Os especialistas em instrumentação sabem como analisar os circuitos dos instrumentos e os circuitos de controle; assim, não há motivos para se preocupar com a resolução de falhas

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Sem um diagrama dos circuitos dos instrumentos, é possível analisar os circuitos de detecção ou controle dos instrumentos com base nas condições reais no local, e então criar um diagrama desses circuitos. Esse tipo de diagrama não precisa seguir uma estrutura fixa; basta que seja útil para a manutenção dos instrumentos e do sistema de controle. Os circuitos do sistema podem ser divididos em circuitos elétricos, circuitos de alimentação de gás para instrumentos e circuitos de tubulações de medição para detecção dos meios utilizados no processo. 1. Diagrama de esquema do sistema de controle de temperatura. A Figura 1 mostra um sistema de controle de temperatura comum em aquecedores a vapor. A temperatura da água quente, medida por um transmissor de temperatura integrado com resistência térmica TT, é enviada ao regulador TC. Essa temperatura é comparada com a temperatura desejada. Quando a temperatura da água fica abaixo da temperatura desejada, o sinal de saída do regulador faz com que a válvula de regulação se abra, aumentando assim o fluxo de vapor e elevando a temperatura da água. Quando a temperatura da água é superior à temperatura definida, o sinal de saída do regulador faz com que a válvula de regulação se feche, reduzindo assim o fluxo de vapor e fazendo com que a temperatura da água diminua. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211952355357.png Figura 1: Diagrama do sistema de controle de temperatura do aquecedor a vapor. Informações sobre o circuito dos instrumentos: yunrun.com.cn/tech/2045.html Para visualizar de maneira clara as interações e conexões entre os diferentes componentes desse sistema de controle, pode-se usar o diagrama em forma de blocos da Figura 2. Cada bloco no diagrama representa um dos componentes do sistema. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211953324921.png Figura 2: Diagrama do sistema de controle da temperatura de aquecimento a vapor. Para uma visualização mais clara, desenhamos o sistema com base nos circuitos de sinais elétricos, como mostrado na Figura 3. Na Figura 3: A é o circuito de sinal de saída da resistência térmica do elemento sensor de temperatura, e também é o circuito de sinal de entrada do transmissor de temperatura. O sinal de resistência gerado é proporcional às mudanças na temperatura da água quente: à medida que a temperatura aumenta, o valor da resistência também aumenta; à medida que a temperatura diminui, o valor da resistência diminui. B é o circuito de sinal de saída do transmissor de temperatura, e também o circuito de sinal de entrada do regulador. O sinal de corrente gerado é proporcional às variações da temperatura da água quente: à medida que a temperatura aumenta, o valor da corrente também aumenta; à medida que a temperatura diminui, o valor da corrente diminui. C é o circuito do sinal de saída do regulador, e também o circuito do sinal de entrada do atuador. A saída é um sinal de corrente gerado com base no tamanho do sinal de desvio de temperatura e nas regras de controle pré-definidas. Trata-se de um sinal de corrente que age de forma inversa às mudanças na temperatura da água quente: à medida que a temperatura da água quente aumenta, o valor da corrente diminui. Isso faz com que a válvula de regulação seja fechada, reduzindo assim o fluxo de vapor e fazendo com que a temperatura da água quente diminua ； Quando a temperatura da água quente diminui, o valor da corrente aumenta. Nesse caso, é necessário abrir mais a válvula de regulação para aumentar o fluxo de vapor, fazendo com que a temperatura da água quente volte a subir. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211954183201.png Figura 3: Esquema do circuito elétrico do sistema de controle da temperatura de aquecimento a vapor. Ao saber como cada circuito funciona, é possível entender quais serão as consequências de falhas nesses circuitos para os outros circuitos. Dessa forma, fica mais fácil analisar e identificar as causas das falhas no sistema. Este diagrama omite o circuito de alimentação, o circuito de feedback da posição da válvula e o circuito do operador manual. 