Técnicas de diagnóstico e manutenção de falhas em sistemas de controle automático para instrumentos químicos

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Este tópico foi editado pela última vez por sanchangyb em 3/6/2020, às 16:58. Autores: Guan Xiaoyong, Wei Bencheng, Meng Xianxia. Empresa responsável: Dezhou Shihua Chemical Co., Ltd. [Resumo] São resumidos os problemas mais comuns nos instrumentos de controle de temperatura, pressão, nível de líquido e vazão na produção química, bem como os métodos para diagnosticá-los. Além disso, são apresentadas as técnicas de diagnóstico por computador e as tecnologias de redundância, que contribuem para a manutenção dos instrumentos de automação utilizados na indústria química. Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento das tecnologias de controle, a indústria química tem sido constantemente modernizada, com um nível cada vez maior de automação. Para atender às necessidades de desenvolvimento da produção empresarial, os sistemas de controle de instrumentos químicos também estão em constante aprimoramento. Um sistema completo de controle automático de instrumentos químicos inclui diversos instrumentos e equipamentos de controle, como instrumentos de controle de temperatura, pressão, nível de líquido e vazão, instrumentos de análise em tempo real, dispositivos de alarme para substâncias tóxicas, perigosas e inflamáveis, além de válvulas de regulação. 1 Falhas comuns nos sistemas de controle automático de instrumentos químicos 1.1 Falhas nos instrumentos de controle de temperatura Na produção química, a temperatura é um dos indicadores importantes; portanto, sua medição é extremamente crucial. Os instrumentos de medição de temperatura comuns na produção química incluem termopares, resistências térmicas e transmissores de temperatura. Os instrumentos de controle de temperatura costumam apresentar os seguintes dois tipos de falhas: ① Falhas no sistema. Os componentes internos do sistema consomem energia durante o uso. Quando o instrumento de controle de temperatura falha, ocorrem exibições incorretas. ②Medir falhas. São erros que ocorrem no elemento de medição ou no circuito de medição. Na produção química, se houver flutuações na produção devido a erros nos instrumentos de medição de temperatura, as mudanças bruscas no fluxo de matériais podem danificar os componentes de medição, fazendo com que o sistema indique uma interrupção na conexão ou um erro. Quando aparecem as mensagens de erro mencionadas acima, é possível determinar a causa do problema da seguinte maneira: ① Com base nas informações de localização exibidas pelo sistema de controle, encontre os terminais de conexão do instrumento de controle de temperatura no painel de controle. Desconecte os fios do instrumento de controle de temperatura e use um multímetro para fazer medições iniciais. Compare os valores medidos com as informações fornecidas pelo sistema. Se os valores medidos variarem muito ou não corresponderem à realidade, pode-se concluir que o problema está no componente de medição de temperatura ou no circuito de medição. ②Se o instrumento de controle de temperatura apresentar flutuações e variações periódicas, deve-se considerar a possibilidade de interferência de cabos de energia ou conversores de frequência nas proximidades das linhas de transmissão do instrumento de controle de temperatura. ③Se os valores medidos no instrumento de controle de temperatura forem maiores do que os valores reais, é necessário verificar se os cabos de transmissão do instrumento de controle de temperatura estão adequados, ou se o instrumento de display e o instrumento de medição são compatíveis entre si. 1. 2 Falhas nos instrumentos de controle de pressão: Na produção química, especialmente no processo de fabricação de substâncias perigosas, costumam existir condições como alta temperatura, alta pressão, substâncias tóxicas e nocivas. A pressão é, portanto, um parâmetro importante para o monitoramento do funcionamento do sistema. Os sistemas de controle de pressão, representados pelos transmissores de pressão inteligentes, são amplamente utilizados na indústria química. O uso dos transmissores de pressão inteligentes da SanChang facilita enormemente o controle do processo de produção por parte dos operadores. Os problemas mais comuns no sistema de controle de pressão são falhas na pressão em campo e falhas no próprio sistema. Quando ocorre uma falha, é necessário determinar se ela se trata de uma falha em campo ou de um problema no sistema. Além disso, é preciso verificar se as leituras da pressão em campo correspondem às leituras mostradas pelo sistema. Quando o sistema exibe erros, mas os instrumentos locais funcionam normalmente, deve-se considerar uma falha no sistema; nesse caso, pode-se tentar reiniciá-lo. A falha mais comum nos transmissores inteligentes locais é a exibição de zero na saída. Nesse caso, pode-se verificar se o cabo de alimentação está conectado de forma inversa ou se a tensão de alimentação é de 24 V DC. Também é possível que haja danos na placa eletrônica. 1. 