화공 계측기 자동 제어 시스템의 고장 및 유지보수 기술

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이 게시물은 마지막으로 sanchangyb에 의해 2020-6-3 16:58에 수정되었습니다. 작성자: 관효영, 위본성, 맹헌하. 소속 기관: 톈저우 실화 화공유한회사. [요약] 화학공정에서 온도, 압력, 액위, 유량을 제어하는 계측기들의 흔한 고장과 그 진단 방법들을 정리하였으며, 컴퓨터 기반의 진단 기술과 중복 설계 기술이 화학공정용 자동화 계측기의 유지보수에 어떤 역할을 하는지에 대해 설명합니다. 최근 들어 제어 기술의 빠른 발전에 따라 화학 산업도 지속적으로 고도화되고 있으며, 자동화 수준도 점점 더 높아지고 있습니다.기업의 생산 발전 요구를 충족시키기 위해, 화학공정용 계측 및 제어 시스템도 지속적으로 업그레이드되고 있습니다. 완전한 화학공정 자동 제어 시스템에는 온도 제어 장치, 압력 제어 장치, 유량 제어 장치, 온라인 분석 장치, 유독하거나 인화성이 있는 물질을 감지하는 경보 장치, 조절 밸브 등과 같은 다양한 제어 장비들이 포함됩니다. 1 화학 공정 계측 자동 제어 시스템의 흔한 고장 1.1 온도 제어 계측기 고장 화학 생산에서 온도는 핵심 지표 중 하나이므로, 온도 측정이 매우 중요하다.화학공업 생산에서 흔히 사용되는 온도 계측기로는 삼창 열전대, 열저항체, 온도 변환기 등이 있습니다.온도 제어 계기는 주로 다음과 같은 두 가지 유형의 고장이 발생합니다: ① 시스템 고장.시스템 내부 부품에는 사용 전력이 소모되며, 온도 제어 계기에 고장이 발생하면 오류 표시가 나타납니다.②측정 오류.즉, 측정 소자나 측정 회로에서 발생하는 오류입니다.화학공정에서 온도 측정 장비의 오류로 인해 생산에 변동이 생기면, 갑작스럽게 변하는 물질 흐름의 충격으로 측정 부품이 손상되어 시스템이 연결 끊김 또는 오류를 표시하게 됩니다. 위와 같은 오류 메시지가 표시될 때는 다음과 같은 방법으로 문제를 파악할 수 있습니다. ① 제어 시스템이 표시하는 위치 정보를 바탕으로, 온도 제어 장치가 있는 제어 캐비닛의 연결 단자를 찾습니다. 그런 다음 온도 제어 장치의 회로를 분리한 뒤, 멀티미터를 사용하여 초기 측정을 진행합니다. 측정된 값과 시스템이 표시하는 정보를 비교해보면, 만약 측정값에 큰 변동이 있거나 실제 값과 일치하지 않는다면, 문제가 온도 측정 소자나 측정 회로에 있다고 판단할 수 있습니다.②온도 제어 계기에 진동이 발생하고 주기적으로 변화한다면, 온도 제어 계기의 전송 회로 주변에 동력 케이블이나 인버터의 간섭이 있을 가능성을 고려해야 합니다.③온도 제어 계기에서 현장 측정값이 실제 값보다 크게 나타나는 경우, 온도 제어 계기의 전송선이 적절한지, 혹은 표시 계기와 측정 계기가 서로 잘 연동되어 있는지를 확인해야 합니다. 1. 압력 제어 계측기 고장 화학 생산 과정에서, 특히 위험한 화학물질을 생산할 때는 고온, 고압, 유독성, 유해성과 같은 조건들이 동반되는 경우가 많습니다. 이때 압력은 시스템의 운영을 모니터링하는 데 있어 중요한 파라미터가 됩니다.