La asociación de técnicos en instrumentación sabe cómo descomponer los circuitos de los instrumentos y los circuitos de control; así, no hay necesidad de preocuparse por la detección de fallos

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Sin un diagrama de los circuitos de los instrumentos, se puede descomponer el sistema de control o de medición según las condiciones reales en el lugar, y luego dibujar un diagrama de esos circuitos. Dicho diagrama no necesita seguir una estructura específica; lo importante es que sea útil para la reparación de los instrumentos y del sistema de control. Los circuitos del sistema se pueden dividir en tres tipos: circuitos eléctricos, circuitos de suministro de gas para instrumentos, y circuitos de tuberías de presión para la detección de los medios utilizados en el proceso. 1. Descomposición de los circuitos del sistema de control de temperatura. La Figura 1 muestra un sistema de control de temperatura para calentadores a vapor, que es bastante común. La temperatura del agua caliente, medida por el transmisor de temperatura integrado con resistencia térmica TT, se envía al regulador TC. Allí, se compara con la temperatura establecida. Cuando la temperatura del agua es inferior a dicha temperatura, la señal de salida del regulador hace que se abra más la válvula de control, lo que aumenta el flujo de vapor y eleva así la temperatura del agua. Cuando la temperatura del agua es superior a la temperatura establecida, la señal de salida del regulador hace que la válvula de regulación se cierre, reduciendo así el flujo de vapor y disminuyendo la temperatura del agua. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211952355357.png Figura 1: Diagrama esquemático del sistema de control de temperatura del calentador a vapor. Información adicional sobre los circuitos de medición: yunrun.com.cn/tech/2045.html Para comprender de manera clara cómo se relacionan entre sí las diferentes partes de este sistema de control, así como las señales que se intercambian entre ellas, se puede utilizar el diagrama en forma de cuadros de la Figura 2. Cada cuadro en ese diagrama representa una de las partes que componen el sistema. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211953324921.png Figura 2: Diagrama de bloques del sistema de control de temperatura por calentamiento con vapor. Para una visualización más clara, lo hemos representado según los circuitos de señales eléctricas, como se muestra en la Figura 3. En la Figura 3: A es el circuito de señal de salida de la resistencia térmica del elemento sensor de temperatura; al mismo tiempo, también es el circuito de señal de entrada del transmisor de temperatura. La señal de resistencia que se genera es proporcional a los cambios en la temperatura del agua caliente: a medida que la temperatura aumenta, el valor de la resistencia también aumenta; por el contrario, cuando la temperatura disminuye, el valor de la resistencia disminuye. B es el circuito de la señal de salida del transmisor de temperatura, y también es el circuito de la señal de entrada del regulador. La salida es una señal de corriente que es proporcional a los cambios en la temperatura del agua caliente: a medida que la temperatura aumenta, el valor de la corriente también aumenta; y a medida que la temperatura disminuye, el valor de la corriente disminuye. C es el circuito de la señal de salida del regulador, y al mismo tiempo, es el circuito de la señal de entrada del actuador. La señal de salida es una señal de corriente que se genera en función del valor de la desviación de temperatura y de las reglas de control establecidas. Se trata de una señal de corriente que actúa de manera inversa a los cambios en la temperatura del agua caliente: a medida que la temperatura del agua caliente aumenta, el valor de la corriente disminuye. Esto hace que se cierre parcialmente la válvula de regulación, reduciendo así el flujo de vapor y haciendo que la temperatura del agua caliente disminuya ； A medida que la temperatura del agua caliente disminuye, el valor de la corriente aumenta. Se debe abrir más la válvula de regulación para aumentar el flujo de vapor y así elevar la temperatura del agua caliente. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211954183201.png Figura 3: Esquema del circuito eléctrico del sistema de control de temperatura por calor de vapor. Al conocer cómo funcionan los diferentes circuitos, se puede saber qué efecto tendrá una falla en uno de ellos en los demás circuitos. De esta manera, resulta más fácil analizar y determinar las causas de las fallas en el sistema. En este diagrama se han omitido el circuito de alimentación, el circuito de retroalimentación de la posición de la válvula y el circuito del operador manual. 