Ejemplos de reparación de fallas en sistemas de control complejos

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Este mensaje fue editado por última vez por yunrun el 27-2-2016 a las 21:22. Un sistema de control automático que consta de múltiples parámetros, es decir, dos o más transmisores, dos o más controladores o dos o más válvulas de regulación, se denomina sistema de control complejo. Por supuesto, el análisis, diseño, ajuste de parámetros y puesta en marcha de este tipo de sistemas también son, correspondientemente, más complejos que los de los sistemas de control simples. Los sistemas de control complejos que se utilizan actualmente son: control en serie, control uniforme, control por relación, control feedforward, control selectivo y sistemas de control por rangos. Puede conocer los métodos y enfoques para la reparación de fallas en sistemas de control complejos a través de estos ejemplos de reparación de fallas, preparados por los ingenieros de Changhui Instruments. 1. Ejemplo de reparación de un sistema de control en cascada. Un sistema de control en cascada cuenta con dos circuitos cerrados. El controlador principal y el controlador secundario están conectados en serie. La salida del controlador principal (un regulador PID de circuito simple) sirve como valor de referencia para el controlador secundario (un regulador con entrada externa). El sistema utiliza la salida del controlador secundario para controlar la apertura de las válvulas de control, logrando así un control estable de la variable principal. Figura 1. Por lo tanto, en los sistemas de control en serie: el circuito principal es un sistema de control con valor constante, mientras que el circuito secundario es un sistema de seguimiento. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718375215.jpg Análisis de casos de fallo: ① En una planta petroquímica, existe un sistema de control en cascada para el nivel y el caudal del fluido (el nivel funciona como circuito principal, mientras que el caudal lo hace como circuito secundario; se trata de un sistema DCS). La calidad del control no es buena. Causas de los fallos: Los parámetros de control del regulador no están ajustados adecuadamente; el objeto de control no opera en condiciones normales; hay un gran retraso en la respuesta del objeto de control; además, las válvulas de regulación no funcionan de manera lineal. Reajustar los parámetros de control del regulador, volver a calibrar la válvula de regulación y verificar el tiempo de retardo en las pruebas. Manejo de fallos: Tras pruebas de ajuste integral, se determinó que el tiempo de retardo en el control del nivel del líquido es demasiado largo, lo que impide realizar un ajuste en cascada. ②Los equipos de butilcinol LIC_0406 y FIC_0411 forman un sistema de control en cascada, encargado de regular la extracción del reactor de 400A. El circuito secundario de este sistema puede funcionar en modo automático, pero no es posible utilizar el control en cascada; cuando se activa este último, se producen grandes fluctuaciones. Diagnóstico y análisis de los problemas: las pruebas realizadas revelaron que la razón de ello es la configuración inadecuada de los parámetros PID del control en cascada. Además, al ajustar dichos parámetros según las condiciones reales del proceso, resultó imposible utilizar el control en cascada. Manejo de fallos: Solo se activa la configuración en serie después de ajustar nuevamente los parámetros PID. ③El controlador principal de un sistema de control en cascada es el controlador de presión de vapor; su salida es normal. La salida de este controlador, junto con la señal de caudal proveniente de las tuberías de presión, se envía al controlador secundario de caudal a través de un operador diferencial. Se observó una caída repentina en la señal de entrada externa, pero la salida del controlador principal permaneció normal. Verificación y análisis de la falla: En este sistema, la señal que se utiliza como entrada para el controlador secundario se obtiene sumando la salida del controlador principal con la señal de entrada externa, además de un valor obtenido mediante un operador diferencial de tipo feedforward. La inspección reveló que la falla se debía a un mal contacto en el fusible del sumador diferencial, lo que causó una interrupción en el suministro de energía. Como resultado, su salida se puso en cero, lo que provocó una disminución en la señal de entrada del controlador auxiliar. Solución de problemas: Reemplazar el fusible para que haya un buen contacto, y el problema se resuelve. ④Sistema de control en cascada de un nivel de líquido y un caudal; la regulación en cascada presenta grandes fluctuaciones, por lo que no se logran los objetivos de control. Verificación y análisis de fallos: Se determinó que la causa del fallo se debe a una configuración inadecuada de los parámetros de control del controlador secundario. El efecto integrador del controlador secundario es demasiado fuerte, lo que dificulta el control del circuito. Los sistemas de control en cascada exigen altos estándares en cuanto a los parámetros principales; no se permiten errores. Por lo general, se utiliza un régimen de control proporcional-integrador como regulador principal. Cuando el objeto a controlar presenta un retraso considerable, se puede introducir un efecto diferencial adecuado. Pero no se exigen requisitos estrictos para los parámetros auxiliares, ya que estos varían en función de las salidas del controlador principal; por lo tanto, generalmente basta con utilizar una regla de control proporcional para ellos, introduciendo un efecto integral si es necesario. Solución de problemas: Restablecer los parámetros auxiliares. 