스마트 압력 변환기를 대표로 하는 압력 제어 시스템은 화학 산업에서 널리 사용되고 있으며, 삼창 스마트 압력 변환기의 사용은 작업자들이 생산 공정을 훨씬 더 용이하게 관리할 수 있도록 해줍니다.압력 제어 시스템의 흔한 고장으로는 현장 압력 관련 고장과 시스템 운영 관련 고장이 있습니다. 고장이 발생했을 때는 그것이 현장의 문제인지 시스템의 문제인지를 고려해야 하며, 현장의 압력 표시와 시스템의 표시가 일치하는지도 확인해야 합니다.시스템에 오류가 표시되지만 현장 계측기는 정상적으로 작동할 경우 시스템 고장을 의심해볼 수 있으며, 시스템을 재시작해 보는 것이 좋습니다.현장용 스마트 트랜스미터에서 자주 발생하는 고장은 출력값이 0으로 표시되는 것입니다. 이 경우, 전원선이 반대로 연결되어 있지 않은지, 혹은 전압이 24V DC를 충족하는지 확인해 보아야 합니다. 또한 전자 회로 기판에 손상이 있을 수도 있습니다. 1. 3 액위 제어 계기 고장 액위 제어 계기는 화학 공정 자동화 제어 시스템에서 중요한 구성 요소이며, 일반적인 액위 제어 계기로는 이중 플랜지형 액위계, 레이더 액위계, 초음파 액위계가 있습니다. (1) 액위 제어 계기의 표시값이 최대치나 최소치에 도달했을 때는 현장에서 확인이 필요하며, 현장의 액위계와 원격 전송 데이터가 정상적인 변동 범위 내에 있는지 비교해야 합니다.현장에서 수동으로 액위를 조절해 보세요. 만약 액위가 수동 조작에 따라 변하지 않는다면, 액위 제어 시스템에 결함이 있는 것입니다. 반대로 데이터는 변하지만 선형적인 관계가 없거나 특정한 패턴을 따르지 않는다면, 현장의 액위 제어 계기에 문제가 있는 것입니다. 구체적인 처리 방법은 현장에 설치된 계기의 측정 방식과 유형에 따라 결정됩니다. (2) 액위 제어 계기의 표시값이 변하지 않고 단선도 표시되지 않을 경우, 계기가 손상되었는지 확인해야 합니다.일반적으로 사용되는 이중 플랜지형 레벨계의 경우, 레벨계의 상하 플랜지 부분에 있는 밸브를 닫고 고정 볼트와 다이어프램을 제거하여 장치를 대기 중에 노출시켜도 레벨 값이 변하지 않는다면, 다음 두 가지 가능성을 고려해야 합니다. ① 레벨계의 전송부분에 있는 회로판이 손상된 것일 수 있으므로, 회로판을 교체해 보는 것이 좋습니다. ② 회로판을 교체해도 문제가 해결되지 않는다면, 고압/저압 측의 다이어프램이나 모세관이 동시에 손상된 것일 수 있습니다. 이 경우에는 계기를 교체하고 계기의 파라미터를 다시 설정해 주어야 합니다. (3) 레이더 레벨계를 사용하여 물위를 측정할 때, 현장의 물위가 일정한 상태인데도 측정 대상인 물질의 표면에 잡동사니가 생기면 측정값이 불규칙하게 요동칩니다. 이 경우 신호 전송에 방해가 있는지 확인해야 합니다. 만약 물질 표면의 잡동사니로 인해 신호의 강도가 약해진다면, 점검 담당자는 근거리 간섭 억제 기능을 활용하여 출력 감쇠를 적절히 높여 간섭을 억제해야 합니다. 1. 4 유량 제어 계측기 고장 일반적으로 시스템의 유량 파라미터가 갑자기 변화하여 발생하는 고장은 유량 제어 시스템의 고장에 해당합니다.유량 제어 계기의 표시값이 최소값이거나 아예 표시되지 않는 경우, 현장에 가서 계기를 점검해야 합니다. 