Exemplos de reparo de falhas em sistemas de controle complexos

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Este tópico foi editado pela última vez por yunrun em 27/02/2016, às 21:22. Um sistema de controle automático com vários parâmetros, composto por dois ou mais transmissores, dois ou mais controladores ou dois ou mais válvulas de regulação, é chamado de sistema de controle complexo. É claro que a análise, o projeto, a definição dos parâmetros e a operação desses sistemas são, correspondentemente, um pouco mais complexos em comparação com os sistemas de controle simples. Os sistemas de controle complexos mais utilizados atualmente são: controle em cascata, controle uniforme, controle por razão, controle feedforward, controle seletivo e controle em faixas. Você pode entender os métodos e abordagens para a reparação de falhas em sistemas de controle complexos, por meio desses exemplos de reparo de falhas organizados pelos engenheiros da Changhui Instruments. 1. Exemplo de manutenção em um sistema de controle em cascata. Um sistema de controle em cascata possui dois circuitos fechados. O controlador principal e o controlador auxiliar estão conectados em série. A saída do controlador principal (regulador PID de circuito único) serve como valor de referência para o controlador auxiliar (regulador com entrada externa). O sistema utiliza a saída do controlador auxiliar para acionar as válvulas de controle, visando assim controlar o valor da variável principal. Figura 1. Portanto, em um sistema de controle em cascata: o circuito principal é um sistema de controle com valor fixo, enquanto o circuito secundário é um sistema de seguimento. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718375215.jpg Análise de instâncias de falha: ① Em um determinado equipamento petroquímico, havia um sistema de controle em cascata para nível e vazão (o nível era o controle principal, enquanto a vazão era o controle secundário; sistema DCS). A qualidade do controle era ruim. Investigação e análise das causas da falha: As causas da falha incluíam: configuração inadequada dos parâmetros de controle pelo controlador, o fato de o objeto de controle não estar operando nas condições normais, grande atraso no funcionamento do objeto de controle, e ajuste não linear das válvulas de regulação. Reajustar os parâmetros de controle do controlador, verificar novamente as válvulas de regulação e inspecionar o tempo de atraso nos testes. Resolução de falhas: Após testes de ajuste abrangentes, constatou-se que o tempo de atraso no controle do nível do líquido é excessivo, o que impede a realização de ajustes em cascata. ②Os dispositivos de butilcinol LIC_0406 e FIC_0411 são parte de um sistema de controle em cascata, responsáveis pelo controle da saída do reator de 400A. O circuito secundário desse sistema pode ser operado de forma automática, mas não é possível utilizar o modo de controle em cascata. Quando esse modo é ativado, ocorrem grandes flutuações. Diagnóstico e análise dos problemas: após testes, constatou-se que a configuração dos parâmetros PID do controle em cascata não era adequada. Além disso, a configuração foi feita com base nas condições reais do processo, o que impediu a utilização do modo de controle em cascata. Resolução de falhas: O controle em cascata é ativado somente após o reajuste dos parâmetros PID. ③O controlador principal de um sistema de controle em série é o controlador de pressão do vapor; sua saída é normal. A saída desse controlador, juntamente com o sinal de vazão do tubo de pressão, é processada por um operador diferencial antes de ser enviada como entrada para o controlador auxiliar de vazão. Foi detectado uma queda súbita na entrada externa, mas a saída do controlador principal permaneceu normal. Verificação e análise da falha: neste sistema, a saída do controlador principal e o sinal de entrada externo do controlador auxiliar são somados, com a adição de um operador diferencial que atua como feedforward, sendo esse valor combinado como a entrada externa para o controlador auxiliar. A inspeção revelou que a falha se deveu a um mau contato do fusível do adição diferencial, o que causou interrupção no fornecimento de energia. Como resultado, sua saída ficou igual a zero, fazendo com que o valor de entrada do controlador auxiliar diminuísse. Resolução de falhas: Substituir o fusível para garantir um bom contato, e a falha é resolvida. ④Um sistema de controle em cascata com um nível de líquido e uma vazão definidos. A regulação em cascata apresenta grandes flutuações, o que impede que os critérios de controle sejam atingidos. Verificação e análise de falhas: concluiu-se que a causa da falha foi a configuração inadequada dos parâmetros de controle do controlador secundário; o efeito integrador desse controlador é excessivo, o que dificulta o controle do circuito. Os sistemas de controle em cascata exigem padrões elevados para os parâmetros principais; não são permitidos erros. Geralmente, o controlador principal utiliza um método de controle proporcional-integrativo. Quando há um grande atraso no objeto a ser controlado, pode-se adicionar uma ação diferencial apropriada. Porém, as exigências em relação aos parâmetros secundários não são rigorosas, pois esses parâmetros mudam de acordo com as saídas do controlador principal. Portanto, geralmente basta utilizar um controle proporcional para os parâmetros secundários; caso seja necessário, pode-se adicionar um efeito integrador. Resolução de falhas: Reconfigurar os parâmetros auxiliares. 