Análise de casos de falha em sistemas de controle com feedback de circuito único

Thread Content

No artigo “Etapas e métodos para a resolução de falhas em sistemas de controle com feedback em circuito único”, são apresentadas as etapas e métodos para lidar com falhas. A Changhui Instruments compilou neste artigo 16 exemplos de falhas que ocorrem na prática, com o objetivo de melhorar as habilidades práticas dos técnicos responsáveis pela manutenção dos equipamentos. Changhui Instruments: http://www.yunrunecom.cn. 1. Sistema de controle automático do nível de líquido no equipamento de separação por centrifugação: a medição do nível é feita por meio de transmissores de diferença de pressão, DCS e válvulas de regulação pneumáticas. No início da operação, as flutuações no nível de líquido eram muito grandes, o que não permitia atender às exigências de produção. Diagnóstico e análise dos problemas: no início da operação, como o resfriamento do sistema ainda não estava equilibrado, além disso, havia uma distribuição desigual de calor e frio dentro dos tubos de medição do nível. Isso causava a mistura de ar e líquido dentro desses tubos, fazendo com que os valores de medição ficassem muito instáveis. Após a implementação do sistema de regulação automática, as flutuações aumentaram ainda mais. Tratamento de falhas: Primeiro, coloque o sistema em modo manual, controlando-o manualmente. Em seguida, proceda com o ajuste da diferença de nível do líquido. Depois disso, conecte os tubos de pressão positivos e negativos à parede da torre, até que ocorra formação de gelo, e então ligue o medidor. Após estabilizar manualmente por um tempo, passe para o modo automático. Após os tratamentos acima, é possível atingir, em grande parte, os requisitos do processo, reduzindo as flutuações. 2. Existe um sistema de controle simples; o desvio do controlador e a saída do mesmo estão dentro dos limites normais. No entanto, mesmo quando há desvios, o regulador PID continua a agir de acordo com as regras de controle originais. O parâmetro a ser controlado não volta ao valor desejado, e às vezes o sistema age de maneira contrária ao esperado. Para diagnosticar e analisar o problema: pelas características do defeito, parece que não há problemas na parte de medição, no controle ou na transmissão de sinais do sistema. O problema pode estar na parte da válvula de regulação (deslocamento do vástago da válvula, obstrução da membrana, falha no posicionador da válvula) ou nas linhas de transmissão de sinais do regulador PID para o posicionador da válvula. Verificou-se que o sinal de saída do regulador PID até a válvula de regulação estava normal. Ao inspecionar a membrana da válvula de regulação, constatou-se que o canal de ar da conexão da membrana estava obstruído por grãos de areia, o que impediu que o controlador funcionasse corretamente. Resolução de falhas: Após a desobstrução, o sistema volta ao normal. 3. Existe um sistema de controle simples, no qual a pressão do vapor de média pressão é controlada por meio da descarga via PV108. Um dia, o operador percebeu que a pressão estava diminuindo. A posição da válvula controlada pelo regulador PID estava correta, mas o desvio não era eliminado. Após análise do problema, constatou-se que não havia problemas na saída do regulador PID para o dispositivo de segurança. Provavelmente, o problema estava na saída desse dispositivo para o posicionador da válvula ou para a própria válvula de controle. Primeiro, verifique o localizador da válvula e a válvula de regulação; ambos estão sem problemas. Em seguida, use um multímetro para medir o sinal de saída do dispositivo de segurança; não houve nenhuma saída. Resolução de problemas: Ao substituir o protetor de saída, o sistema volta ao normal. 4. Um determinado dispositivo possui um circuito de controle simples (sistema de controle DCS, controlador PID). Após a ativação do modo automático, o controlador não funciona. Verificação e análise dos problemas: as causas possíveis para o não funcionamento do controlador podem ser: problemas na configuração do DCS ou parâmetros de ajuste incorretos no controlador. Verificou-se que a configuração do DCS estava correta, mas ao verificar os parâmetros P, I e D do controlador, constatou-se que eles estavam incorretos. Resolução de falhas: Após ajustar corretamente os parâmetros PID, o sistema funciona normalmente. http://www.yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201511/2015111714330696.jpg Série de reguladores de inteligência artificial YR-GAD: 5. Sistema DCS da Yokogawa, circuito único – geração de alarme de falha OOP. Análise da falha: OOP significa circuito aberto na entrada; pode ser devido a um cabo do transmissor quebrado, ou porque o sinal de entrada do transmissor está abaixo de 4 mA ou acima de 20 mA. 6. Sistema DCS da Yokogawa, circuito único, análise de falhas OOP ； OOP significa saída aberta, o que pode ser causado por conexões soltas. 