3 Falhas nos instrumentos de controle de nível. Os instrumentos de controle de nível são componentes importantes nos sistemas de controle automático em indústrias químicas. Os instrumentos mais comuns para controle de nível incluem medidores de nível com duas flanges, medidores de nível por radar e medidores de nível por ultrassom. (1) Quando o valor indicado pelo instrumento de controle do nível do líquido atinge o valor máximo ou mínimo, é necessário realizar uma verificação no local, para comparar se o nível medido localmente está dentro da faixa normal de variação, em relação aos dados transmitidos à distância. O ajuste do nível do líquido é feito manualmente no local. Se o nível não mudar com as alterações feitas manualmente, isso indica que há um problema no sistema de controle do nível. Se os dados mudarem, mas não houver uma relação linear ou alguma regularidade, então há um problema nos instrumentos de controle do nível instalados no local. As soluções podem ser encontradas com base no método de medição e no tipo dos instrumentos instalados. (2) Quando o valor indicado pelo instrumento de controle do nível do líquido não muda, e também não é indicada nenhuma interrupção na conexão, é necessário verificar se o instrumento está danificado. Como no caso dos medidores de nível com duas flanges, que são amplamente utilizados, se as válvulas localizadas nas extremidades das flanges do medidor forem fechadas e a membrana que o fixa for removida, de modo que todo o dispositivo fique exposto ao ambiente atmosférico, o valor do nível de líquido continua inalterado. Nesse caso, devem-se considerar as seguintes possibilidades: ① O circuito impresso responsável pela transmissão dos dados do medidor pode estar danificado; nesse caso, pode-se tentar substituir o circuito impresso. ② Se a substituição do circuito impresso não resolver o problema, então é possível que tanto a membrana quanto os capilares localizados nos lados de alta e baixa pressão estejam danificados. Nesse caso, é necessário substituir o medidor e redefinir seus parâmetros. (3) Ao utilizar um medidor de nível por radar para determinar o nível do material, quando o nível no local permanece constante, mas há perturbações na superfície do material a ser medido, os valores de medição apresentam flutuações irregulares. Nesse caso, é necessário verificar se há interferências na transmissão do sinal. Se as perturbações na superfície do material diminuírem a intensidade do sinal, os técnicos de manutenção devem ativar a função de supressão de campo próximo, aumentando adequadamente a resistência de saída, a fim de reduzir as interferências. 1. 4 Falhas nos instrumentos de controle de vazão. Em geral, as falhas que ocorrem devido a mudanças repentinas nos parâmetros de vazão do sistema são consideradas falhas no sistema de controle de vazão. Se o valor indicado pelo instrumento de controle de fluxo for o mínimo ou não houver nenhum valor exibido, é necessário verificar o instrumento no local. Se não houver nenhum problema nos equipamentos de processo no local, pode-se concluir que se trata de um defeito no instrumento de controle. Tomando como exemplo o medidor de vazão por diferença de pressão, quando o valor indicado é zero ou há uma pequena variação, devem-se considerar as seguintes 3 situações: ① A válvula de equilíbrio não está completamente fechada ou há vazamentos; nesse caso, basta fechar a válvula de equilíbrio e consertá-la ou substituí-la; ② As válvulas de alta e baixa pressão localizadas na entrada do dispositivo de restrição de fluxo não estão abertas; nesse caso, basta abrir essas válvulas; ③ As válvulas e tubulações entre o dispositivo de restrição de fluxo e o medidor de diferença de pressão estão entupidas; nesse caso, é necessário limpar as tubulações ou consertá-las/ substituí-las; ④ O tubo de transmissão do vapor não foi completamente condensado, e a água de condensação não preencheu completamente o tubo de medição; nesse caso, é preciar esperar até que tudo esteja completamente condensado antes de usar o medidor; ⑤ Os selos entre o dispositivo de restrição de fluxo e os tubos de processo não estão bem ajustados; nesse caso, é necessário apertar os parafusos ou substituir os selos. Quando as flutuações no fluxo são grandes e a estabilidade dos valores exibidos é baixa, é necessário reforçar o gerenciamento no local. Isso pode ser feito fechando parcialmente as válvulas localizadas antes e depois dos instrumentos de controle de fluxo, a fim de reduzir os erros de medição causados pelas grandes flutuações nos parâmetros de fluxo. Se o fechamento das válvulas não for eficaz, é preciso verificar se os sensores de pressão são excessivamente sensíveis às flutuações dos parâmetros. Nesse caso, pode-se ajustar adequadamente o efeito de amortecimento, para conseguir um controle preciso do fluxo. 2 Técnicas para prevenir falhas no sistema de controle 2.1 Técnicas de diagnóstico por computador O CENTUM CS 3000 (abreviado como CS 3000) é um produto DCS adequado para o controle de processos petroquímicos de grande e médio porte. O HIS é a estação de operação do sistema CS 3000, utilizando os sistemas operacionais Windows NT/2000/XP/Vista, e serve para realizar o monitoramento em tempo real do sistema e as operações relacionadas aos processos. No sistema CS 3000, se ocorrer um defeito no sistema de controle, é emitido um alerta imediatamente, e são registrados os detalhes do problema. Isso fornece suporte técnico para identificar a causa do defeito e resolvê-lo. No sistema CS 3000, os alarmes são divididos em três categorias: alarmes de processo, alarmes do sistema e orientações de operação. Cada tipo de alarme possui uma janela de exibição separada. Quando ocorre um problema no sistema de controle dos instrumentos, os técnicos responsáveis pela manutenção podem analisar o problema com base nas informações de alarme fornecidas pelo HIS, e tomar as medidas necessárias para resolver o problema, restabelecendo assim o funcionamento normal do sistema. Isso melhora a eficiência do trabalho de manutenção dos instrumentos, garantindo assim uma produção segura, estável e ordenada. 