만약 현장의 공정 장비에 이상이 없다면, 이는 제어 계기에 문제가 있다고 판단할 수 있습니다.차압식 유량계를 예로 들면, 지시값이 0이거나 아주 약간만 변동할 때는 다음과 같은 3가지 상황을 고려해야 합니다. ① 밸런스 밸브가 완전히 닫히지 않았거나 누수가 있는 경우, 밸런스 밸브를 닫고 수리하거나 교체하면 됩니다. ② 저항 장치의 고압/저압 밸브가 열리지 않은 경우, 해당 밸브를 열어주면 됩니다. ③ 저항 장치와 차압계 사이의 밸브나 파이프에 막힘이 있는 경우, 파이프를 청소하거나 밸브를 수리/교체해야 합니다. ④ 증기 전달관이 완전히 응축되지 않아 응축수가 압력 측정관을 가득 채우지 못한 경우, 완전히 응축된 후에야 계기를 사용할 수 있습니다. ⑤ 삼창 저항 장치와 공정 파이프 사이의 실링이 제대로 되어 있지 않은 경우, 볼트를 조이거나 실링을 교체해야 합니다.유량의 변동이 심하고 표시값의 안정성이 떨어질 때는 현장 관리를 강화해야 합니다. 유량 제어 장치 앞뒤에 있는 밸브를 적절히 조절함으로써, 유량 자체의 변동으로 인한 측정 오차를 줄일 수 있습니다. 만약 밸브를 조절해도 효과가 없다면, 압력 측정 센서가 유량의 변동에 너무 민감한지 확인해보아야 합니다. 이 경우, 저항 작용을 적절히 조절함으로써 유량을 보다 정확하게 제어할 수 있습니다. 2 제어 시스템 고장 방지 기술 2.1 컴퓨터 진단 기술 CENTUM CS 3000(약칭 CS 3000)은 대형 및 중형 석유화학 공정 제어에 적용되는 DCS 제품입니다.HIS는 CS 3000 시스템의 운영 스테이션으로, Windows NT/2000/XP/Vista 운영 체제를 사용하여 시스템의 실시간 모니터링과 공정 제어를 수행합니다.CS 3000 시스템에서는 제어 시스템에 장애가 발생하면 즉시 경보를 보내고 장애 기록을 남겨, 장애 지점을 파악하여 문제를 해결하는 데 필요한 기술적 데이터를 제공합니다.CS 3000 시스템에서 알람은 프로세스 알람, 시스템 알람, 작업 안내의 3가지 유형으로 나뉩니다.각각의 경보에는 별도의 표시 창이 있으며, 계측 제어 시스템에 장애가 발생했을 때, 계측기 수리 담당자는 HIS가 제공하는 경보 정보를 바탕으로 장애를 파악하고 적절한 조치를 취하여 시스템을 신속하게 정상적으로 가동시킬 수 있습니다. 이를 통해 계측기 유지보수 작업의 효율성을 높이고, 생산이 안전하고 안정적으로 진행될 수 있도록 합니다. 2. 2 중복 기술 화학 공정 계측 자동 제어 시스템의 운영에서 중복 기술의 적용은 시스템의 안전성과 조작성을 크게 향상시키며, 중복 기술에는 다음과 같은 내용이 포함됩니다. 2. 2.1 하드웨어 중복성: 여러 개의 동일한 모듈이나 부품을 병렬로 연결하여 사용합니다. 열 예비 작동 모드에서는 그중 하나가 작동 상태에 있으며(작동 카드), 시스템의 데이터 수집, 연산, 제어 출력, 네트워크 통신 등의 기능을 수행합니다. 반면 다른 하나는 예비 상태에 있으며(예비 카드), 작동 카드의 내부 제어 상태를 실시간으로 추적합니다(즉, 상태 동기화).작동 카드와 예비 카드 간의 정/음 논리는 상호 배타적인 관계에 있습니다. 즉, 하나가 작동 카드라면 다른 하나는 반드시 예비 카드입니다. 