2. Ejemplo de mantenimiento en un sistema de control por relación de proporciones. Durante el proceso de ajuste del gas sintético en el horno de vaporización, se descubrió que, cuando la relación entre la gasolina y el combustible era del 10%, la temperatura del horno era normal y el gas resultante era de calidad adecuada. Análisis de la falla: En el proceso de pirólisis del alquitrán en el horno de vaporización, la cantidad de vapor utilizada se controla mediante un sistema de proporciones (relación vapor/gasolina). Cuando la relación entre la gasolina y el combustible disminuye, también disminuye la cantidad de vapor. Sin embargo, la temperatura del horno permanece normal y el gas sigue siendo de calidad adecuada. Esto indica que en realidad la cantidad de vapor no ha disminuido. Primero, se verificó si la señal del circuito era normal. Mediante mediciones, se comprobó que no había problemas en la transmisión de la señal. También se realizó una verificación del transmisor de diferencia primaria, y tampoco hubo problemas. También se revisaron las válvulas de las tuberías de vapor que conducen al horno de vaporización. Se descubrió que la válvula de corte de emergencia para situaciones de parada estaba abierta; por ella era por donde entraba el vapor en el horno de vaporización. Manejo de fallos: Cierre la válvula manual de vapor de emergencia; la relación entre la gasolina y el aire volverá gradualmente a la normalidad. Luego se revisó la válvula de corte; resultó que el bloqueo en la línea de aire de la válvula electromagnética era la causa del problema, lo que provocaba que la válvula se encontrara en una posición incorrecta. Al reemplazar la válvula electromagnética, todo volvió a la normalidad. 3. Ejemplo de mantenimiento en un sistema de control uniforme. Al poner en funcionamiento el sistema de control uniforme en cascada mostrado en la Figura 2, se observó que el parámetro principal, que es el nivel del líquido, se mantenía estable en un valor constante, mientras que los parámetros secundarios presentaban grandes fluctuaciones. Esto causaba molestias significativas en los procesos posteriores. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718383430.jpg Figura 2: Sistema de control uniforme en serie. Análisis de fallos: El sistema de control uniforme tiene como objetivo manejar simultáneamente los parámetros del nivel del líquido y el caudal. A través de ajustes precisos, se logra que estos dos parámetros, que a menudo son contradictorios entre sí, se mantengan dentro de los rangos permitidos. Es decir, ambos parámetros deben cambiar de manera gradual durante el proceso de ajuste, y no deberían estabilizarse en un valor constante. Es evidente que lo anterior se debe a que los métodos y enfoques utilizados para ajustar los parámetros del controlador no son adecuados. Para ajustar los parámetros del controlador de nivel y del controlador de caudal, se deben seguir los siguientes pasos: ① Se debe ajustar el grado de proporcionalidad del controlador de nivel a un valor adecuado, basándose en experiencias previas. Luego, se debe ajustar gradualmente el grado de proporcionalidad del controlador de caudal, observando todo el proceso de ajuste hasta que se observe una disminución gradual en la frecuencia de las fluctuaciones. ②Se fija el grado de proporcionalidad del controlador de caudal en el valor establecido. A continuación, se ajusta el grado de proporcionalidad del controlador de nivel, de menor a mayor valor. Se observan las curvas resultantes para determinar un proceso de atenuación del ciclo que sea más lento. ③Dependiendo de las condiciones del sistema, se debe aplicar adecuadamente un efecto integral al controlador de nivel, a fin de eliminar los desviaciones que se generan debido a las interferencias. ④Se observa el proceso de regulación y se ajustan los parámetros del controlador hasta que tanto el nivel del líquido como el caudal presenten un proceso de decaimiento cíclico más lento. 4. Ejemplo de mantenimiento del sistema de control: En el sistema de control de ahorro energético de una planta de producción de amoníaco, el sistema de control automático de los gases de escape sintéticos generó una alarma por presión excesiva mientras operaba en modo automático. Este sistema es un sistema de control selectivo compuesto por el sistema de control de presión del sistema de síntesis, PIC, y el sistema de control de las composiciones químicas de los gases de escape sintéticos, AIC. http://yunrun.com.cn/News/UploadFiles_5183/201602/2016021718390217.jpg Figura 3: Sistema automático de control de la liberación de gases en el proceso de síntesis. Análisis de fallos: Cuando este sistema se activa en modo automático, los transmisores AT miden la cantidad total de gases inertes CH4 y Ar presentes en el gas de circulación. El sistema AIC se encarga de mantener los niveles de estos gases inertes a un valor constante, lo que permite reducir al mínimo las pérdidas por liberación de gas sintético, logrando así un ahorro energético. Cuando la presión en el sistema de síntesis supera el valor nominal, el controlador de presión PTC aumentará gradualmente su salida, basándose en las señales detectadas por el transmisor de presión PT. A través del selector PIS, este controlador sustituye al controlador AIC para regular la presión y así evitar que el sistema de síntesis supere los límites permitidos. Al producirse una alarma por presión elevada en el sistema, se debe actuar de inmediato en el lugar, utilizando la rueda manual. Primero, es necesario verificar que el transmisor de presión y el detector de alarmas no presenten ningún defecto. Luego, se debe comprobar si la salida del controlador de presión reemplaza efectivamente el valor de salida del controlador de componentes. Si el controlador de presión funciona correctamente y el valor de salida ya ha alcanzado el valor normal, pero no se logra reemplazar al controlador de componentes a través del selector de alta selección, entonces se considera que hay un fallo en el selector de alta selección. Si, por el contrario, es un fallo en el controlador de presión, entonces es necesario pasar rápidamente este controlador a modo manual y aumentar continuamente el valor de salida, con el fin de controlar la presión del sistema de síntesis. Fuente: http://bbs.hcbbs.com/?274320