Técnicas de diagnóstico y mantenimiento de fallas en los sistemas de control automático para instrumentos químicos

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Este mensaje fue editado por última vez por sanchangyb el 3 de junio de 2020, a las 16:58. Autores: Guan Xiaoyong, Wei Bencheng, Meng Xianxia. Empresa: Dezhou Shihua Chemical Co., Ltd. [Resumen] Se resumen los fallos más comunes en los instrumentos de control de temperatura, presión, nivel de líquido y caudal en la producción química, así como los métodos para detectarlos. También se explica cómo la tecnología de diagnóstico por computadora y la tecnología de redundancia contribuyen al mantenimiento de los instrumentos de automatización en la industria química. En los últimos años, gracias al rápido desarrollo de las tecnologías de control, la industria química se ha ido modernizando constantemente, con un nivel cada vez mayor de automatización. Para satisfacer las necesidades de desarrollo productivo de las empresas, los sistemas de control de instrumentos químicos también se están mejorando continuamente. Un sistema completo de control automático de instrumentos químicos incluye numerosos instrumentos y equipos de control, como instrumentos de control de temperatura, presión, nivel de líquidos y caudal; instrumentos de análisis en tiempo real; dispositivos de alarma para sustancias tóxicas, peligrosas o inflamables; válvulas de regulación, entre otros. 1. Fallas comunes en los sistemas de control automático de instrumentos químicos 1.1 Fallas en los instrumentos de control de temperatura En la producción química, la temperatura es uno de los indicadores clave; por lo tanto, su medición es de suma importancia. Los instrumentos de temperatura comunes en la producción química son los termopares, las resistencias térmicas y los transmisores de temperatura. Los instrumentos de control de temperatura suelen presentar los siguientes dos tipos de fallos: ① Fallos del sistema. Los componentes internos del sistema consumen energía al funcionar, y cuando el instrumento de control de temperatura falla, se producen indicaciones erróneas. ②Medición de fallos. Es decir, los errores que ocurren en los elementos de medición o en el circuito de medición. En la producción química, si las fluctuaciones en la producción se deben a errores en las lecturas de los instrumentos de medición de temperatura, los cambios bruscos en el flujo de materiales pueden dañar los componentes de medición, lo que hace que el sistema indique una desconexión o un error. Cuando aparecen los mensajes de error mencionados anteriormente, se pueden seguir los siguientes pasos para diagnosticar el problema: ① Según la información de ubicación que muestra el sistema de control, se debe encontrar el terminal de conexión del instrumento de control de temperatura en el gabinete de control. Luego, se desconectan los cables del instrumento de control y se realizan mediciones preliminares con un multímetro. Los valores medidos se comparan con la información proporcionada por el sistema. Si los valores medidos varían mucho y no coinciden con los reales, se puede deducir que el problema se encuentra en el elemento de medición de temperatura o en el circuito de medición. ②Si el instrumento de control de temperatura muestra fluctuaciones y cambios periódicos, hay que considerar la posibilidad de que existan interferencias provenientes de cables de alimentación o convertidores de frecuencia en las cercanías de las líneas de transmisión del instrumento. ③Si los valores medidos en el instrumento de control de temperatura son mayores que los valores reales, es necesario verificar si las líneas de transmisión del instrumento de control de temperatura están adecuadamente conectadas, o si el instrumento de visualización y el instrumento de medición están compatibles entre sí. 1. 2 Fallas en los instrumentos de control de presión. En la producción química, especialmente en el proceso de fabricación de sustancias peligrosas, suelen darse condiciones de alta temperatura, alta presión, toxicidad y otros factores dañinos. La presión es, por lo tanto, un parámetro importante para el monitoreo del funcionamiento del sistema. Los sistemas de control de presión, representados por los transmisores de presión inteligentes, se utilizan ampliamente en la industria química. El uso de estos transmisores inteligentes facilita enormemente a los operadores el control del proceso de producción. Las fallas más comunes en los sistemas de control de presión son las fallas en la presión en el lugar donde se encuentra el equipo y las fallas en el propio sistema. Cuando ocurre una falla, es necesario determinar si se trata de una falla local o de un problema del sistema. Además, hay que verificar si la lectura de la presión en el lugar donde se encuentra el equipo coincide con la lectura indicada por el sistema. Cuando el sistema muestra errores pero los instrumentos en el sitio funcionan normalmente, se debe considerar la posibilidad de que haya un fallo en el sistema; en ese caso, se puede intentar reiniciarlo. La falla más común en los transmisores inteligentes de campo es que la salida muestre cero. En ese caso, se puede verificar si el cable de alimentación está conectado al revés o si la tensión de alimentación es de 24 V DC. También es posible que la placa electrónica esté dañada. 1. 