2. Diagrama de desdobramento dos circuitos de controle de nível de líquido e sistema de intertravamento do DCS. A Figura 4 é um diagrama do sistema de controle de nível de líquido e sistema de intertravamento de um reator. O sistema possui função de regulação do nível de líquido e controle de intertravamento em caso de nível baixo. O processo de funcionamento é o seguinte: o transmissor de nível LT envia o sinal de nível para o DCS. O regulador LIC do DCS, por sua vez, gera um sinal de corrente com base nas mudanças no nível do líquido. Esse sinal é então convertido em energia elétrica, que é utilizada para controlar a abertura da válvula de regulação pneumática, visando manter o nível do líquido estável. Quando há insuficiência no fornecimento de líquido durante o processo, e o nível do líquido cai até um valor especificado, o interruptor de baixo nível de líquido LE é acionado. Isso faz com que a saída do sistema de intertravamento por baixo nível de líquido LS perca pressão, fazendo com que a válvula eletromagnética de dois vias e três posições seja desligada, encerrando assim o funcionamento da válvula de regulação pneumática. Isso visa garantir a segurança na produção. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211957390187.png Figura 4: Diagrama do sistema de controle do nível do líquido no reator e do sistema de intertravamento. Para facilitar a detecção de falhas, foi criado o Diagrama 5, que mostra os circuitos elétricos, os circuitos relacionados aos instrumentos de medição e os circuitos de monitoramento dos parâmetros do processo. Nos terminais de entrada e saída da placa DCS, mostrados na Figura 5, o controle e os acionamentos de intertravamento do DCS são realizados por meio de conexões em fio flexível. As relações entre os sinais podem ser vistas no diagrama de configuração; ainda assim, é possível entender e verificar os sinais dos circuitos seguindo o princípio das conexões em fio rígido. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211958516321.png Figura 5: Esquema do circuito de controle do nível do líquido no reator e do sistema de intertravamento. ① Circuito elétrico A: é o circuito de saída do transmissor de nível, e também o circuito de entrada do DCS. O sinal de corrente gerado é proporcional às variações no nível do líquido: à medida que o nível aumenta, o valor da corrente também aumenta; à medida que o nível diminui, o valor da corrente diminui ； B é o circuito de sinal de saída para detecção de nível baixo, e também é o circuito de sinal de entrada do DCS; trata-se de um sinal de comutação ； C é o circuito de sinal de saída de controle do DCS, e também é o circuito de entrada de sinal do conversor I/P. A saída é um sinal de corrente gerado com base no valor do sinal de desvio do nível do líquido e nas regras de controle predefinidas. Trata-se de um sinal de corrente que é proporcional às variações no nível do líquido: quando o nível sobe, o valor da corrente de controle aumenta; quando o nível desce, o valor da corrente de controle diminui ； D é o circuito de saída do sinal de intertravamento de nível baixo do DCS, e também é o circuito de entrada de sinal para a válvula eletromagnética de dois vias e três posições; tanto a saída quanto a entrada são sinais de comutação. ②Circuito de gás para instrumentos – O gás utilizado nos instrumentos é denominado circuito de fonte de gás para instrumentos. Os instrumentos pneumáticos exigem ar comprimido. O circuito de ar para instrumentos funciona da seguinte maneira: o ar comprimido entra nos instrumentos, mas ainda precisa ser liberado na atmosfera. O ar comprimido volta à atmosfera após passar pelos instrumentos. Se o circuito de ar comprimido não funcionar corretamente, os instrumentos continuarão a apresentar falhas. E é o circuito de alimentação do conversor I/P ； F é o circuito de alimentação de ar da válvula eletromagnética de dois vias e três posições. O conversor I/P converte a corrente gerada pelo regulador DCS em pressão de ar correspondente, que é utilizada para controlar a abertura da válvula pneumática por meio de G. Quando as válvulas eletrônicas