유지합니다.공정에서 공급되는 액체의 양이 부족해지면, 액체 레벨이 정해진 값 이하로 내려가게 됩니다. 이때 저액위 스위치 LE가 작동하여 LS 저액위 연동 장치의 출력이 차단됩니다. 그 결과 2위 3통 전자식 밸브가 전원을 잃고 공압 조절 밸브가 닫히게 되어, 생산의 안전성이 보장됩니다. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211957390187.png 그림 4 반응기 유량 제어 및 연동 시스템도. 고장 점검을 용이하게 하기 위해, 전기 회로, 계측용 가스 회로, 공정 파라미터 검출 회로에 따라 그림 5가 그려져 있다.그림 5의 DCS 카드의 입력 및 출력 단자, 그리고 DCS의 제어 및 연동 기능들은 모두 소프트 와이어링에 해당합니다. 신호 관계는 구성도를 통해 확인할 수 있으며, 회로 신호를 이해하고 점검할 때에도 하드 와이어링의 원리를 적용하여 생각할 수 있습니다. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211958516321.png 그림 5 반응기 유량 제어 및 연쇄 시스템 회로도 ① 전기 회로 A는 유량 센서의 출력 신호 회로이며, 동시에 DCS의 입력 신호 회로이기도 합니다.출력되는 것은 유위 변화와 정비례하는 전류 신호로, 유위가 상승하면 전류 값이 증가하고, 유위가 하강하면 전류 값이 감소합니다；B는 저액위 감지 출력 신호 회로이면서, 동시에 DCS의 입력 신호 회로이기도 하며, 스위칭 신호입니다；C는 DCS의 제어 출력 신호 회로이며, 동시에 I/P 변환기의 신호 입력 회로이기도 합니다.출력되는 것은 액위 편차 신호의 크기와 예정된 제어 규칙에 따라 생성되는 전류 신호로, 액위 변화와 정비례하는 전류 신호입니다. 액위가 상승하면 제어 전류 값이 증가하고, 액위가 하강하면 제어 전류 값이 감소합니다；D는 DCS의 저액위 연동 신호 출력 회로이며, 동시에 2위 3통 전자식 밸브의 신호 입력 회로이기도 합니다. 출력되고 입력되는 것은 스위칭 신호입니다. ②계측기용 가스 회로: 계측기용 가스를 계측기 가스 공급 회로라고 하며, 공압 계측기는 압축 공기를 필요로 합니다.계측기용 공기 회로는 압축공기가 계측기에 들어간 후에도 대기 중으로 배출되어야 하며, 공기가 계측기 내부에서 다시 대기 중으로 돌아갑니다. 만약 압축공기의 흐름이 원활하지 않으면 계측기에 여전히 고장이 발생할 수 있습니다.E는 I/P 변환기의 공기 공급 회로입니다；F는 2위치 3웨이 솔레노이드 밸브의 공기 공급 회로로, I/P 변환기가 DCS 조절기에서 출력되는 전류를 해당하는 기압으로 변환한 뒤, G를 통해 공압 조절 밸브의 개도를 제어합니다.2위치 3웨이 솔레노이드 밸브가 전원이 공급되어도 연동 기능은 작동하지 않습니다. I/P 컨버터의 출력 압력은 F에서 G를 거쳐 조절 밸브를 제어합니다. 액체 레벨이 낮아져 연동 기능이 작동하면 솔레노이드 밸브의 전원이 차단되고, 조절 밸브로 가는 압축공기도 차단됩니다. 그 결과 조절 밸브의 다이어프램은 G를 통해 H로 공기가 빠져나가며, 스프링의 힘에 의해 조절 밸브는 완전히 닫힌 상태가 됩니다. ③공정의 대부분 검출 회로 I은 유위 검출 센서 회로이면서, 동시에 유위 변환기의 입력 신호 회로이다.액위 감지 센서 회로의 출력 신호가 차압인지 부력인지는, 사용되는 감지 계기의 종류에 따라 완전히 결정됩니다.그러나 그것이 출력하는 것은 액위 변화와 정비례하는 전류 신호이며, 액위 감지 회로의 고장을 판단할 때는 영점 이동 문제에 주의해야 한다.J는 저액위 감지 회로이자 액위 스위치의 입력 신호 회로로, 스위칭 신호입니다. 3、DCS 구성 회로 분해 DCS 구성 회로는 사실 여러 제어 알고리즘의 조합이며, 소프트웨어를 통해 구현되기 때문에 이해하기에 다소 추상적입니다. 하지만 하드웨어 회로를 통해 이해하는 것도 가능합니다.그림 6은 계단식 제어의 구성도로, 주 제어기 TIC100의 출력 OUT이 보조 조절기 FIC100의 설정 단자 SET와 연결되어 있습니다.%Z011101-%Z011103은 제어 회로의 하드웨어 연결 번호이며, %Z011103은 신호가 첫 번째 노드, 첫 번째 유닛, 첫 번째 슬롯, 세 번째 채널에서 오는 것을 의미합니다. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212000597872.png 그림 6: 계단식 제어의 구성도. 우리가 이 구성도를 일반적인 제어 시스템의 블록 다이어그램으로 변환하면, 그림 7과 같이 훨씬 직관적이고 이해하기 쉬워집니다.계단식 제어 시스템이란, 두 개의 PID 조절기를 직렬로 연결하여 공정 파라미터를 안정화시키는 방식입니다.바깥쪽에 있는 것은 주회로로, 주송신기, 주조절기, 주대상으로 구성된 폐쇄 회로입니다.