3 Fallas en los instrumentos de control de nivel. Los instrumentos de control de nivel son componentes importantes en los sistemas de control automático en la industria química. Los instrumentos de control de nivel más comunes son los medidores de nivel con dos bridas, los medidores de nivel por radar y los medidores de nivel por ultrasonidos. (1) Cuando los valores mostrados por los instrumentos de control del nivel de líquido alcanzan su valor máximo o mínimo, es necesario realizar una verificación en el lugar, para comprobar si el nivel real del líquido y los datos transmitidos desde allí se encuentran dentro del rango normal. Se realiza un ajuste manual del nivel de líquido en el lugar. Si el nivel no cambia a pesar de los ajustes manuales, eso indica que existe algún problema en el sistema de control del nivel. Si los datos sí cambian, pero no siguen una relación lineal o alguna regla específica, entonces hay algún defecto en los instrumentos de control del nivel instalados en el lugar. Se puede proceder según el método de medición y el tipo de instrumentos utilizados. (2) Cuando el valor indicado por el instrumento de control de nivel no cambia y no se indica ninguna interrupción en la conexión, es necesario considerar si el instrumento está dañado. En el caso de los medidores de nivel con dos bridas, que son los más comunes, si se cierran las válvulas ubicadas en la base de las bridas superior e inferior del medidor, y se retira la membrana que lo fija, de modo que todo quede expuesto al ambiente atmosférico, el valor del nivel no cambia. En ese caso, hay que considerar dos posibilidades: ① La placa de circuito del medidor está dañada; en ese caso, se puede intentar reemplazarla. ② Si reemplazar la placa de circuito no resuelve el problema, entonces es posible que estén dañadas tanto las membranas como los capilares de los lados de alta y baja presión. En este caso, es necesario reemplazar el medidor y configurar nuevamente sus parámetros. (3) Al utilizar un nivelador por radar para medir el nivel de un material, cuando el nivel en el lugar de medición es constante pero la superficie del material presenta perturbaciones, los valores de medición varían de forma irregular. En tales casos, es necesario considerar si la transmisión de la señal está siendo afectada. Si las perturbaciones en la superficie del material reducen la intensidad de la señal, el personal de mantenimiento debe activar la función de supresión de campos cercanos y aumentar adecuadamente la amortiguación de la salida, a fin de reducir las interferencias. 1. 4 Fallas en los instrumentos de control de caudal. En general, las fallas que se producen cuando los parámetros de caudal del sistema cambian de repente, se consideran fallas en el sistema de control de caudal. Si el valor indicado por el instrumento de control de caudal es el mínimo o no muestra ningún valor, es necesario inspeccionar el instrumento en el lugar. Si no hay anomalías en los equipos de proceso presentes, se puede determinar que se trata de una falla en el instrumento de control. Tomando como ejemplo el medidor de caudal por diferencia de presión, cuando el valor indicado es cero o varía muy poco, hay que considerar las siguientes 3 situaciones: ① La válvula de equilibrio no está completamente cerrada o hay fugas; en ese caso, basta con cerrar la válvula de equilibrio y repararla o reemplazarla. ② Las válvulas de alta y baja presión ubicadas al inicio del dispositivo de restricción no están abiertas; en ese caso, basta con abrir esas válvulas. ③ Las válvulas y tuberías entre el dispositivo de restricción y el medidor de diferencia de presión están obstruidas; en ese caso, hay que limpiar las tuberías y repararlas o reemplazar las válvulas. ④ El tubo de conducción del vapor no se ha condensado completamente, y el agua de condensación no llena completamente el tubo de medición; en ese caso, hay que esperar a que todo se condense antes de poder usar el medidor. ⑤ Los sellos entre el dispositivo de restricción y las tuberías de proceso no son adecuados; en ese caso, hay que apretar los tornillos o reemplazar los sellos. Cuando las fluctuaciones en el caudal son grandes y la estabilidad de los valores mostrados es deficiente, es necesario mejorar la gestión en el lugar. En ese caso, se deben cerrar ligeramente las válvulas situadas antes y después del instrumento de control de caudal, a fin de reducir los errores de medición causados por las grandes fluctuaciones en los parámetros de caudal. Si cerrar las válvulas no es suficiente, entonces hay que considerar si los elementos de medición son demasiado sensibles a las fluctuaciones de los parámetros. En tal caso, se puede ajustar adecuadamente el efecto de amortiguación para lograr un control preciso del caudal. 2. Técnicas para prevenir fallos en los sistemas de control 2.1 Técnicas de diagnóstico por computadora. CENTUM CS 3000 (abreviado como CS 3000) es un producto DCS adecuado para el control de procesos petroquímicos de gran y mediano tamaño. HIS es la estación de operaciones del sistema CS 3000; utiliza los sistemas operativos Windows NT/2000/XP/Vista para llevar a cabo la supervisión en tiempo real del sistema y las operaciones relacionadas con sus procesos. En el sistema CS 3000, si se produce una falla en el sistema de control, se emite una alarma de inmediato y se registra la falla, lo que proporciona datos técnicos para localizar el problema y solucionarlo. En el sistema CS 3000, las alarmas se dividen en tres categorías: alarmas de proceso, alarmas del sistema y indicaciones de operación. Cada tipo de alarma cuenta con su propia ventana de visualización. Cuando ocurre un fallo en el sistema de control de instrumentos, los técnicos de mantenimiento pueden analizar el problema basándose en la información de las alarmas proporcionada por el HIS, y tomar las medidas necesarias para solucionarlo. De esta manera, se logra restablecer rápidamente el funcionamiento normal del sistema, lo que a su vez mejora la eficiencia en el mantenimiento de los instrumentos y garantiza que la producción se realice de manera segura, estable y ordenada. 