de dois vias e três vias estão energizadas, o mecanismo de intertravamento não funciona. A pressão de ar de saída do conversor I/P controla a válvula de regulação, desde F até G. Quando o mecanismo de intertravamento devido ao nível baixo de líquido é acionado, as válvulas eletrônicas perdem energia; assim, o ar comprimido que chega à válvula de regulação, vindo de F, é interrompido. A membrana da válvula de regulação é esvaziada através de G até H. Sob a ação da força elástica, a válvula de regulação fica completamente fechada. ③Na maioria dos circuitos de controle do processo, o circuito I é tanto um circuito de sensor para detecção do nível do líquido, quanto um circuito de sinal de entrada para o transmissor de nível. O sinal de saída do circuito de detecção do nível do líquido pode ser uma diferença de pressão ou a força de flutuação, dependendo totalmente do tipo de instrumento de medição utilizado. No entanto, o que ele gera é um sinal de corrente proporcional às variações do nível do líquido. Ao diagnosticar falhas no circuito de detecção do nível, é necessário prestar atenção ao problema da migração do ponto zero. J é o circuito de detecção de nível baixo, e também é o circuito de sinal de entrada para o interruptor de nível; trata-se de um sinal de interruptor. 3. Decomposição dos circuitos de configuração do DCS: A configuração do DCS consiste, na verdade, em uma combinação de algoritmos de controle. Como isso é implementado por meio de software, pode parecer um pouco abstrato, mas ainda é possível compreendê-lo através de circuitos conectados fisicamente. A Figura 6 mostra o diagrama de configuração de controle em cascata. A saída OUT do controlador principal TIC100 está conectada ao terminal de referência SET do regulador secundário FIC100. %Z011101-%Z011103 são os números de conexão do hardware do circuito de controle. %Z011103 indica que o sinal vem do primeiro nó, da primeira unidade, do primeiro slot e do terceiro canal. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212000597872.png Figura 6: Diagrama de configuração do controle em cascata. Se transformarmos o diagrama de configuração em um diagrama de blocos típico de sistemas de controle, como mostrado na Figura 7, fica muito mais fácil de entender. Um sistema de controle em cascata utiliza dois reguladores PID conectados em série para estabilizar um parâmetro de processo. Do lado de fora encontra-se o circuito principal, que é composto pelo transmissor principal, pelo regulador principal e pelo objeto principal, formando assim um circuito fechado. Dentro dele encontra-se o circuito secundário, que é um circuito fechado composto pelo transmissor secundário, pelo regulador secundário, pela válvula de regulação e pelo objeto secundário. A saída do regulador principal serve como valor de referência para o regulador secundário. O sistema controla a abertura da válvula de regulação por meio da saída do regulador auxiliar, realizando assim o controle dos parâmetros principais. A divisão de tarefas entre o circuito principal e o secundário é clara: o circuito principal realiza as tarefas de “ajuste fino”, enquanto o circuito secundário faz o “ajuste grosso”. O circuito secundário funciona como um mecanismo de antecipação. Pode-se entender da seguinte maneira: o circuito principal é um sistema de controle com valor fixo, enquanto o circuito secundário é um sistema de seguimento. Através dessa análise, percebe-se que o regulador principal emite comandos, e o regulador secundário realiza os ajustes necessários. As pequenas perturbações são eliminadas pelo regulador secundário; já as perturbações maiores são corrigidas primeiro pelo regulador secundário, sendo que o regulador principal e o secundário trabalham juntos para resolver o restante dos problemas. Quando se sabe que há um problema em um determinado circuito, é possível analisar e avaliar aproximadamente quais serão as consequências para outro circuito. Figura 7: Diagrama de blocos do sistema de controle em cascata. Primeiramente, é necessário determinar se a falha ocorre dentro do DCS ou nos dispositivos periféricos ou nas conexões. Se for dentro do DCS, é possível utilizar os alertas de falha e as curvas de exibição do computador