또한, 두 카드가 동시에 체계적으로 작동할 수 있도록, 그리고 입력/출력 특성의 일관성을 유지하기 위해 중복된 제어 회로(작동/예비 제어 회로라고도 함)와 정보 통신 회로가 존재합니다.현대 통신 기술의 발전은 중복 기술의 고도화를 촉진했으며, 중복 기술은 온라인 장애 감지 기능을 갖추고 있어 장애 발견, 위치 파악, 격리는 물론, 인간-기계 인터페이스 관련 장애에 대한 경보도 제공할 수 있다.장애 감지에는 전원, 마이크로프로세서, 데이터 통신 링크, 데이터 버스 및 I/O 상태 등이 포함됩니다.여기서 고장 진단에는 고장 자가 진단과 고장 상호 검사(작동 중인 카드와 예비 카드 간의 상호 점검)가 포함되며, 시스템에 고장이 발생했을 때 방해 없이 자동으로 전환될 수 있습니다.중복 기술은 한편으로는 운영 및 유지보수 담당자들이 시스템의 고장을 파악하는 데 도움을 주어, 신속하게 시스템을 점검하고 고장 요인을 제거할 수 있도록 해줍니다. 다른 한편으로는 시스템의 신뢰성을 향상시켜, 안전한 생산을 실현하는 데 중요한 역할을 합니다. 2． 2． 2 소프트웨어의 다중 중복을 위한 논리적 결정 방식: 결정이란 중복 시스템이 다수결 원칙을 이용하여 결론을 도출하는 과정 및 방법을 말합니다.동일한 매체에 대한 측정의 경우, 2개 이상의 계측기를 설치하여 각각 측정한 뒤 그 데이터를 중복 시스템에 전송해 결정을 내림으로써 시스템의 작동 상태를 파악합니다. 중복 결정 방식을 활용하면 시스템의 신뢰성이 향상되며, 불필요한 장비의 연동 작동이 생산에 미치는 영향도 줄어듭니다.일반적인 투표 방식으로는 1대1 투표 로직(1oo2), 2대2 투표 로직(2oo2), 1대3 투표 로직(1oo3), 2대3 투표 로직(2oo3)이 있습니다.3대2 투표 로직을 예로 들면, 정상적인 상태에서는 3개의 제어 계기의 상태가 모두 1로 표시됩니다. 그러나 이 중 임의의 2개의 제어 계기의 신호가 동시에 0이 되면, 투표기는 액추에이터에게 해당하는 연동 작동을 수행하도록 명령합니다.3대2 투표 로직은 상당히 합리적인 선택입니다. 이 방식은 이중화 시스템이 진위를 구분하지 못하는 단점을 극복할 수 있습니다. 어떤 채널에 문제가 생기더라도, 투표를 통해 시스템은 정상적으로 작동할 수 있으므로, 안전성과 신뢰성을 적절한 수준으로 유지할 수 있습니다. 3 결론 화학공정 계측기의 자동제어 시스템이 널리 활용되는 것은 지능형 생산을 실현하고, 노동력을 절약하며, 생산 사고를 안전하고 효과적으로 예방하는 데 매우 중요한 의미를 가진다.과학기술의 발전과 함께 화학공정용 제어 계측기도 지속적으로 업그레이드되고 있습니다. 그로 인해 계측제어 시스템의 결함도 점점 더 많아지고 있습니다. 따라서 기본적인 결함부터 차근차근 다루면서 경험을 쌓고, 새로운 기술을 적극적으로 학습해야 합니다. 그래야만 새롭게 발생하는 문제들을 제대로 이해하고 해결할 수 있으며, 계측기의 유지보수 작업을 더 효과적으로 수행할 수 있습니다. 이를 통해 화학공정용 계측제어 시스템이 원활하게 작동할 수 있도록 할 수 있습니다.이 글은 원문 URL에서 재게시되었습니다: http://www.jssanchang.com/hangye/1114.html