2. Tecnología de redundancia: En el funcionamiento de los sistemas de control automático de instrumentación química, la aplicación de la tecnología de redundancia aumenta significativamente la seguridad y la operabilidad del sistema. La tecnología de redundancia incluye los siguientes elementos. 2. 2.1 Redundancia de hardware: Se utilizan varios módulos o componentes idénticos conectados en paralelo. En modo de reserva térmica, uno de ellos está en estado activo (tarjeta activa), y es el encargado de realizar funciones como la recolección de datos del sistema, los cálculos, las salidas de control y la comunicación en red. El otro módulo se encuentra en estado de reserva (tarjeta de reserva), y supervisa en tiempo real el estado interno de la tarjeta activa (es decir, se mantiene sincronizado con ella). La lógica positiva/negativa entre la tarjeta activa y la tarjeta de respaldo es exclusiva: una de ellas es la tarjeta activa, y la otra debe ser necesariamente la tarjeta de respaldo. Además, existen circuitos de control redundantes (también conocidos como circuitos de control activo/respaldo), así como circuitos de comunicación de información, para coordinar el funcionamiento simultáneo y ordenado de ambas tarjetas, asegurando así la uniformidad en sus características de entrada y salida. El desarrollo de las tecnologías de comunicación modernas ha impulsado la mejora de las técnicas de redundancia. Estas técnicas cuentan con capacidades de detección de fallos en tiempo real, lo que permite identificar los fallos, localizarlos, aislarlos y generar alertas en la interfaz hombre-máquina. La detección de fallos incluye la fuente de alimentación, el microprocesador, las conexiones de comunicación de datos, los buses de datos y el estado de E/S. Entre ellos, el diagnóstico de fallos incluye el autodiagnóstico de los mismos y la verificación mutua entre las tarjetas en funcionamiento y las de reserva; esto permite que el sistema pueda realizar un cambio automático sin interrupciones cuando ocurre un fallo. Por un lado, la tecnología de redundancia ayuda a los técnicos de mantenimiento a diagnosticar las fallas del sistema, lo que facilita su reparación oportuna y la eliminación de los puntos problemáticos. Por otro lado, aumenta la fiabilidad del sistema, contribuyendo así de manera significativa a lograr una producción segura. 2. 2.2 Votación lógica con múltiple redundancia en el software: La votación se refiere al proceso y método mediante el cual un sistema redundante determina una conclusión basándose en el principio de la mayoría. Para las mediciones en el mismo medio, se instalan 2 o más instrumentos para realizar las mediciones por separado. Los datos obtenidos se envían al sistema de redundancia para que se tome una decisión, con el fin de determinar el estado de funcionamiento del sistema. La utilización de este sistema de votación redundante aumenta la fiabilidad del sistema y reduce los efectos negativos que pueden causar las acciones de bloqueo de los equipos no esenciales en la producción. Las formas de votación más comunes son la lógica de votación “uno de dos” (1oo2), la lógica de votación “dos de dos” (2oo2), la lógica de votación “uno de tres” (1oo3) y la lógica de votación “dos de tres” (2oo3). Tomando como ejemplo la lógica de votación de tres contra dos, en condiciones normales, el estado de los 3 instrumentos de control se muestra como 1. Tan pronto como las señales de cualquier combinación de 2 de estos instrumentos de control sean 0 al mismo tiempo, el votador ordenará al actuador que ejecute la acción de interbloqueo correspondiente. La lógica de votación de tres contra dos es una opción bastante razonable; permite superar el defecto de los sistemas duales, que no pueden distinguir entre lo correcto y lo incorrecto. Independientemente del tipo de fallo que ocurra en cualquiera de los canales, el sistema puede seguir funcionando normalmente tras el proceso de votación, lo que mantiene su seguridad y disponibilidad en un nivel razonable. 3 Conclusión La amplia aplicación de los sistemas de control automático para instrumentos químicos es de gran importancia para lograr una producción inteligente, liberar a la fuerza laboral y prevenir de manera segura y eficaz la ocurrencia de accidentes en la producción. Con el avance de la ciencia y la tecnología, y con las constantes mejoras en los instrumentos de control utilizados en la industria química, aumentan también los puntos de fallo en los sistemas de control. Solo abordando los problemas básicos, acumulando experiencia y aprendiendo activamente nuevas tecnologías, es posible comprender a fondo los nuevos problemas que surgen. De esta manera, se puede desempeñar mejor en el mantenimiento de los instrumentos, eliminando los fallos en su etapa inicial y asegurando así el funcionamiento ordenado de los sistemas de control en la industria química. Este artículo fue reproducido a partir de la URL original: http://www.jssanchang.com/hangye/1114.html