2. Desglose de los circuitos del sistema de control de nivel y de interbloqueo en DCS. La Figura 4 muestra el diagrama del sistema de control de nivel y de interbloqueo en un reactor. El sistema cuenta con regulación de nivel de líquido y función de control por interbloqueo en caso de nivel bajo. El proceso de trabajo es el siguiente: el transmisor de nivel LT envía la señal de nivel al DCS. El regulador LIC del DCS genera una señal de corriente en función de los cambios en el nivel del líquido. Esta señal se utiliza, a través de un conversor eléctrico, para controlar la apertura de la válvula de regulación neumática, con el fin de mantener estable el nivel del líquido. Cuando en el proceso hay una insuficiencia en la cantidad de líquido suministrado, y el nivel del líquido desciende hasta el valor establecido, el interruptor de nivel bajo LE se activa. Esto hace que se pierda la alimentación eléctrica del sistema de bloqueo por nivel bajo LS, lo que a su vez provoca que la válvula electromagnética de dos vías y tres posiciones deje de funcionar, cerrando así la válvula de regulación neumática y garantizando así la seguridad en la producción. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211957390187.png Figura 4: Diagrama del sistema de control del nivel de líquido en el reactor y del sistema de interbloqueo. Para facilitar la detección de fallos, se ha elaborado la Figura 5, que muestra los circuitos eléctricos, los circuitos relacionados con los instrumentos de medición y los circuitos de control de los parámetros del proceso. En la Figura 5, las terminales de entrada y salida de la tarjeta DCS, así como el control y las interconexiones de la DCS, se realizan mediante conexiones en software. Las relaciones entre las señales pueden verse en el diagrama de configuración; no obstante, es posible comprender e inspeccionar las señales de los circuitos siguiendo el enfoque de las conexiones en hardware. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806211958516321.png Figura 5: Esquema del sistema de control del nivel del líquido en el reactor y del sistema de interconexión. ① Circuito eléctrico A: Es el circuito que recibe la señal de salida del transmisor de nivel, y también es el circuito de entrada para el DCS. Lo que se obtiene es una señal de corriente que es proporcional a los cambios en el nivel del líquido: cuando el nivel del líquido aumenta, el valor de la corriente también aumenta; cuando el nivel del líquido disminuye, el valor de la corriente disminuye ； B es el circuito de señal de salida para la detección de nivel bajo, y al mismo tiempo es el circuito de señal de entrada del DCS; se trata de una señal de conmutación ； C es el circuito de señales de salida de control del DCS, y también es el circuito de entrada de señales del convertidor I/P. La señal de salida es una señal de corriente que se genera en función del valor de la desviación del nivel del líquido y de las reglas de control establecidas. Se trata de una señal de corriente que es proporcional a los cambios en el nivel del líquido: cuando el nivel aumenta, el valor de la corriente de control también aumenta; cuando el nivel disminuye, el valor de la corriente de control disminuye ； D es el circuito de salida de la señal de interbloqueo por nivel bajo en DCS, y también es el circuito de entrada de señal para la válvula electromagnética de dos vías y tres posiciones; tanto la salida como la entrada son señales de conmutación. ②Circuito de aire para instrumentos. El aire utilizado en los instrumentos se denomina circuito de fuente de aire para instrumentos; los instrumentos neumáticos requieren aire comprimido. El circuito de aire para los instrumentos se basa en el hecho de que, después de que el aire comprimido ingresa a los instrumentos, este debe ser expulsado nuevamente hacia la atmósfera. Si el aire comprimido no puede circular adecuadamente por este circuito, los instrumentos seguirán presentando fallos. E es el circuito de suministro de aire del conversor I/P ； F es el circuito de suministro de aire para la válvula electromagnética de tres vías de dos posiciones; el convertidor I/P convierte la corriente generada por el regulador DCS en una presión de aire correspondiente, y a través de G se controla el grado de apertura