2. Exemplo de manutenção em um sistema de controle por razão: Durante o processo de ajuste do gás sintético no forno de vaporização, foi constatado que, quando a proporção de gasolina era de 10%, a temperatura do forno ficava normal e o gás produzido era de qualidade adequada. Inspeção e análise dos problemas: No processo de cracking do óleo residual no forno de vaporização, a quantidade de vapor adicionado é controlada por um sistema de razões (razão vapor/gasolina). Quando a proporção de gasolina diminui, a quantidade de vapor também diminui. No entanto, como a temperatura do forno permanecia normal e o gás produzido continuava sendo de qualidade adequada, isso indica que a quantidade real de vapor não diminuiu. Primeiro, verifique se o sinal do circuito está normal. Após as medições, constatou-se que não há problemas na transmissão do sinal. Além disso, o transmissor de diferença primária também foi verificado, e não foram encontrados problemas. Verificaram também as válvulas dos tubos de vapor que levam ao fogão de vaporização. Descobriu-se que a válvula de interrupção de emergência, usada em caso de parada do equipamento, estava aberta; era por ela que o vapor entrava no fogão de vaporização. Resolução de falhas: Feche a válvula manual de vapor de emergência, e a proporção de gasolina voltará gradualmente ao normal. Em seguida, verificamos a válvula de corte; descobriu-se que o problema se devia ao entupimento do circuito pneumático da válvula eletrônica, o que causava uma posição incorreta. Após substituir a válvula eletrônica, tudo voltou ao normal. 3. Exemplo de manutenção em um sistema de controle uniforme: Durante a operação do sistema de controle uniforme em cascata mostrado na Figura 2, verificou-se que o parâmetro principal, que é o nível do líquido, permanecia estável em um valor fixo, enquanto os parâmetros secundários apresentavam grandes flutuações. Isso causava grandes interferências nos processos subsequentes. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718383430.jpg Figura 2: Sistema de controle uniforme em cascata. Análise de falhas: O sistema de controle uniforme geralmente visa controlar simultaneamente os parâmetros de nível e vazão. Por meio de ajustes precisos, esses dois parâmetros, que são contraditórios entre si, são mantidos dentro dos limites permitidos. Ou seja, ambos os parâmetros devem mudar de maneira gradual durante o processo de ajuste, e não devem se estabilizar em um valor constante. Ocorrerem as situações acima se deve, obviamente, a um erro na forma como os parâmetros do controlador são ajustados. Portanto, os parâmetros do controlador de nível e do controlador de vazão devem ser ajustados seguindo os passos abaixo: ① Ajuste a sensibilidade do controlador de nível para um valor adequado, com base em experiências anteriores. Em seguida, ajuste a sensibilidade do controlador de vazão, começando por valores baixos e aumentando-os gradualmente. Ao mesmo tempo, observe o processo de ajuste, até que haja uma diminuição gradual da amplitude das variações. ②Fixe a sensibilidade do controlador de fluxo no valor ajustado. Em seguida, ajuste a sensibilidade do controlador de nível, de menor para maior valor. Observe as curvas de registro e busque um processo de atenuação do ciclo que seja mais lento. ③De acordo com as condições do objeto, deve-se aplicar adequadamente um efeito integrador ao controlador de nível, a fim de eliminar o erro que surge devido a interferências externas. ④Observe o processo de regulação e ajuste os parâmetros do controlador, até que tanto o nível do líquido quanto a vazão apresentem um processo de decréscimo periódico mais lento. 4. Exemplo de manutenção do sistema de controle: Em uma fábrica de produção de amônia, o sistema de controle automático do gás de escape gerado durante o processo de síntese apresentou um alerta de pressão elevada enquanto estava em operação automática. Esse sistema é um sistema de controle seletivo, composto pelo sistema de controle de pressão do processo de síntese, PIC, e pelo sistema de controle das composições gasosas do gás de escape, AIC. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718390217.jpg Figura 3: Sistema automático de controle da liberação de gases de síntese. Análise de falhas: Quando o sistema entra em modo de controle automático, os transmissores AT medem a quantidade total de gases inertes CH4 e Ar presentes no ar de circulação. O AIC controla essas quantidades para manter os níveis de gases inertes dentro de valores específicos. Dessa forma, é possível minimizar as perdas de gás de síntese, o que resulta em economia de energia. Quando a pressão do sistema de síntese excede o valor nominal, o controlador de pressão PTC aumentará continuamente sua saída, com base nos sinais detectados pelo transmissor de pressão PT. Por meio do seletor PIS, ele substitui o controlador AIC no controle da pressão, a fim de evitar que o sistema de síntese fique sob pressão excessiva. Quando ocorre um alarme de pressão elevada no sistema, deve-se operar imediatamente o dispositivo com a roda manual no local. Primeiro, é necessário verificar se o transmissor de pressão e o alarme não apresentam falhas. Em seguida, deve-se verificar se a saída do controlador de pressão substitui o valor de saída do controlador de componentes. Se o controlador de pressão estiver funcionando normalmente, e o valor de saída já atingir o valor normal, sem que haja substituição pelo controlador de componentes por meio do seletor de alta prioridade, então considera-se que há falha no seletor de alta prioridade. Se for uma falha no controlador de pressão, é necessário colocá-lo imediatamente em modo manual, aumentando continuamente o valor de saída, a fim de controlar a pressão no sistema de síntese. Fonte: http://bbs.hcbbs.com/?274320