7. Existe um sistema de controle de circuito único; quando colocado em modo automático, não consegue funcionar de forma estável, mesmo após um longo período de ajuste. Ao se adicionar interferências aos valores definidos, há uma tendência de correção, e o período e a amplitude dos ajustes são normais. No entanto, o sistema ainda não consegue funcionar de forma estável. Análise do problema: Pelos sintomas do problema, pode-se concluir que os parâmetros de ajuste do sistema são adequados. Portanto, a razão pela qual o sistema não consegue funcionar de forma estável não está relacionada aos parâmetros. Resolução de falhas: Reanalise o circuito para definir corretamente as ações do regulador PID, de modo que o sistema opere com feedback negativo, funcionando normalmente após a implementação. 8. Existe um circuito de controle que tem sido utilizado normalmente há muitos anos. As condições de operação não mudaram, mas o desempenho do controle está piorando cada vez mais. Verificação e análise dos defeitos: o fato de ele ter funcionado normalmente no início indica que os parâmetros estavam corretos. O fato de o desempenho estar piorando gradualmente sugere que existem condições que afetam negativamente o controle. Ao verificar a válvula de regulação, constatou-se que o núcleo da válvula estava severamente desgastado. Resolução de falhas: A válvula voltou a funcionar normalmente após a reparação. 9. Em um dos circuitos de controle do sistema DCS, que antes funcionava normalmente, houve um problema devido à falha no canal de transmissão de sinais. Após a substituição desse canal por outro, não foi mais possível controlar a abertura das válvulas no local. Análise do problema: como o problema surgiu após a substituição do canal, começou-se a analisar o problema a partir desse ponto. Como o canal da placa AO foi trocado e reinstalado, o ponto de controle não consegue encontrar o canal original, portanto não é possível controlá-lo. Resolução de falhas: Após reinstalar o ponto de controle correspondente, é possível controlar normalmente. 10. O sistema de controle do nível de líquido no vaso de pressão da caldeira funcionava normalmente, mas de repente surgiram grandes flutuações no nível do líquido. Foi necessário passar para o modo de controle manual. Para diagnosticar e analisar o problema, constatou-se que as condições de operação da planta haviam mudado em relação às condições originais; portanto, foi preciso reajustar os parâmetros do sistema. Resolução de falhas: Após aumentar a intensidade de controle e superar as flutuações de interferência, voltou ao normal. 11. O controle do nível de líquido em uma determinada torre é feito por meio de um sistema de controle de circuito único. Durante o ajuste da carga, observou-se que o nível do líquido era instável, com grandes flutuações. Após inspeção e análise do problema, constatou-se que a abertura da válvula de regulação de nível LV0405 era de apenas 7%. Além disso, a posição da válvula mudava constantemente. A válvula tende a sofrer flutter quando está em uma abertura pequena, e a saída do posicionador também era instável. Por esses motivos, a válvula de regulação não funcionava corretamente. Resolução de falhas: Ao abrir a válvula de regulação para 15%, ela volta ao funcionamento normal. No entanto, se o valor for excessivo, não é possível manter o nível do líquido estável. Para garantir um controle adequado, é necessário usar as válvulas manuais antes e depois do uso. 12. Em um sistema de controle de nível de líquido em uma unidade petroquímica, devido à redução da carga, a abertura da válvula LV402 ficou em apenas 5%. Isso causou vibrações e instabilidade no nível do líquido. Análise do problema: As válvulas de regulação tendem a vibrar facilmente quando estão em pequenas aberturas. Essas vibrações afetam o posicionador da válvula, fazendo com que a saída seja instável. Por isso, o controle automático também se torna instável. Resolução de falhas: Reduza ligeiramente a válvula de retenção frontal ou traseira, limitando assim o fluxo de fluido. Quando a posição da válvula atingir 15%, as vibrações desaparecem e o posicionador da válvula também se estabiliza, permitindo que o funcionamento automático continue normalmente. 13. Um sistema simples de controle de nível de líquido (controlador PID do sistema DCS, com válvulas de regulação do tipo “abre-se com ar”) não consegue operar em modo automático. Diagnóstico e análise dos problemas: As principais causas para a impossibilidade de operação automática são: parâmetros inadequados do controlador, problemas com o objeto a ser controlado ou defeitos nas válvulas de regulação. Ao verificar esses pontos problemáticos, constatou-se que havia uma grande vazamento dentro da válvula de regulação; mesmo com uma pequena abertura da válvula, já havia um fluxo muito alto de líquido. Resolução de problemas: Após tratar os componentes internos da válvula de regulação, o problema desapareceu. 