de la válvula neumática. Cuando las válvulas electromagnéticas de dos vías y tres posiciones están activadas, la interrupción automática no funciona. La presión de aire de salida del convertidor I/P controla la válvula de regulación, desde F hasta G. Cuando se activa la interrupción automática debido a un nivel de líquido bajo, la válvula electromagnética se apaga; así, el aire comprimido que llega a la válvula de regulación a través de F se interrumpe. La membrana de la válvula de regulación se vacía a través de G hacia H. Bajo la acción de la fuerza elástica, la válvula de regulación queda en estado completamente cerrado. ③La mayoría de los circuitos de detección en el proceso I son circuitos de sensores para la detección del nivel del líquido; además, también son circuitos que reciben las señales de entrada del transmisor de nivel. La señal de salida del circuito de detección del nivel de líquido puede ser una diferencia de presión o la fuerza de flotación, entre otras; todo depende del tipo de instrumento de medición utilizado. Sin embargo, lo que genera es una señal de corriente que es directamente proporcional a los cambios en el nivel del líquido. Al detectar fallos en el circuito de medición del nivel, es necesario prestar atención al problema del desplazamiento del punto cero. J es el circuito de detección de nivel bajo, y también es el circuito de señal de entrada para el interruptor de nivel; se trata de una señal de interruptor. 3. Descomposición de los circuitos en la configuración DCS: La configuración DCS consiste, en realidad, en una combinación de algoritmos de control. Dado que se implementa mediante software, resulta algo abstracto de comprender; no obstante, también se puede entenderlo a través de circuitos conectados por cables físicos. La Figura 6 muestra el diagrama de configuración de un control en serie. La salida OUT del controlador principal TIC100 está conectada al terminal de referencia SET del regulador secundario FIC100. %Z011101-%Z011103 son los números de conexión del hardware en el circuito de control. %Z011103 indica que la señal proviene del primer nodo, de la primera unidad, del primer slot y del tercer canal. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212000597872.png Figura 6: Diagrama de configuración del control en serie. Si convertimos este diagrama de configuración en un diagrama de bloques típico de un sistema de control, como se muestra en la Figura 7, resulta mucho más fácil de comprender. Un sistema de control en cascada utiliza dos reguladores PID conectados en serie para estabilizar un parámetro del proceso. En el exterior se encuentra el circuito principal, que está formado por el transmisor principal, el regulador principal y el objeto principal, creando así un circuito cerrado. Dentro se encuentra el circuito auxiliar, que está formado por un transmisor auxiliar, un regulador auxiliar, una válvula de regulación y el objeto auxiliar, creando así un circuito cerrado. La salida del regulador principal sirve como valor de referencia para el regulador secundario. El sistema controla la apertura de la válvula de regulación a través de la salida del regulador auxiliar, logrando así el control de los parámetros principales. La división de tareas entre el circuito principal y el secundario es clara: el circuito principal se encarga de las ajustes finos, mientras que el circuito secundario se ocupa de los ajustes aproximados. El circuito secundario cumple una función de anticipación. Se puede entender de la siguiente manera: el circuito principal es un sistema de control con valor constante, mientras que el circuito secundario es un sistema de seguimiento. A través del análisis anterior, se puede deducir que el regulador principal emite las órdenes, y el regulador secundario se encarga de realizar los ajustes necesarios. Las perturbaciones menores son eliminadas por el regulador secundario; en cuanto a las perturbaciones más grandes, el regulador secundario interviene primero, y luego tanto el regulador principal como el secundario trabajan juntos para corregirlas. Cuando se sabe que hay un fallo en un circuito, se puede analizar y juzgar aproximadamente qué efecto tendrá en otro circuito. Figura 7: Diagrama de bloques del sistema de control en cascada. Primero, es necesario determinar si la falla ocurre dentro del DCS, o bien en los dispositivos periféricos o en las conexiones. Si se encuentra dentro del DCS, es posible utilizar las alarmas de fallo y las curvas de visualización del ordenador