principal para analisar e identificar a falha. Também é possível passar para o modo manual para observar melhor a situação e realizar inspeções com base nos sintomas da falha. A falha ocorreu fora do DCS. É necessário verificar os três circuitos %Z011101-%Z011103: primeiro, verificar se a corrente que vai do transmissor até o cartão é normal; segundo, verificar se o próprio transmissor está funcionando corretamente; terceiro, verificar se a corrente de saída do regulador auxiliar é normal. Com base na análise do estado dos sinais, determina-se em qual circuito ocorreu a falha, e em seguida são verificados os transmissores, as conexões e o fornecimento de energia relacionados. Os métodos de inspeção dos circuitos externos mencionados acima também são aplicáveis ao módulo de controle em cascata CPID. Esse módulo integra dois módulos de controle PID convencionais, formando assim um módulo de controle combinado, rico em funcionalidades e fácil de usar. Ele ainda possui dois sinais de entrada, um do transmissor principal e outro do transmissor secundário, além de um sinal de saída do regulador secundário. 4. Circuito de transmissão dos parâmetros de processo. A Figura 8 mostra um esquema do circuito de transmissão da diferença de pressão para detecção do fluxo. É uma representação mais intuitiva do que o diagrama elétrico. Este circuito refere-se ao meio de medição presente no tubo de transmissão de pressão; ou seja, é o circuito de transmissão do sinal de diferença de pressão, conforme indicado pelas linhas pontilhadas na figura. Em condições normais, existe uma diferença de pressão entre as extremidades do dispositivo de regulação, que varia conforme o fluxo de fluido. A pressão no tubo principal é sempre maior do que a pressão no tubo secundário. Quanto maior o fluxo, maior também é a diferença de pressão, e, consequentemente, maior é a corrente de saída do transmissor. Geralmente, exige-se que o instrumento opere dentro da faixa de medição especificada, que os tubos de transmissão de pressão e as válvulas estejam livres de obstruções, e que o meio a ser medido preencha completamente os tubos de transmissão de pressão, sem que haja fluxo dele. O fluxo do meio a ser medido só é permitido durante as operações de limpeza. A presença de fluxo no meio de medição indica que o sistema de detecção de vazão está com algum problema de vazamento, como vazamentos na válvula de equilíbrio, na rede de amostragem, na válvula de drenagem, nos tubos de transmissão de pressão ou nas conexões. Obstruções nas válvulas ou nos tubos de transmissão de pressão, bem como a presença de gás ou líquido dentro dos tubos de transmissão de pressão ou da câmara de medição do transmissor de diferença de pressão, podem causar obstruções no circuito de transmissão da diferença de pressão. Isso leva a distorções na transmissão do sinal de diferença de pressão, fazendo com que a corrente de saída do transmissor fique anormal. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212004028210.png Figura 8: Esquema do circuito de transmissão por diferença de pressão para detecção do fluxo. Durante a transmissão do sinal de diferença de pressão, este é afetado pela resistência dos componentes utilizados na condução da pressão (incluindo tubos de pressão, válvulas, condensadores e isoladores). Esse efeito é ainda mais significativo na medição do fluxo de vapor. Muitos sistemas de medição de fluxo de vapor envolvem fluxos em fase gasosa e líquida. O diâmetro dos tubos de pressão, o tipo de válvulas, a localização das válvulas, a qualidade da solda nas conexões dos tubos de pressão e a localização do transmissor são fatores que influenciam o valor da resistência, e, portanto, afetam a precisão da transmissão do sinal de diferença de pressão. Ao analisar e diagnosticar falhas, primeiro verifique a parte dos conexões, para garantir que não há problemas, e só então examine os instrumentos de medição do transmissor. Os exemplos de análise dos 4 circuitos de instrumentos e dos circuitos de controle acima servem apenas como inspiração e métodos. O objetivo da Changhui Instruments é que as pessoas possam se inspirar, aplicar esses conhecimentos de maneira criativa e adaptá-los às condições reais do campo.