14. Um exemplo de falha no sistema de controle da pressão do vapor: a) Os valores de pressão nas tubulações de vapor registrados pelo medidor sem papel caem abruptamente para zero, e a válvula de segurança é acionada; isso se deve a um problema com o instrumento. Quando ocorre um defeito entre o tubo de medição de pressão e os instrumentos de registro, a abertura da válvula de regulação muda abruptamente, causando um aumento significativo na pressão do vapor. Nesse caso, o registrador sem papel não reage. É possível, então, passar para o modo de controle manual da válvula de regulação, para que o problema possa ser resolvido. b. Nos registradores sem papel, se a pressão nos tubos de vapor não ultrapassar o valor definido, a válvula de segurança será acionada. Os técnicos podem verificar os instrumentos relacionados; se as temperaturas em todos os pontos estiverem normais, significa que a válvula de segurança não está ajustada corretamente ； Se os valores de temperatura em cada ponto aumentarem, isso significa que os valores registrados para a pressão são inferiores à pressão real. c. Embora as flutuações de pressão sejam grandes, elas são lentas; geralmente, é necessário buscar as causas no processo em si. d. As flutuações de pressão em estado de vibração rápida devem ter suas causas investigadas na configuração dos parâmetros e no próprio instrumento. e. Variações como carga, refluxo de adição, temperatura, entre outras, bem como operações inadequadas, podem causar mudanças na pressão interna do equipamento. É necessário buscar as causas nas operações do processo. f. É necessário ter conhecimento das flutuações de pressão normais em cada instrumento, para distinguir se se trata de uma situação anormal ou normal. Além disso, é possível fazer julgamentos com base em outros parâmetros do processo. 15. Um exemplo de falha no sistema de controle do nível do líquido: a) No regulador de coluna de luz, o valor do nível do líquido indica um valor máximo ou mínimo. Nesse caso, é possível verificar primeiro os valores indicados na tabela. Se o medidor primário estiver normal, então é um defeito no medidor secundário. Se os indicadores um e dois estiverem iguais, verifique se há alguma mudança no nível do líquido no válvula de controle manual. Quando há mudanças, geralmente é por motivos relacionados ao processo; se não houver mudanças, geralmente é um problema com os instrumentos de medição. b. Se o valor indicado pelo instrumento com migração negativa for para o máximo, deve-se suspeitar de vazamento no lado de pressão negativa. Nos instrumentos cuja pressão do gás é direcionada diretamente para o lado de pressão negativa, os valores indicados tendem a ser mínimos; nesse caso, deve-se suspeitar que o nível do líquido no tanque de coleta do lado de pressão negativa esteja muito alto. c. A alta frequência de flutuações nos valores registrados geralmente é causada por ajustes inadequados dos parâmetros ou por oscilações no instrumento em si. Se a flutuação for lenta, geralmente é devido às condições de operação. d. Caso haja suspeita de que o instrumento esteja indicando um nível falso, geralmente é possível colocar o sistema em modo manual. Nesse caso, os técnicos responsáveis pelo processo e pelos instrumentos podem usar um manômetro calibrado para medir a pressão do gás e realizar uma análise. 16. Um exemplo de falha no sistema de temperatura. Um determinado dispositivo possui um sistema de controle de temperatura para óleo pesado. O óleo pesado passa por um trocador de calor, sendo aquecido por vapor. A abertura da válvula de regulação do vapor é ajustada, o que faz com que a temperatura do óleo pesado varie lentamente. Quando o sistema entra em modo de controle automático, ocorrem flutuações significativas na temperatura. Análise do problema: a alteração no fluxo de vapor não provoca mudanças significativas na temperatura do óleo pesado, o que indica que há algum atraso no sistema de detecção. Ao verificar o sistema de medição com termopares, constatou-se que não há problemas, o que sugere que pode haver algum problema no sistema de transferência de calor. Para aproveitar ao máximo o calor latente do vapor, o vapor de pressão média precisa ser condensado em água e, em seguida, descartado periodicamente por meio de um dreno de água. Vapor e óleo pesado trocam calor por meio de um trocador de calor, e esse processo de troca de calor leva algum tempo. A temperatura do vapor de pressão média é de 280°C. Após o aquecimento, a temperatura do óleo pesado fica em 150°C. Quando a temperatura do vapor de aquecimento diminui gradualmente até se aproximar dos 150°C, temperatura do óleo pesado após a troca de calor, a troca de calor atinge quase um equilíbrio (devido à resistência térmica, existe uma pequena diferença de temperatura). Nesse momento, o vapor de aquecimento ainda não se condensou completamente em líquido; ele continua ocupando o espaço dentro do trocador de calor. Mesmo que as válvulas de controle sejam abertas, novo vapor não consegue entrar, ou entra em quantidades mínimas. Isso faz com que a temperatura do vapor utilizado para a troca de calor não atinja o valor projetado de 280°C (embora a temperatura do vapor entrante seja de 280°C), variando entre 280°C e a temperatura em que o vapor se condensa em água. Como a temperatura do vapor utilizado para a troca de calor é inferior ao valor projetado, o tempo necessário para a troca de calor aumenta, o que causa um atraso na medição da temperatura. Esse grande atraso na medição leva à instabilidade do sistema. Resolução de falhas: Para este sistema, os parâmetros PID do controlador de temperatura inteligente foram ajustados: foi adicionada uma ação diferencial, foi incluída uma quantidade adequada de ação integral, e a ação proporcional foi aumentada. Os valores obtidos foram P=50%, Ti=5min e Td≈1,5min. O resultado foi bastante satisfatório.