superior para analizar y determinar la causa del fallo. También se puede pasar a un modo manual para realizar observaciones y realizar inspecciones según los síntomas del fallo. La falla ocurre fuera del DCS; lo que hay que verificar son los tres circuitos %Z011101-%Z011103. Primero, se debe comprobar si la corriente que fluye desde el transmisor hasta la tarjeta es normal. Segundo, se debe verificar si el propio transmisor funciona correctamente. Tercero, se debe comprobar si la corriente de salida del regulador auxiliar es normal. Según el análisis del estado de la señal, se determina en qué circuito se ha producido la falla; a continuación, se inspeccionan los transmisores, las conexiones y la alimentación eléctrica correspondientes. Los métodos de inspección de los circuitos externos mencionados anteriormente también son aplicables al módulo de control en cascada CPID. Este módulo integra dos módulos de control PID convencionales, formando un módulo de control combinado con funciones avanzadas y de fácil uso. Todavía cuenta con dos señales de entrada, provenientes del transmisor principal y del transmisor secundario, además de una señal de salida proveniente del regulador secundario. 4. Circuito de transmisión de los parámetros de proceso. La Figura 8 muestra un esquema del circuito de transmisión de la diferencia de presión para la medición del caudal. Este esquema es más intuitivo que el diagrama eléctrico. El circuito en cuestión está relacionado con el medio de medición que se encuentra dentro de las tuberías de transmisión de presión; en otras palabras, se trata del circuito de transmisión de la señal de diferencia de presión, como lo indican las líneas discontinuas en la figura. En condiciones normales, existe una diferencia de presión entre la parte delantera y la trasera del dispositivo de control de caudal, que varía según el caudal. La presión en la tubería positiva siempre es mayor que la de la tubería negativa. Cuanto mayor sea el caudal, mayor será esa diferencia de presión, y por lo tanto, también será mayor la corriente de salida del transmisor. Por lo general, se exige que el instrumento funcione dentro del rango de medición establecido, que las tuberías de transmisión de presión y las válvulas estén libres de obstrucciones, y que el medio a medir llene completamente las tuberías, pero sin permitir que fluya. Solo se permite que el medio a medir fluya durante las operaciones de limpieza. La presencia de flujo en el medio de medición indica que existe una fuga en el sistema de detección de caudal, como una fuga en la válvula de equilibrio, en la malla de muestreo, en la válvula de descarga, en los tubos de transmisión de presión o en las conexiones. Si la válvula o el tubo de transmisión de presión está obstruido, o si hay gas o líquido en el interior del tubo de transmisión de presión o de la cámara de medición del transmisor de diferencia de presión, todo esto puede impedir que el circuito de transmisión de la diferencia de presión funcione correctamente. Esto a su vez provoca distorsiones en la señal de diferencia de presión, lo que afecta negativamente la corriente de salida del transmisor. http://yunrun.com.cn/upload/201806/21/201806212004028210.png Figura 8: Esquema del circuito de transmisión por diferencia de presión para la detección del caudal. Durante la transmisión de la señal de diferencia de presión, esta se ve afectada por la resistencia de los componentes utilizados en la conducción de la presión (incluyendo tuberías, válvulas, condensadores y aisladores). Este efecto es especialmente notable en la medición del caudal de vapor. En muchos sistemas de medición de caudal de vapor, coexisten flujos gaseosos y líquidos. La grosor de las tuberías, el tipo de válvulas, la ubicación de estas, la calidad de los soldaduras en las conexiones de las tuberías y la ubicación del transmisor son factores que influyen en el nivel de resistencia, y por lo tanto, en la precisión de la transmisión de la señal de diferencia de presión. Al analizar y diagnosticar las fallas, primero se inspecciona la parte de los tubos para asegurarse de que no haya problemas; solo luego se examinan los indicadores del transmisor. Los ejemplos de descomposición de los 4 circuitos de instrumentación y los circuitos de control mencionados anteriormente sirven únicamente como punto de partida y método para inspirar a todos, con el objetivo de que puedan aplicar estos conocimientos de manera creativa y adaptándolos a las condiciones reales del lugar.