2. Tecnologia de redundância: Na operação dos sistemas de controle automático de instrumentos químicos, a aplicação da tecnologia de redundância aumenta significativamente a segurança e a operabilidade do sistema. A tecnologia de redundância inclui os seguintes elementos. 2. 2.1 Redundância de hardware: vários módulos ou componentes idênticos são conectados em paralelo. Em modo de reserva térmica, um deles fica em estado ativo (placa ativa), responsável pela coleta de dados do sistema, pelas operações matemáticas, pelo controle das saídas e pela comunicação de rede. O outro módulo fica em estado de reserva (placa de reserva), monitorando em tempo real o estado interno da placa ativa (ou seja, sincronização de estados). A lógica positiva/negativa entre o cartão de funcionamento e o cartão de reserva é exclusiva: ou um é o cartão de funcionamento e o outro, necessariamente, é o cartão de reserva. Além disso, existem circuitos de controle redundantes (também conhecidos como circuitos de controle de funcionamento/reserva) e circuitos de comunicação de informações, para garantir que os dois cartões operem simultaneamente e de maneira ordenada, assegurando assim a uniformidade das características de entrada e saída. O desenvolvimento das tecnologias de comunicação modernas impulsionou a evolução das técnicas de redundância. Essas técnicas possuem capacidade de detecção de falhas em tempo real, permitindo a identificação, localização e isolamento de falhas, além de gerar alertas relacionados a problemas na interface homem-máquina. A detecção de falhas inclui a fonte de alimentação, o microprocessador, as conexões de comunicação de dados, os barramentos de dados e o status de E/S. Dentre eles, o diagnóstico de falhas inclui o autodiagnóstico de falhas e a verificação mútua entre os componentes (verificação entre as placas em funcionamento e as de reserva). Isso permite que o sistema faça uma transição automática, sem interrupções, quando ocorre alguma falha. A tecnologia de redundância, por um lado, ajuda os técnicos de manutenção a identificar falhas no sistema, facilitando assim a manutenção oportuna do mesmo e a eliminação dos pontos problemáticos. Por outro lado, ela aumenta a confiabilidade do sistema, contribuindo assim para uma produção segura. 2. 2.2 Votação lógica com múltipla redundância de software: A votação refere-se ao processo e método pelo qual um sistema redundante determina uma conclusão com base no princípio da maioria. Para medições no mesmo tipo de meio, instalam-se 2 ou mais instrumentos para realizar as medições separadamente. Os dados coletados são enviados ao sistema de redundância, onde são analisados para determinar o estado de funcionamento do sistema. A utilização desse sistema de votação redundante aumenta a confiabilidade do sistema e reduz os impactos causados por ações desnecessárias dos dispositivos de intertravamento na produção. As formas comuns de votação incluem a lógica de votação “um entre dois” (1oo2), a lógica de votação “dois entre dois” (2oo2), a lógica de votação “um entre três” (1oo3) e a lógica de votação “dois entre três” (2oo3). Tomando como exemplo a lógica de votação “três contra dois”, em condições normais, o estado dos 3 instrumentos de controle é indicado como 1. Quando dois desses instrumentos enviarem sinais 0 ao mesmo tempo, o votador ordenará que o atuador execute a ação de intertravamento correspondente. A lógica de votação “três contra dois” é uma escolha bastante razoável, pois permite superar a desvantagem dos sistemas duplos, que não conseguem distinguir o que é verdadeiro do que é falso. Independentemente de algum canal apresentar falhas, o sistema consegue continuar funcionando normalmente após a votação, mantendo assim seu nível de segurança e disponibilidade em um patamar adequado. 3 Conclusão A ampla utilização dos sistemas de controle automático para instrumentos químicos é de grande importância para a realização de uma produção inteligente, para a libertação da força de trabalho e para a prevenção segura e eficaz de acidentes de produção. Com o avanço da ciência e da tecnologia, e com as constantes atualizações dos instrumentos de controle utilizados na indústria química, aumentam também os pontos de falha nos sistemas de controle. Somente começando pelas falhas mais básicas, acumulando experiência e aprendendo continuamente novas tecnologias, é possível compreender melhor os novos problemas que surgem. Dessa forma, é possível desempenhar melhor as tarefas de manutenção dos instrumentos, eliminando as falhas ainda no início, e garantindo assim o funcionamento adequado dos sistemas de controle na indústria química. Este texto foi reproduzido a partir do endereço original: http://www.jssanchang.com/hangye/1114.html