안쪽에 있는 것은 보조 회로로, 보조 변환기, 보조 조절기, 조절 밸브, 보조 대상으로 구성된 폐쇄 회로입니다.주 조절기의 출력은 부 조절기의 주어진 값으로 사용됩니다.시스템은 보조 조절기의 출력을 통해 조절 밸브의 개도를 제어함으로써 주요 파라미터를 제어합니다.주 회로와 보조 회로의 역할이 명확하게 구분되어 있습니다. 주 회로는 ‘세밀한 조정’ 작업을 수행하고, 보조 회로는 ‘대략적인 조정’ 작업을 담당합니다. 보조 회로는 선제적인 역할을 합니다.다음과 같이 이해할 수 있습니다. 주회로는 정밀 제어 시스템이고, 부회로는 추종 시스템입니다. 위의 분석을 통해 알 수 있듯이, 주조절기가 명령을 내리면 부조절기가 조절을 수행하며, 작은 간섭은 부조절기가 처리합니다. 큰 간섭의 경우에는 부조절기가 먼저 조절하고, 나머지는 주조절기와 부조절기가 함께 조절합니다.어떤 회로에 고장이 생겼을 때 그것이 다른 회로에 어떤 영향을 미칠지 알면, 대략적으로 분석하고 판단할 수 있습니다. 그림 7 계단식 제어 시스템 블록도 먼저 고장이 DCS 내부에서 발생했는지, 아니면 주변 장비나 연결선에서 발생했는지를 판단해야 합니다.DCS 내부에서는 상위 컴퓨터의 고장 알람 및 표시 곡선을 활용하여 고장을 분석하고 판단할 수 있으며, 수동 모드로 전환하여 관찰하면서 고장 현상에 따라 점검할 수도 있습니다. 장애는 DCS 외부에서 발생했으며, 점검해야 할 것은 %Z011101-%Z011103의 세 개 회로입니다. 첫째, 트랜스미터에서 카드까지의 전류가 정상인지 확인해야 하고, 둘째 트랜스미터 자체가 정상인지 확인해야 하며, 셋째 보조 조절기의 출력 전류가 정상인지 확인해야 합니다.신호 상태 분석을 통해 고장이 어느 회로에서 발생했는지 판단한 다음, 관련 변환기, 연결선, 전원 공급 장치를 점검합니다. 위의 외부 회로 점검 방법은 계단식 제어 CPID 모듈에도 적용됩니다.이 모듈은 두 개의 일반적인 PID 제어 모듈을 하나로 통합하여, 기능이 풍부하고 사용이 간편한 복합 제어 모듈을 형성합니다.여전히 주 변송기와 보조 변송기의 두 가지 입력 신호와, 보조 조절기의 하나의 출력 신호가 있습니다. 4. 공정 파라미터 검출 전달 회로
그림 8은 유량 검출을 위한 차압 전달 회로의 개략도입니다. 이는 전기 회로도보다 더 직관적으로 표현되어 있습니다. 여기서의 회로는 압력 전달관 내에 있는 측정 매체를 대상으로 하는 것으로, 바로 차압 신호가 전달되는 회로입니다. 그림의 점선으로 표시된 부분이 그것입니다.정상적인 상황에서는 유량 조절 장치의 앞뒤에 유량에 따라 변하는 압력 차이가 존재합니다. 정압관의 압력은 항상 부압관보다 높으며, 유량이 클수록 그 압력 차이도 커집니다. 그에 따라 변환기의 출력 전류도 커집니다. 일반적으로 계측기는 지정된 측정 범위 내에서 작동해야 하며, 압력 전달관과 밸브가 원활하게 작동해야 합니다. 또한 측정되는 유체는 압력 전달관을 가득 채워야 하지만, 유체가 흐르면 안 됩니다. 오직 배수 작업을 할 때만 측정되는 유체가 흐를 수 있습니다.측정 매체에 유동이 발생한다는 것은 유량 검출 시스템에 누설 결함이 있음을 의미하며, 예를 들어 밸런스 밸브의 내부 누설, 샘플링 네트, 배수 밸브, 압력 전달관 또는 연결부의 누설 등이 있습니다.밸브나 압력 전달관에 막힘이 있거나, 압력 전달관이나 차압 변환기의 측정실에 가스나 액체가 들어 있으면 차압 전달 회로가 원활하게 작동하지 않습니다. 이로 인해 차압 신호의 전달이 왜곡되고, 변환기의 출력 전류도 정상적으로 작동하지 않게 됩니다. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212004028210.png 그림 8: 유량 측정을 위한 차압식 전달 회로의 구조도. 차압 신호가 전달되는 과정에서는 압력 전달용 부품들(압력관, 밸브, 응축기, 절연기 등)의 저항의 영향을 받습니다. 특히 증기 유량을 측정할 때는 압력 전달용 부품들의 저항이 측정 결과에 더 큰 영향을 미칩니다. 많은 증기 유량 측정 시스템에서는 기체와 액체가 함께 흐르므로, 압력관의 굵기, 밸브의 종류, 밸브의 설치 위치, 압력관 연결부의 용접 품질, 변환기의 설치 위치 등이 모두 중요한 저항 요소가 되어 차압 신호의 정확한 전달에 영향을 미칩니다.고장을 분석하고 판단할 때는 먼저 파이프 부분을 점검하여 문제가 없는지 확인한 다음, 트랜스미터와 계측기를 점검합니다. 위의 4개의 계측기 회로와 제어 시스템 회로에 대한 분해 예시는 단지 몇 가지 아이디어와 방법을 제공할 뿐입니다. 창휘 계측기의 목적은 사람들이 이를 통해 영감을 얻어 다른 상황에도 적용할 수 있도록 하고, 현장의 실제 상황과 결합하여 활용할 수 있도록 하는 것입니다.